一種基于卡爾曼濾波算法的超級(jí)電容器荷電狀態(tài)估算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種荷電狀態(tài)估計(jì)方法，尤其是涉及一種基于卡爾曼濾波算法的超級(jí) 電容器荷電狀態(tài)估計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 超級(jí)電容器是基于界面雙電層理論的一種新型儲(chǔ)能裝置，相比于傳統(tǒng)儲(chǔ)能裝置， 如蓄電池，其具有充電時(shí)間短、使用壽命長(zhǎng)、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。近年 來(lái)，由于環(huán)境保護(hù)與能源危機(jī)等問(wèn)題，超級(jí)電容器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，例如新能源 發(fā)電、電動(dòng)汽車以及城市軌道交通制動(dòng)能量回收等等。
[0003] 在具體工程應(yīng)用中，為保證超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性與可靠性，其具體的內(nèi) 部荷電狀態(tài)（State-of-Charge，S0C)需要被實(shí)時(shí)估算。目前，適用于超級(jí)電容器SOC的估 算方法較少，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中被采用最多的是安時(shí)計(jì)量法。安時(shí)計(jì)量法通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流 經(jīng)超級(jí)電容器的電流，然后對(duì)該電流進(jìn)行時(shí)間積分來(lái)完成超級(jí)電容器SOC的估算過(guò)程，其 過(guò)程如下所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于卡爾曼濾波算法的超級(jí)電容器荷電狀態(tài)估算方法，其特征在于，步驟如 下： 1) 對(duì)處于工作狀態(tài)下的超級(jí)電容器進(jìn)行實(shí)時(shí)的電壓值與電流值采集； 2) 基于步驟1)采集到的電壓值與電流值，利用辨識(shí)方法對(duì)超級(jí)電容器在正常工作狀 態(tài)下的等效電路模型進(jìn)行在線參數(shù)辨識(shí)；針對(duì)在線參數(shù)辨識(shí)得到模型，建立該模型的狀態(tài) 空間方程： [.V= Ax+ Bu I V-Cr+Du X為狀態(tài)空間方程狀態(tài)變量且X= [U1 U2 50(：]4、8、(：、0是狀態(tài)空間方程的參數(shù)矩陣， u為系統(tǒng)輸入且u = I，y為系統(tǒng)輸出且y = U ; 基于上述狀態(tài)空間方程，完成超級(jí)電容器模型在線參數(shù)辨識(shí)； 3) 基于步驟1)采集的電壓值與電流值和步驟2)在線參數(shù)辨識(shí)得到的模型，利用卡爾 曼濾波算法完成超級(jí)電容器荷電狀態(tài)估算； 根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)空間模型推導(dǎo)卡爾曼濾波算法計(jì)算過(guò)程如下：
上式中，Wk是系統(tǒng)過(guò)程誤差，其協(xié)方差是Qk，系統(tǒng)的測(cè)量誤差協(xié)方差為Rk，P k是系統(tǒng)均 方估計(jì)誤差，Kk是系統(tǒng)卡爾曼增益； 利用卡爾曼濾波算法，對(duì)含有超級(jí)電容器荷電狀態(tài)的狀態(tài)空間方程進(jìn)行迭代計(jì)算，便 實(shí)時(shí)估算出超級(jí)電容器的準(zhǔn)確荷電狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器荷電狀態(tài)估算方法，其特征在于，所述的辨識(shí)方 法包括最小二乘法、粒子群優(yōu)化算法或者差分進(jìn)化方法。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于卡爾曼濾波算法的荷電狀態(tài)估算方法，具體涉及一種荷電狀態(tài)估計(jì)方法。首先對(duì)處于工作狀態(tài)下的超級(jí)電容器進(jìn)行實(shí)時(shí)的電壓值與電流值采集；基于采集的數(shù)據(jù)，利用最小二乘法對(duì)超級(jí)電容器模型進(jìn)行在線參數(shù)辨識(shí)；基于采集的數(shù)據(jù)以及得到的電路模型，利用卡爾曼濾波算法完成超級(jí)電容器荷電狀態(tài)估算。本發(fā)明能有效提高超級(jí)電容器荷電狀態(tài)實(shí)時(shí)估算精度，同時(shí)未對(duì)系統(tǒng)造成較大計(jì)算負(fù)擔(dān)，具有較高穩(wěn)定性與可靠性等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，卡爾曼算法能夠?qū)Ψ蔷€性系統(tǒng)的狀態(tài)變量做出精確估算，且其估算并不依賴于準(zhǔn)確的初始值設(shè)定，在偏差較大的初始狀態(tài)能夠快速逼近系統(tǒng)真實(shí)值。
【IPC分類】G01R31-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104730386
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510128697
【發(fā)明人】張莉, 季炳成, 張健豪, 張昊然, 時(shí)洪雷
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月23日