本發(fā)明屬于電池管理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種soc估算方法及裝置。

背景技術(shù)：

荷電狀態(tài)(stateofcharge，soc)是指剩余電量與電池總?cè)萘康谋?，通常把一定溫度下電池充電到不能再吸收能量時(shí)的電量狀態(tài)定義為soc＝100％，而將電池不能再放出電量的電量狀態(tài)定義為soc＝0％。

目前，現(xiàn)有的soc估算方法有開路電壓法、安時(shí)積分法等。對于開路電壓法來說，需要電池靜置至少2h以上，才能用此電壓來估算soc，所以很難做到實(shí)時(shí)在線估算。對于安時(shí)積分法來說，由于存在誤差的累積效應(yīng)，隨著使用時(shí)間越來越長，誤差會逐漸增大，同時(shí)，此方法受初始soc影響較大，也無法很好的在線估算。所以，這兩種方法魯棒性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種soc估算方法，旨在解決現(xiàn)有的soc估算方法在估算soc的過程中，soc波動過大，無法實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)修正的問題。

本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種soc估算方法，包括：

獲取電池電壓和荷電狀態(tài)soc初始值；

利用預(yù)配置的卡爾曼濾波器以及安時(shí)積分法，根據(jù)所述電池電壓和soc初始值，生成soc估算值；

根據(jù)當(dāng)前生成的soc估算值和上一次生成的soc估算值，修正當(dāng)前生成的soc估算值，得到修正后的soc估算值；

將修正后的soc估算值輸入所述卡爾曼濾波器，以替換當(dāng)前生成的soc估算值，實(shí)現(xiàn)soc估算值平穩(wěn)修正。

本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提供一種soc估算裝置，包括：

獲取模塊，用于獲取電池電壓和荷電狀態(tài)soc初始值；

生成模塊，用于利用預(yù)配置的卡爾曼濾波器以及安時(shí)積分法，根據(jù)所述電池電壓和soc初始值，生成soc估算值；

修正模塊，用于根據(jù)當(dāng)前生成的soc估算值和上一次生成的soc估算值，修正當(dāng)前生成的soc估算值，得到修正后的soc估算值，還用于將修正后的soc估算值輸入所述卡爾曼濾波器，以替換當(dāng)前生成的soc估算值，實(shí)現(xiàn)soc估算值平穩(wěn)修正。

在本發(fā)明實(shí)施例中，根據(jù)當(dāng)前生成的soc估算值和上一次生成的soc估算值，修正當(dāng)前生成的soc估算值，得到修正后的soc估算值，還用于將修正后的soc估算值輸入所述卡爾曼濾波器，以替換當(dāng)前生成的soc估算值，實(shí)現(xiàn)soc估算值平穩(wěn)修正，解決了現(xiàn)有的soc估算方法在估算soc的過程中，soc波動過大，無法實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)修正的問題。有益效果在于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線估計(jì)和soc估算值平穩(wěn)修正。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的soc估算方法的實(shí)現(xiàn)流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的soc估算方法步驟s102的實(shí)現(xiàn)流程圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的soc估算方法步驟s103的實(shí)現(xiàn)流程圖；

圖4是本實(shí)施例提供的電池模型圖；

圖5是本實(shí)施例提供的平穩(wěn)修正soc估算值的較佳流程圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的soc估算裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)在本說明書和所附權(quán)利要求書中使用時(shí)，術(shù)語“包括”和“包含”指示所描述特征、整體、步驟、操作、元素和/或組件的存在，但并不排除一個(gè)或多個(gè)其它特征、整體、步驟、操作、元素、組件和/或其集合的存在或添加。

還應(yīng)當(dāng)理解，在此本發(fā)明說明書中所使用的術(shù)語僅僅是出于描述特定實(shí)施例的目的而并不意在限制本發(fā)明。如在本發(fā)明說明書和所附權(quán)利要求書中所使用的那樣，除非上下文清楚地指明其它情況，否則單數(shù)形式的“一”、“一個(gè)”及“該”意在包括復(fù)數(shù)形式。

還應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解，在本發(fā)明說明書和所附權(quán)利要求書中使用的術(shù)語“和/或”是指相關(guān)聯(lián)列出的項(xiàng)中的一個(gè)或多個(gè)的任何組合以及所有可能組合，并且包括這些組合。

如在本說明書和所附權(quán)利要求書中所使用的那樣，術(shù)語“倘若”可以依據(jù)上下文被解釋為“當(dāng)...時(shí)”或“一旦”或“響應(yīng)于確定”或“響應(yīng)于檢測到”。類似地，短語“倘若確定”或“倘若讀取到[所描述條件或事件]”可以依據(jù)上下文被解釋為意指“一旦確定”或“響應(yīng)于確定”或“一旦檢測到[所描述條件或事件]”或“響應(yīng)于檢測到[所描述條件或事件]”。

實(shí)施例一

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的soc估算方法的實(shí)現(xiàn)流程圖，詳述如下：

在步驟s101中，獲取電池電壓和荷電狀態(tài)soc初始值；

在步驟s102中，利用預(yù)配置的卡爾曼濾波器以及安時(shí)積分法，根據(jù)所述電池電壓和soc初始值，生成soc估算值；

安時(shí)積分法為常用的算法，在此不做贅述。

在步驟s103中，根據(jù)當(dāng)前生成的soc估算值和上一次生成的soc估算值，修正當(dāng)前生成的soc估算值，得到修正后的soc估算值；

其中，獲取當(dāng)前生成的soc估算值和上一次生成的soc估算值的差值，判斷差值是否處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，倘若差值不處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則根據(jù)差值，修正當(dāng)前生成的soc估算值，得到修正后的soc估算值。

在步驟s104中，將修正后的soc估算值輸入所述卡爾曼濾波器，以替換當(dāng)前生成的soc估算值，實(shí)現(xiàn)soc估算值平穩(wěn)修正。

其中，讀取設(shè)定的顯示時(shí)間，到達(dá)顯示時(shí)間時(shí)，向顯示設(shè)備發(fā)送修正后的soc估算值，以使顯示設(shè)備顯示修正后的soc估算值。

在本發(fā)明實(shí)施例中，有效消除了誤差的影響，通過對soc估算值進(jìn)行修正，提高了soc估算值的準(zhǔn)確性，其有益效果在于以下幾個(gè)方面，詳述如下：

(1)糾錯(cuò)能力強(qiáng)；(2)能實(shí)時(shí)在線估計(jì)；(3)數(shù)據(jù)平穩(wěn)修正；(4)電池模型精準(zhǔn)。

實(shí)施例二

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的soc估算方法步驟s102的實(shí)現(xiàn)流程圖，詳述如下：

在步驟s201中，利用預(yù)配置的卡爾曼濾波器以及安時(shí)積分法，根據(jù)所述電池電壓和soc初始值，生成第一時(shí)刻的soc估算值；

在步驟s201中，將第一時(shí)刻的soc估算值作為第二時(shí)刻的soc初始值，根據(jù)所述電池電壓和所述卡爾曼濾波器第二時(shí)刻的soc初始值，生成第二時(shí)刻的soc估算值；

依次類推，在所述卡爾曼濾波器的運(yùn)行過程中，所述soc初始值為迭代變量，前一時(shí)刻的soc估算值作為當(dāng)前時(shí)刻的soc初始值。

實(shí)施例三

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的soc估算方法步驟s103的實(shí)現(xiàn)流程圖，詳述如下：

在步驟s301中，獲取當(dāng)前生成的soc估算值和上一次生成的soc估算值的差值；

在步驟s302中，根據(jù)差值，調(diào)整預(yù)設(shè)的修正比例；

在步驟s303中，根據(jù)當(dāng)前生成的soc估算值與所述修正比例的乘積，生成修正后的soc估算值。

實(shí)施例四

本發(fā)明實(shí)施例描述了配置卡爾曼濾波器的實(shí)現(xiàn)流程，詳述如下：

在所述利用預(yù)配置的卡爾曼濾波器以及安時(shí)積分法，根據(jù)所述電池電壓和soc初始值，生成soc估算值之前，所述soc估算方法，還包括：

配置卡爾曼濾波器。

采用擴(kuò)展卡爾曼濾波，配置卡爾曼濾波器。

其中，采用擴(kuò)展卡爾曼濾波，配置卡爾曼濾波器的過程，詳述如下：

(1)電池模型構(gòu)建，

圖4是本實(shí)施例提供的電池模型圖，詳述如下：

其中，emf為電池電動勢，hysteresis用于模擬電池的滯回效應(yīng)，ro為電池的歐姆內(nèi)阻，r1、r2、r3為電池的極化內(nèi)阻，c1、c2、c3為電池的極化電容，c1、c2、c3與r1、r2、r3配合用于模擬電池回彈電壓特性。此模型采用3階rc模型是為了獲得較好的數(shù)據(jù)擬合特性。

(2)擴(kuò)展卡爾曼說明

擴(kuò)展卡爾曼濾波是通過系統(tǒng)狀態(tài)空間模型將非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為線性系統(tǒng)來處理，然后再用標(biāo)準(zhǔn)的卡爾曼進(jìn)行迭代，最后取得系統(tǒng)最優(yōu)估計(jì)值。系統(tǒng)狀態(tài)空間模型如下：

狀態(tài)方程：xk＝f(xk-1,uk-1)+wk-11)

輸出方程：yk＝g(xk-1,uk-1)+vk-12)

其中，xk為k時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)，對于電池系統(tǒng)來說，f(xk-1,uk-1),g(xk-1,uk-1)分別對應(yīng)非線性狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)和非線性測量函數(shù)。w為過程噪聲,v為觀測噪聲，兩者都是符合均值為零的高斯噪聲。對于電池系統(tǒng)來說，yk即為k時(shí)刻估算電池端電壓。uk-1為k-1時(shí)刻的系統(tǒng)激勵(lì)，本系統(tǒng)選擇電流為激勵(lì)信號。

(3)擴(kuò)展卡爾曼計(jì)算步驟

a)列出狀態(tài)方程

其中，a為k-1時(shí)刻到k時(shí)刻的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，b為控制輸入矩陣，為用k-1時(shí)刻及其之前的數(shù)據(jù)對k時(shí)刻的狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)的結(jié)果。x(k-1|k-1)為用k-1時(shí)刻及其之前的數(shù)據(jù)對k-1時(shí)刻的狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)的結(jié)果，u(k-1|k-1)為k-1時(shí)刻的系統(tǒng)激勵(lì)，w(k-1|k-1)為k-1時(shí)刻的過程激勵(lì)噪聲。

對于圖1，有如下關(guān)系式：

為了便于書寫，令

g1(t(k-1),soc(k-1))＝g1(k-1)

g2(t(k-1),soc(k-1))＝g2(k-1)

g3(t(k-1),soc(k-1))＝g3(k-1)

g4(t(k-1),soc(k-1))＝g4(k-1)

則有：

v(ro)(k)＝i(k-1)×g1(k-1)b)

其中，δt為相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔，

v(ro)(k)、v(r1)(k)、v(r2)(k)、v(r3)(k)、v(r4)(k)分別為ro、r1、r2、r3、r4在k-1時(shí)刻的電壓值；

其中，g1(t(k-1),soc(k-1))表示k-1時(shí)刻的電池歐姆內(nèi)阻值，其中t(k-1)和soc(k-1)是方程的兩個(gè)變量，且與時(shí)間有關(guān)。

g2(t(k-1),soc(k-1))、g3(t(k-1),soc(k-1))、g4(t(k-1),soc(k-1))分別表示k-1時(shí)刻的電池極化內(nèi)阻的不同區(qū)間，相當(dāng)于多曲線擬合數(shù)據(jù)。

為了便于書寫，令

exp-(δt/(g2(k-1)×c1)＝m1(k-1)

exp-(δt/(g3(k-1)×c2)＝m2(k-1)

則b)到e)式可寫為

v(ro)(k)＝i(k-1)×g1(k-1)b)

v(r1)(k)＝v(r1)(k-1)×m1(k-1)+i(k-1)×g2(k-1)×(1-m1(k-1))f)

v(r2)(k)＝v(r2)(k-1)×m2(k-1)+i(k-1)×g3(k-1)×(1-m2(k-1))g)

v(r3)(k)＝v(r3)(k-1)×m3(k-1)+i(k-1)×g4(k-1)×(1-m3(k-1))h)

同時(shí)有soc(k)＝soc(k-1)+a×b×c×i(k-1)×δt/capi)

其中a為不同電流下的庫倫效率系數(shù)，c不同溫度下的庫倫效率系數(shù),b為電池在δt時(shí)間內(nèi)的自放電速率，cap為電池在25℃，1c放電情況下的電池容量。

參照a)式，聯(lián)立a)-i),寫成矩陣形式如下：

對比a),j)兩式

可知

i(k-1)為k-1時(shí)刻的系統(tǒng)激勵(lì)量，也就是k-1時(shí)刻電流。

b)列出協(xié)方差方程

其中，為用于k-1時(shí)刻及其之前的時(shí)刻估算的k時(shí)刻的協(xié)方差，p(k-1|k-1)為k-1時(shí)刻的協(xié)方差，q(k-1|k-1)為k-1時(shí)刻的系統(tǒng)過程協(xié)方差矩陣。

c)計(jì)算增益

其中，r(k|k-1)為k時(shí)刻的觀測過程協(xié)方差矩陣，h(k|k-1)為k時(shí)刻的觀測矩陣，可由觀測方程求取，k(k|k-1)為k時(shí)刻求取的卡爾曼增益。

d)計(jì)算系統(tǒng)估計(jì)狀態(tài)

參見2)式，系統(tǒng)的觀測方程可寫為：

y(k)＝v(emf)(k-1)-v(hysteresis)(k-1)-v(ro)(k-1)-v(r1)(k-1)–v(r2)(k-1)-v(r3)(k-1)

其中v(emf)(k-1)＝f(soc(k-1))，表示在不同soc情況下的電池輸出電動勢。v(hysteresis)(k-1)＝g(i(k-1),soc(k-1))，表示滯回電壓與電流及soc有關(guān)，其中i(k-1)<0，表示充電，i(k-1)>0表示放電，y(k)為估算的k時(shí)刻的端電壓值。

其中v(terminal)k為k時(shí)刻實(shí)際測出的端電壓值。

e)計(jì)算估計(jì)協(xié)方差

其中，i為5×5的單位矩陣。到此為止，整個(gè)卡爾曼過程設(shè)計(jì)完成。

實(shí)施例五

本發(fā)明實(shí)施例描述了soc估算方法步驟s302的實(shí)現(xiàn)流程，詳述如下：

比較所述差值與預(yù)設(shè)差值，倘若所述差值大于預(yù)設(shè)差值，則縮小預(yù)設(shè)的修正比例；

倘若所述差值小于預(yù)設(shè)差值，則增大預(yù)設(shè)的修正比例。

實(shí)施例六

圖5是本實(shí)施例提供的平穩(wěn)修正soc估算值的較佳流程圖，詳述如下：

圖5包括卡爾曼濾波器、自適應(yīng)濾波器、以及顯示soc這三個(gè)模塊，

其中，自適應(yīng)濾波器通過比較前后兩次soc估算值的差值，完成soc估算值的濾波。所謂自適應(yīng)是指若前后兩次的差值較大，則修正比例會適當(dāng)縮小，反正則增大。

在圖5中，soc初始值簡述為“初始soc”。利用卡爾曼濾波器和安時(shí)積分法，根據(jù)電池電壓和初始soc，估算soc，舉例如下：

soc1(k)為k時(shí)刻采用安時(shí)積分算出的soc，soc2(k)為k時(shí)刻采用卡爾曼算出的soc，soc3(k)為k時(shí)刻的顯示soc。

其中，soc3(k)＝soc1(k)+k*c,當(dāng)soc2(k)-soc1(k)<0,k＝-1,表示修正方向?yàn)樨?fù)；當(dāng)soc2(k)-soc1(k)＝0，k＝0，表示無修正；當(dāng)soc2(k)-soc1(k)>0,k＝1，表示修正方向?yàn)檎琧為修正的比例因子，依據(jù)差值的大小來自適應(yīng)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，通過卡爾曼濾波器、自適應(yīng)濾波器，實(shí)現(xiàn)了soc估算值的平穩(wěn)修正。

實(shí)施例七

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的soc估算裝置的結(jié)構(gòu)框圖，該裝置可以運(yùn)行于具備電池的用戶設(shè)備中。用戶設(shè)備包括但不限于電動車、移動電話、口袋計(jì)算機(jī)(pocketpersonalcomputer，ppc)、掌上電腦、計(jì)算機(jī)、筆記本電腦、個(gè)人數(shù)字助理(personaldigitalassistant，pda)、mp4、mp3。為便于說明，僅示出了與本實(shí)施例相關(guān)的部分。為了便于說明，僅示出了與本實(shí)施例相關(guān)的部分。

參照圖6，該soc估算裝置，包括：

獲取模塊61，用于獲取電池電壓和荷電狀態(tài)soc初始值；

生成模塊62，用于利用預(yù)配置的卡爾曼濾波器以及安時(shí)積分法，根據(jù)所述電池電壓和soc初始值，生成soc估算值；

修正模塊63，用于根據(jù)當(dāng)前生成的soc估算值和上一次生成的soc估算值，修正當(dāng)前生成的soc估算值，得到修正后的soc估算值，還用于將修正后的soc估算值輸入所述卡爾曼濾波器，以替換當(dāng)前生成的soc估算值，實(shí)現(xiàn)soc估算值平穩(wěn)修正。

作為本實(shí)施例的一種實(shí)現(xiàn)方式，在所述soc估算裝置中，所述生成模塊具體用于利用預(yù)配置的卡爾曼濾波器以及安時(shí)積分法，根據(jù)所述電池電壓和soc初始值，生成第一時(shí)刻的soc估算值；將第一時(shí)刻的soc估算值作為第二時(shí)刻的soc初始值，根據(jù)所述電池電壓和所述卡爾曼濾波器第二時(shí)刻的soc初始值，生成第二時(shí)刻的soc估算值；依次類推，在所述卡爾曼濾波器的運(yùn)行過程中，所述soc初始值為迭代變量，前一時(shí)刻的soc估算值作為當(dāng)前時(shí)刻的soc初始值。

作為本實(shí)施例的一種實(shí)現(xiàn)方式，所述soc估算裝置，還包括：

配置模塊，用于配置卡爾曼濾波器。

作為本實(shí)施例的一種實(shí)現(xiàn)方式，在所述soc估算裝置中，所述修正模塊，還包括：

獲取單元，用于獲取當(dāng)前生成的soc估算值和上一次生成的soc估算值的差值；

調(diào)整單元，用于根據(jù)差值，調(diào)整預(yù)設(shè)的修正比例；

生成單元，用于根據(jù)當(dāng)前生成的soc估算值與所述修正比例的乘積，生成修正后的soc估算值。

作為本實(shí)施例的一種實(shí)現(xiàn)方式，在所述soc估算裝置中，所述調(diào)整單元具體用于比較所述差值與預(yù)設(shè)差值，倘若所述差值大于預(yù)設(shè)差值，則縮小預(yù)設(shè)的修正比例；倘若所述差值小于預(yù)設(shè)差值，則增大預(yù)設(shè)的修正比例。

本發(fā)明實(shí)施例方法中的步驟可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行順序調(diào)整、合并和刪減。

本發(fā)明實(shí)施例裝置和裝置中的單元可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行合并、劃分和刪減。

本發(fā)明實(shí)施例提供的裝置可以應(yīng)用在前述對應(yīng)的方法實(shí)施例中，詳情參見上述實(shí)施例的描述，在此不再贅述。

通過以上的實(shí)施方式的描述，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到本發(fā)明可借助軟件加必需的通用硬件的方式來實(shí)現(xiàn)。所述的程序可以存儲于可讀取存儲介質(zhì)中，所述的存儲介質(zhì)，如隨機(jī)存儲器、閃存、只讀存儲器、可編程只讀存儲器、電可擦寫可編程存儲器、寄存器等。該存儲介質(zhì)位于存儲器，處理器讀取存儲器中的信息，結(jié)合其硬件執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所述的方法。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。