[發(fā)明專利]一種SOC估計(jì)的基于參數(shù)估計(jì)準(zhǔn)則的自適應(yīng)濾波方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010322842.4
• 申請(qǐng)日: 2020-04-22
• 公開（公告）號(hào): CN111624499B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜明;李云育;葛泉波;馬成宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波飛拓電器有限公司
• 主分類號(hào): G01R31/3842
• 分類號(hào): G01R31/3842;G01R31/367
• 代理公司: 杭州奧創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33272
• 代理人: 王佳健

本發(fā)明屬于目標(biāo)跟蹤領(lǐng)域，公開了一種SOC估計(jì)的基于參數(shù)估計(jì)準(zhǔn)則的自適應(yīng)濾波方法。本發(fā)明提出了一個(gè)參數(shù)估計(jì)準(zhǔn)則來(lái)估計(jì)準(zhǔn)確的SOC估計(jì)模型，并借此將SOC估計(jì)的自適應(yīng)濾波問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)有約束的優(yōu)化問題。通過(guò)解決求解問題，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)SOC模型中過(guò)程噪聲協(xié)方差和觀測(cè)噪聲協(xié)方差的估計(jì)。本發(fā)明使得SOC系統(tǒng)在噪聲協(xié)方差不準(zhǔn)確的情況下也具有最優(yōu)的估計(jì)效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于狀態(tài)估計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種SOC估計(jì)的基于參數(shù)估計(jì)準(zhǔn)則的自適應(yīng)濾波方法。

背景技術(shù)

電池的荷電狀態(tài)(State of Charge，SOC)指電池目前所存儲(chǔ)的電量，是電池管理系統(tǒng)控制策略的重要參數(shù)，為電池組控制策略提供判斷標(biāo)準(zhǔn)。目前比較常用的SOC估算方法有安時(shí)積分法、開路電壓法、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和Kalman濾波法等。Kalman濾波方法能夠根據(jù)采集到的電壓電流，由遞推算法得到SOC的最小方差估計(jì)，解決SOC初值估計(jì)不準(zhǔn)和累計(jì)誤差的問題。

Kalman濾波是由Kalman與1960年首次提出的，它是一種基于線性最小協(xié)方差估計(jì)的遞推算法，使用狀態(tài)空間算法在時(shí)域內(nèi)設(shè)計(jì)濾波器，適用于對(duì)多維隨機(jī)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)估計(jì)。Kalman濾波要求狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣、觀測(cè)矩陣且噪聲的統(tǒng)計(jì)特性必須準(zhǔn)確。在實(shí)際的系統(tǒng)應(yīng)用中，存在狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣、觀測(cè)矩陣以及噪聲的統(tǒng)計(jì)特性不完全已知的情況，這些不確定因素使得Kalman濾波算法不再是最優(yōu)的估計(jì)算法。自適應(yīng)濾波的作用是在濾波器的計(jì)算過(guò)程中，利用觀測(cè)值修正預(yù)測(cè)值并且估計(jì)噪聲統(tǒng)計(jì)參數(shù)，從而使濾波計(jì)算模型接近真實(shí)模型，提高濾波的精度。自適應(yīng)濾波的方有很多，如貝葉斯法、極大似然估計(jì)法、相關(guān)法與協(xié)方差匹配法等。

Sage-Husa自適應(yīng)濾波是應(yīng)用最廣泛的自適應(yīng)濾波算法之一，但是在濾波過(guò)程，該算法容易使過(guò)程噪聲協(xié)方差Q和觀測(cè)噪聲協(xié)方差R失去半正定性和正定性，導(dǎo)致濾波發(fā)散。張常云已經(jīng)從理論上證明該算法無(wú)法同時(shí)估計(jì)過(guò)程噪聲協(xié)方差和觀測(cè)噪聲協(xié)方差，但是在Q(或R)已知時(shí)，可以估計(jì)出R(或Q)。而后續(xù)的研究者不斷地改良Sage-Husa自適應(yīng)濾波，也只能在Q(或R)已知時(shí)，抑制濾波器的發(fā)散，同時(shí)估計(jì)出R(或Q)；其根本原因是在過(guò)程噪聲協(xié)方差和觀測(cè)噪聲協(xié)方差都未知時(shí)，并不能提供足夠的信息同時(shí)估計(jì)過(guò)程噪聲協(xié)方差和觀測(cè)噪聲協(xié)方差。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一個(gè)SOC估計(jì)的參數(shù)估計(jì)準(zhǔn)則來(lái)估計(jì)準(zhǔn)確系統(tǒng)模型，并借此將SOC估計(jì)的自適應(yīng)濾波問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)有約束的優(yōu)化問題。通過(guò)解決求解問題，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)SOC模型的過(guò)程噪聲協(xié)方差Q和觀測(cè)噪聲協(xié)方差R的估計(jì)。其中SOC用來(lái)反映電池的剩余容量，其數(shù)值上定義為剩余容量占電池容量的比值。通常把一定溫度下電池充電到不能再吸收電量的狀態(tài)定義為100％SOC，而將電池不能放出電量的狀態(tài)定義為0％SOC。定義式如下

Q_r指的是電池的剩余電量，Q₀指的是電池的標(biāo)稱容量。

具體內(nèi)容如下：

步驟1.建立SOC估計(jì)系統(tǒng)模型的一階形式

SOC估計(jì)的離散線性系統(tǒng)的模型如下：

x_k＝F_k,k-1x_k-1+B_k,k-1u_k-1+w_k,k-1

z_k＝H_kx_k+v_k

其中，k為時(shí)刻，x_k和x_k-1是SOC估計(jì)的離散線性系統(tǒng)的狀態(tài)向量，實(shí)際物理意義為k時(shí)刻和k-1時(shí)刻的電池SOC的數(shù)值。F_k,k-1＝1是系統(tǒng)從時(shí)刻k-1到時(shí)刻k的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣