基于双卡尔曼算法的电池SOC估计器设计与实现

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随着新能源汽车的发展,电动汽车逐渐受到关注和重视。作为电动汽车的关键组成部分和主要能量来源,动力电池成为当前研究的热点。为了提高和改善电池性能,需要有一套电池管理系统来对电池进行全方位的监控。电池荷电状态作为电池的一个重要状态量,为电池管理系统进行电池的监控管理提供了重要的参考依据,同时,SOC也是影响整车控制性能的重要参考量。本文首先阐述了对电动汽车锂离子电池SOC进行估计的重要意义,介绍了当前主要的动力电池种类,对比了当前常用的SOC估计算法的优缺点。接着简要地介绍了锂离子电池的基本结构和工作原理;对比了各类电动汽车锂离子电池模型,根据不同的电池等效电路推导出相应的状态方程,从而搭建电池等效电路模型;搭建完电池模型后,为了获取电池模型参数进行了电池参数辨识实验,通过标定实验得到了电池开路电压和电池SOC的关系曲线,通过HPPC实验,对电池参数进行拟合,得到了电池模型内部电容电阻等参数值;接着对搭建的模型进行了模型验证,给定相同的输入比较模型与真实电池的输出是否一致,以此来验证模型的准确性。基于卡尔曼滤波(Kalman Filtering, KF)原理,在扩展卡尔曼滤波(Exterded KalmanFiltering, EKF)算法的基础上,本文提出了双卡尔曼滤波算法估计锂离子动力电池SOC的方法。首先通过第一个扩展卡尔曼滤波估计算法得到第一个SOC估计值,然后利用安时积分法估计得到第二个SOC估计值,最后利用卡尔曼滤波算法将两种方法估计得到的SOC估计值进行卡尔曼加权处理,从而得到最终的SOC估计值,即双卡尔曼(Double Kalman Filter,DKF) SOC估计值。在双卡尔曼滤波算法的基础上设计了双卡尔曼估计器。通过多组实验,将双卡尔曼估计器、安时积分估计器、EKF估计器估计得到的SOC与参考SOC值进行对比,从而验证DKF算法对SOC估计的准确性及其相对其他两种SOC估计算法的优势。最后,将编写的DKF算法嵌入到基于ARM平台的嵌入式系统中进行实物验证实验。嵌入式系统包括主控机和测控机,其中,测控机主要负责采集数据,将实时测量得到的电池电流、电压等电池信息传输给主控机进行处理;主控机主要负责数据处理和控制部分,对测控机传来的数据进行分析处理,同时通过一系列的保护控制保证电池的正常运行。双卡尔曼滤波估计算法在测控机中运行,通过电池电流、电压数据,使用DKF算法估计得到DKF SOC估计值。经过多组实验,通过对测控机保存的各个时刻DKF SOC估计值的分析,验证了DKF估计方法估计结果有效性。
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