[发明专利]一种混合动力系统电池无迹卡尔曼SOC估算方法

说明书

本发明公开了一种混合动力系统电池无迹卡尔曼SOC估算方法，步骤如下：建立基于分数阶理论的等效电路模型；进行各工况下混合动力无人机磷酸铁锂电池容量试验；进行磷酸铁锂电池开路电压迟滞特性试验，建立简化开路电压迟滞模型；进行参数辨识试验，并采用优化算法进行参数辨识；分数阶无迹卡尔曼滤波SOC估算。本发明在使用较少参数及较为简单的迟滞模型情况下能较好模拟电池端电压，提高SOC估算的准确性。

技术领域

本发明属于无人机能量管理领域，特别涉及一种混合动力系统电池无迹卡尔曼SOC(State of Charge，荷电状态)估算方法。

背景技术

动力电池SOC是衡量电池剩余电量的常用指标，其估算方法是混合动力无人机能量管理领域的一项重要研究内容，其准确性直接影响能量管理系统和动力控制系统的有效性，同时也是保证和延长无人机动力电池健康状态的重要依据。但是目前混合动力无人机在运行过程中存在着大量系统噪声干扰，电流测量往往不够准确，使得较为常用的安时积分法存在误差累计且受限于算法缺陷不能消除误差使算法收敛，所以目前在工程上往往结合开路电压法使用，但动力电池准确的开路电压需要通过静置所得，通常为了方便使用只能牺牲开路电压准确性，近似认为小电流状态下的电池端电压等于开路电压。而通过电池等效电路模型模拟电池端电压特性，再测量电池实际端电压和电流，结合卡尔曼滤波及其各种形式进行SOC估计能一定程度解决上述问题，但其算法准确性很大程度上依赖于等效电路模型精度，但是对于无人机载体，其影响等效电路模型参数的因素较多，不全面会大大降低模型端电压精度，而考虑对于磷酸铁锂电池而言，其开路电压作为等效电路模型中最为重要的部分之一存在迟滞特性，表现为充电状态下开路电压大于放电状态且充放电状态切换时开路电压经一段时间后变为相应状态。

目前，使用较多的整数阶等效电路模型在阶数较低时也不能很好地模拟电池端电压特型，但系统状态维数和滤波器计算复杂度会随阶数的上升而增大，近些年来基于分数阶理论的等效电路模型凭借其能在较少模型阶数的情况下较好地模拟电池充放电状态及静止状态的阻容特性的优势受到广泛关注。

因此，基于目前SOC估算方法存在的缺点和不足，建立一种混合动力系统电池无迹卡尔曼SOC估算方法显得尤为重要。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种混合动力系统电池无迹卡尔曼SOC估算方法，以解决现有混合动力无人机中SOC估算方法中存在的不足；本发明在使用较少参数及较为简单的迟滞模型情况下能较好模拟电池端电压，提高SOC估算的准确性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种混合动力系统电池无迹卡尔曼SOC估算方法，步骤如下：

1)建立基于分数阶理论的等效电路模型；

2)进行各工况下混合动力无人机磷酸铁锂电池容量试验；

3)进行磷酸铁锂电池开路电压迟滞特性试验，建立简化开路电压迟滞模型；

4)进行参数辨识试验，并采用优化算法进行参数辨识；

5)分数阶无迹卡尔曼滤波SOC估算。

进一步地，所述步骤1)具体包括：以一阶整数阶RC模型为基础，建立包含内阻、极化电阻、CPE分数阶元件及相应阶数的一阶分数阶等效电路模型，并依据所选模型推导相应数学模型。

进一步地，所述步骤2)具体包括：将环境温度设置25℃，气压为100Kpa，以C/3电流将电池充至充电截止电压，再以恒压充电方式充电直至电流降为0.05C，静置1h待电池回归平衡状态；使用高空环境模拟箱，在所选温度、气压节点下，以所选放电倍率进行恒流放电，直至放电截止电压，记录下所放出容量；以此循环，直至做完所有温度节点、气压节点和放电倍率节点，并视电池放电容量等于电池充电容量。