[發明專利]一種基于粒子濾波的電池剩余電量估計方法

有效

• 申請號: 201110127488.0
• 申請日: 2011-05-17
• 公開（公告）號: CN102169168A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 何志偉;高明煜;曾毓;黃繼業
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于電池技術領域，具體涉及一種基于粒子濾波的電池剩余電量快速估計方法。

背景技術

電池作為備用電源已在通訊、電力系統、軍事裝備等領域得到了廣泛的應用。同傳統燃油汽車相比，電動汽車可實現零排放，因此是未來汽車的主要發展方向。在電動汽車中電池直接作為主動能量供給部件，因此其工作狀態的好壞直接關系到整個汽車的行駛安全性和運行可靠性。為確保電動汽車中的電池組性能良好，延長電池組使用壽命，須及時、準確地了解電池的運行狀態，對電池進行合理有效的管理和控制。

電池荷電狀態（State?of?Charge，以下簡稱SOC）的精確估算是電池能量管理系統中最核心的技術。電池的SOC無法用一種傳感器直接測得，它必須通過對一些其他物理量的測量，并采用一定的數學模型和算法來估計得到。

目前常用的電池SOC估計方法有開路電壓法、安時法等。開路電壓法進行電池SOC估計時電池必須靜置較長時間以達到穩定狀態，而且只適用于電動汽車在停車狀態下的SOC估計，不能滿足在線檢測要求。安時法易受到電流測量精度的影響，在高溫或電流波動劇烈情況下，精度很差。

發明內容

本發明的目的就是克服現有技術的不足，提出一種基于粒子濾波的電池剩余電量快速估計方法，可以適用于所有電池，且估計精度較高。

本發明的電池剩余電量快速估計方法，具體步驟是：

步驟(1)測量在????????????????????????????????????????????????時刻的電池端電壓和電池供電電流。

步驟(2)用狀態方程和觀測方程表示電池的各個時刻的荷電狀態：

狀態方程：

觀測方程：

其中為電池的荷電狀態（State?of?Charge,?SOC），即剩余電量；為電池的放電比例系數，反映的是放電速率、溫度、自放電、老化等因素對電池SOC的影響程度；是電池在室溫25條件下、以1/30倍額定電流的放電速率放電時所能得到的額定總電量，是測量時間間隔，為處理噪聲。、、、、為常數，，為電池觀測模型的參數，是一個列向量，對同類型的電池它們是不變的；為電池的內阻，為觀測噪聲。

放電比例系數的確定方法為：

(a)將完全充滿電的電池以不同放電速率（，為電池的額定放電電流）恒流放電次，計算相應放電速率下的電池總電量，。

(b)根據最小二乘方法擬合出與間的二次曲線關系，即在最小均方誤差準則下求出同時滿足，?為最優系數。

(c)在放電電流為時，對應的放電比例系數為：

此處，最優系數對于同一類型的電池只需確定一次，確定后可作為已知常數直接用于所有同類型電池的剩余電量估計。

電池的內阻以及常數、、、、的確定方法為：

(d)?在室溫25條件下、以1/30倍額定電流對充滿電的電池進行恒定電流放電直至電量耗盡；

(e)?在放電過程中以時間間隔測量電池在時刻的端電壓，，其中對應電池充滿后的起始放電時刻，對應電池電量耗盡的終止時刻。

(f)?計算時刻的剩余電量。

(g)?記，，?

則，也就得到內阻以及常數、、、、。

對同一類型的電池，這些參數只需確定一次，確定后可作為已知常數直接用于所有同類型電池的剩余電量估計。

步驟(3)執行如下初始化過程：

①粒子數目為：；

②初始粒子均值和方差分別為：，

③從均值為、方差為的高斯分布中產生個粒子，即，其中為均值為0、方差為的高斯隨機數；

④初始粒子重要性權重為：

⑤處理噪聲的方差和觀測噪聲的方差分別為：,

步驟(4)采用粒子濾波算法進行循環遞推：

在時刻，根據測得的電池端電壓及電池的供電電流，按下列各式進行遞推計算：

①根據時刻的粒子，基于高斯分布，產生時刻的個粒子，即=，其中為均值為0、方差為的高斯隨機數；

②基于時刻的粒子，進行其最大似然值的計算：

；

③基于最大似然值和時刻粒子重要性權重，計算時刻的粒子重要性權重：

；

④對粒子重要性權重進行歸一化處理：；

⑤計算時刻的狀態估計值；

遞推所得到的狀態估計值即為當前時刻所估計得到的電池剩余電量。整個循環遞推過程是在線完成的，即在電池實際工作過程中同步完成各時刻電池剩余電量的估計。