[发明专利]一种基于港机轮胎吊磷酸铁锂电池并联系统设计的SOC估算法

说明书

本发明公开一种基于港机轮胎吊磷酸铁锂电池并联系统设计的SOC估算法，磷酸铁锂电池并联系统是三个子系统并联架构，每个子系统有一个子BMU，用来管理每个子系统，三个子系统将状态变量通过CAN总线上报给总BMU，总BMU再通过通信网络将信息传给PLC控制器，SOC估算法具体为：1,在磷酸铁锂电池平滑区以电流积分为主；2,对于单个子系统BMU在原有的电流安时积分基础上，采用基于PNGV等效模型的，通过HPPC实验辨识电池参数；3,应用无迹kalman算法，通过采样方法近似非线性分布，同时对后验概率密度进行近似来得到次优解的滤波算法；4,对并联系统采用PID反馈调节算法。本发明可有效解决现有的安时积分算法+端电压矫正算法很难精准控制好整个轮胎吊运行的问题。

技术领域

本发明涉及港机作业场景中电池管理技术领域，具体涉及一种基于港机轮胎吊磷酸铁锂电池并联系统设计的SOC估算法。

背景技术

近年来，随着经济发展，石油开采量一直在增长，严重影响并污染了大气环境，在我国港口有大量集装箱起重机，每年由于业务繁忙，电能需求也在不断增加，急需要通过一种混合可再生能源已成为迫切需求。加装锂电池，通过改造后的集装箱起重机，拉货物上升时既可以独立驱动电机对货物做功，也可以配合发电机一起对货物做功，降低发电机功耗，下降时可将重力势能转化成的电能进行能量回收，存储在锂电池里，从而达到节能减排目的。整个系统框架图如图6所示：

为了节能减排，港机轮胎吊采用安全系数更高，稳定性更好的磷酸铁锂电池作为动力源，将原来整个系统由单一的柴油发动机改造成为油电混合驱动，最终降低油耗，提高节能效率。为了适应原有柴油发动机功率型号，电池PACK系统设计采用三个子系统并联架构，每个子系统总共17个模块，每个模块串联12个单体。SOC运行区间控制在55％～76％不停充放电循环，目的是适应原有配置的发动机功率输出，防止SOC在高区间充电时，电池总压过高，导致变频器大功率器件耐压不够，SOC在低区间放电时，电池总压过低，导致变频器三相电压输出波形失真。由于该系统运行时，用传统的SOC算法安时积分+端电压矫正很难对系统控制好，主要原因有：1、由于电池单体自身差异性，以及成组的模块、系统串并联方式的不一样，整个系统又是三个子系统并联架构，但最终要保证传输给变频器PLC控制端三个子系统SOC是一致的，否则就会形成局部环流，造成电池局部短路危险，以及PLC错误控制继电器和空开断开，造成器件粘连或损坏，以及作业事故等。2、由于受磷酸铁锂电池自身充放电DOD曲线特性影响，导致系统作业SOC运行区间55％～76％正好在平滑区和上行矫正区，又达不到最高单体电压矫正点设置，要控制好电池系统单体电压整体运行趋势，否则就会导致错误的矫正，电压整体运行区间偏离，造成欠压或者过压故障。3、由于运行工况是纯电动模式和混合动力模式皆有，作业运行周期长，一个周期大概在40天左右不停歇，导致电流积分累积以及端电压矫正误差明显。4、由于温度对电池极化内阻影响也会导致三个子系统SOC不一致。5、电池自身日历寿命以及衰减，对电池内阻的影响，也会反映到SOC上。

发明内容

为解决现有的安时积分算法+端电压矫正算法很难精准控制好整个轮胎吊运行的问题，本发明提出一种基于港机轮胎吊磷酸铁锂电池并联系统设计的SOC估算法，其是根据港机轮胎吊锂电池改造工程，根据运行工况需求，对SOC算法进行一种估算。

本发明通过以下技术方案予以实现:

一种基于港机轮胎吊磷酸铁锂电池并联系统设计的SOC估算法，所述磷酸铁锂电池并联系统是三个子系统并联架构，每个子系统有一个子BMU，用来管理每个子系统，三个子系统将状态变量通过CAN总线上报给总BMU，总BMU再通过485通信将信息传给PLC控制器，所述SOC估算法具体步骤如下：

步骤1：在磷酸铁锂电池平滑区以电流积分为主；

步骤2：对于单个子系统BMU在原有的电流安时积分基础上，采用基于PNGV等效模型的，通过HPPC实验辨识电池参数；