【SOC估计】基于扩展卡尔曼滤波器的锂离子电池电荷状态计算附Matlab代码

简介: 【SOC估计】基于扩展卡尔曼滤波器的锂离子电池电荷状态计算附Matlab代码

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🔥 内容介绍

一、背景

(一)锂离子电池 SOC 估计的重要性

锂离子电池凭借其高能量密度、长循环寿命等优点,广泛应用于电动汽车、便携式电子设备等领域。准确估计锂离子电池的电荷状态(State of Charge,SOC)至关重要。在电动汽车中,SOC 如同燃油车的油量指示,它直接影响驾驶者对车辆剩余续航里程的判断,进而影响行程规划。对于便携式电子设备,精确的 SOC 估计能帮助用户合理安排设备使用时间,避免突然断电造成的数据丢失或工作中断。

(二)传统 SOC 估计方法的局限性

传统的 SOC 估计方法,如安时积分法,通过对电池充放电电流的积分来计算 SOC。然而,该方法存在累计误差问题,测量误差、电池自放电等因素会导致积分结果逐渐偏离真实值。开路电压法虽然能较准确地反映 SOC 与开路电压的关系,但需要电池长时间静置,在实际应用中无法实时获取 SOC。此外,还有一些基于经验模型的方法,其通用性和准确性受电池类型、使用条件等因素限制,难以适应不同的应用场景。

(三)扩展卡尔曼滤波器的优势

扩展卡尔曼滤波器(Extended Kalman Filter,EKF)作为一种强大的状态估计工具,在处理非线性系统的状态估计方面具有显著优势。锂离子电池的电化学过程呈现非线性特征,EKF 能够通过对非线性系统进行线性化近似,利用系统的状态方程和观测方程,结合测量数据,递推地估计电池的 SOC。它不仅可以实时处理测量噪声,还能根据系统的动态变化调整估计结果,有效提高 SOC 估计的准确性和可靠性。

二、原理

(一)锂离子电池等效电路模型

⛳️ 运行结果

📣 部分代码

%% Parameter Initialisation

X = [0.9; 0; 0];                                                                % Initial State space[InitialSOC, V@R1C1, V@R2C2]

P0 =[0.1 0 0; 0 0.1 0; 0 0 0.1];                                             % Error Co Variance for State Space Equation

Q = 1e-5;                                                                   % Process Noise for State Equation

R = 5e-4;                                                                   % Messaurement Noise for Output Equation

VL(1,1) = 4.2;                                                              % Initial Terminal/Load Voltage

I = 50;                                                                     % We are taking Constant Discharge Current of 50Amps

eff = 0.98;                                                                 % Coulambic Effeciency

Q0 = 50*3600;                                                               % Nominal Capacity of Cell

deltaT = 1;                                                                 % Sampling time , 1 Time per second

N = 3600/deltaT;                                                            % Total Number of Iteration

error(1,1) = 0;                                                             % Initial Error Value

for t = 2:N

   SOC = X(1,t-1);                                                         % Initaial SoC

   R_int = 0.00573 - 0.03427*SOC^1 + 0.1455*SOC^2 - 0.32647*SOC^3 ...

           + 0.41465*SOC^4 - 0.28992*SOC^5 + 0.09353*SOC^6 -...

           0.00634*SOC^7;

   R1 = 0.01513 - 0.18008*SOC^1 + 1.05147*SOC^2 - 3.27616*SOC^3 ...

🔗 参考文献

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