一种基于卡尔曼滤波算法的电池荷电状态估测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于卡尔曼滤波算法的电池荷电状态估测装置，包括智能插接口与引线模块、传感器模块、单片机控制模块、数码管和太阳能充蓄电模块；其中智能插接口与引线模块用于连接待测电池，并连接传感器模块；所述传感器模块用于采集线路的电流电压值，并将数据传输至单片机控制模块；所述单片机控制模块用于处理传感器模块传输来的数据，并将处理后的数据传输给数码管，所述数码管用于显示电池剩余荷电状态；所述太阳能充蓄电模块采集太阳能，并通过稳压电路使输出的电压稳定，为系统的传感器模块、单片机控制模块和数码管供电。本发明专利技术的电池荷电状态估算装置具有快速、准确以及户外独立工作等显著优点。

A Battery Charging State Estimation Device Based on Kalman Filter

【技术实现步骤摘要】
一种基于卡尔曼滤波算法的电池荷电状态估测装置
本专利技术涉及一种基于卡尔曼滤波算法且搭载太阳能供电模块的电池荷电状态估测装置，属于电气工程

技术介绍
卡尔曼滤波算法是在时间域上来表述的，基本的概念是：在线性系统的状态空间表示基础上，从输出和输入观测数据求系统状态的最优估计。这里所说的系统状态，是总结系统所有过去的输入和扰动对系统的作用的最小参数的集合，知道了系统的状态就能够与未来的输入与系统的扰动一起确定系统的整个行为。卡尔曼滤波可以应用于任何含有不确定信息的动态系统，并对系统下一步的走向做出有根据的预测。卡尔曼滤波在连续变化系统中的应用是非常理想的，具有内存小、速度快、能耗低等优势，很适合用于解决实时问题。因此，本文依据实际锂电池充放电实验数据，搭建电池模型，来更好地模拟电池实际工作特性，并通过对比仿真，验证研究卡尔曼滤波算法对锂电池荷电状态估测的准确性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于卡尔曼滤波算法的电池荷电状态估计装置。本专利技术的技术方案如下：一种基于卡尔曼滤波算法的电池荷电状态估计系统，包括智能插接口与引线模块、传感器模块、单片机控制模块、数码管和太阳能充蓄电模块；其中智能插接口与引线模块用于连接待测电池，并连接传感器模块；所述传感器模块用于采集线路的电流电压值，并将数据传输至单片机控制模块；所述单片机控制模块用于处理传感器模块传输来的数据，并将处理后的数据传输给数码管，所述数码管用于显示电池剩余荷电状态；所述太阳能充蓄电模块采集太阳能，并通过稳压电路使输出的电压稳定，为系统的传感器模块、单片机控制模块和数码管供电。优选地，所述智能插接口与引线模块中的智能插接口配置USB接口，兼容USB连接模式。智能插接口，可对接交流220v火线与零线，经过整流、滤波、降压、稳压模块引出，为传感器模块和单片机控制模块提供稳定的待测电量。优选地，所述传感器模块包括电流测量电路、电压测量电路和温度传感器；电流测量电路结合补偿原理使用交流电位差计，测试线路电流；电压测量电路使用反向半波检波器，测试端口电压；温度传感器包括三个贴片式pt100温度传感器，所述贴片式pt100温度传感器贴附在各环节关键温度测量点；当所测点电流、电压、温度其中一项超过最高设定值时间达单片机2个机器周期时，诱发单片机上蜂鸣器报警，并中断工作。优选地，传感器模块实时采集数据，通过总线连接方式将信息传输至单片机控制模块。优选地，所述单片机控制模块的芯片为ATMEL89S51，通过卡尔曼滤波算法处理数据，得出电池电量使用情况，计算出荷电状态，并通过数码管显示。优选地，所述卡尔曼滤波算法上添加了看门狗定时器。使得其在受到较大干扰无法正常工作时能够快速复位，重新启动，对抗干扰性的提高起到了很重要的作用。优选地，所述数码管由二极管装配而成。达到了以下效果：接收来自单片机的数据后，以百分比形式显示电池电量荷电状态，根据荷电状态的不同，信号灯显示不同颜色，以增强交互性。优选地，太阳能充蓄电模块中采用太阳能充蓄电电池，太阳能充蓄电电池包括两个结构与组成相同的组块：充电电池和蓄电电池；充电电池由采光材料吸收太阳能，通过转换电路，将光能转换为电能储存；蓄电电池用于为传感器模块、单片机控制模块、数码管提供电能。蓄电电池搭载微型控制电路，当控制电路检测出蓄电电池电量水平低于预设值时，充电电池停止对太阳能的吸收，改为向系统提供电能，此时由蓄电电池开始吸收太阳能。一个组块的电池同一时间内只进行充电或者放电，提高系统的稳定性与耐用性，增强续航能力。本专利技术的有益效果：本专利技术可以应用于任何含有不确定信息的动态系统，并对系统下一步的走向做出有根据的预测。卡尔曼滤波在连续变化系统中的应用是非常理想的，具有内存小、速度快等优势，很适合用于解决实时问题。附图说明图1是本专利技术提出的基于卡尔曼滤波算法的电池荷电状态估计系统的整体电路连接图。图2是Thevenin电池模型。图3是太阳能电池模型。具体实施方式现在结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。如图1所示，本专利技术的一种基于卡尔曼滤波算法的电池荷电状态估计系统，包括智能插接口与引线模块1、传感器模块2、单片机控制模块3、数码管4和太阳能充蓄电模块5；其中智能插接口与引线模块用于连接待测电池，并连接传感器模块；所述传感器模块用于采集线路的电流电压值，并将数据传输至单片机控制模块；所述单片机控制模块用于处理传感器模块传输来的数据，并将处理后的数据传输给数码管，所述数码管用于显示电池剩余荷电状态；所述太阳能充蓄电模块采集太阳能，并通过稳压电路使输出的电压稳定，为系统的传感器模块、单片机控制模块和数码管供电。所述智能插接口与引线模块中的智能插接口，可对接交流220v火线与零线，经过整流、滤波、降压、稳压模块引出，为传感器模块和单片机控制模块提供稳定的待测电量，此外，智能插接口配置USB接口，兼容USB连接模式。所述传感器模块包括电流测量电路、电压测量电路和温度传感器；电流测量电路结合补偿原理使用交流电位差计，测试线路电流；电压测量电路使用反向半波检波器，测试端口电压；温度传感器包括三个贴片式pt100温度传感器；所述贴片式pt100温度传感器贴附在各环节关键温度测量点。当所测点电流、电压、温度其中一项超过最高设定值时间达单片机2个机器周期时，诱发单片机上蜂鸣器报警，并中断工作。上述传感器模块实时采集数据，通过总线连接方式将信息传输至单片机控制模块。所述单片机控制模块为整个系统的核心，以ATMEL89S51为内核，通过采集传感器模块的数据以及智能插接口与引线模块返回的用能情况，通过卡尔曼滤波算法处理数据，得出电池电量使用情况，计算出荷电状态，并通过数码管显示。所述卡尔曼滤波算法上另添加了看门狗定时器，使得其在受到较大干扰无法正常工作时能够快速复位，重新启动，对抗干扰性的提高起到了很重要的作用。本系统对各种数据的采集使用DMA方式，在存储器和外部设备之间直接进行数据传送，在传送过程中不需要中央处理器的参与，做到直接内存存取，大大提高数据传输速率。对传感器值多次读取，在算法中加入队列平均值滤波，提高了数据的稳定性与准确性。系统在数据的采集以及外设的控制方面采用轮询与中断并行的方式，针对外设设置了四个任务优先级，根据各作业程序优先级的高低，来决定处理各程序的先后次序。在处理过程中，允许优先级较高的程序中断优先级较低的程序,使系统更为合理，也更能高效地进行控制。所述基于卡尔曼滤波算法的电池荷电状态估计系统使用最小二乘法计算出电池荷电状态，通过数据总线传至各个设备。所述数码管由二极管装配而成，达到了以下效果：接收来自单片机的数据后，以百分比形式显示电池电量荷电状态，根据荷电状态的不同，信号灯显示不同颜色，以增强交互性。太阳能充蓄电模块中采用太阳能充蓄电电池，太阳能充蓄电电池包括两个结构与组成相同的组块：充电电池和蓄电电池。充电电池由采光材料吸收太阳能，通过转换电路，将光能转换为电能储存；蓄电电池用于为传感器模块、单片机控制模块、数码管提供电能。蓄电电池搭载微型控制电路，当控制电路检测出蓄电电池电量水平低于预设值时，充电电池停止对太阳能的吸收，改为向系统提供电能，此时由蓄电电池开始吸收太阳能。一个组块的电池同一时间内只进行充电或者放电，提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于卡尔曼滤波算法的电池荷电状态估测装置，其特征在于，包括智能插接口与引线模块、传感器模块、单片机控制模块、数码管和太阳能充蓄电模块；其中智能插接口与引线模块用于连接待测电池，并连接传感器模块；所述传感器模块用于采集线路的电流电压值，并将数据传输至单片机控制模块；所述单片机控制模块用于处理传感器模块传输来的数据，并将处理后的数据传输给数码管，所述数码管用于显示电池剩余荷电状态；所述太阳能充蓄电模块采集太阳能，并通过稳压电路使输出的电压稳定，为系统的传感器模块、单片机控制模块和数码管供电。

【技术特征摘要】
1.一种基于卡尔曼滤波算法的电池荷电状态估测装置，其特征在于，包括智能插接口与引线模块、传感器模块、单片机控制模块、数码管和太阳能充蓄电模块；其中智能插接口与引线模块用于连接待测电池，并连接传感器模块；所述传感器模块用于采集线路的电流电压值，并将数据传输至单片机控制模块；所述单片机控制模块用于处理传感器模块传输来的数据，并将处理后的数据传输给数码管，所述数码管用于显示电池剩余荷电状态；所述太阳能充蓄电模块采集太阳能，并通过稳压电路使输出的电压稳定，为系统的传感器模块、单片机控制模块和数码管供电。2.根据权利要求1所述的一种基于卡尔曼滤波算法的电池荷电状态估测装置，其特征在于，所述智能插接口与引线模块中的智能插接口配置USB接口，兼容USB连接模式。3.根据权利要求1所述的一种基于卡尔曼滤波算法的电池荷电状态估测装置，其特征在于，所述传感器模块包括电流测量电路、电压测量电路和温度传感器；电流测量电路结合补偿原理使用交流电位差计，测试线路电流；电压测量电路使用反向半波检波器，测试端口电压；温度传感器包括三个贴片式pt100温度传感器，所述贴片式pt100温度传感器贴附在各环节关键温度测量点；当所测点电流、电压、温度其中一项超过最高设定值时间达单片机2个机器周期时，诱发单片...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢慧浚，高昂，韩泽雷，徐珂雅，郭梦蕾，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32