[发明专利]一种基于UHF的电池剩余电量估计方法

权利要求书

1.一种基于UHF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和电池放电电流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：

观测方程：

其中x_k为k时刻的电池荷电状态，即剩余电量；w_k为k时刻的过程噪声，v_k为k时刻的测量噪声；η_i为电池的放电比例系数；Q_n是电池在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；k₀、k₁、k₂、k₃、k₄为常数，R为电池的内阻；

步骤(3)初始化：

选择初始状态及其方差P₀，0＜P₀＜1；选择过程噪声的方差Q_k和测量噪声的方差R_k，10^-8＜Q_k＜10^-2，0＜R_k＜0.1；扩展后的状态向量及其协方差为：

选择尺度参数α,β,κ,0≤α≤1，β≥0，计算出中间参数λ＝α²(L+κ)-L，L为扩展状态向量的维数，L＝3，κ≥-L；计算均值加权系数和方差加权系数l为权重序号，l＝0,1,2,...,6；

步骤(4)采用UHF算法进行循环递推：

在时刻k＝1,2,3,…，根据测得的y_k和i_k，按下列各式进行递推计算：

①根据k-1时刻的状态及其方差P_k-1得到对应的扩展状态向量及其协方差计算该时刻的所有的采样点序列

②根据状态方程进行时间域更新：

由采样点序列根据状态方程计算采样点更新

对采样点更新进行加权，计算状态估计

计算状态估计的方差

③根据观测方程完成测量更新：

由采样点更新根据观测方程计算测量更新

对测量更新进行加权，计算测量估计

计算测量估计的方差

计算与的互协方差

计算卡尔曼增益

计算状态更新

计算状态更新的方差

其中，矩阵R_e,k表示为：

参数γ²取值为：

ρ为大于1的标量；

递推所得到的状态更新值即为当前时刻k所估计得到的电池剩余电量。

2.如权利要求1所述的一种基于UHF的电池剩余电量估计方法，其特征在于步骤(2)中所述的放电比例系数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恒流放电N次，根据第j次完全放电放电速率C_j、总时长t_j，计算相应放电速率下的电池总电量Q_j＝C_jt_j，1≤j≤N，N＞10，0＜C_j≤C，C为电池的额定放电电流；

(b)根据最小二乘方法拟合出Q_j与C_j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_j＝aC_j²+bC_j+c，a,b,c为最优系数；

(c)在电池放电电流为i_k时，对应的放电比例系数η_i为：

3.如权利要求1所述的一种基于UHF的电池剩余电量估计方法，其特征在于步骤(2)中所述的电池的内阻R以及常数k₀、k₁、k₂、k₃、k₄的确定方法为：

(A)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；

(B)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；

(C)计算s时刻的剩余电量z_s＝1-s/M；

电池观测模型的参数P为一个列向量,P＝(H^TH)^-1H^TY，即得到内阻R以及常数k₀、k₁、k₂、k₃、k₄，其中Y和H为矩阵，T表示矩阵的转置。