[发明专利]蓄电池剩余电量监测方法及监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及蓄电池应用技术领域，具体地说，是涉及蓄电池剩余电量监测方法及监测装置。

背景技术

以电动汽车为代表的新能源车辆被普遍认为是解决当前能源及污染问题的最有效途径之一，引起国内外的广泛关注。一般认为，电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。与传统燃油汽车相比，电动汽车具有高性能、低能耗和低污染的特点以及技术、经济和环境等方面的综合优势，其前景被广泛看好。在这种背景下，电动汽车技术成为汽车研究领域的一大热点。目前，电动汽车主要有如下几种形式备受关注：纯电动汽车、燃料电池电动汽车、内燃机混合动力汽车。其中，丰田公司研发的内燃机混合动力汽车“Prius”已经批量生产并在北美市场销售，取得了很大的成功；很多世界著名汽车公司研发的纯电动汽车也进入到了量产前的准备阶段。

无论何种形式的电动汽车，蓄电池都是其动力系统中不可缺少的一部分。蓄电池的主要作用是：提供起动或低速行驶的功率需求（对于轻度混合内燃机混合动力汽车）；响应负载的快变成分（对于燃料电池电动汽车）；提供全部动力（对于纯电动汽车或插电式混合动力汽车）；提供加速或高速行驶时的峰值功率需求；吸收再生制动的回馈能量等。蓄电池虽然在不同形式电动汽车中的作用不完全相同，但是不论何种形式的电动汽车，蓄电池剩余电量的准确、实时监测都直接关系着动力系统的稳定可靠运行，是实际应用的关键问题之一。

对于蓄电池剩余电量的实时监测，其难点在于，蓄电池工作过程中，其剩余电量无法直接测量，必须借助适当的模型进行监测，而蓄电池本身具有很强的时变、非线性等复杂特性，在离线状态下确定的模型参数值在实际运行时不可避免地存在偏差，从而使剩余电量的在线监测存在偏差。目前国内外对蓄电池剩余电量监测的研究不少，大体上有电流积分法、电压间隔修正法、模糊神经网络法和卡尔曼滤波法等。传统的电流积分方法虽然可以实现实时监测，但存在积分累计误差的问题，而且积分初值往往难于确定，已经很少被单独采用。电压间隔修正法的主要思路是利用一段小电流充放电时间窗口的实测电压值对电流积分法得到的剩余电量监测值进行周期性的修正，在消除积分累计误差问题上取得了一定的效果，但该方法实时性不好，而且间隔性的剩余电量修正容易对动力系统控制的稳定性产生影响。模糊神经网络法的主要缺点是模型物理意义不明确，易受干扰，而且要求大量的训练数据、并要有合适的训练算法。卡尔曼滤波法最近的研究较多，该方法虽然能够实现剩余电量的实时修正，但在实际应用时，作为重要影响因素的系统噪声和测量噪声往往难于确定，一般都采取假设的方法确定，增加了方法的不确定性。

除了上述的弊端之外，上述各监测方法都是使用离线时确定的模型参数值进行剩余电量的在线监测，无法从根本上解决蓄电池时变非线性特性对监测结果的影响，实时性不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蓄电池剩余电量监测方法及监测装置，以解决现有技术中的监测方法受蓄电池时变非线性特性及误差和噪声等影响而导致监测结果不准确、实时性差等缺点。

为实现上述发明目的，本发明提供的蓄电池剩余电量监测方法采用下述技术方案予以实现：

一种蓄电池剩余电量监测方法，所述方法包括下述步骤：

a、根据蓄电池的等效电路建立以与蓄电池的剩余电量相对应的蓄电池开路电压为状态变量的蓄电池状态空间模型；

b、利用电流测量仪器测量若干蓄电池的输出电流，同时利用电压测量仪器测量与输出电流相对应的蓄电池的输出电压；

c、将步骤b测量的输出电流和输出电压作为离线样本数据，对蓄电池的状态空间模型进行离线辨识，获得模型参数离线辨识结果；

d、利用电流测量仪器和电压测量仪器实时测量蓄电池的输出电流和输出电压，以步骤c获得的模型参数离线辨识结果为初始值，采用最小二乘递推算法对蓄电池的状态空间模型进行在线辨识，获得模型参数在线辨识结果；

e、根据步骤d的模型参数在线辨识结果及步骤a的蓄电池状态空间模型构建状态观测器，对蓄电池开路电压进行观测；

f、根据蓄电池开路电压与蓄电池剩余电量的对应关系获得蓄电池剩余电量。

如上所述的监测方法，为提高通用性和等效电路的适用范围，在所述步骤a中，等效电路为电容和电阻串联而成的RC等效电路，利用该RC等效电路建立的蓄电池状态空间模型为：                                                ，式中，状态矢量，输入变量，输出变量，系统矩阵为

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