动力电池等效电路模型参数迭代辨识新方法

摘要

本发明提出了一种动力电池等效电路模型参数迭代辨识新方法，包括：基于迭代学习理论，首先将模型参数分为两部分，其中一部分参数设置初值，采用最小二乘法辨识另一组参数，若另一组参数满足所设置范围要求，则将所得参数设为已知，同样采用最小二乘法辨识第一组参数，若不满足所设置的范围要求，则设置参数为零，继续迭代循环，直到所有的参数都满足要求则退出迭代循环。

说明书

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，尤其涉及一种动力电池等效电路模型参数迭代辨识新方法。

背景技术

与传统燃油车不同的是，以动力电池为载体的电动汽车需要实时估计电池包的荷电状态SOC、峰值功率SOP和健康状态SOH等，这些状态量不能直接测取，需要基于准确的电池模型估计得到，并且状态量估计的准确性直接关系到电动汽车的整车安全，不容小觑。因此，建立精确的电池模型一直是近几年学术界和工业界研究的焦点和难点。

等效电路模型因结构简单、计算量小、模型精度较高而得到广泛使用，但是传统的模型参数辨识往往只采用恒流段的充放电电流数据或者静置段的电压数据，由此得到的电池模型并不能适应复杂工况的要求，精度低；另外，模型参数辨识寻求的是实验数据与模型输出之间误差最小，这样很容易使得所得参数并不能满足实际模型的要求，例如辨识所得的电容、电阻值为负值，这与模型参数的物理特性相悖。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种动力电池等效电路模型参数迭代辨识新方法，该辨识方法基于迭代学习理论，在参数辨识过程中可以设置参数的取值范围，不会出现电容、电阻值为负的情况，使得模型参数具有物理意义。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种动力电池等效电路模型参数迭代辨识新方法，包括：

(1)将动力电池等效电路模型的参数分为两个部分；

(2)为第一部分参数设置初值，采用最小二乘法辨识得到第二部分参数的值；

(3)判断所得第二部分的参数值是否满足动力电池等效电路模型的要求(例如计算所得模型中的电阻R、电容C应该都大于零并小于某个值，参数范围可以根据经验适当调节)，如果不满足，则设置第二部分中的不满足要求的参数为零，此时第二部分参数已知，采用最小二乘法辨识得到第一部分的参数值，执行步骤(4)；

如果满足要求，则根据得到的第二部分参数值，采用最小二乘法辨识得到第一部分参数的值，执行步骤(4)；

(4)判断所得第一部分的参数值是否满足动力电池等效电路模型的要求，如果不满足，则设置第一部分中不满足要求的参数为零，执行步骤(5)；

如果满足要求，则将得到的第一部分的参数值设置为第一部分参数的初值，执行步骤(5)；

(5)如果第一部分参数和第二部分参数均满足动力电池等效电路模型的要求，则迭代过程结束，否则，返回步骤(2)继续迭代计算。

进一步地，假设动力电池等效电路模型的过程方程为：

y＝ψθ+n；

将参数θ分为两θ₁和θ₂两部分；

其中，y是动力电池等效电路模型的系统输出，ψ是动力电池等效电路模型的输入数据矩阵，θ是待辨识的动力电池等效电路模型参数，n是干扰噪声。

进一步地，设置参数初始值θ₁＝θ₁₀，采用最小二乘法辨识得到参数θ₂的值；具体为：

θ₂＝(ψ^Tψ)^-1ψ^T(y-ψθ₁₀)。

进一步地，采用最小二乘法辨识得到第一部分参数的值具体为：

θ₁＝(ψ^Tψ)^-1ψ^T(y-ψθ₂)。

进一步地，将动力电池等效电路模型中与电压相关的参数分为一类，与电流相关的参数分为另一类。

本发明有益效果：

(1)可以实现电池模型参数在复杂工况下辨识，从而提高了电池模型的适应性。

(2)在参数辨识过程中可以设置参数的取值范围，不会出现电容、电阻值为负的情况，使得模型参数具有物理意义。

说明书附图

图1为二阶RC等效电路模型。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步介绍。

本发明公开了一种动力电池等效电路模型参数迭代辨识新方法，包括：

基于迭代学习理论，首先将模型参数分为两部分，其中一部分参数设置初值，采用最小二乘法辨识另一组参数，若另一组参数满足所设置范围要求，则将所得参数设为已知，同样采用最小二乘法辨识第一组参数，若不满足所设置的范围要求，则设置参数为零，继续迭代循环，直到所有的参数都满足要求则退出迭代循环。

下面详细说明该方法的实现步骤：

假设系统的过程方程可以写为：

y＝ψθ+n(1)

上式中y是系统输出，ψ是输入数据矩阵，θ是待辨识的参数，n是干扰噪声。将参数θ分为两部分θ₁和θ₂，公式(1)可以被写为：

y-ψθ₁＝ψθ₂+n(2)

作为一种优选的实施方式，在对模型参数进行划分的时候，将与电压相关的参数分为一类，与电流相关的参数分为另一类；但具体实施上并无特别要求，可以根据实际需要自行划分。

步骤一：设置初始值θ₁＝θ₁₀，采用最小二乘法辨识得到：

θ₂＝(ψ^Tψ)^-1ψ^T(y-ψθ₁₀)(3)

步骤二：判断θ₂是否满足要求，若不满足要求则设置θ₂中的参数为零，若满足要求，则使用得到的θ₂辨识参数θ₁：

θ₁＝(ψ^Tψ)^-1ψ^T(y-ψθ₂)(4)

步骤三：同理，判断θ₁是否满足要求，若不满足要求则设置θ₁中的参数为零，若满足要求，则使用得到的θ₁作为初始值返回到步骤一，直到θ₁和θ₂都满足要求，则退出循环。

下面以二阶RC等效电路模型为例对本发明方法列举实施例如下:

如图1所示是二阶RC等效电路模型，U_oc代表电池开路电压，R₀代表电池直流内阻，R₁和C₁表示电池充放电过程中电化学极化过程，R₂和C₂表示电池充放电过程中浓差极化过程，U表示电池的端电压，电池放电时电流方向如图中i所示，规定放电时电流取正值，充电时电流取负值。

二阶等效电路模型的传递函数可以表示为传递函数为

将上式离散化可以得到：

上式又可以整理为：

V(k)+a′₁V(k-1)+a′₂V(k-2)＝b′₀I(k)+b′₁I(k-1)+b′₂I(k-2)(7)

然后，根据(7)式构造如下两个方程：

采用上面描述的迭代辨识的步骤如下：

步骤1：根据事先了解的系统特性设置a′₁和a′₂初值范围，采用最小二乘法，辨识得到公式(8)中b′₀，b′₁，b′₂，如果b′₀＞0，b′₁＜0，b′₂＞0某个条件不满足，相应地，则有某个b′_i＝0(i＝0,1,2)；

步骤2：将上一步得到的b′₀，b′₁，b′₂代入公式(8)中第二个式子中，采用最小二乘法得到a′₁和a′₂，如果a′₁＜0，a′₂＞0某个条件不满足，相应地，则有某个a′_i＝0(i＝1,2)；

步骤3：如果所有参数都满足要求，则退出迭代循环，否则，回到步骤1，循环迭代N步，直到满足条件为止，如果N步后仍然不满足条件，则减弱条件要求，重新迭代循环。最后得到参数的辨识结果

步骤4：根据上述参数与模型参数的关系求解出R₀、R₁、C₁、R₂、C₂。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。