基于AEKPF算法对锂离子电池SOC与SOH的联合估计

为了提高锂离子电池SOC(state of charge)和SOH(state of health)的估计精度,采用自适应扩展卡尔曼粒子滤波(adaptive extended Kalman particle filter,AEKPF)算法估算SOC和SOH,该算法通过修正噪声可以解决运用EKF(extended Kalman filter)算法时的噪声误差累积问题,并且AEKF(adaptive extended Kalman filter)算法作为PF(particle filter)算法的建议分布用来实时更新粒子,可以改善单独采用PF算法时的粒子退化问题.为了提高SOC的估计精度,提出考虑电池的劣化特征,联合SOH实现对SOC的修正估计.在Matlab环境下的仿真结果表明:AEKPF算法与AEKF算法相比,可以得到更加准确的SOC和SOH估计值,而且AEKPF算法联合SOH可以有效提高SOC的估计精度,仿真绝对误差不超过±1％.     

基于多新息卡尔曼滤波算法的锂电池SOC估计

针对锂离子电池荷电状态(SOC)较难准确获取的问题,依据锂电池等效电路模型,建立起各参数与SOC的联系,利用脉冲放电的数据对模型进行参数辨识.通过Mat-lab/Simulink验证了模型的正确性和精确性.将扩展卡尔曼滤波算法(EKF)融合多新息理论,建立了多新息扩展卡尔曼滤波算法(MIEKF)估计电池SOC的方法,该方法通过对旧信息的重复使用提高了EKF的估计精度.在美国城市道路循环工况(UDDS)下分别采用EKF和MIEKF算法来估计锂电池SOC,两者估计的最大误差分别为0.0176、0.0087.实验数据表明MIEKF算法估计电池SOC更准确.     

基于改进粒子滤波算法的动力锂离子电池荷电状态估计

传统电池荷电状态(SOC)估计中常用的扩展卡尔曼滤波(EKF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)方法仅适用于线性系统和高斯条件,虽然粒子滤波(PF)算法能用于非线性和非高斯系统,但PF算法在滤波更新时存在粒子退化现象,使粒子集无法表示实际后验概率分布,导致估计精度降低.采用改进的扩展粒子滤波(EPF)和无迹粒子滤波(UPF)算法对电池SOC进行估计,抑制了粒子权重退化.以Thevenin模型对电池进行建模,利用带遗忘因子的最小二乘方法进行模型参数辨识,结合改进后的滤波算法对电池SOC进行估计.实验结果表明,以UKF为建议密度函数进行重采样的UPF方法平均估计误差为0.71%,低于以EKF为建议密度函数的EPF方法平均误差(1.09%),两种方法的估计误差均小于PF估计误差(1.36%),有效抑制了粒子权重退化.     

双卡尔曼滤波下的全钒液流电池荷电状态估计

全钒液流电池(vanadium redox flow battery,VRB)荷电状态(state of charge,SOC)是评价电池性能、估算电池容量的重要参数,也是储能系统管理和调控的关键依据。文章通过搭建实时仿真平台,采用基于卡尔曼滤波原理,在扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)算法的基础上提出的双卡尔曼滤波(double Kalman filter,DKF)算法对全钒液流电池SOC进行在线估计,并将其与传统的安时积分法测量方式进行对比分析。实验表明,该方法相比于安时积分法具有更好的准确性,且估算误差在2%以内。     

非线性滤波算法在水下导航定位技术中的应用分析

针对自主水下航行器(autonomous underwater vehicle, AUV)导航定位技术的发展需求,提出了水下目标的3种非线性滤波估计方法.首先,分别介绍了扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter, EKF)、无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter, UKF)和粒子滤波(particle filter, PF)的基本原理和实现步骤.其次,针对PF算法存在粒子退化现象,提出了重采样算法,并通过数值仿真验证该算法的有效性.然后,为了解决PF算法中粒子贫化现象,提出了一种基于萤火虫算法的粒子滤波算法(FA-PF).最后,在非线性环境下通过仿真实验对EKF、UKF、FA-PF算法的滤波性能进行对比分析,重点研究非线性强度及噪声特性对估计精度的影响.研究结果表明：重采样能够在一定程度上减轻粒子退化问题.在弱非线性高斯环境下,EKF、UKF、FA-PF算法的估计精度较为接近;在强非线性高斯环境下,UKF和FA-PF算法的跟踪性能明显优于EKF;在非线性非高斯环境下,FA-PF算法跟踪精度最高.     

融合阻抗模型与扩展卡尔曼滤波的锂离子电池荷电状态估算

随着电动汽车(electric vehicles, EV)的发展,电池荷电状态(state of charge, SOC)估计受到越来越多关注。荷电状态的精确估计对于电动汽车的能量管理至关重要,然而,估算精度成为限制其发展的瓶颈。本文在阻抗谱分析基础上,利用恒相元件(constant phase element, CPE)导出简化的电池阻抗模型,从而建立模型的状态方程和观测方程;针对锂电池的非线性特性,引入扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filtering, EKF),通过在阻抗模型上与EKF算法的融合对锂离子电池进行SOC准确估算;建立电池测试台,通过仿真和电池动态工况试验验证。结果表明,与其他模型和EKF算法相比,所提出的SOC估算方法能有效提高SOC估算精度,并将误差控制在±1%以内,具有较好的收敛性和鲁棒性。     

采用多模模型的锂离子电池荷电状态联合估计算法

针对单一的等效电路模型难以准确描述全时段的锂离子电池、估计电池荷电状态(SOC)准确度低的问题,提出采用多模模型的锂离子电池荷电状态联合估计算法。利用电化学阻抗谱分析不同SOC下锂离子电池的阻抗分布,并以此构建等效电路模型来描述整个充放电过程中的锂离子电池,得到一种基于变阶RC模型的多模模型。利用贝叶斯定阶准则综合模型的准确度和实用性来确定具体阶数,采用带有遗忘因子的递推最小二乘法对模型参数进行在线辨识,利用扩展卡尔曼滤波算法(EKF)求得锂离子电池的实时SOC。在恒流工况以及动态应力测试工况下,与传统基于一阶RC模型和二阶RC模型的EKF算法进行了多组实验对比。结果表明:采用多模模型的联合算法在不同工况下估计的SOC精度提高了30%以上,并均可在两个迭代周期内追踪到准确值。     

基于自回归各态历经模型参数辨识的模糊双卡尔曼滤波算法的储能电池荷电状态估算

扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter, EKF)算法在电池荷电状态(state of charge, SOC)估算领域广泛应用。但作为一种基于模型的算法,电池模型误差影响SOC估算的精度。为了抑制电流的幅值与阶跃电流因素对模型误差的影响,提出一种动态修正观测噪声协方差的模糊双卡尔曼滤波(fuzzy dual Kalman filter, FDKF)算法。该算法首先将一阶电阻-电容(resistor-capacitance, RC)等效模型转换为自回归各态历经(autoregressive exogenous, ARX)模型的形式,用卡尔曼滤波(Kalman filter, KF)算法更新转换后模型的参数,且在SOC估算的过程中获取电流与电流变化量的数据,并通过建立模糊控制系统调整观测噪声的协方差值来抵消模型误差。结果表明:FDKF算法在某储能工况下估算误差的最大值为0.39%,小于EKF算法的3.92%和双卡尔曼滤波(dual Kalman filter, DKF)算法的1.12%,可见FDKF该算法能够有效地提升SOC估算的精度。     

基于模型误差EKF-HIF算法的锂动力电池SOC联合估计

针对锂动力电池荷电状态(State of Charge,SOC)估计策略,提出了一种基于模型误差EKF-HIF算法的SOC联合估计方法。首先,通过建立电池等效电路模型,利用BP神经网络(Back Propagation Neural Network,BPNN)预测该电池模型误差。其次,推导扩展卡尔曼滤波(EKF)和H∞滤波(H Infinity Filter,HIF)算法流程,根据模型误差选择不同算法进行SOC状态估计。最后,通过仿真验证了该联合估计算法的有效性和可行性。     

一种变参数模型平方根UKF锂离子电池SOC估计方法

荷电状态(state of charge,SOC)估计是现代电池管理系统的一个重要方面.扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)等基于锂电池的戴维南等效模型的方法已被广泛用于SOC估计,但其在雅可比矩阵的推导和线性化精度等方面存在不足.提出了基于变参数模型的平方根无迹卡尔曼滤波(square root unscented Kalman filter,SRUKF)方法估算SOC,该方法不需要对非线性模型进行线性化,同时平方根特性改善了状态协方差的数值性质.变参数模型是在2阶戴维南等效模型的基础上令锂电池的各项参数随电量变化而得到的,减小了因固定参数模型无法反映不同电量下参数变化造成的误差.实验验证了该方法的有效性,与现有的SOC估计方法EKF、常规的UKF以及使用固定参数模型的估计结果进行了比较,该方法的误差明显小于其他3种方法.     

磷酸铁锂电池的改进建模及SOC估计

由于磷酸铁锂电池在多方面的优越性能,它在电动汽车领域的应用已经越来越广泛。文章针对磷酸铁锂电池,给出了其改进的PNGV模型,并通过电池恒流充放电特性和脉冲充放电特性实验,利用插值和最小二乘拟合方法进行电池模型参数辨识,实现了磷酸铁锂电池的较准确建模,并采用扩展卡尔曼滤波算法(EKF)完成了电池荷电状态(SOC)的准确估计。     

考虑温度的电池荷电状态估算和主被动均衡

电池的荷电状态(SOC)估算和电池均衡作为电池管理系统BMS的核心功能,对电池的一致性和使用寿命、安全等至关重要。在电池的工作期间,温度直接影响了电池的可用容量和放电特性,从而加剧了SOC的估算误差。因此,本文考虑了温度对电池的影响,对SOC估算方法进行了改进,并利用主被动均衡改善了单体一致性问题。首先,通过建立电池的热特性模型对电池的内部温度进行估计,将温度估计结果对扩展卡尔曼滤波(EKF)算法进行了改进,再使用该算法进行SOC估算。并分别在UDDS、DST、HPPC工况下验证了本文改进的算法对提高SOC估算精度的有效性。其次,以更高精度的SOC估算结果作为变量,本文提出了一种主被动均衡电路并合理设计了均衡策略。最后,在仿真验证下,本文改进的EKF算法显著提高了SOC的估算精度,并通过主被动均衡实现了DST工况下一组SOC极差为13%的六节单体电池之间的快速均衡。研究结果表明,本文改进的方法能有效降低温度带来的SOC估算误差,改善了电池单体间的不一致性问题。     

基于环境变量建模的锂电池SOC估计方法

通过对不同温度和锂电池荷电状态(SOC)下电池内部参数测定和评估,分析了影响参数变化的环境因素,建立了可变参数的锂电池Thevenin模型.讨论了模型的分段依据以及相关参数的测定和拟合方法,并采用扩展卡尔曼滤波算法(EKF)对锂电池SOC进行估算,给出了基于温度修正的改进SOC估计方法.所提出的电池模型解决了现有算法中模型适用范围局限性的问题,仿真和实验结果表明,所建立的基于锂电池Thevenin模型的SOC估计方法在较宽的温度范围内都能够获得较高的估算精度.     

动力锂电池荷电状态的联合估计与实验研究

针对动力锂电池常用的荷电状态(SOC)估计算法存在的扩展卡尔曼滤波法精度低、无迹卡尔曼滤波法收敛速度慢等问题,在动力锂电池的Randles等效模型的基础上,通过脉冲放电实验对模型参数进行辨识;并设计了一种基于迭代扩展卡尔曼滤波(IEKF)与无迹卡尔曼滤波(UKF)联合估计的SOC估计法。在电池实验平台上设计模拟工况实验,实验分析表明:该算法的SOC初值修正速度快于EKF和UKF,计算量比UKF小,且稳态误差不超过1.5%,相对扩展卡尔曼滤波(EKF)提高了40%,是一个收敛快、计算量少、静差小的迭代估计算法。     

改进的PNGV模型估算全钒液流电池荷电状态

针对全钒液流电池(VRB)充放电时,循环泵产生的支路电流对荷电状态(SOC)估算有影响的问题,提出了一种基于无迹卡尔曼滤波的全钒液流电池SOC估算方法。通过改进的新一代车辆伙伴关系(PNGV)等效电路模型,在考虑了电池堆极化、支路电流分流和温度对电池内阻影响的情况下,建立了VRB仿真模型。采用无迹卡尔曼滤波(UKF)算法和扩展卡尔曼滤波(EKF)算法对电池SOC分别进行估算,并与试验测量值进行对比分析。仿真结果表明:UKF算法比EKF算法更接近试验测量值,其估算误差不超过±0.02。     

基于扩展卡尔曼滤波算法的二阶电池模型SOC估算

电池荷电状态(SOC)的精确估算可以为电池管理系统控制策略提供有效判据,能够提高电池的工作效率,并延长其使用寿命。本文运用MATLAB/Simulink平台对锂电池单体进行了建模与仿真,并通过MATLAB的cftool工具箱辨识出二阶模型的各个参数,然后利用扩展卡尔曼滤波算法(EKF)对电池SOC进行了精确估算。分别在确定和不确定SOC初始值两种情况下对算法进行了仿真与验证,结果发现SOC平均绝对误差小于0.01,电压平均绝对误差小于0.005 V,这表明EKF算法在电池SOC估算方面具有精度高、收敛快和实用性较强的优点,可以用于电池SOC的精确估算。     

双自适应衰减卡尔曼滤波锂电池荷电状态估计

针对卡尔曼滤波法在锂离子电池荷电状态(SOC)估计时存在误差较大、收敛较慢等问题,提出了一种双自适应衰减扩展卡尔曼滤波荷电状态估计(DAFEKF)算法。该算法首先设计了针对动力电池的荷电状态估计观测器,利用测得的电流和电压值分别作为观测器的输入和观测值,结合双自适应衰减扩展卡尔曼滤波估计出观测器中的电池荷电状态,在卡尔曼滤波算法的基础上加入时变衰减因子来减弱过去数据对当前滤波值的影响,并自适应地调整卡尔曼算法中过程噪声和测量噪声协方差。利用DAFEKF算法估计出的SOC结果与扩展卡尔曼滤波(EKF)和自适应扩展卡尔曼滤波(AEKF)算法进行了比较,结果表明,DAFEKF方法具有较好的准确性、鲁棒性和收敛性,使SOC估计误差控制在2%以内。     

基于AFFDRLS-AHIF对动力锂离子电池单体SOC估计

针对动力锂离子电池的SOC估计,提出一种带自适应遗忘因子的阻尼递推最小二乘法(AFFDRLS)联合改进的自适应H∞滤波(AHIF)的方法对动力锂离子电池的荷电状态(SOC)估计.建立了磷酸铁锂动力电池单体的戴维南(Thevenin)等效电路模型,以AFFDRLS在线辨识模型参数,以AHIF实时在线估计电池单体的SOC,实现了电池单体的模型参数和SOC的实时联合估计.在Matlab/Simulink中建立了AFFDRLS-AHIF的仿真模型,以估计磷酸铁锂动力电池单体的SOC.根据某电动乘用车分别在NEDC和UDDS工况下的功率需求进行单体实验,测得动力电池单体的电流、电压,并以此作为输入,采用所建立的仿真模型进行动力电池单体的SOC估计;并且与传统扩展卡尔曼滤波法(EKF)和HIF的SOC估计结果比较,结果表明:AFFDRLS-AHIF的估计精度高且鲁棒性好,可以为车辆使用的动力电池SOC估计提供参考.     

锂电池SOC参数识别、优化及监测研究

为了延长微网系统中储能装置的使用寿命,保证微网系统的稳定可靠运行,需对锂电池荷电状态(SOC)进行实时准确的监测。提出一种基于递推最小二乘法(RLS)和扩展卡尔曼滤波算法(EKF)的电池SOC参数识别优化及检测方法,并在MATLAB/Simulink仿真环境下进行可行性验证。结果表明,该方法能够在极小误差范围内实现对锂电池SOC的实时监测。     

小波降噪卡尔曼滤波锂电池荷电状态估计

针对锂离子电池充放电电压信号(DCV)中存在的噪声信号导致荷电状态(SOC)估计精度降低、波动较大的问题,提出了一种基于离散小波变换(DWT)的降噪扩展卡尔曼滤波(EKF)算法。该算法利用多分辨率分析(MRA)分解携带噪声的DCV信号,通过对比4种阈值硬阈值降噪规则对携带噪声的DCV信号的降噪处理效果,选择Stein无偏风险阈值硬阈值降噪规则调整小波系数,通过含自适应遗忘因子的递推最小二乘法辨识电池模型参数后,利用扩展卡尔曼滤波算法估计SOC。仿真结果表明:使用Stein无偏风险阈值硬阈值降噪规则有效地降低了DCV信号中的噪声信号;所提算法具有较好的鲁棒性,能够有效地提高SOC估计精度,使SOC估计误差范围控制在3%之内。