[发明专利]一种电池剩余电量的混合快速估计方法

权利要求书

1.一种电池剩余电量的混合快速估计方法，其特征在于该方法的具体步骤是：

步骤(1)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：

观测方程：

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；Δt是测量时间间隔，w_k为处理噪声；K₀、K₁、K₂、K₃、K₄为常数，p＝[K₀ R K₁ K₂ K₃ K₄]^T，p为电池观测模型的参数，是一个列向量；R为电池的内阻，v_k为观测噪声；设定处理噪声w_k的方差∑_w和观测噪声v_k的方差∑_v分别为：∑_w＝10^-5 ∑_v＝10^-2；

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，其中N＞10，0＜C_i≤C，C为电池的额定放电电流；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：

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；电池的内阻R以及常数K₀、K₁、K₂、K₃、K₄的确定方法为： 

(d)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；

(e)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；

(f)计算s时刻的剩余电量z_s＝1-s/M；

(g)记则p＝(H^TH)^-1H^TY，也就得到内阻R以及常数K₀、K₁、K₂、K₃、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(2)将电池静置较长时间后，测量初始时刻k＝0时电池两端的开路电压U₀，计算电池的初始剩余电量z₀：Q₀＝h(U₀)；其中h为电池的开路电压到电池剩余电量的映射函数；设定z₀的方差P₀为10^-2；映射函数h的确定方法为：

(h) 将电池充满电，在室温25℃条件下、以C/30放电速率对电池进行恒流放电r·Δt时间后，将电池开路，其中C为额定放电电流，r＝1，2，...L；在电池静置较长时间后，测量此时电池两端的开路电压U_r；然后在室温25℃条件下、以C/30的放电速率对电池进行恒流放电直至完全放电，测得此时的放电时间为T_r，计算得到相应的电池剩余总电量z_r为 其中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； 

(i)选取合适的多项式函数h(x)＝a₀+a₁x+a₂x²+…+a_Kx^K，1≤K≤5，根据所测得的U_r及z_r，采用最小二乘法拟合得出多项式函数的最优系数{a₀，a₁，…，a_K}，即得到映射函数h；

对同一类型的电池，映射函数h只需确定一次；

步骤(3)电池实际工作过程中，在时刻k＝1，2，3，...，测量电池两端的端电压y_k及电池的供电电流i_k；

步骤(4)根据所测得的y_k及i_k，交替使用扩展卡尔曼滤波方法及安时法进行电池剩余电量的估计，直至电池剩余电量少于P％；其中扩展卡尔曼滤波方法所连续利用的测量数据点数为S点，S＞200，安时法所连续利用的测量数据点数为R点；

在时刻k，利用扩展卡尔曼滤波方法进行电池剩余电量估计的过程为：

(a)计算状态方程对状态变量的偏导数A_k-1：

(b)根据状态方程计算状态的估计值z_k^-：

(c)计算状态估计值的协方差P_k^-：

(d)根据观测方程计算观测的估计值 

(e)计算观测方程对状态变量的偏导数C_k：

(f)计算卡尔曼滤波增益L_k：

(g)计算状态z_k及其方差P_k： 

在时刻k，利用安时法进行电池剩余电量估计的方法为：

z_k＝z_k-1-η_ii_k-1Δt/Q_n；

步骤(5)当电池剩余电量少于P％时，一直使用上述步骤(4)中的扩展卡尔曼滤波方法进行电池剩余电量的估计。