專利名稱：一種用于汽車起動(dòng)照明型鉛酸蓄電池的狀態(tài)估算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蓄電池的狀態(tài)估算方法，特別是關(guān)于一種用于汽車起動(dòng)照明型鉛酸蓄電池的狀態(tài)估算方法，屬于汽車電子控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
隨著汽車電子電氣技術(shù)的發(fā)展，為了滿足乘客和駕駛員的舒適性和方便性要求，現(xiàn)代汽車，尤其是高級(jí)轎車的車內(nèi)引入了越來越多的大功率用電器，如電加熱座椅、電熱除霜、大功率汽車音響等。因此，汽車的起動(dòng)照明型鉛酸蓄電池所需提供的電能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)與照明這類簡單的任務(wù)。
大功率的用電電器使汽車的起動(dòng)照明型蓄電池的電量很容易被消耗掉，并且也加快了蓄電池的老化速度，面對(duì)這些問題，汽車電氣系統(tǒng)亟需一種簡單有效的汽車起動(dòng)照明型蓄電池的狀態(tài)估算方法，以用于提醒駕駛員注意蓄電池的電量和蓄電池的老化，及時(shí)關(guān)閉大耗電量電器和更換舊蓄電池，同時(shí)提供發(fā)電機(jī)管理系統(tǒng)控制蓄電池的充電過程。
現(xiàn)有的蓄電池狀態(tài)估算方法，比如專利一種動(dòng)力電池荷電狀態(tài)估計(jì)方法(公開號(hào)CN101212071)，針對(duì)動(dòng)力電池的工作特征進(jìn)行了設(shè)計(jì)，這種方法不適合普通車輛上廣泛使用的起動(dòng)照明型鉛酸蓄電池的狀態(tài)估算。專利用于電池容量的測量方法(公開號(hào)CN1437031)，利用蓄電池開路電壓特性估算荷電狀態(tài)，僅適用30％～70％荷電狀態(tài)的估算。專利一種基于組合采樣點(diǎn)卡爾曼濾波的電池剩余電量估計(jì)方法(公開號(hào)CN101604005)，雖能在線獲得較為精確的蓄電池荷電狀態(tài)，但其計(jì)算復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)成本較高。


發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于汽車起動(dòng)照明型鉛酸蓄電池的狀態(tài)估算方法，該方法適合普通車輛，估算方法精確、可靠，計(jì)算量低，實(shí)現(xiàn)成本低。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種用于汽車起動(dòng)照明型鉛酸蓄電池的狀態(tài)估算方法，其包括以下步驟1)將起動(dòng)照明型鉛酸蓄電池連接一電流/電壓/溫度檢測裝置的輸入端，檢測裝置的輸出端連接一蓄電池狀態(tài)估算裝置；2)檢測裝置將檢測到的蓄電池的電流/電壓/溫度數(shù)據(jù)傳送給蓄電池狀態(tài)估算裝置，由蓄電池狀態(tài)估算裝置根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)，判斷蓄電池所處的工況，并針對(duì)各個(gè)工況采用不同的估算方法，估算蓄電池的荷電狀態(tài)；3)將步驟2)中得到的蓄電池的各種工況的荷電狀態(tài)進(jìn)行綜合，以得到更為準(zhǔn)確的蓄電池荷電狀態(tài)；4)利用步驟3)中綜合得到的蓄電池荷電狀態(tài)與綜合前蓄電池荷電狀態(tài)的偏差，以及蓄電池的累積充電量、各方法誤差，更新步驟1)中蓄電池荷電狀態(tài)估算方法中的參數(shù)，通過更新后的參數(shù)計(jì)算得到蓄電池的健康狀態(tài)，進(jìn)而對(duì)蓄電池的健康狀態(tài)進(jìn)行判斷；5)將步驟4)中更新后的參數(shù)存儲(chǔ)在蓄電池狀態(tài)估算裝置中，以用于下一個(gè)周期的迭代估算過程中。
所述步驟2)中，汽車在使用過程中包括三種工況，三種工況下，蓄電池荷電狀態(tài)的估算方法為①在一般工況下，使用皮克特(Peukert)修正的安時(shí)積分法進(jìn)行積分計(jì)算，估算蓄電池的荷電狀態(tài)；一般工況，包括但不限于發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的浮充工況、發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí)的放電工況，以及車輛鎖車后的車輛停放工況；并且在使用安時(shí)積分法進(jìn)行荷電狀態(tài)估算的同時(shí)，通過蓄電池充電過程中電壓與電流的特征，對(duì)蓄電池進(jìn)行荷電的充滿判斷；②在汽車鎖車長時(shí)靜置狀態(tài)時(shí)，使用開路電壓測量法來估算蓄電池的荷電狀態(tài)；③在汽車啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況時(shí)，使用等效直流內(nèi)阻法來估算蓄電池的荷電狀態(tài)。
所述步驟3)中，將汽車在使用過程中的各種工況下的蓄電池荷電狀態(tài)進(jìn)行綜合，具體方法如下①汽車鎖車長時(shí)靜置狀態(tài)與一般工況的綜合將安時(shí)積分方法的荷電狀態(tài)與開路電壓方法獲得的荷電狀態(tài)，根據(jù)各自方法的誤差大小，按比例進(jìn)行綜合；②啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況與一般工況的綜合將安時(shí)積分方法的荷電狀態(tài)與等效直流內(nèi)阻方法獲得的荷電狀態(tài)，根據(jù)各自方法的誤差大小，按比例進(jìn)行綜合。
在綜合各種工況獲得荷電狀態(tài)后，可以利用綜合后的荷電狀態(tài)與參與綜合的兩個(gè)荷電狀態(tài)數(shù)值的差作為依據(jù)，更新安時(shí)積分法中的參數(shù)；更新的參數(shù)包括充電效率、蓄電池可用容量和累積放電量，通過更新后的蓄電池的可用容量與蓄電池的溫度，計(jì)算得到蓄電池的健康狀態(tài)。
汽車鎖車長時(shí)靜置狀態(tài)和一般工況的綜合，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況和一般工況的綜合，其具體步驟如下采用安時(shí)積分法估算得到的蓄電池荷電狀態(tài)為α；采用開路電壓方法估算得到的蓄電池荷電狀態(tài)為β；采用等效直流內(nèi)阻法估算得到的蓄電池荷電狀態(tài)為γ； 在k時(shí)刻，汽車鎖車長時(shí)靜置狀態(tài)與一般工況的綜合，蓄電池荷電狀態(tài)σ修正為 σ＝(1-w1)α+w1β (1) 式(1)中，權(quán)重系數(shù)w1為 式(2)中，ω為采用安時(shí)積分法估算蓄電池荷電狀態(tài)的累積測量誤差；θ為采用開路電壓法估算蓄電池荷電狀態(tài)的誤差； 在k時(shí)刻，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況與一般工況的綜合，荷電狀態(tài)可以修正為 σ＝(1-w2)α+w2γ(3) 式(3)中，權(quán)重系數(shù)w2為 式(4)中，μ為采用直流內(nèi)阻法估算蓄電池荷電狀態(tài)的誤差； 在k時(shí)刻，當(dāng)蓄電池充滿狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)，荷電狀態(tài)修正為 σ＝100％ (5) 更新安時(shí)積分法中的參數(shù)的具體步驟如下 充電效率η修正為 η(k+1)＝(1-wc)η(k)+wcηr (6) 式(6)中，權(quán)重系數(shù)wc是距離上一次荷電狀態(tài)綜合期間的累積充電量Qc的函數(shù) wc＝vc(Qc)(7) 式(6)中，ηr為假設(shè)綜合后的蓄電池荷電狀態(tài)與安時(shí)積分法獲得的蓄電池荷電狀態(tài)之間的偏差完全由于充電效率誤差造成時(shí)，充電效率應(yīng)當(dāng)進(jìn)行的修正，可以為 修正權(quán)重函數(shù)wc取 蓄電池可用容量Γ(k+1)修正為 Γ(k+1)＝(1-wq)Γr+wqΓ(k) (11) 式(11)中，權(quán)重系數(shù)wq為放電深度ξ和距離上次修正期間累計(jì)的安時(shí)積分法誤差ω的函數(shù) 式(11)中，Γr為假設(shè)修正蓄電池荷電狀態(tài)與安時(shí)積分法獲得的蓄電池荷電狀態(tài)的誤差完全由可用容量的誤差造成時(shí)，可用容量應(yīng)當(dāng)進(jìn)行的修正值，可以為 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的總?cè)萘喀? Θ(k+1)＝(1+kc(T-T0))Γ(k+1) (14) 式(14)中，T為電池溫度；T0為標(biāo)準(zhǔn)溫度25℃； 安時(shí)積分法的累積放電量Q(k+1)修正為 Q(k+1)＝(1-σ)Γ(k+1) (15) 此時(shí)蓄電池的健康狀態(tài)λ為 式(16)中，Qr為在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，新電池的額定20小時(shí)放電率容量。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明由于包括汽車鎖車長時(shí)靜置狀態(tài)、汽車啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況、一般工況、蓄電池充滿判斷、荷電狀態(tài)綜合和估算參數(shù)更新六部分，充分考慮了汽車所處的不同工況，因此，可對(duì)對(duì)蓄電池輸出電流、端電壓以及蓄電池溫度進(jìn)行不間斷檢測，迭代估算蓄電池荷電狀態(tài)、健康狀態(tài)、可用容量、充電效率等參數(shù)。2、本發(fā)明由于利用綜合得到的蓄電池荷電狀態(tài)與綜合前蓄電池荷電狀態(tài)的偏差，以及蓄電池累積充電量、各方法誤差等參數(shù)，進(jìn)一步進(jìn)行安時(shí)積分方法參數(shù)的更新，因此，可用被更新的參數(shù)計(jì)算得到蓄電池的健康狀態(tài)以及提高下一個(gè)周期的蓄電池荷電狀態(tài)估算的準(zhǔn)確度。3、本發(fā)明采用的蓄電池狀態(tài)估算方法，能夠在普通八位單片機(jī)的計(jì)算能力下，10Hz以上的速度，實(shí)時(shí)獲得蓄電池的健康狀態(tài)，以及獲得準(zhǔn)確度在±5％以內(nèi)的蓄電池荷電狀態(tài)。本發(fā)明構(gòu)思巧妙，算法精確可靠，可廣泛用于汽車的起動(dòng)照明型鉛酸蓄電池的狀態(tài)估算過程中。



圖1是本發(fā)明裝置示意圖 圖2是本發(fā)明蓄電池狀態(tài)估算流程示意圖 圖3是采用本發(fā)明得到的典型24V起動(dòng)照明型鉛酸蓄電池的可用容量與放電電流關(guān)系示意圖 圖4是采用本發(fā)明得到的典型24V起動(dòng)照明型鉛酸蓄電池的開路電壓與荷電狀態(tài)關(guān)系示意圖 圖5是采用本發(fā)明得到的典型24V起動(dòng)照明型鉛酸蓄電池的直流內(nèi)阻與荷電狀態(tài)關(guān)系示意圖
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
本發(fā)明總體上為一個(gè)周期性的迭代計(jì)算過程，其包括以下步驟 1)如圖1所示，將起動(dòng)照明型鉛酸蓄電池1連接一電流/電壓/溫度檢測裝置2的輸入端，檢測裝置2的輸出端連接一蓄電池狀態(tài)估算裝置3。蓄電池狀態(tài)估算裝置3可以采用普通八位單片機(jī)。
2)檢測裝置2將檢測到的蓄電池1的電流/電壓/溫度數(shù)據(jù)傳送給蓄電池狀態(tài)估算裝置3，由蓄電池狀態(tài)估算裝置3根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)，判斷蓄電池1所處的工況，并針對(duì)各個(gè)工況采用不同的估算方法，估算蓄電池1的荷電狀態(tài)。
3)將步驟2)中得到的蓄電池1的各種工況的荷電狀態(tài)進(jìn)行綜合，以得到更為準(zhǔn)確的蓄電池荷電狀態(tài)。
4)利用步驟3)中綜合得到的蓄電池荷電狀態(tài)與綜合前蓄電池荷電狀態(tài)的偏差，以及蓄電池1的累積充電量、各方法誤差，更新步驟1)中蓄電池荷電狀態(tài)估算方法中的參數(shù)，通過更新后的參數(shù)計(jì)算得到蓄電池1的健康狀態(tài)，進(jìn)而對(duì)蓄電池1的健康狀態(tài)進(jìn)行判斷。
5)將步驟4)中更新后的參數(shù)存儲(chǔ)在蓄電池狀態(tài)估算裝置3中，以用于下一個(gè)周期的迭代估算過程中。
如圖2所示，蓄電池狀態(tài)估算裝置3內(nèi)的周期迭代估算由汽車鎖車長時(shí)靜置狀態(tài)L下的蓄電池荷電狀態(tài)估算、汽車起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況M下的蓄電池荷電狀態(tài)估算、一般工況N下蓄電池荷電狀態(tài)估算、蓄電池充滿判斷F、荷電狀態(tài)綜合S和估算參數(shù)更新U六部分組成。在每一次迭代計(jì)算過程中，根據(jù)當(dāng)前蓄電池1所處的工況不同，可以經(jīng)歷N-L-S-U、N-M-S-U、N-F-S-U或者N-S-U幾個(gè)部分。
當(dāng)汽車處于鎖車長時(shí)靜置狀態(tài)L時(shí)，使用開路電壓測量法來估算蓄電池的荷電狀態(tài)；在汽車啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況M過程中，使用等效直流內(nèi)阻大小來估算蓄電池的荷電狀態(tài)；在一般工況N下，使用安時(shí)積分方法估算蓄電池的荷電狀態(tài)。一般工況N下，荷電狀態(tài)估算的同時(shí)，通過蓄電池充電過程中電壓與電流的特征，對(duì)蓄電池進(jìn)行荷電的充滿判斷F。
將蓄電池各個(gè)工況下的荷電狀態(tài)進(jìn)行綜合S ①汽車鎖車長時(shí)靜置L狀態(tài)和一般工況N的綜合將安時(shí)積分方法的荷電狀態(tài)與開路電壓方法獲得的荷電狀態(tài)，根據(jù)各自方法的誤差大小，按比例進(jìn)行綜合； ②啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作工況M和一般工況N的綜合將安時(shí)積分方法的荷電狀態(tài)與等效直流內(nèi)阻方法獲得的荷電狀態(tài)，根據(jù)各自方法的誤差大小，按比例進(jìn)行綜合。
利用綜合得到的蓄電池荷電狀態(tài)與綜合前蓄電池荷電狀態(tài)的偏差，以及蓄電池累積充電量、各方法誤差等參數(shù)，更新安時(shí)積分方法的參數(shù)U。被更新的參數(shù)包括充電效率、蓄電池可用容量、累積放電量。通過更新后的蓄電池的可用容量與蓄電池的溫度，計(jì)算得到蓄電池的健康狀態(tài)，并用于下一個(gè)計(jì)算周期的迭代計(jì)算過程中。
本發(fā)明的具體迭代估算方法如下 蓄電池荷電狀態(tài)σ的值定義為 σ＝1-ξ(1) 式中，ξ為蓄電池放電深度，ξ定義為 式中，Q為當(dāng)前時(shí)刻的累積放電量；Γ為當(dāng)前狀態(tài)下的蓄電池總?cè)萘?。放電量與總?cè)萘烤鶠?0小時(shí)放電率下，即0.05C放電率時(shí)的等效放電量。
蓄電池健康狀態(tài)λ定義為 式中，Θ為在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，當(dāng)前蓄電池的20小時(shí)放電率等效可用總?cè)萘?；Qr為在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，新電池的額定20小時(shí)放電率容量。
蓄電池當(dāng)前狀態(tài)下的20小時(shí)放電率等效可用總?cè)萘喀？杀硎緸? 式中，kc為額定容量溫度系數(shù)，可通過實(shí)驗(yàn)標(biāo)定獲得，范圍為0.004～0.011；T為電池溫度；T0為標(biāo)準(zhǔn)溫度25℃。
汽車鎖車長時(shí)靜置狀態(tài)L、汽車起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況M和一般工況N的蓄電池荷電狀態(tài)估算 ①對(duì)于一般工況N，蓄電池的荷電狀態(tài)可以由皮克特(Peukert)修正的安時(shí)積分法進(jìn)行積分計(jì)算。這些時(shí)刻包括但不限于發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的浮充工況、發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí)的放電工況以及車輛鎖車后的車輛停放工況。
安時(shí)積分法得到的荷電狀態(tài)記為α (5) Q(k)＝Q(k-1)+ΔQ 式中，Q(k)為當(dāng)前時(shí)刻的累積放電電量；Q(k-1)為上一時(shí)刻的累積放電電量；ΔQ為k時(shí)間段內(nèi)的放電量，正值為放電，負(fù)值為充電。
如圖3所示，蓄電池的可用容量與放電電流的大小有關(guān)，其關(guān)系可用皮克特常數(shù)表示。
對(duì)累計(jì)放電量Q進(jìn)行計(jì)算時(shí)，考慮等效于20小時(shí)放電率的皮克特放電電流修正。修正的放電電量累積ΔQ表達(dá)式為 式中，i為蓄電池輸出電流，放電為正；n為皮克特系數(shù)，通過圖3所示的電池恒流放電試驗(yàn)確定，一個(gè)典型的鉛酸蓄電池的皮克特系數(shù)在1.05～1.2之間；In為20小時(shí)放電率對(duì)應(yīng)的額定電流；Δt為迭代計(jì)算時(shí)間間隔。
充電過程中，使用充電效率η修正ΔQ ΔQ＝η·i·Δt (7) 忽略迭代周期步長誤差，每個(gè)安時(shí)積分步長內(nèi)引入的電量測量誤差為Δτ1 (放電時(shí)) (8) (充電時(shí)) (9) 式中，Δn為皮克特系數(shù)的標(biāo)定誤差；Δi為電流的測量誤差；Δη為充電效率的估算誤差。
式(6)中的指數(shù)項(xiàng)

采用查表法獲得，造成的附加的單片機(jī)額外計(jì)算誤差Δτ2滿足 每步長內(nèi)的電量測量總誤差Δτ為 Δτ＝Δτ1+Δτ2 (11) k時(shí)刻的安時(shí)積分法電量測量累積誤差τ(k)為 τ(k)＝τ(k-1)+Δτ (12) 蓄電池當(dāng)前可用總?cè)萘康恼`差為 式中，ΔΘ為蓄電池可用總?cè)萘空`差；Δkc為額定容量溫度系數(shù)標(biāo)定誤差；ΔT為電池溫度測量誤差。
安時(shí)積分法累積測量誤差ω為 ②汽車鎖車長時(shí)靜置狀態(tài)L若當(dāng)前迭代時(shí)刻蓄電池的工況為鎖車超過2個(gè)小時(shí)，使用開路電壓估算蓄電池荷電狀態(tài)。
開路電壓方法的蓄電池荷電狀態(tài)記為β β＝a1(UO-ku(T-T0))+a2 (15) 式中，UO為蓄電池端電壓；ku為溫度系數(shù)，12V起動(dòng)照明用鉛酸蓄電池的溫度系數(shù)為-0.022V/℃；a1和a2為溫度T0時(shí)，開路電壓與蓄電池荷電狀態(tài)的線性擬合系數(shù)，可以通過電池放電試驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)定。
對(duì)于一對(duì)典型的兩組12V鉛酸蓄電池組成的24V系統(tǒng)，其開路電壓與荷電狀態(tài)的關(guān)系，如圖4所示。擬合系數(shù)分別為 a1＝0.4619(16) a2＝-11.09 開路電壓估算SoC的誤差θ為 式中，ΔUO為蓄電池端電壓測量誤差。
③若當(dāng)前迭代時(shí)刻蓄電池的工況為起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況M剛結(jié)束時(shí)刻，使用等效直流內(nèi)阻估算蓄電池荷電狀態(tài)。
蓄電池的內(nèi)阻Rb可以通過下式得到 式中，Δu′為電壓的變化量；Δi′為電流的變化量。由于電流電壓測量誤差，估算的內(nèi)阻的測量誤差ΔRb為 式中，測量誤差


Δu為電壓測量誤差。
在低荷電狀態(tài)下，電池內(nèi)阻與荷電狀態(tài)的關(guān)系γ由非線性擬合近似表示為 式中，Rb為計(jì)算得到的蓄電池內(nèi)阻，kR為內(nèi)阻修正系數(shù) 式中，

為當(dāng)前蓄電池最近一次測量得到的高荷電狀態(tài)下的直流內(nèi)阻，Rb0為高荷電狀態(tài)下，標(biāo)定擬合參數(shù)p和q時(shí)的直流內(nèi)阻。通過內(nèi)阻修正系數(shù)，可以近似修正蓄電池直流內(nèi)阻由于電池老化與環(huán)境溫度變化所產(chǎn)生的影響。
對(duì)于一對(duì)典型的兩組12V鉛酸蓄電池組成的24V系統(tǒng)，其直流內(nèi)阻與荷電狀態(tài)的關(guān)系，如圖5所示。擬合系數(shù)分別為 p＝120.4 (22) q＝-13.47 基于直流內(nèi)阻估算蓄電池荷電狀態(tài)的誤差可以由式表示 μ＝φ(ΔRb，ε)(23) 式中，ε為標(biāo)定擬合過程總的均方根誤差；通過蓄電池內(nèi)阻——荷電狀態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)可以獲得γ在90％置信區(qū)間內(nèi)的數(shù)值。
對(duì)于一對(duì)典型的兩組12V鉛酸蓄電池組成的24V系統(tǒng)，直流內(nèi)阻法的誤差μ與內(nèi)阻的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表1所示。
表1直流內(nèi)阻法蓄電池荷電狀態(tài)估算誤差
蓄電池充滿判斷(F)的判斷條件為 對(duì)蓄電池各個(gè)工況下的荷電狀態(tài)進(jìn)行綜合(S) 在任意時(shí)刻k，蓄電池狀態(tài)估算方法給出一個(gè)當(dāng)前時(shí)刻的蓄電池荷電狀態(tài)σ(k)，這個(gè)數(shù)值通過對(duì)各個(gè)工況獲得的荷電狀態(tài)進(jìn)行綜合得出。
對(duì)于存在兩種荷電狀態(tài)估算方法的時(shí)刻，在綜合荷電狀態(tài)數(shù)值的同時(shí)，清零安時(shí)積分法中的累積誤差電量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) τ(k+1)＝0 (25) 在k時(shí)刻，當(dāng)僅有安時(shí)積分法為有效荷電狀態(tài)估計(jì)方法時(shí)，即對(duì)于一般工況N，最終確定的荷電狀態(tài) σ＝α (26) 在k時(shí)刻，汽車鎖車長時(shí)靜置狀態(tài)L與一般工況N的綜合，荷電狀態(tài)修正為 σ＝(1-w1)α+w1β (27) 式中，權(quán)重系數(shù)w1 在k時(shí)刻，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況M與一般工況N的綜合，荷電狀態(tài)可以修正為 σ＝(1-w2)α+w2γ (29) 其中，權(quán)重系數(shù)w2 在k時(shí)刻，當(dāng)蓄電池充滿狀態(tài)F出現(xiàn)時(shí)，荷電狀態(tài)修正為 σ＝100％ (31) 在綜合各種工況獲得的荷電狀態(tài)后，更新安時(shí)積分法中的參數(shù)(U) 充電效率η修正為 η(k+1)＝(1-wc)η(k)+wcηr(32) 式(32)中，權(quán)重系數(shù)wc是距離上一次荷電狀態(tài)綜合期間的累積充電量Qc的函數(shù) wc＝vc(Qc) (33) 式(32)中，ηr為假設(shè)綜合后的蓄電池荷電狀態(tài)與安時(shí)積分法獲得蓄電池荷電狀態(tài)之間的偏差完全由于充電效率誤差造成時(shí)，充電效率應(yīng)當(dāng)進(jìn)行的修正，可以計(jì)算為 修正權(quán)重函數(shù)wc取 蓄電池可用容量Γ(k+1)修正為 Γ(k+1)＝(1-wq)Γr+wqΓ(k)(37) 式(37)中，權(quán)重系數(shù)wq為放電深度ξ和距離上次修正期間累計(jì)的安時(shí)積分誤差ω的函數(shù) 式(37)中，Γr為假設(shè)修正蓄電池荷電狀態(tài)與安時(shí)積分法的誤差完全由可用容量的誤差造成時(shí)，可用容量應(yīng)當(dāng)進(jìn)行的修正值，可以計(jì)算為 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的總?cè)萘喀? Θ(k+1)＝(1+kc(T-T0))Γ(k+1)(40) 安時(shí)積分法的累積放電量Q(k+1)修正為 Q(k+1)＝(1-σ)Γ(k+1) (41) 此時(shí)蓄電池的健康狀態(tài)λ為 上述實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、設(shè)置位置及連接方式都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)和等同變換，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種用于汽車起動(dòng)照明型鉛酸蓄電池的狀態(tài)估算方法，其包括以下步驟
1)將起動(dòng)照明型鉛酸蓄電池連接一電流/電壓/溫度檢測裝置的輸入端，檢測裝置的輸出端連接一蓄電池狀態(tài)估算裝置；
2)檢測裝置將檢測到的蓄電池的電流/電壓/溫度數(shù)據(jù)傳送給蓄電池狀態(tài)估算裝置，由蓄電池狀態(tài)估算裝置根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)，判斷蓄電池所處的工況，并針對(duì)各個(gè)工況采用不同的估算方法，估算蓄電池的荷電狀態(tài)；
3)將步驟2)中得到的蓄電池的各種工況的荷電狀態(tài)進(jìn)行綜合，以得到更為準(zhǔn)確的蓄電池荷電狀態(tài)；
4)利用步驟3)中綜合得到的蓄電池荷電狀態(tài)與綜合前蓄電池荷電狀態(tài)的偏差，以及蓄電池的累積充電量、各方法誤差，更新步驟1)中蓄電池荷電狀態(tài)估算方法中的參數(shù)，通過更新后的參數(shù)計(jì)算得到蓄電池的健康狀態(tài)，進(jìn)而對(duì)蓄電池的健康狀態(tài)進(jìn)行判斷；
5)將步驟4)中更新后的參數(shù)存儲(chǔ)在蓄電池狀態(tài)估算裝置中，以用于下一個(gè)周期的迭代估算過程中。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于汽車起動(dòng)照明型鉛酸蓄電池的狀態(tài)估算方法其特征在于所述步驟2)中，汽車在使用過程中包括三種工況，三種工況下，蓄電池荷電狀態(tài)的估算方法為
①在一般工況下，使用皮克特(Peukert)修正的安時(shí)積分法進(jìn)行積分計(jì)算，估算蓄電池的荷電狀態(tài)；一般工況，包括但不限于發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的浮充工況、發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí)的放電工況，以及車輛鎖車后的車輛停放工況；并且在使用安時(shí)積分法進(jìn)行荷電狀態(tài)估算的同時(shí)，通過蓄電池充電過程中電壓與電流的特征，對(duì)蓄電池進(jìn)行荷電的充滿判斷；
②在汽車鎖車長時(shí)靜置狀態(tài)時(shí)，使用開路電壓測量法來估算蓄電池的荷電狀態(tài)；
③在汽車啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況時(shí)，使用等效直流內(nèi)阻法來估算蓄電池的荷電狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1述的一種用于汽車起動(dòng)照明型鉛酸蓄電池的狀態(tài)估算方法，其特征在于所述步驟3)中，將汽車在使用過程中的各種工況下的蓄電池荷電狀態(tài)進(jìn)行綜合，具體方法如下
①汽車鎖車長時(shí)靜置狀態(tài)與一般工況的綜合將安時(shí)積分方法的荷電狀態(tài)與開路電壓方法獲得的荷電狀態(tài)，根據(jù)各自方法的誤差大小，按比例進(jìn)行綜合；
②啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況與一般工況的綜合將安時(shí)積分方法的荷電狀態(tài)與等效直流內(nèi)阻方法獲得的荷電狀態(tài)，根據(jù)各自方法的誤差大小，按比例進(jìn)行綜合。
4.如權(quán)利要求2的一種用于汽車起動(dòng)照明型鉛酸蓄電池的狀態(tài)估算方法，其特征在于所述步驟3)中，將汽車在使用過程中的各種工況下的蓄電池荷電狀態(tài)進(jìn)行綜合，具體方法如下
①汽車鎖車長時(shí)靜置狀態(tài)與一般工況的綜合將安時(shí)積分方法的荷電狀態(tài)與開路電壓方法獲得的荷電狀態(tài)，根據(jù)各自方法的誤差大小，按比例進(jìn)行綜合；
②啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況與一般工況的綜合將安時(shí)積分方法的荷電狀態(tài)與等效直流內(nèi)阻方法獲得的荷電狀態(tài)，根據(jù)各自方法的誤差大小，按比例進(jìn)行綜合。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4的一種用于汽車起動(dòng)照明型鉛酸蓄電池的狀態(tài)估算方法，其特征在于在綜合各種工況獲得荷電狀態(tài)后，可以利用綜合后的荷電狀態(tài)與參與綜合的兩個(gè)荷電狀態(tài)數(shù)值的差作為依據(jù)，更新安時(shí)積分法中的參數(shù)；更新的參數(shù)包括充電效率、蓄電池可用容量和累積放電量，通過更新后的蓄電池的可用容量與蓄電池的溫度，計(jì)算得到蓄電池的健康狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4的一種用于汽車起動(dòng)照明型鉛酸蓄電池的狀態(tài)估算方法，其特征在于汽車鎖車長時(shí)靜置狀態(tài)和一般工況的綜合，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況和一般工況的綜合，其具體步驟如下
采用安時(shí)積分法估算得到的蓄電池荷電狀態(tài)為α；采用開路電壓方法估算得到的蓄電池荷電狀態(tài)為β；采用等效直流內(nèi)阻法估算得到的蓄電池荷電狀態(tài)為γ
在k時(shí)刻，汽車鎖車長時(shí)靜置狀態(tài)與一般工況的綜合，蓄電池荷電狀態(tài)σ修正為
σ＝(1-w1)α+w1β(1)
式(1)中，權(quán)重系數(shù)w1為
式(2)中，ω為采用安時(shí)積分法估算蓄電池荷電狀態(tài)的累積測量誤差；θ為采用開路電壓法估算蓄電池荷電狀態(tài)的誤差；
在k時(shí)刻，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況與一般工況的綜合，荷電狀態(tài)可以修正為
σ＝(1-w2)α+w2γ (3)
式(3)中，權(quán)重系數(shù)w2為
式(4)中，μ為采用直流內(nèi)阻法估算蓄電池荷電狀態(tài)的誤差；
在k時(shí)刻，當(dāng)蓄電池充滿狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)，荷電狀態(tài)修正為
σ＝100％(5)
7.如權(quán)利要求5的一種用于汽車起動(dòng)照明型鉛酸蓄電池的狀態(tài)估算方法，其特征在于汽車鎖車長時(shí)靜置狀態(tài)和一般工況的綜合，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況和一般工況的綜合，其具體步驟如下
采用安時(shí)積分法估算得到的蓄電池荷電狀態(tài)為α；采用開路電壓方法估算得到的蓄電池荷電狀態(tài)為β；采用等效直流內(nèi)阻法估算得到的蓄電池荷電狀態(tài)為γ
在k時(shí)刻，汽車鎖車長時(shí)靜置狀態(tài)與一般工況的綜合，蓄電池荷電狀態(tài)σ修正為
σ＝(1-w1)α+w1β(1)
式(1)中，權(quán)重系數(shù)w1為
式(2)中，ω為采用安時(shí)積分法估算蓄電池荷電狀態(tài)的累積測量誤差；θ為采用開路電壓法估算蓄電池荷電狀態(tài)的誤差；
在k時(shí)刻，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況與一般工況的綜合，荷電狀態(tài)可以修正為
σ＝(1-w2)α+w2γ(3)
式(3)中，權(quán)重系數(shù)w2為
式(4)中，μ為采用直流內(nèi)阻法估算蓄電池荷電狀態(tài)的誤差；
在k時(shí)刻，當(dāng)蓄電池充滿狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)，荷電狀態(tài)修正為
σ＝100％(5)
8.如權(quán)利要求1或2或3或4或7的一種用于汽車起照明型鉛酸蓄電池的狀態(tài)估算方法，其特征在于更新安時(shí)積分法中的參數(shù)的具體步驟如下
充電效率η修正為
η(k+1)＝(1-wc)η(k)+wcηr (6)
式(6)中，權(quán)重系數(shù)wc是距離上一次荷電狀態(tài)綜合期間的累積充電量Qc的函數(shù)
wc＝vc(Qc) (7)
式(6)中，ηr為假設(shè)綜合后的蓄電池荷電狀態(tài)與安時(shí)積分法獲得的蓄電池荷電狀態(tài)之間的偏差完全由于充電效率誤差造成時(shí)，充電效率應(yīng)當(dāng)進(jìn)行的修正，可以為
修正權(quán)重函數(shù)wc取
蓄電池可用容量Γ(k+1)修正為
Γ(k+1)＝(1-wq)Γr+wqΓ(k) (11)
式(11)中，權(quán)重系數(shù)wq為放電深度ξ和距離上次修正期間累計(jì)的安時(shí)積分法誤差ω的函數(shù)
式(11)中，Γr為假設(shè)修正蓄電池荷電狀態(tài)與安時(shí)積分法獲得的蓄電池荷電狀態(tài)的誤差完全由可用容量的誤差造成時(shí)，可用容量應(yīng)當(dāng)進(jìn)行的修正值，可以為
標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的總?cè)萘喀?br> Θ(k+1)＝(1+kc(T-T0))Γ(k+1)(14)
式(14)中，T為電池溫度；T0為標(biāo)準(zhǔn)溫度25℃；
安時(shí)積分法的累積放電量Q(k+1)修正為
Q(k+1)＝(1-σ)Γ(k+1) (15)
此時(shí)蓄電池的健康狀態(tài)λ為
式(16)中，Qr為在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，新電池的額定20小時(shí)放電率容量。
9.如權(quán)利要求5的一種用于汽車起照明型鉛酸蓄電池的狀態(tài)估算方法，其特征在于更新安時(shí)積分法中的參數(shù)的具體步驟如下
充電效率η修正為
η(k+1)＝(1-wc)η(k)+wcηr (6)
式(6)中，權(quán)重系數(shù)wc是距離上一次荷電狀態(tài)綜合期間的累積充電量Qc的函數(shù)
wc＝vc(Qc) (7)
式(6)中，ηr為假設(shè)綜合后的蓄電池荷電狀態(tài)與安時(shí)積分法獲得的蓄電池荷電狀態(tài)之間的偏差完全由于充電效率誤差造成時(shí)，充電效率應(yīng)當(dāng)進(jìn)行的修正，可以為
修正權(quán)重函數(shù)wc取
蓄電池可用容量Γ(k+1)修正為
Γ(k+1)＝(1-wq)Γr+wqΓ(k)(11)
式(11)中，權(quán)重系數(shù)wqc為放電深度ξ和距離上次修正期間累計(jì)的安時(shí)積分法誤差ω的函數(shù)
式(11)中，Γr為假設(shè)修正蓄電池荷電狀態(tài)與安時(shí)積分法獲得的蓄電池荷電狀態(tài)的誤差完全由可用容量的誤差造成時(shí)，可用容量應(yīng)當(dāng)進(jìn)行的修正值，可以為
標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的總?cè)萘喀?br> Θ(k+1)＝(1+kc(T-T0))Γ(k+1) (14)
式(14)中，T為電池溫度；T0為標(biāo)準(zhǔn)溫度25℃；
安時(shí)積分法的累積放電量Q(k+1)修正為
Q(k+1)＝(1-σ)Γ(k+1) (15)
此時(shí)蓄電池的健康狀態(tài)λ為
式(16)中，Qr為在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，新電池的額定20小時(shí)放電率容量。
10.如權(quán)利要求6的一種用于汽車起照明型鉛酸蓄電池的狀態(tài)估算方法，其特征在于更新安時(shí)積分法中的參數(shù)的具體步驟如下
充電效率η修正為
η(k+1)＝(1-wc)η(k)+wcηr(6)
式(6)中，權(quán)重系數(shù)wc是距離上一次荷電狀態(tài)綜合期間的累積充電量Qc的函數(shù)
wc＝vc(Qc)(7)
式(6)中，ηr為假設(shè)綜合后的蓄電池荷電狀態(tài)與安時(shí)積分法獲得的蓄電池荷電狀態(tài)之間的偏差完全由于充電效率誤差造成時(shí)，充電效率應(yīng)當(dāng)進(jìn)行的修正，可以為
修正權(quán)重函數(shù)wc取
蓄電池可用容量Γ(k+1)修正為
Γ(k+1)＝(1-wq)Γr+wqΓ(k)(11)
式(11)中，權(quán)重系數(shù)wq為放電深度ξ和距離上次修正期間累計(jì)的安時(shí)積分法誤差ω的函數(shù)
式(11)中，Γr為假設(shè)修正蓄電池荷電狀態(tài)與安時(shí)積分法獲得的蓄電池荷電狀態(tài)的誤差完全由可用容量的誤差造成時(shí)，可用容量應(yīng)當(dāng)進(jìn)行的修正值，可以為
標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的總?cè)萘喀?br> Θ(k+1)＝(1+kc(T-T0))Γ(k+1)(14)
式(14)中，T為電池溫度；T0為標(biāo)準(zhǔn)溫度25℃；
安時(shí)積分法的累積放電量Q(k+1)修正為
Q(k+1)＝(1-σ)Γ(k+1) (15)
此時(shí)蓄電池的健康狀態(tài)λ為
式(16)中，Qr為在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，新電池的額定20小時(shí)放電率容量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于汽車起動(dòng)照明型鉛酸蓄電池的狀態(tài)估算方法，其包括以下步驟1)將蓄電池連接一電流/電壓/溫度檢測裝置，檢測裝置連接一蓄電池狀態(tài)估算裝置；2)檢測裝置將檢測到的蓄電池的電流/電壓/溫度數(shù)據(jù)傳送給蓄電池狀態(tài)估算裝置，由狀態(tài)估算裝置根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)，判斷蓄電池所處工況，并采用不同的估算方法；3)將步驟2)中得到的蓄電池的各種工況的荷電狀態(tài)進(jìn)行綜合；4)利用步驟3)中綜合得到的蓄電池荷電狀態(tài)與綜合前蓄電池荷電狀態(tài)的偏差，及各方法誤差，更新步驟1)中蓄電池荷電狀態(tài)估算方法中的參數(shù)，并計(jì)算得到蓄電池的健康狀態(tài)；5)將步驟4)中更新后的參數(shù)存儲(chǔ)在蓄電池狀態(tài)估算裝置中，用于下一個(gè)周期的迭代估算過程中。
文檔編號(hào)G01R31/36GK101813754SQ201010152840
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者楊殿閣, 連小珉, 顧錚珉, 李克強(qiáng), 鄭四發(fā), 羅禹貢, 王建強(qiáng), 陸良, 張新豐 申請(qǐng)人:清華大學(xué)