[发明专利]航天器电池组模拟器的SOC特性校准方法

权利要求书

1.一种航天器电池组模拟器的SOC特性校准系统，其特征在于：包括模拟器SOC曲线生成模块、标准SOC曲线生成模块和校准模块，其中，模拟器SOC曲线生成模块从实际数据中提取SOC曲线，并利用积分法来形成航天器电池组模拟器输出的SOC特性曲线；其中标准SOC曲线生成模块基于二阶RC等效电路模型的建模法建立起航天器电池组的等效电路模型，不断交替更新模型参数与SOC值，从而得到每个时刻的电池组的模型参数和SOC值；

所述模拟器soc曲线生成模块包括数据采集测量单元和数据处理单元，其中数据采集单元负责实时采集系统数据和进行A/D转换，数据处理单元接收数据采集测量单元的数据，并进行数据处理分析，从而得到航天器电池组模拟器的SOC参数值；曲线校准模块包括波形测量模块、误差分析模块和波形对比模块，其中，荷电状态SOC、两电容上的电压U_e、U_d为状态变量，R_e、R_d为二阶RC等效电路模型中两电阻阻值，端电流I_t为输入量,端电压U_t为输出量，所述等效电路模型离散后的空间方程为：

U_t(k)＝U_oc(SOC(k))-U_e(k)-U_d(k)-R₀(k)I_t(k)，

式中η_c为库仑效率,通过电池充放电实验得到；Q_n为电池额定容量；T为采样周期；It(k)为k时刻的端电流；U_k+1为k+1时刻实际测得的端电压,P_k+1为均方估计误差,L_k+1为卡尔曼增益；A_k、B_k、C_k、D_k分别为线性化处理后的匹配系数；α为遗忘因子；

为了避免卡尔曼滤波的发散同时增加滤波计算的稳定性，当满足e_k^Te_k≤rT_r(E(e_k^Te_k))条件时，上面公式中的观测误差D_w用下面的D_wk替换，

式中e为误差，P为协方差矩阵；

其中，所述波形对比模块，使用矩阵离散卷积算法来衡量波形的相似程度，所述矩阵离散卷积算法的步骤如下：

步骤1：输入SOC特性校准的标准曲线的点序列f₁(k)和测试所得的曲线的点序列f₂(k)；

步骤2：由这两个有限长序列长度分别为M和N的点序列f₁(k)和f₂(k)构造出M×N维矩阵A,并计算出矩阵A中的元素a_ij＝f₁(i)f₂(j)，其中(i＝0,1,…,M-1；j＝0,1,…,N-1)；

步骤3：计算卷积和，即

步骤4：计算完两条曲线的卷积和之后，再取卷积后最大值；

步骤5：两条曲线的相似度即为卷积最大值的比值；

所述误差分析模块分析航天器电池组模拟器SOC测量的合成不确定度，所述合成不确定度其中：u₁为分流系数C₁引入的不确定度；u₂为采集系数C2引入的不确定度；滤波系数C₃引入的不确定度u₃；u₄为计时器系数C₄引入的不确定度；u₅为积分系数C₅引入的不确定度；

其中，u₁≈2.0×10^-4；

采集系数C2引入的不确定度u₂包括前置放大器噪声引入的不确定度分量2×10^-5；量化误差引入的不确定度分量2×10^-6；时基抖动引入的不确定度分量1×10^-7；电压采样的基准电压引入的不确定度分量3×10^-5；ADC积分及微分误差引入的不确定度分量5×10^-5，

u₃≈5.0×10^-3；u₄≈1.0×10^-6；u₅≈8.0×10^-3

综上，航天器电池组模拟器SOC测量的合成不确定度

总体不确定度服从正态分布，选择置信系数k＝2，置信概率为0.95，则航天器电池组模拟器SOC测量扩展不确定度U为：

U＝k×u_c≈2.0％

SOC值为比例值，取值范围为0～1，则SOC测量允许绝对误差理论值为±0.02。