目前，在眾多電力應(yīng)用領(lǐng)域中，鋰離子電池都是首選的電能儲(chǔ)存裝置。然而在其應(yīng)用領(lǐng)域中仍有許多亟待解決的問(wèn)題，對(duì)于荷電狀態(tài)SoC(State of Charge)估算的研究尤其熱門(mén)。荷電狀態(tài)通常被認(rèn)為是電池可用容量與其最大可用容量的比值[1]。
    以往文獻(xiàn)中對(duì)采用卡爾曼濾波KF(Kalman Filter)算法來(lái)估算荷電狀態(tài)進(jìn)行了很多描述。但是，這些應(yīng)用絕大多數(shù)都是采用電化學(xué)模型[2]或者Ad hoc模型[3]，而不是簡(jiǎn)單的電路模型[4]。將建模方法與卡爾曼濾波方法相結(jié)合，可以得到一種可去除測(cè)量噪聲和模型參數(shù)誤差的新算法。此次研究的目的就是提高估算的速度和精確度。
1 電池動(dòng)態(tài)模型
1.1 模型結(jié)構(gòu)
    本文采用Boston-Power公司的Sonata 4400鋰離子電池，其基本屬性為：標(biāo)稱容量是4 400 mAh；標(biāo)稱電壓是3.7 V。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)對(duì)小的計(jì)算量和簡(jiǎn)單電學(xué)組成更加重視，所以最佳選擇是等效電路模型。因此，本文選擇了一個(gè)二階電路等效模型[5]，如圖1所示。

   
    通過(guò)實(shí)驗(yàn)計(jì)算得到，測(cè)量值與仿真值之間的標(biāo)準(zhǔn)誤差為24.6 mV。但是考慮到線性行為下SoC的范圍是100%~10%，所以標(biāo)準(zhǔn)誤差降為10.3 mV。
1.3 模型驗(yàn)證
    為了驗(yàn)證模型在任意電流分布下（-1 C～+2 C）能適用于電池，可以對(duì)一個(gè)充滿電的電池進(jìn)行放電消耗實(shí)驗(yàn)，直至電量達(dá)到SoC的10%。驗(yàn)證結(jié)果如圖3所示。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，仿真值與測(cè)量值之間的標(biāo)準(zhǔn)誤差是18.8 mV。
    由圖3可知，該模型在電池SoC在100%~10%的范圍內(nèi)時(shí)具有很高的精確性。

    緩慢估算的SoC值在1 h后逐漸趨向真實(shí)SoC值，但是其與真實(shí)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為1.0%。此外，快速估算的SoC值趨向真實(shí)值的時(shí)間僅為10 min，但是其估算結(jié)果含有大量噪聲，并且與真實(shí)值的偏差達(dá)到3.8%。
    對(duì)于電池2，采用相同的濾波設(shè)計(jì)，圖5顯示了基于隨機(jī)數(shù)據(jù)（開(kāi)始于SoC0=50%）的估算結(jié)果。

    本文介紹了一種基于卡爾曼濾波理論的SoC值估算方法。展示了電池模型的建立和驗(yàn)證過(guò)程，在實(shí)驗(yàn)室條件下，對(duì)同一生產(chǎn)商兩塊不同的電池驗(yàn)證了仿真結(jié)果。設(shè)計(jì)了基于卡爾曼濾波理論的觀測(cè)器，尤其對(duì)兩種不同電池的不確定性進(jìn)行了深入研究：參數(shù)不確定性和測(cè)量噪聲（實(shí)際應(yīng)用中）。在SoC估算方面顯示了很好的精確性。此外，不同的觀測(cè)器顯示了一個(gè)矛盾問(wèn)題：快速估算會(huì)降低精確度，相反，緩慢估算的精確度很高。該方法可以擴(kuò)展到不同生產(chǎn)商生產(chǎn)的各種不同類型的電池，并且在將來(lái)的電池模型設(shè)計(jì)和SoC估算中可以加入對(duì)溫度影響的考慮。
參考文獻(xiàn)
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