[发明专利]一种分段磷酸铁锂电池电量的测量方法

摘要

本发明一种基于负载电压和卡尔曼滤波的分段磷酸铁锂电池电量在线检测方法，在充放电开始和结束部分，即SOC<10%和SOC>90%的部分，由于电压与SOC对应关系分辨率比较高，通过负载电压法直接测量，利用电压与SOC的对应关系直接得到此时电池的电量，而在充放电的中间部分，即10%

主权项

1.一种基于负载电压和卡尔曼滤波的分段磷酸铁锂电池电量在线检测方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1、通过实验测得电池负载电压U_负与SOC关系表M（U_负），以及电池模型参数：（1）对电池进行一次完整的充电和放电，利用分容仪记录这一过程中电池负载电压U_负值与SOC值的对应关系，并将对应数值关系存入表M(U_负，SOC)：其中y₀，y₁,…,y_n为电池负载电压U_负，右列为U_负对应的SOC值；（2）用电池状态模型和观测模型表示电池的各个时刻的SOC值x和电压y、电流i关系：状态模型：xk=xk-1+ikΔtηiηTQ+wk---(1)]]>观测模型：y_k=E₀+g(x_k)-R(i_k)i_k+v_k（2）其中x_k为电池k时刻的SOC，i_k为k时刻电流，Q为电池额定容量，η_i和η_T分别是与电流和温度有关的充放电系数，Δt是测量时间间隔，w_k是状态噪声，y_k是K时刻电池负载电压估计值，E₀是与电池电势有关的常数，R（i_k）为电池内阻，与电流i_k有关，采用美国《FreedomCAR电池测试手册》中的HPPC测试方法进行计算，v_k为测量噪声，g（x_k）是根据x_k有关的变量，通过查表N（x，g）得到；该N（x，g）由实验测定，测定方法是：测量k时刻的电池负载电压y_k和负载电流i_k，由表M（U_负，SOC）得到该时刻电池y_k对应的x_k，由公式（2）的模型并忽略测量噪声v_k，计算出g（x_k）：g(x_k)=y_k+R(i_k)i_k-E₀（3）将结果记入表N（x，g）N(x,g)=x0g(x0)x1g(x1).,.....xng(xn)]]>步骤2、用电流转换模块测量电池负载电流i_k及其方向，并根据电流方向判断此时电池处于充电还是放电状态，用电压转换模块测量此时的电池负载电压U_负；步骤3、根据电池负载电压U_负查电池负载电压U_负与SOC关系表M（U_负，SOC）判断电池SOC状态是否处于充放电的开始或结束区域；步骤4、如果电池SOC状态处于充放电的开始或结束区域，则采用负载电压法，通过查电池负载电压U_负与SOC关系表M（U_负，SOC），得到电池SOC，完成后回到步骤2；步骤5、如果电池SOC状态不处于充放电的开始或结束区域，则采用快速卡尔曼滤波SOC估计法，得到电池SOC值，具体如下：（1）根据负载电压U_负估计此时的电池SOC₀作为初始值即为电池0时刻的SOC。，将负载电压U_负的检测方差作为卡尔曼滤波估计初始方差；（2）测量在k时刻的电池负载电压U_k和电池负载电流i_k，k=1，2，3，…；（3）采用快速卡尔曼滤波迭代递推运算，算出电池SOC估计值:K时刻电池SOC预测值K时刻电池负载电压估计值y_k：K时刻滤波后电池SOC估计值K=1,2,3…其中，卡尔曼增益Lk=Pk-CkPk-Ck2+Dv,]]>Pk-=Pk-1-+Dw,]]>是卡尔曼滤波方差，Ck=-0.00001xk-0.6469+0.0891xk+0.09461-xk,]]>D_v和D_w分别为状态噪声方差和测量噪声方差。