本发明专利技术涉及一种基于采样点卡尔曼滤波的电池剩余电量估计方法。现有方法不能满足在线检测要求，并且精度差。本发明专利技术方法首先测量在ｋ时刻的电池端电压ｙ↓［ｋ］和电池供电电流ｉ↓［ｋ］，然后用状态方程和观测方程表示电池的各个时刻的荷电状态，再执行初始化过程，采用采样点卡尔曼滤波算法进行循环递推，递推所得到的状态更新值＊↓［ｋ］即为当前时刻ｋ所估计得到的电池剩余电量。本发明专利技术方法可以方便地进行电池剩余电量的快速估计，收敛速度快、估计精度高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池
，具体涉及一种基于采样点卡尔曼滤波的电 池剩余电量快速估计方法。
技术介绍
电池作为备用电源已在通讯、电力系统、军事装备等领域得到了广泛 的应用。同传统燃油汽车相比，电动汽车可实现零排放，因此是未来汽车 的主要发展方向。在电动汽车中电池直接作为主动能量供给部件，因此其 工作状态的好坏直接关系到整个汽车的行驶安全性和运行可靠性。为确保 电动汽车中的电池组性能良好，延长电池组使用寿命，须及时、准确地了 解电池的运行状态，对电池进行合理有效的管理和控制。电池荷电状态(State of Charge,以下简称S0C)的精确估算是电池 能量管理系统中最核心的技术。电池的SOC无法用一种传感器直接测得， 它必须通过对一些其他物理量的测量，并采用一定的数学模型和算法来估 计得到。目前常用的电池SOC估计方法有开路电压法、安时法等。开路电压法 进行电池SOC估计时电池必须静置较长时间以达到稳定状态，而且只适用 于电动汽车在停车状态下的SOC估计，不能满足在线检测要求。安时法易 受到电流测量精度的影响，在高温或电流波动剧烈情况下，精度很差。
技术实现思路
本专利技术的目的就是克服现有技术的不足，提出一种基于采样点卡尔曼 滤波的电池剩余电量快速估计方法，可以适用于所有电池，且估计精度较 咼°本专利技术的电池剩余电量快速估计方法，具体歩骤是步骤(1)测量在&时刻的电池端电压&和电池供电电流/ J = 1,2,3,…。歩骤(2)用状态方程和观测方程表示电池的各个时刻的荷电状态:状态方程zA+1 = /(A, 4 ) + wA = z广2 4 + w*观测方程A=g(^4) + ^=《。-《A+I3lnA+《4ln(l-+其中z为电池的荷电状态(State of Charge, SOC)，即剩余电量； 为电池的放电比例系数，反映的是放电速率、温度、自放电、老化等因素 对电池SOC的影响程度；a是电池在室温25。c条件下、以1/30倍额定电 流的放电速率放电时所能得到的额定总电量，"是测量时间间隔，^为处 理噪声。K。、《、《2、《3、《4为常数，K2 & K4]T， p为 电池观测模型的参数，是一个列向量，对同类型的电池它们是不变的； 为电池的内阻，、为观测噪声。 放电比例系数;y,.的确定方法为(a) 将完全充满电的电池以不同放电速率C,. (0<C,2C， C为电池的额 定放电电流)恒流放电W(A^10)次，计算相应放电速率下的电池总电量(b) 根据最小二乘方法拟合出2,与C,.间的二次曲线关系，即在最小均方 误差准则下求出同时满足Q. ="q2 +c ，"Ac为最优系数。(c) 在放电电流为々时，对应的放电比例系数化为此处，最优系数"，6,c对于同一类型的电池只需确定一次，确定后可作为已知常数直接用于所有同类型电池的剩余电量估计。电池的内阻i 以及常数《。、《、&、 &、 A的确定方法为(e) 在室温25。c条件下、以1/30倍额定电流对充满电的电池进行恒 定电流放电直至电量耗尽；(f) 在放电过程中以时间间隔"测量电池在^时刻的端电压凡，6s = 0,l,2,...M ，其中5 = 0对应电池充满后的起始放电时刻，s^M对应电池电 量耗尽的终止时刻。(g)计算s时刻的剩余电量^^-s/M。C 1(h)记ry。1 —; _二 _z0lnz。 ln(l —z0)30 z0(T 11 _— lnzln(l —z)30 ^30 zlnzM 1ii(1-Za/)A/《3则/^(//^/)-1//7，也就得到内阻i 以及常数K。、《、《、A、 K4。对同一类型的电池，这些参数只需确定一次，确定后可作为已知常数 直接用于所有同类型电池的剩余电量估计。步骤(3)执行如下初始化过程 起始状态5。及其方差P。分别为￡0 = 100% ，尸o = var(z。 ) = 10一2处理噪声m^的方差^尺.=10—5尺,=10—2,测噪声々的方差&分别为:扩展后的状态向量^及其协方差,为:《=r尸；=尸o 0 0 0 i w 0 00 尺,尺度参数^为均值加权系数nf= 0,1,2,...,6和方差加权系数= 0,1,2,...,6分别为: 《)=0《)=2w)m) =<) =1/6 1&.S6步骤(4)采用采样点卡尔曼滤波算法进行循环递推:在时刻yt",2,3,…，根据测得的电池端电压^及电池的供电电流4，按 下列各式进行递推计算①根据^-l时刻的扩展状态向量《及其协方差^ 计算该时刻的所有A-l " 的采样点序列^_1:，=②根据状态方程进行时间域更新由采样点序列x:—,根据状态方程计算采样点更新x^—i: x;i=/(x:—,,^)早—i对采样点更新X;,进行加权，计算状态估计f:: 5:=ZhT《1=0计算状态估计5:的方差g:: &=tnf (x;,,-《)(x;雄—,-5:;f!甲=0③根据观测方程完成测量更新由采样点更新《M根据观测方程计算测量更新级M : l(X"，"对测量更新 )，进行加权，计算测量估计a—: a—=i>nw 计算测量估计a—的方差s::《^t《)(戮,-;p。( w—广a—)7 计算x;,与级,—,的互协方差/^: gw ^i:w"(支^H-《,-a—)计算卡尔曼增益&: &=/Uit 计算状态更新^: ^=&—) 计算状态更新4的方差^ : & =《-a&尺f递推所得到的状态更新值^即为当前时刻*所估计得到的电池剩余电 量。整个循环递推过程是在线完成的，即在电池实际工作过程中同步完成 各时刻电池剩余电量的估计。本专利技术可以方便地进行电池S0C的快速估计，该方法收敛速度快，估计精度高，而且适用于各种电池soc的快速估计。根据本专利技术的第一方面，公开了一种用于快速估计电池剩余电量的采 样点卡尔曼滤波方法所依赖的测量量，分别为电池的端电压和电池的供电 电流。根据本专利技术的第二方面，公开了一种用于快速估计电池剩余电量的采 样点卡尔曼滤波的状态方程和观测方程。其中观测方程中电池模型参数通 过最小二乘法确定。根据本专利技术的第三方面，公开了一种用于快速估计电池soc的采样点 卡尔曼滤波所依赖的初始值。包括初始soc，初始soc的方差，处理噪声及 观察噪声的方差，以及采样点对应的权值。其中初始soc及初始soc方差的值不必很准确，在采样点卡尔曼滤波的后续迭代过程中它们会很快收敛 到真实值附近。根据本专利技术的第四方面，公开了一种应用采样点卡尔曼滤波进行电池SOC快速估计的具体流程。主要包括计算采样点通过状态方程变换后的加权值，作为状态的估计值，进而通过加权计算状态估计的方差；计算采样 点通过观测方程变换后的加权值，作为观测的估计值；计算卡尔曼增计算状态及其方差的更新等。 具体实施例方式基于采样点卡尔曼滤波的电池剩余电量估计方法的具体步骤是步骤(1)测量在*时刻的电池端电压力和电池供电电流4^: = 1,2,3,--步骤(2)用状态方程和观测方程表示电池的各个时刻的荷电状态:mr ;状态方程= , 4 ) + wn《观测方程h = ， 4 ) + ^ =《。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于采样点卡尔曼滤波的电池剩余电量估计方法，其特征在于该方法的具体步骤是： 步骤（１）测量在ｋ时刻的电池端电压ｙ↓［ｋ］和电池供电电流ｉ↓［ｋ］ｋ＝１，２，３，…； 步骤（２）用状态方程和观测方程表示电池的各个时刻的荷电状态 ： 状态方程：ｚ↓［ｋ＋１］＝ｆ（ｚ↓［ｋ］，ｉ↓［ｋ］）＋ｗ↓［ｋ］＝ｚ↓［ｋ］－（η↓［ｉ］Δｔ／Ｑ↓［ｎ］）ｉ↓［ｋ］＋ｗ↓［ｋ］ 观测方程：ｙ↓［ｋ］＝ｇ（ｚ↓［ｋ］，ｉ↓［ｋ］）＋ｖ↓［ｋ］＝Ｋ↓［０］－Ｒｉ↓［ｋ］－ Ｋ↓［１］／ｚ↓［ｋ］－Ｋ↓［２］ｚ↓［ｋ］＋Ｋ↓［３］ｌｎｚ↓［ｋ］＋Ｋ↓［４］ｌｎ（１－ｚ↓［ｋ］）＋ｖ↓［ｋ］ 其中ｚ为电池的荷电状态，即剩余电量，η↓［ｉ］为电池的放电比例系数，Ｑ↓［ｎ］是电池在室温２５℃条件下、以１／３０倍 额定电流的放电速率放电时所能得到的额定总电量，Δｔ是测量时间间隔，ｗ↓［ｋ］为处理噪声，Ｋ↓［０］、Ｋ↓［１］、Ｋ↓［２］、Ｋ↓［３］、Ｋ↓［４］为常数，ｐ＝［Ｋ↓［０］ Ｒ Ｋ↓［１］ Ｋ↓［２］ Ｋ↓［３］ Ｋ↓［４］］↑［Ｔ ］，ｐ为电池观测模型的参数，是一个列向量，对同类型的电池它们是不变的，Ｒ为电池的内阻，ｖ↓［ｋ］为观测噪声； 放电比例系数η↓［ｉ］的确定方法为： （ａ）将完全充满电的电池以不同放电速率Ｃ↓［ｉ］恒流放电Ｎ次，Ｎ＞１０，计算相应 放电速率下的电池总电量Ｑ↓［ｉ］，１≤ｉ≤Ｎ； （ｂ）根据最小二乘方法拟合出Ｑ↓［ｉ］与Ｃ↓［ｉ］间的二次曲线关系，即在最小均方误差准则下求出同时满足Ｑ↓［ｉ］＝ａＣ↓［ｉ］↑［２］＋ｂＣ↓［ｉ］＋ｃ，ａ，ｂ，ｃ为最优系数； （ ｃ）在放电电流为ｉ↓［ｋ］时，对应的放电比例系数η↓［ｉ］为： η↓［ｉ］＝Ｑ↓［ｎ］／ａｉ↓［ｋ］↑［２］＋ｂｉ↓［ｋ］＋ｃ 电池的内阻Ｒ以及常数Ｋ↓［０］、Ｋ↓［１］、Ｋ↓［２］、Ｋ↓［３］、Ｋ↓［４］的确定方法为： （ｅ）在室温２５℃条件下、以１／３０倍额定电流对充满电的电池进行恒定电流放电直至电量耗尽； （ｆ）在放电过程中以时间间隔Δｔ测量电池在ｓ时刻的端电压ｙ↓［ｓ］，ｓ＝０，１，２，…Ｍ，其中ｓ＝０对应电池充满后的起始放电时刻，ｓ＝Ｍ对应电 池电量耗尽的终止时刻； （ｇ）计算ｓ时刻的剩余电量ｚ↓［ｓ］＝１－ｓ／Ｍ； （ｈ）记Ｙ＝＊＊＊，Ｈ＝＊＊＊，ｐ＝＊＊＊ 则ｐ＝...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：何志伟，高明煜，徐杰，黄继业，曾毓，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。