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专利号: 2020104672713
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于HCKF的电池SOC估计方法,其特征在于包括以下步骤:步骤(1).获取k时刻的电池端电压yk和电池放电电流ik,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:

其中xk为k时刻电池的荷电状态SOC值,即剩余电量;f(xk-1,ik)是状态预测函数;wk为过程噪声;ηt为电池的放电比例系数;Q是电池在室温25℃条件下,以1/30C的放电速率完全放电后所得到的额定总电量;Δt是测量时间间隔;

观测方程:

其中h(xk,ik)是观测函数;vk为测量噪声;R为电池的电阻,k0,k1,k2,k3,k4表示常数,具体数值可以通过标准放电速率对电池进行放电,使用放电过程中采集到的不同时刻的端电压yk和SOC值通过最小二乘法拟合得到测量;

步骤(3).执行参数的初始化

初始化荷电状态SOC起始估计值 及其方差P0,初始化过程噪声wk的方差Q和测量噪声vk的方差R,将起始估计状态 扩展为三维状态向量 同时将其方差P0也扩展为协方差 由于状态向量为三维,故共取6个基本容积点,计算基本容积点集ξi和权重ωi:

步骤(4).采用HCKF算法进行循环递推:(4-1).根据k时刻的荷电状态SOC估计值 及其方差Pk得到对应的三维状态向量 和协方差(4-2).通过状态方程进行时间更新,计算系统中的容积点其中Sk为对 进行Cholesky分解运算得到的下三角矩阵;T表示转置;

其中 为围绕状态估计向量 生成的容积点;

(4-3).使用容积点计算荷电状态SOC估计值 以及估计值协方差Pk+1|k:其中 为容积点通过状态预测函数得到的围绕状态量估计值 的容积点;

其中 为k+1时刻的荷电状态SOC估计值;

其中Pk+1|k为荷电状态SOC估计值 的协方差矩阵;

(4-4).通过观测方程进行测量更新,重新计算容积点;

Pk+1|k=Sk+1|k(Sk+1|k)T式(10)其中Sk+1为对Pk+1|k进行Cholesky分解运算得到的下三角矩阵;T表示转置;

其中 为围绕荷电状态SOC估计值 重新生成的容积点;

(4-5).使用容积点计算测量估计值;

其中 为新容积点 通过观测函数 得到的围绕测量估计值 的容积点;

其中 为k+1时刻的测量估计值,即k+1时刻的端电压估计值;

(4-6).计算测量误差协方差和互协方差其中 为测量估计值 的协方差矩阵;

其中 为荷电状态SOC估计值 和测量估计值 的互协方差矩阵;

(4-7).计算卡尔曼增益和状态更新其中Kk+1是卡尔曼增益;

其中 是最终得到的k+1时刻的最佳荷电状态SOC估计值,yk+1为k+1时刻得到的实际测量值;

(4-8).最后更新最佳荷电状态SOC估计值 的协方差HCKF的k+1时刻最佳荷电状态SOC估计值的协方差矩阵Pk+1:其中矩阵Re,k表示为:

其中I表示单位矩阵,参数γ需要满足以下条件:其中Hk为系统的观测矩阵。

2.根据权利要求1所述的一种基于HCKF的电池SOC估计方法,其特征在于步骤(2)中放电比例系数ηt的确定方法为:(2-1)将完全充满电的电池以不同放电速率Ct(0<Ct≤C,C为电池的额定放电电流)恒流放电N(N>10)次,计算相应放电速率下的电池总电量Qt,1≤t≤N;

(2-2)根据最小二乘方法拟合出Qt与Ct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 其中a,b,c为所求得的最优系数;

(2-3)在放电电流为ik时,对应的放电比例系数ηt为:此处,最优系数a,b,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。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于HCKF的电池SOC估计方法,其特征在于步骤(2)中电池的内阻R以及常数k0、k1、k2、k3、k4的确定方法为:(2-4)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;

(2-5)在放电过程中以时间间隔Δt测量电池在k时刻的端电压yk,k=0,1,2,...M,其中k=0对应电池充满后的起始放电时刻,k=M对应电池电量耗尽的终止时刻;

(2-6)计算k时刻的剩余电量xk:(2-7)记

在上述表达中,将0至M时刻的端电压记为向量Y,将状态方程不同时刻的变量记为矩阵H,将电池模型的参数记为向量P;

根据P=(HTH)-1HTY,即得到内阻R以及常数k0、k1、k2、k3、k4,其中T表示矩阵的转置;

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。