CN101813754A - 一种用于汽车起动照明型铅酸蓄电池的状态估算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于汽车起动照明型铅酸蓄电池的状态估算方法，其包括以下步骤：1)将蓄电池连接一电流/电压/温度检测装置，检测装置连接一蓄电池状态估算装置；2)检测装置将检测到的蓄电池的电流/电压/温度数据传送给蓄电池状态估算装置，由状态估算装置根据检测到的数据，判断蓄电池所处工况，并采用不同的估算方法；3)将步骤2)中得到的蓄电池的各种工况的荷电状态进行综合；4)利用步骤3)中综合得到的蓄电池荷电状态与综合前蓄电池荷电状态的偏差，及各方法误差，更新步骤1)中蓄电池荷电状态估算方法中的参数，并计算得到蓄电池的健康状态；5)将步骤4)中更新后的参数存储在蓄电池状态估算装置中，用于下一个周期的迭代估算过程中。

Description

一种用于汽车起动照明型铅酸蓄电池的状态估算方法

技术领域

本发明涉及一种蓄电池的状态估算方法，特别是关于一种用于汽车起动照明型铅酸蓄电池的状态估算方法，属于汽车电子控制技术领域。

背景技术

随着汽车电子电气技术的发展，为了满足乘客和驾驶员的舒适性和方便性要求，现代汽车，尤其是高级轿车的车内引入了越来越多的大功率用电器，如电加热座椅、电热除霜、大功率汽车音响等。因此，汽车的起动照明型铅酸蓄电池所需提供的电能已经远远超过起动发动机与照明这类简单的任务。

大功率的用电电器使汽车的起动照明型蓄电池的电量很容易被消耗掉，并且也加快了蓄电池的老化速度，面对这些问题，汽车电气系统亟需一种简单有效的汽车起动照明型蓄电池的状态估算方法，以用于提醒驾驶员注意蓄电池的电量和蓄电池的老化，及时关闭大耗电量电器和更换旧蓄电池，同时提供发电机管理系统控制蓄电池的充电过程。

现有的蓄电池状态估算方法，比如专利：一种动力电池荷电状态估计方法(公开号：CN101212071)，针对动力电池的工作特征进行了设计，这种方法不适合普通车辆上广泛使用的起动照明型铅酸蓄电池的状态估算。专利：用于电池容量的测量方法(公开号：CN1437031)，利用蓄电池开路电压特性估算荷电状态，仅适用30％～70％荷电状态的估算。专利：一种基于组合采样点卡尔曼滤波的电池剩余电量估计方法(公开号：CN101604005)，虽能在线获得较为精确的蓄电池荷电状态，但其计算复杂，实现成本较高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于汽车起动照明型铅酸蓄电池的状态估算方法，该方法适合普通车辆，估算方法精确、可靠，计算量低，实现成本低。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于汽车起动照明型铅酸蓄电池的状态估算方法，其包括以下步骤：1)将起动照明型铅酸蓄电池连接一电流/电压/温度检测装置的输入端，检测装置的输出端连接一蓄电池状态估算装置；2)检测装置将检测到的蓄电池的电流/电压/温度数据传送给蓄电池状态估算装置，由蓄电池状态估算装置根据检测到的数据，判断蓄电池所处的工况，并针对各个工况采用不同的估算方法，估算蓄电池的荷电状态；3)将步骤2)中得到的蓄电池的各种工况的荷电状态进行综合，以得到更为准确的蓄电池荷电状态；4)利用步骤3)中综合得到的蓄电池荷电状态与综合前蓄电池荷电状态的偏差，以及蓄电池的累积充电量、各方法误差，更新步骤1)中蓄电池荷电状态估算方法中的参数，通过更新后的参数计算得到蓄电池的健康状态，进而对蓄电池的健康状态进行判断；5)将步骤4)中更新后的参数存储在蓄电池状态估算装置中，以用于下一个周期的迭代估算过程中。

所述步骤2)中，汽车在使用过程中包括三种工况，三种工况下，蓄电池荷电状态的估算方法为：①在一般工况下，使用皮克特(Peukert)修正的安时积分法进行积分计算，估算蓄电池的荷电状态；一般工况，包括但不限于发动机工作时的浮充工况、发电机停机时的放电工况，以及车辆锁车后的车辆停放工况；并且在使用安时积分法进行荷电状态估算的同时，通过蓄电池充电过程中电压与电流的特征，对蓄电池进行荷电的充满判断；②在汽车锁车长时静置状态时，使用开路电压测量法来估算蓄电池的荷电状态；③在汽车启动发动机工况时，使用等效直流内阻法来估算蓄电池的荷电状态。

所述步骤3)中，将汽车在使用过程中的各种工况下的蓄电池荷电状态进行综合，具体方法如下：①汽车锁车长时静置状态与一般工况的综合：将安时积分方法的荷电状态与开路电压方法获得的荷电状态，根据各自方法的误差大小，按比例进行综合；②启动发动机工况与一般工况的综合：将安时积分方法的荷电状态与等效直流内阻方法获得的荷电状态，根据各自方法的误差大小，按比例进行综合。

在综合各种工况获得荷电状态后，可以利用综合后的荷电状态与参与综合的两个荷电状态数值的差作为依据，更新安时积分法中的参数；更新的参数包括充电效率、蓄电池可用容量和累积放电量，通过更新后的蓄电池的可用容量与蓄电池的温度，计算得到蓄电池的健康状态。

汽车锁车长时静置状态和一般工况的综合，启动发动机工况和一般工况的综合，其具体步骤如下：采用安时积分法估算得到的蓄电池荷电状态为α；采用开路电压方法估算得到的蓄电池荷电状态为β；采用等效直流内阻法估算得到的蓄电池荷电状态为γ；

在k时刻，汽车锁车长时静置状态与一般工况的综合，蓄电池荷电状态σ修正为：

σ＝(1-w₁)α+w₁β                 (1)

式(1)中，权重系数w₁为：

$w_1=v_1(\mathrm{\&omega;},\mathrm{\&theta;})=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\mathrm{\&omega;}}{2\mathrm{\&theta;}}& \mathrm{\&omega;}<2\mathrm{\&theta;}\\ 1& \mathrm{\&omega;}\&GreaterEqual;2\mathrm{\&theta;}\end{array}\right.---\left(2\right)$

式(2)中，ω为采用安时积分法估算蓄电池荷电状态的累积测量误差；θ为采用开路电压法估算蓄电池荷电状态的误差；

在k时刻，启动发动机工况与一般工况的综合，荷电状态可以修正为：

σ＝(1-w₂)α+w₂γ                (3)

式(3)中，权重系数w₂为：

$w_2=v_2(\mathrm{\&omega;},\mathrm{\&mu;})=\left\{\begin{array}{cc}0& \mathrm{\&omega;}<\frac{\mathrm{\&mu;}}{2}\\ \frac{\mathrm{\&omega;}}{2\mathrm{\&mu;}}& \frac{\mathrm{\&mu;}}{2}\&le;\mathrm{\&omega;}<2\mathrm{\&mu;}\\ 1& \mathrm{\&omega;}\&GreaterEqual;2\mathrm{\&mu;}\end{array}\right.---\left(4\right)$

式(4)中，μ为采用直流内阻法估算蓄电池荷电状态的误差；

在k时刻，当蓄电池充满状态出现时，荷电状态修正为：

σ＝100％              (5)

更新安时积分法中的参数的具体步骤如下：

充电效率η修正为：

η^(k+1)＝(1-w_c)η^(k)+w_cη_r                   (6)

式(6)中，权重系数w_c是距离上一次荷电状态综合期间的累积充电量Q_c的函数：

w_c＝v_c(Q_c)                (7)

式(6)中，η_r为假设综合后的蓄电池荷电状态与安时积分法获得的蓄电池荷电状态之间的偏差完全由于充电效率误差造成时，充电效率应当进行的修正，可以为：

${\mathrm{\&eta;}}_r=\left\{\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\&eta;}}_0>1\\ {\mathrm{\&eta;}}_0& 0.8<{\mathrm{\&eta;}}_0<1\\ 0.8& {\mathrm{\&eta;}}_0<0.8\end{array}\right.---\left(8\right)$

${\mathrm{\&eta;}}_0=\frac{Q_c}{Q_c+(\mathrm{\&sigma;}-\mathrm{\&alpha;}){\mathrm{\&Gamma;}}^{\left(k\right)}}{\mathrm{\&eta;}}^{\left(k\right)}---\left(9\right)$

修正权重函数w_c取：

$w_c=v_c\left(Q_c\right)=\frac{Q_c}{{\mathrm{\&Gamma;}}^{\left(k\right)}}---\left(10\right)$

蓄电池可用容量Γ^(k+1)修正为：

Γ^(k+1)＝(1-w_q)Γ_r+w_qΓ^(k)               (11)

式(11)中，权重系数w_q为放电深度ξ和距离上次修正期间累计的安时积分法误差ω的函数：

$w_q=v_q(\mathrm{\&xi;},\mathrm{\&omega;})=\max (0,\min (1,\frac{(1-\mathrm{\&xi;})\mathrm{\&omega;}}{0.04}))---\left(12\right)$

式(11)中，Γ_r为假设修正蓄电池荷电状态与安时积分法获得的蓄电池荷电状态的误差完全由可用容量的误差造成时，可用容量应当进行的修正值，可以为：

${\mathrm{\&Gamma;}}_r=\frac{1-\mathrm{\&alpha;}}{1-\mathrm{\&sigma;}}{\mathrm{\&Gamma;}}^{\left(k\right)}---\left(13\right)$

标准状态下的总容量Θ为：

Θ^(k+1)＝(1+k_c(T-T₀))Γ^(k+1)             (14)

式(14)中，T为电池温度；T₀为标准温度25℃；

安时积分法的累积放电量Q^(k+1)修正为：

Q^(k+1)＝(1-σ)Γ^(k+1)                     (15)

此时蓄电池的健康状态λ为：

${\mathrm{\&lambda;}}^{(k+1)}=\frac{{\mathrm{\&Theta;}}^{(k+1)}}{Q_r}---\left(16\right)$

式(16)中，Q_r为在标准状态下，新电池的额定20小时放电率容量。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于包括汽车锁车长时静置状态、汽车启动发动机工况、一般工况、蓄电池充满判断、荷电状态综合和估算参数更新六部分，充分考虑了汽车所处的不同工况，因此，可对对蓄电池输出电流、端电压以及蓄电池温度进行不间断检测，迭代估算蓄电池荷电状态、健康状态、可用容量、充电效率等参数。2、本发明由于利用综合得到的蓄电池荷电状态与综合前蓄电池荷电状态的偏差，以及蓄电池累积充电量、各方法误差等参数，进一步进行安时积分方法参数的更新，因此，可用被更新的参数计算得到蓄电池的健康状态以及提高下一个周期的蓄电池荷电状态估算的准确度。3、本发明采用的蓄电池状态估算方法，能够在普通八位单片机的计算能力下，10Hz以上的速度，实时获得蓄电池的健康状态，以及获得准确度在±5％以内的蓄电池荷电状态。本发明构思巧妙，算法精确可靠，可广泛用于汽车的起动照明型铅酸蓄电池的状态估算过程中。

附图说明

图1是本发明装置示意图

图2是本发明蓄电池状态估算流程示意图

图3是采用本发明得到的典型24V起动照明型铅酸蓄电池的可用容量与放电电流关系示意图

图4是采用本发明得到的典型24V起动照明型铅酸蓄电池的开路电压与荷电状态关系示意图

图5是采用本发明得到的典型24V起动照明型铅酸蓄电池的直流内阻与荷电状态关系示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明总体上为一个周期性的迭代计算过程，其包括以下步骤：

1)如图1所示，将起动照明型铅酸蓄电池1连接一电流/电压/温度检测装置2的输入端，检测装置2的输出端连接一蓄电池状态估算装置3。蓄电池状态估算装置3可以采用普通八位单片机。

2)检测装置2将检测到的蓄电池1的电流/电压/温度数据传送给蓄电池状态估算装置3，由蓄电池状态估算装置3根据检测到的数据，判断蓄电池1所处的工况，并针对各个工况采用不同的估算方法，估算蓄电池1的荷电状态。

3)将步骤2)中得到的蓄电池1的各种工况的荷电状态进行综合，以得到更为准确的蓄电池荷电状态。

4)利用步骤3)中综合得到的蓄电池荷电状态与综合前蓄电池荷电状态的偏差，以及蓄电池1的累积充电量、各方法误差，更新步骤1)中蓄电池荷电状态估算方法中的参数，通过更新后的参数计算得到蓄电池1的健康状态，进而对蓄电池1的健康状态进行判断。

5)将步骤4)中更新后的参数存储在蓄电池状态估算装置3中，以用于下一个周期的迭代估算过程中。

如图2所示，蓄电池状态估算装置3内的周期迭代估算由：汽车锁车长时静置状态L下的蓄电池荷电状态估算、汽车起动发动机工况M下的蓄电池荷电状态估算、一般工况N下蓄电池荷电状态估算、蓄电池充满判断F、荷电状态综合S和估算参数更新U六部分组成。在每一次迭代计算过程中，根据当前蓄电池1所处的工况不同，可以经历N-L-S-U、N-M-S-U、N-F-S-U或者N-S-U几个部分。

当汽车处于锁车长时静置状态L时，使用开路电压测量法来估算蓄电池的荷电状态；在汽车启动发动机工况M过程中，使用等效直流内阻大小来估算蓄电池的荷电状态；在一般工况N下，使用安时积分方法估算蓄电池的荷电状态。一般工况N下，荷电状态估算的同时，通过蓄电池充电过程中电压与电流的特征，对蓄电池进行荷电的充满判断F。

将蓄电池各个工况下的荷电状态进行综合S：

①汽车锁车长时静置L状态和一般工况N的综合：将安时积分方法的荷电状态与开路电压方法获得的荷电状态，根据各自方法的误差大小，按比例进行综合；

②启动发动机工作工况M和一般工况N的综合：将安时积分方法的荷电状态与等效直流内阻方法获得的荷电状态，根据各自方法的误差大小，按比例进行综合。

利用综合得到的蓄电池荷电状态与综合前蓄电池荷电状态的偏差，以及蓄电池累积充电量、各方法误差等参数，更新安时积分方法的参数U。被更新的参数包括充电效率、蓄电池可用容量、累积放电量。通过更新后的蓄电池的可用容量与蓄电池的温度，计算得到蓄电池的健康状态，并用于下一个计算周期的迭代计算过程中。

本发明的具体迭代估算方法如下：

蓄电池荷电状态σ的值定义为：

σ＝1-ξ            (1)

式中，ξ为蓄电池放电深度，ξ定义为：

$\mathrm{\&xi;}=\frac{Q}{\mathrm{\&Gamma;}}---\left(2\right)$

式中，Q为当前时刻的累积放电量；Γ为当前状态下的蓄电池总容量。放电量与总容量均为20小时放电率下，即0.05C放电率时的等效放电量。

蓄电池健康状态λ定义为：

$\mathrm{\&lambda;}=\frac{\mathrm{\&Theta;}}{Q_r}---\left(3\right)$

式中，Θ为在标准状态下，当前蓄电池的20小时放电率等效可用总容量；Q_r为在标准状态下，新电池的额定20小时放电率容量。

蓄电池当前状态下的20小时放电率等效可用总容量Γ可表示为：

$\mathrm{\&Gamma;}=\frac{{\mathrm{\&lambda;Q}}_r}{1+k_c(T-T_0)}---\left(4\right)$

式中，k_c为额定容量温度系数，可通过实验标定获得，范围为0.004～0.011；T为电池温度；T₀为标准温度25℃。

汽车锁车长时静置状态L、汽车起动发动机工况M和一般工况N的蓄电池荷电状态估算：

①对于一般工况N，蓄电池的荷电状态可以由皮克特(Peukert)修正的安时积分法进行积分计算。这些时刻包括但不限于发动机工作时的浮充工况、发电机停机时的放电工况以及车辆锁车后的车辆停放工况。

安时积分法得到的荷电状态记为α：

$\mathrm{\&alpha;}=1-\frac{Q}{\mathrm{\&Gamma;}}$ (5)

Q^(k)＝Q^(k-1)+ΔQ

式中，Q^(k)为当前时刻的累积放电电量；Q^(k-1)为上一时刻的累积放电电量；ΔQ为k时间段内的放电量，正值为放电，负值为充电。

如图3所示，蓄电池的可用容量与放电电流的大小有关，其关系可用皮克特常数表示。

对累计放电量Q进行计算时，考虑等效于20小时放电率的皮克特放电电流修正。修正的放电电量累积ΔQ表达式为：

$\mathrm{\&Delta;Q}={\left(\frac{i}{I_n}\right)}^{n-1}\&CenterDot;i\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;t}---\left(6\right)$

式中，i为蓄电池输出电流，放电为正；n为皮克特系数，通过图3所示的电池恒流放电试验确定，一个典型的铅酸蓄电池的皮克特系数在1.05～1.2之间；I_n为20小时放电率对应的额定电流；Δt为迭代计算时间间隔。

充电过程中，使用充电效率η修正ΔQ：

ΔQ＝η·i·Δt              (7)

忽略迭代周期步长误差，每个安时积分步长内引入的电量测量误差为Δτ₁：

${\mathrm{\&Delta;\&tau;}}_1=\mathrm{\&Delta;Q}\sqrt{{\left(\mathrm{\&Delta;}n\ln \frac{i}{I_n}\right)}^2+{\left(n\frac{\mathrm{\&Delta;i}}{i}\right)}^2}$ (放电时)           (8)

${\mathrm{\&Delta;\&tau;}}_1=\mathrm{\&Delta;Q}\sqrt{{\left(\frac{\mathrm{\&Delta;\&eta;}}{\mathrm{\&eta;}}\right)}^2+{\left(\frac{\mathrm{\&Delta;i}}{i}\right)}^2}$ (充电时)           (9)

式中，Δn为皮克特系数的标定误差；Δi为电流的测量误差；Δη为充电效率的估算误差。

式(6)中的指数项采用查表法获得，造成的附加的单片机额外计算误差Δτ₂满足：

${\mathrm{\&Delta;\&tau;}}_2\&ap;\left\{\begin{array}{cc}0.0& i<10\left(A\right)\\ 0.1& 10A\&le;i\&le;100\left(A\right)\\ 0.25& i>100\left(A\right)\end{array}\right.---\left(10\right)$

每步长内的电量测量总误差Δτ为：

Δτ＝Δτ₁+Δτ₂                   (11)

k时刻的安时积分法电量测量累积误差τ^(k)为：

τ^(k)＝τ^(k-1)+Δτ                 (12)

蓄电池当前可用总容量的误差为：

$\mathrm{\&rho;}=\mathrm{\&Gamma;}\sqrt{{\left(\frac{\mathrm{\&Delta;\&Theta;}}{\mathrm{\&Theta;}}\right)}^2+{\left(\frac{(T-T_0){\mathrm{\&Delta;k}}_c}{1+k_c(T-T_0)}\right)}^2+{\left(\frac{k_c\mathrm{\&Delta;T}}{1+k_c(T-T_0)}\right)}^2}---\left(13\right)$

式中，ΔΘ为蓄电池可用总容量误差；Δk_c为额定容量温度系数标定误差；ΔT为电池温度测量误差。

安时积分法累积测量误差ω为：

$\mathrm{\&omega;}=\mathrm{\&xi;}\sqrt{{\left(\frac{\mathrm{\&tau;}}{Q}\right)}^2+{\left(\frac{\mathrm{\&rho;}}{\mathrm{\&Gamma;}}\right)}^2}---\left(14\right)$

②汽车锁车长时静置状态L：若当前迭代时刻蓄电池的工况为锁车超过2个小时，使用开路电压估算蓄电池荷电状态。

开路电压方法的蓄电池荷电状态记为β：

β＝a₁(U_O-k_u(T-T₀))+a₂               (15)

式中，U_O为蓄电池端电压；k_u为温度系数，12V起动照明用铅酸蓄电池的温度系数为-0.022V/℃；a₁和a₂为温度T₀时，开路电压与蓄电池荷电状态的线性拟合系数，可以通过电池放电试验进行标定。

对于一对典型的两组12V铅酸蓄电池组成的24V系统，其开路电压与荷电状态的关系，如图4所示。拟合系数分别为：

a₁＝0.4619

                     (16)

a₂＝-11.09

开路电压估算SoC的误差θ为：

$\mathrm{\&theta;}=\sqrt{{\left(a_1{\mathrm{\&Delta;U}}_O\right)}^2+{\left(a_1{k}_u\mathrm{\&Delta;T}\right)}^2}---\left(17\right)$

式中，ΔU_O为蓄电池端电压测量误差。

③若当前迭代时刻蓄电池的工况为起动发动机工况M刚结束时刻，使用等效直流内阻估算蓄电池荷电状态。

蓄电池的内阻R_b可以通过下式得到：

$R_b=-\frac{{\mathrm{\&Delta;u}}^{\&prime;}}{{\mathrm{\&Delta;i}}^{\&prime;}}---\left(18\right)$

式中，Δu′为电压的变化量；Δi′为电流的变化量。由于电流电压测量误差，估算的内阻的测量误差ΔR_b为：

${\mathrm{\&Delta;R}}_b=\frac{{\mathrm{\&Delta;u}}^{\&prime;}}{{\mathrm{\&Delta;i}}^{\&prime;}}\sqrt{{\left(\frac{\mathrm{\&Delta;}\left({\mathrm{\&Delta;u}}^{\&prime;}\right)}{{\mathrm{\&Delta;u}}^{\&prime;}}\right)}^2+{\left(\frac{\mathrm{\&Delta;}\left({\mathrm{\&Delta;i}}^{\&prime;}\right)}{{\mathrm{\&Delta;i}}^{\&prime;}}\right)}^2}---\left(19\right)$

式中，测量误差

Δu为电压测量误差。

在低荷电状态下，电池内阻与荷电状态的关系γ由非线性拟合近似表示为：

$\mathrm{\&gamma;}=\frac{p}{q+R_b{k}_R}---\left(20\right)$

式中，R_b为计算得到的蓄电池内阻，k_R为内阻修正系数：

$k_R=\frac{R_{b0}}{{\stackrel{\&OverBar;}{R}}_{b0}}---\left(21\right)$

式中，

为当前蓄电池最近一次测量得到的高荷电状态下的直流内阻，R_b0为高荷电状态下，标定拟合参数p和q时的直流内阻。通过内阻修正系数，可以近似修正蓄电池直流内阻由于电池老化与环境温度变化所产生的影响。

对于一对典型的两组12V铅酸蓄电池组成的24V系统，其直流内阻与荷电状态的关系，如图5所示。拟合系数分别为：

p＝120.4

                    (22)

q＝-13.47

基于直流内阻估算蓄电池荷电状态的误差可以由式表示：

μ＝φ(ΔR_b，ε)                    (23)

式中，ε为标定拟合过程总的均方根误差；通过蓄电池内阻——荷电状态标定实验的数据可以获得γ在90％置信区间内的数值。

对于一对典型的两组12V铅酸蓄电池组成的24V系统，直流内阻法的误差μ与内阻的对应关系，如表1所示。

表1直流内阻法蓄电池荷电状态估算误差

蓄电池充满判断(F)的判断条件为：

$\left\{\begin{array}{c}-2<i<0\left(A\right)\\ u>28.1\left(V\right)\end{array}\right.---\left(24\right)$

对蓄电池各个工况下的荷电状态进行综合(S)：

在任意时刻k，蓄电池状态估算方法给出一个当前时刻的蓄电池荷电状态σ^(k)，这个数值通过对各个工况获得的荷电状态进行综合得出。

对于存在两种荷电状态估算方法的时刻，在综合荷电状态数值的同时，清零安时积分法中的累积误差电量统计数据：

τ^(k+1)＝0              (25)

在k时刻，当仅有安时积分法为有效荷电状态估计方法时，即对于一般工况N，最终确定的荷电状态：

σ＝α                  (26)

在k时刻，汽车锁车长时静置状态L与一般工况N的综合，荷电状态修正为：

σ＝(1-w₁)α+w₁β       (27)

式中，权重系数w₁：

$w_1=v_1(\mathrm{\&omega;},\mathrm{\&theta;})=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\mathrm{\&omega;}}{2\mathrm{\&theta;}}& \mathrm{\&omega;}<2\mathrm{\&theta;}\\ 1& \mathrm{\&omega;}\&GreaterEqual;2\mathrm{\&theta;}\end{array}\right.---\left(28\right)$

在k时刻，启动发动机工况M与一般工况N的综合，荷电状态可以修正为：

σ＝(1-w₂)α+w₂γ       (29)

其中，权重系数w₂：

$w_2=v_2(\mathrm{\&omega;},\mathrm{\&mu;})=\left\{\begin{array}{cc}0& \mathrm{\&omega;}<\frac{\mathrm{\&mu;}}{2}\\ \frac{\mathrm{\&omega;}}{2\mathrm{\&mu;}}& \frac{\mathrm{\&mu;}}{2}\&le;\mathrm{\&omega;}<2\mathrm{\&mu;}\\ 1& \mathrm{\&omega;}\&GreaterEqual;2\mathrm{\&mu;}\end{array}\right.---\left(30\right)$

在k时刻，当蓄电池充满状态F出现时，荷电状态修正为：

σ＝100％             (31)

在综合各种工况获得的荷电状态后，更新安时积分法中的参数(U)：

充电效率η修正为：

η^(k+1)＝(1-w_c)η^(k)+w_cη_r                    (32)

式(32)中，权重系数w_c是距离上一次荷电状态综合期间的累积充电量Q_c的函数：

w_c＝v_c(Q_c)           (33)

式(32)中，η_r为假设综合后的蓄电池荷电状态与安时积分法获得蓄电池荷电状态之间的偏差完全由于充电效率误差造成时，充电效率应当进行的修正，可以计算为

${\mathrm{\&eta;}}_r=\left\{\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\&eta;}}_0>1\\ {\mathrm{\&eta;}}_0& 0.8<{\mathrm{\&eta;}}_0<1\\ 0.8& {\mathrm{\&eta;}}_0<0.8\end{array}\right.---\left(34\right)$

${\mathrm{\&eta;}}_0=\frac{Q_c}{Q_c+(\mathrm{\&sigma;}-\mathrm{\&alpha;}){\mathrm{\&Gamma;}}^{\left(k\right)}}{\mathrm{\&eta;}}^{\left(k\right)}---\left(35\right)$

修正权重函数w_c取：

$w_c=v_c\left(Q_c\right)=\frac{Q_c}{{\mathrm{\&Gamma;}}^{\left(k\right)}}---\left(36\right)$

蓄电池可用容量Γ^(k+1)修正为：

Γ^(k+1)＝(1-w_q)Γ_r+w_qΓ^(k)                (37)

式(37)中，权重系数w_q为放电深度ξ和距离上次修正期间累计的安时积分误差ω的函数：

$w_q=v_q(\mathrm{\&xi;},\mathrm{\&omega;})=\max (0,\min (1,\frac{(1-\mathrm{\&xi;})\mathrm{\&omega;}}{0.04}))---\left(38\right)$

式(37)中，Γ_r为假设修正蓄电池荷电状态与安时积分法的误差完全由可用容量的误差造成时，可用容量应当进行的修正值，可以计算为：

${\mathrm{\&Gamma;}}_r=\frac{1-\mathrm{\&alpha;}}{1-\mathrm{\&sigma;}}{\mathrm{\&Gamma;}}^{\left(k\right)}---\left(39\right)$

标准状态下的总容量Θ为：

Θ^(k+1)＝(1+k_c(T-T₀))Γ^(k+1)                (40)

安时积分法的累积放电量Q^(k+1)修正为：

Q^(k+1)＝(1-σ)Γ^(k+1)                       (41)

此时蓄电池的健康状态λ为：

${\mathrm{\&lambda;}}^{(k+1)}=\frac{{\mathrm{\&Theta;}}^{(k+1)}}{Q_r}---\left(42\right)$

上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、设置位置及连接方式都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种用于汽车起动照明型铅酸蓄电池的状态估算方法，其包括以下步骤：

1)将起动照明型铅酸蓄电池连接一电流/电压/温度检测装置的输入端，检测装置的输出端连接一蓄电池状态估算装置；

2)检测装置将检测到的蓄电池的电流/电压/温度数据传送给蓄电池状态估算装置，由蓄电池状态估算装置根据检测到的数据，判断蓄电池所处的工况，并针对各个工况采用不同的估算方法，估算蓄电池的荷电状态；

3)将步骤2)中得到的蓄电池的各种工况的荷电状态进行综合，以得到更为准确的蓄电池荷电状态；

4)利用步骤3)中综合得到的蓄电池荷电状态与综合前蓄电池荷电状态的偏差，以及蓄电池的累积充电量、各方法误差，更新步骤1)中蓄电池荷电状态估算方法中的参数，通过更新后的参数计算得到蓄电池的健康状态，进而对蓄电池的健康状态进行判断；

5)将步骤4)中更新后的参数存储在蓄电池状态估算装置中，以用于下一个周期的迭代估算过程中。

2.如权利要求1所述的一种用于汽车起动照明型铅酸蓄电池的状态估算方法其特征在于：所述步骤2)中，汽车在使用过程中包括三种工况，三种工况下，蓄电池荷电状态的估算方法为：

①在一般工况下，使用皮克特(Peukert)修正的安时积分法进行积分计算，估算蓄电池的荷电状态；一般工况，包括但不限于发动机工作时的浮充工况、发电机停机时的放电工况，以及车辆锁车后的车辆停放工况；并且在使用安时积分法进行荷电状态估算的同时，通过蓄电池充电过程中电压与电流的特征，对蓄电池进行荷电的充满判断；

②在汽车锁车长时静置状态时，使用开路电压测量法来估算蓄电池的荷电状态；

③在汽车启动发动机工况时，使用等效直流内阻法来估算蓄电池的荷电状态。

3.如权利要求1述的一种用于汽车起动照明型铅酸蓄电池的状态估算方法，其特征在于：所述步骤3)中，将汽车在使用过程中的各种工况下的蓄电池荷电状态进行综合，具体方法如下：

①汽车锁车长时静置状态与一般工况的综合：将安时积分方法的荷电状态与开路电压方法获得的荷电状态，根据各自方法的误差大小，按比例进行综合；

②启动发动机工况与一般工况的综合：将安时积分方法的荷电状态与等效直流内阻方法获得的荷电状态，根据各自方法的误差大小，按比例进行综合。

4.如权利要求2的一种用于汽车起动照明型铅酸蓄电池的状态估算方法，其特征在于：所述步骤3)中，将汽车在使用过程中的各种工况下的蓄电池荷电状态进行综合，具体方法如下：

①汽车锁车长时静置状态与一般工况的综合：将安时积分方法的荷电状态与开路电压方法获得的荷电状态，根据各自方法的误差大小，按比例进行综合；

②启动发动机工况与一般工况的综合：将安时积分方法的荷电状态与等效直流内阻方法获得的荷电状态，根据各自方法的误差大小，按比例进行综合。

5.如权利要求1或2或3或4的一种用于汽车起动照明型铅酸蓄电池的状态估算方法，其特征在于：在综合各种工况获得荷电状态后，可以利用综合后的荷电状态与参与综合的两个荷电状态数值的差作为依据，更新安时积分法中的参数；更新的参数包括充电效率、蓄电池可用容量和累积放电量，通过更新后的蓄电池的可用容量与蓄电池的温度，计算得到蓄电池的健康状态。

6.如权利要求1或2或3或4的一种用于汽车起动照明型铅酸蓄电池的状态估算方法，其特征在于：汽车锁车长时静置状态和一般工况的综合，启动发动机工况和一般工况的综合，其具体步骤如下：

采用安时积分法估算得到的蓄电池荷电状态为α；采用开路电压方法估算得到的蓄电池荷电状态为β；采用等效直流内阻法估算得到的蓄电池荷电状态为γ：

在k时刻，汽车锁车长时静置状态与一般工况的综合，蓄电池荷电状态σ修正为：

σ＝(1-w₁)α+w₁β                (1)

式(1)中，权重系数w₁为：

$w_1=v_1(\mathrm{\&omega;},\mathrm{\&theta;})=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\mathrm{\&omega;}}{2\mathrm{\&theta;}}& \mathrm{\&omega;}<2\mathrm{\&theta;}\\ 1& \mathrm{\&omega;}\&GreaterEqual;2\mathrm{\&theta;}\end{array}\right.---\left(2\right)$

式(2)中，ω为采用安时积分法估算蓄电池荷电状态的累积测量误差；θ为采用开路电压法估算蓄电池荷电状态的误差；

在k时刻，启动发动机工况与一般工况的综合，荷电状态可以修正为：

σ＝(1-w₂)α+w₂γ               (3)

式(3)中，权重系数w₂为：

$w_2=v_2(\mathrm{\&omega;},\mathrm{\&mu;})=\left\{\begin{array}{cc}0& \mathrm{\&omega;}<\frac{\mathrm{\&mu;}}{2}\\ \frac{\mathrm{\&omega;}}{2\mathrm{\&mu;}}& \frac{\mathrm{\&mu;}}{2}\&le;\mathrm{\&omega;}<2\mathrm{\&mu;}\\ 1& \mathrm{\&omega;}\&GreaterEqual;2\mathrm{\&mu;}\end{array}\right.---\left(4\right)$

式(4)中，μ为采用直流内阻法估算蓄电池荷电状态的误差；

在k时刻，当蓄电池充满状态出现时，荷电状态修正为：

σ＝100％                    (5)

7.如权利要求5的一种用于汽车起动照明型铅酸蓄电池的状态估算方法，其特征在于：汽车锁车长时静置状态和一般工况的综合，启动发动机工况和一般工况的综合，其具体步骤如下：

采用安时积分法估算得到的蓄电池荷电状态为α；采用开路电压方法估算得到的蓄电池荷电状态为β；采用等效直流内阻法估算得到的蓄电池荷电状态为γ：

在k时刻，汽车锁车长时静置状态与一般工况的综合，蓄电池荷电状态σ修正为：

σ＝(1-w₁)α+w₁β            (1)

式(1)中，权重系数w₁为：

$w_1=v_1(\mathrm{\&omega;},\mathrm{\&theta;})=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\mathrm{\&omega;}}{2\mathrm{\&theta;}}& \mathrm{\&omega;}<2\mathrm{\&theta;}\\ 1& \mathrm{\&omega;}\&GreaterEqual;2\mathrm{\&theta;}\end{array}\right.---\left(2\right)$

式(2)中，ω为采用安时积分法估算蓄电池荷电状态的累积测量误差；θ为采用开路电压法估算蓄电池荷电状态的误差；

在k时刻，启动发动机工况与一般工况的综合，荷电状态可以修正为：

σ＝(1-w₂)α+w₂γ            (3)

式(3)中，权重系数w₂为：

$w_2=v_2(\mathrm{\&omega;},\mathrm{\&mu;})=\left\{\begin{array}{cc}0& \mathrm{\&omega;}<\frac{\mathrm{\&mu;}}{2}\\ \frac{\mathrm{\&omega;}}{2\mathrm{\&mu;}}& \frac{\mathrm{\&mu;}}{2}\&le;\mathrm{\&omega;}<2\mathrm{\&mu;}\\ 1& \mathrm{\&omega;}\&GreaterEqual;2\mathrm{\&mu;}\end{array}\right.---\left(4\right)$

式(4)中，μ为采用直流内阻法估算蓄电池荷电状态的误差；

在k时刻，当蓄电池充满状态出现时，荷电状态修正为：

σ＝100％                        (5)

8.如权利要求1或2或3或4或7的一种用于汽车起照明型铅酸蓄电池的状态估算方法，其特征在于：更新安时积分法中的参数的具体步骤如下：

充电效率η修正为：

η^(k+1)＝(1-w_c)η^(k)+w_cη_r     (6)

式(6)中，权重系数w_c是距离上一次荷电状态综合期间的累积充电量Q_c的函数：

w_c＝v_c(Q_c)                      (7)

式(6)中，η_r为假设综合后的蓄电池荷电状态与安时积分法获得的蓄电池荷电状态之间的偏差完全由于充电效率误差造成时，充电效率应当进行的修正，可以为：

${\mathrm{\&eta;}}_r=\left\{\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\&eta;}}_0>1\\ {\mathrm{\&eta;}}_0& 0.8<{\mathrm{\&eta;}}_0<1\\ 0.8& {\mathrm{\&eta;}}_0<0.8\end{array}\right.---\left(8\right)$

${\mathrm{\&eta;}}_0=\frac{Q_c}{Q_c+(\mathrm{\&sigma;}-\mathrm{\&alpha;}){\mathrm{\&Gamma;}}^{\left(k\right)}}{\mathrm{\&eta;}}^{\left(k\right)}---\left(9\right)$

修正权重函数w_c取：

$w_c=v_c\left(Q_c\right)=\frac{Q_c}{{\mathrm{\&Gamma;}}^{\left(k\right)}}---\left(10\right)$

蓄电池可用容量Γ^(k+1)修正为：

Γ^(k+1)＝(1-w_q)Γ_r+w_qΓ^(k)      (11)

式(11)中，权重系数w_q为放电深度ξ和距离上次修正期间累计的安时积分法误差ω的函数：

$w_q=v_q(\mathrm{\&xi;},\mathrm{\&omega;})=\max (0,\min (1,\frac{(1-\mathrm{\&xi;})\mathrm{\&omega;}}{0.04}))---\left(12\right)$

式(11)中，Γ_r为假设修正蓄电池荷电状态与安时积分法获得的蓄电池荷电状态的误差完全由可用容量的误差造成时，可用容量应当进行的修正值，可以为：

${\mathrm{\&Gamma;}}_r=\frac{1-\mathrm{\&alpha;}}{1-\mathrm{\&sigma;}}{\mathrm{\&Gamma;}}^{\left(k\right)}---\left(13\right)$

标准状态下的总容量Θ为：

Θ^(k+1)＝(1+k_c(T-T₀))Γ^(k+1)    (14)

式(14)中，T为电池温度；T₀为标准温度25℃；

安时积分法的累积放电量Q^(k+1)修正为：

Q^(k+1)＝(1-σ)Γ^(k+1)           (15)

此时蓄电池的健康状态λ为：

${\mathrm{\&lambda;}}^{(k+1)}=\frac{{\mathrm{\&Theta;}}^{(k+1)}}{Q_r}---\left(16\right)$

式(16)中，Q_r为在标准状态下，新电池的额定20小时放电率容量。

9.如权利要求5的一种用于汽车起照明型铅酸蓄电池的状态估算方法，其特征在于：更新安时积分法中的参数的具体步骤如下：

充电效率η修正为：

η^(k+1)＝(1-w_c)η^(k)+w_cη_r     (6)

式(6)中，权重系数w_c是距离上一次荷电状态综合期间的累积充电量Q_c的函数：

w_c＝v_c(Q_c)                     (7)

式(6)中，η_r为假设综合后的蓄电池荷电状态与安时积分法获得的蓄电池荷电状态之间的偏差完全由于充电效率误差造成时，充电效率应当进行的修正，可以为：

${\mathrm{\&eta;}}_r=\left\{\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\&eta;}}_0>1\\ {\mathrm{\&eta;}}_0& 0.8<{\mathrm{\&eta;}}_0<1\\ 0.8& {\mathrm{\&eta;}}_0<0.8\end{array}\right.---\left(8\right)$

${\mathrm{\&eta;}}_0=\frac{Q_c}{Q_c+(\mathrm{\&sigma;}-\mathrm{\&alpha;}){\mathrm{\&Gamma;}}^{\left(k\right)}}{\mathrm{\&eta;}}^{\left(k\right)}---\left(9\right)$

修正权重函数w_c取：

$w_c{=v}_c\left(Q_c\right)=\frac{Q_c}{{\mathrm{\&Gamma;}}^{\left(k\right)}}---\left(10\right)$

蓄电池可用容量Γ^(k+1)修正为：

Γ^(k+1)＝(1-w_q)Γ_r+w_qΓ^(k)                (11)

式(11)中，权重系数w_qc为放电深度ξ和距离上次修正期间累计的安时积分法误差ω的函数：

$w_q=v_q(\mathrm{\&xi;},\mathrm{\&omega;})=\max (0,\min (1,\frac{(1-\mathrm{\&xi;})\mathrm{\&omega;}}{0.04}))---\left(12\right)$

式(11)中，Γ_r为假设修正蓄电池荷电状态与安时积分法获得的蓄电池荷电状态的误差完全由可用容量的误差造成时，可用容量应当进行的修正值，可以为：

${\mathrm{\&Gamma;}}_r=\frac{1-\mathrm{\&alpha;}}{1-\mathrm{\&sigma;}}{\mathrm{\&Gamma;}}^{\left(k\right)}---\left(13\right)$

标准状态下的总容量Θ为：

Θ^(k+1)＝(1+k_c(T-T₀))Γ^(k+1)              (14)

式(14)中，T为电池温度；T₀为标准温度25℃；

安时积分法的累积放电量Q^(k+1)修正为：

Q^(k+1)＝(1-σ)Γ^(k+1)                     (15)

此时蓄电池的健康状态λ为：

${\mathrm{\&lambda;}}^{(k+1)}=\frac{{\mathrm{\&Theta;}}^{(k+1)}}{Q_r}---\left(16\right)$

式(16)中，Q_r为在标准状态下，新电池的额定20小时放电率容量。

10.如权利要求6的一种用于汽车起照明型铅酸蓄电池的状态估算方法，其特征在于：更新安时积分法中的参数的具体步骤如下：

充电效率η修正为：

η^(k+1)＝(1-w_c)η^(k)+w_cη_r    (6)

式(6)中，权重系数w_c是距离上一次荷电状态综合期间的累积充电量Q_c的函数：

w_c＝v_c(Q_c)                    (7)

式(6)中，η_r为假设综合后的蓄电池荷电状态与安时积分法获得的蓄电池荷电状态之间的偏差完全由于充电效率误差造成时，充电效率应当进行的修正，可以为：

${\mathrm{\&eta;}}_r=\left\{\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\&eta;}}_0>1\\ {\mathrm{\&eta;}}_0& 0.8<{\mathrm{\&eta;}}_0<1\\ 0.8& {\mathrm{\&eta;}}_0<0.8\end{array}\right.---\left(8\right)$

${\mathrm{\&eta;}}_0=\frac{Q_c}{Q_c+(\mathrm{\&sigma;}-\mathrm{\&alpha;}){\mathrm{\&Gamma;}}^{\left(k\right)}}{\mathrm{\&eta;}}^{\left(k\right)}---\left(9\right)$

修正权重函数w_c取：

$w_c=v_c\left(Q_c\right)=\frac{Q_c}{{\mathrm{\&Gamma;}}^{\left(k\right)}}---\left(10\right)$

蓄电池可用容量Γ^(k+1)修正为：

Γ^(k+1)＝(1-w_q)Γ_r+w_qΓ^(k)    (11)

式(11)中，权重系数w_q为放电深度ξ和距离上次修正期间累计的安时积分法误差ω的函数：

$w_q=v_q(\mathrm{\&xi;},\mathrm{\&omega;})=\max (0,\min (1,\frac{(1-\mathrm{\&xi;})\mathrm{\&omega;}}{0.04}))---\left(12\right)$

式(11)中，Γ_r为假设修正蓄电池荷电状态与安时积分法获得的蓄电池荷电状态的误差完全由可用容量的误差造成时，可用容量应当进行的修正值，可以为：

${\mathrm{\&Gamma;}}_r=\frac{1-\mathrm{\&alpha;}}{1-\mathrm{\&sigma;}}{\mathrm{\&Gamma;}}^{\left(k\right)}---\left(13\right)$

标准状态下的总容量Θ为：

Θ^(k+1)＝(1+k_c(T-T₀))Γ^(k+1)        (14)

式(14)中，T为电池温度；T₀为标准温度25℃；

安时积分法的累积放电量Q^(k+1)修正为：

Q^(k+1)＝(1-σ)Γ^(k+1)               (15)

此时蓄电池的健康状态λ为：

${\mathrm{\&lambda;}}^{(k+1)}=\frac{{\mathrm{\&Theta;}}^{(k+1)}}{Q_r}---\left(16\right)$

式(16)中，Q_r为在标准状态下，新电池的额定20小时放电率容量。

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