本技術(shù)屬于富液式鉛酸電池，具體涉及一種富液式鉛酸電池的荷電狀態(tài)估算方法、系統(tǒng)和設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、鉛酸電池作為一種重要的儲(chǔ)能設(shè)備，廣泛應(yīng)用于汽車、電動(dòng)車、不間斷電源（uninterruptible?power?supply，ups）系統(tǒng)等領(lǐng)域。荷電狀態(tài)（state?of?charge，soc）作為反應(yīng)鉛酸電池能量狀態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)，其精準(zhǔn)估算對(duì)于確保用電設(shè)備的安全運(yùn)行、優(yōu)化電池使用效率以及延長電池壽命具有至關(guān)重要的意義。

2、目前，估算鉛酸電池soc的方法多種多樣，包括內(nèi)阻法、安時(shí)積分法、開路電壓法等。然而，這些方法在實(shí)際應(yīng)用中均存在一定的局限性。例如，內(nèi)阻法在電池soc接近滿電時(shí)，由于內(nèi)阻變化不大，導(dǎo)致估算精度下降；安時(shí)積分法則面臨初值難以確定和誤差累積的問題；而開路電壓法雖然原理簡單，但需要在電池?cái)R置一段時(shí)間后才能進(jìn)行測量，這降低了其實(shí)時(shí)性。

3、近年來，卡爾曼濾波法作為一種基于模型的算法，在電池soc估算中受到了廣泛關(guān)注。該方法通過融合電池的動(dòng)態(tài)模型和實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電池狀態(tài)的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確估算。然而，單一的卡爾曼濾波法在某些情況下仍受到電池內(nèi)部復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)和外部環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致估算精度受限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本技術(shù)致力于提供一種富液式鉛酸電池的荷電狀態(tài)估算方法、系統(tǒng)和設(shè)備，通過結(jié)合富液式鉛酸電池的一階rc模型、卡爾曼濾波算法以及模糊推理系統(tǒng)等方式，以解決現(xiàn)有富液式鉛酸電池的荷電狀態(tài)估算精度受限的技術(shù)問題。

2、本技術(shù)第一方面提供了一種富液式鉛酸電池的荷電狀態(tài)估算方法，該富液式鉛酸電池的荷電狀態(tài)估算方法包括：

3、步驟1、建立富液式鉛酸電池的一階rc模型。富液式鉛酸電池的一階rc模型由一個(gè)理想電壓源、串聯(lián)的歐姆內(nèi)阻、以及并聯(lián)的極化電阻和極化電容組成。在一階rc模型中，狀態(tài)方程基于電路元件的電壓和電流關(guān)系來建立。觀測方程基于富液式鉛酸電池的端電壓與富液式鉛酸電池的內(nèi)部狀態(tài)的關(guān)系來建立；

4、步驟2、根據(jù)富液式鉛酸電池的一階rc模型，獲取狀態(tài)方程和觀測方程，并確定離散狀態(tài)空間模型、狀態(tài)變量、觀測變量和系統(tǒng)激勵(lì)；

5、步驟3、根據(jù)狀態(tài)方程和觀測方程，計(jì)算估算狀態(tài)的時(shí)間更新和誤差協(xié)方差的時(shí)間更新；

6、步驟4、根據(jù)估算狀態(tài)的時(shí)間更新和誤差協(xié)方差的時(shí)間更新，以任一時(shí)刻的電流值、溫度值和電流變化率為模糊推理系統(tǒng)的輸入端，通過模糊推理系統(tǒng)計(jì)算卡爾曼增益調(diào)整系數(shù)值；

7、步驟5、根據(jù)卡爾曼增益調(diào)整系數(shù)值，計(jì)算卡爾曼增益，并得出估算狀態(tài)的測量更新和誤差協(xié)方差的測量更新，以得到富液式鉛酸電池的實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)最終估算值。

8、在本技術(shù)一個(gè)具體實(shí)施方式中，狀態(tài)方程的計(jì)算公式為：

9、；

10、其中，表示下一時(shí)刻的荷電狀態(tài)；表示當(dāng)前時(shí)刻的富液式鉛酸電池的荷電狀態(tài)；表示當(dāng)前時(shí)刻的富液式鉛酸電池的極化電壓；表示時(shí)間間隔；表示當(dāng)前時(shí)刻的電池電流；表示富液式鉛酸電池的額定容量；表示極化電阻值；表示極化電容值；表示自然對(duì)數(shù)的底數(shù)。

11、在本技術(shù)一個(gè)具體實(shí)施方式中，觀測方程的計(jì)算公式為：

12、；

13、其中，表示在當(dāng)前時(shí)刻的觀測變量；表示多項(xiàng)式的系數(shù)；表示在當(dāng)前時(shí)刻的富液式鉛酸電池的荷電狀態(tài)；表示富液式鉛酸電池的歐姆內(nèi)阻值；表示當(dāng)前時(shí)刻的電池電流；表示當(dāng)前時(shí)刻的富液式鉛酸電池的極化電壓；表示觀測噪聲。

14、在本技術(shù)一個(gè)具體實(shí)施方式中，上述步驟3包括：

15、步驟31、通過觀測方程，利用測量的電池端電壓來推斷富液式鉛酸電池上一時(shí)刻的估算狀態(tài)；

16、步驟32、使用上一時(shí)刻的估算狀態(tài)和狀態(tài)方程預(yù)測當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)，以計(jì)算得到估算狀態(tài)的時(shí)間更新；

17、步驟33、使用狀態(tài)方程和上一時(shí)刻的誤差協(xié)方差矩陣來預(yù)測當(dāng)前時(shí)刻的誤差協(xié)方差。

18、在本技術(shù)一個(gè)具體實(shí)施方式中，估算狀態(tài)的時(shí)間更新計(jì)算公式為：

19、；

20、其中，表示當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)預(yù)測值；表示上一時(shí)刻到當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；表示上一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值；表示上一時(shí)刻的控制輸入矩陣；表示上一時(shí)刻的控制輸入向量。

21、在本技術(shù)一個(gè)具體實(shí)施方式中，誤差協(xié)方差的時(shí)間更新計(jì)算公式為：

22、；

23、其中，表示當(dāng)前時(shí)刻的先驗(yàn)誤差協(xié)方差矩陣；表示上一時(shí)刻的后驗(yàn)誤差協(xié)方差矩陣；表示狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的轉(zhuǎn)置；表示過程噪聲協(xié)方差矩陣。

24、在本技術(shù)一個(gè)具體實(shí)施方式中，上述步驟4包括：

25、步驟41、根據(jù)估算狀態(tài)的時(shí)間更新和誤差協(xié)方差的時(shí)間更新，采集任一時(shí)刻的電流值、溫度值和電流變化率；

26、步驟42、將任一時(shí)刻的電流值、溫度值和電流變化率作為模糊推理系統(tǒng)的輸入端進(jìn)行模糊化處理；

27、步驟43、確定模糊集合和隸屬度函數(shù)，將電流值、溫度值和電流變化率轉(zhuǎn)換為模糊量；

28、步驟44、在模糊化處理中，根據(jù)預(yù)設(shè)的模糊規(guī)則和推理機(jī)制，將模糊量進(jìn)行模糊推理計(jì)算；

29、步驟45、通過模糊推理計(jì)算，以得到卡爾曼增益調(diào)整系數(shù)的模糊值；

30、步驟46、將卡爾曼增益調(diào)整系數(shù)的模糊值輸出并進(jìn)行去模糊化處理，以得到處理后的卡爾曼增益調(diào)整系數(shù)值。

31、在本技術(shù)一個(gè)具體實(shí)施方式中，上述步驟5包括：

32、步驟51、根據(jù)卡爾曼增益調(diào)整系數(shù)值對(duì)原始誤差協(xié)方差預(yù)測和觀測噪聲協(xié)方差計(jì)算的卡爾曼增益進(jìn)行調(diào)整，以得到調(diào)整后的卡爾曼增益；

33、步驟52、使用調(diào)整后的卡爾曼增益，更新估算狀態(tài)的測量和誤差協(xié)方差的測量；

34、步驟53、通過更新估算狀態(tài)的測量和誤差協(xié)方差的測量，以得到電池的實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)最終估算值。

35、本技術(shù)第二方面提供了一種富液式鉛酸電池的荷電狀態(tài)估算系統(tǒng)，該富液式鉛酸電池的荷電狀態(tài)估算系統(tǒng)包括建立模塊、獲取模塊和處理模塊。

36、建立模塊，用于建立富液式鉛酸電池的一階rc模型，富液式鉛酸電池的一階rc模型由一個(gè)理想電壓源、串聯(lián)的歐姆內(nèi)阻、以及并聯(lián)的極化電阻和極化電容組成。在一階rc模型中，狀態(tài)方程基于電路元件的電壓和電流關(guān)系來建立。觀測方程基于富液式鉛酸電池的端電壓與富液式鉛酸電池的內(nèi)部狀態(tài)的關(guān)系來建立。

37、獲取模塊，用于根據(jù)富液式鉛酸電池的一階rc模型，獲取狀態(tài)方程和觀測方程，并確定離散狀態(tài)空間模型、狀態(tài)變量、觀測變量和系統(tǒng)激勵(lì)。

38、處理模塊，用于根據(jù)狀態(tài)方程和觀測方程，計(jì)算估算狀態(tài)的時(shí)間更新和誤差協(xié)方差的時(shí)間更新；根據(jù)估算狀態(tài)的時(shí)間更新和誤差協(xié)方差的時(shí)間更新，以任一時(shí)刻的電流值、溫度值和電流變化率為模糊推理系統(tǒng)的輸入端，通過模糊推理系統(tǒng)計(jì)算卡爾曼增益調(diào)整系數(shù)值；根據(jù)卡爾曼增益調(diào)整系數(shù)值，計(jì)算卡爾曼增益，并得出估算狀態(tài)的測量更新和誤差協(xié)方差的測量更新，以得到富液式鉛酸電池的實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)最終估算值。

39、本技術(shù)第三方面提供了一種計(jì)算設(shè)備，該計(jì)算設(shè)備包括處理器和存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序的存儲(chǔ)器。計(jì)算機(jī)程序被處理器運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行本技術(shù)第一方面的一種富液式鉛酸電池的荷電狀態(tài)估算方法。

40、本技術(shù)第四方面提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有指令，當(dāng)所述指令在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行本技術(shù)第一方面的一種富液式鉛酸電池的荷電狀態(tài)估算方法。

41、本技術(shù)技術(shù)方案的有益效果在于：通過建立富液式鉛酸電池的一階rc模型，能夠更精確地描述富液式鉛酸電池動(dòng)態(tài)特性，為后續(xù)荷電狀態(tài)估算提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；通過獲取狀態(tài)方程和觀測方程，并確定離散狀態(tài)空間模型等要素，有助于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化處理和實(shí)時(shí)估算，提高估算的效率和準(zhǔn)確性；并通過計(jì)算估算狀態(tài)的時(shí)間更新，能夠?qū)崟r(shí)跟蹤富液式鉛酸電池狀態(tài)的變化，為及時(shí)調(diào)整富液式鉛酸電池使用策略提供依據(jù)；通過計(jì)算誤差協(xié)方差的時(shí)間更新有助于了解估算的不確定性；且以電流值、溫度值和電流變化率為模糊推理系統(tǒng)的輸入端，通過模糊推理系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)整卡爾曼增益，提高了估算方法對(duì)富液式鉛酸電池工作條件變化的適應(yīng)性。另外，本技術(shù)實(shí)施例中模糊推理系統(tǒng)的引入增加了估算的智能性，能夠更好地處理不確定性和非線性問題；根據(jù)卡爾曼增益調(diào)整系數(shù)值計(jì)算卡爾曼增益，能夠更準(zhǔn)確地融合預(yù)測和觀測信息，從而提高荷電狀態(tài)估算的準(zhǔn)確性；最終得到富液式鉛酸電池的實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)最終估算值，為電池管理系統(tǒng)提供及時(shí)、準(zhǔn)確的狀態(tài)信息，有助于優(yōu)化富液式鉛酸電池的使用和管理策略。