[发明专利]一种基于采样点卡尔曼滤波的电池剩余电量估计方法

权利要求书

1.一种基于采样点卡尔曼滤波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和电池供电电流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，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，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，对同类型的电池它们是不变的，R为电池的内阻，v_k为观测噪声；

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，N＞10，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：

电池的内阻R以及常数K₀、K₁、K₂、K₃、K₄的确定方法为：

(e)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； 

(f) 在放电过程中以测量时间间隔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；

(g)计算s时刻的剩余电量z_s＝1-s/M；

(h) 记 

则p＝(H^TH)^-1H^TY，也就得到内阻R以及常数K₀、K₁、K₂、K₃、K₄；

步骤(3)执行如下初始化过程：

起始状态 及其方差P₀分别为：

P₀＝var(z₀)＝10^-2，，

处理噪声w_k的方差R_w和观测噪声v_k的方差R_v分别为：

R_w＝10^-5，R_v＝10^-2

扩展后的状态向量 及其协方差 为：

尺度参数γ为：

均值加权系数w_i^(m)，i＝0，1，2，...，6和方差加权系数w_i^(c)，i＝0，1，2，...，6分别为：

1≤i≤6

步骤(4)采用采样点卡尔曼滤波算法进行循环递推：

在时刻k＝1，2，3，…，根据测得的电池端电压y_k及电池的供电电流i_k，按 下列各式进行递推计算：

①根据k-1时刻的扩展状态向量 及其协方差p_k-1^a，计算k-1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K_k：

计算状态更新 

计算状态更新 的方差 

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。