CN104614679A - 一种曲线拟合式蓄电池剩余容量测量方法 - Google Patents

Abstract

一种曲线拟合式蓄电池剩余容量测量方法，它涉及一种曲蓄电池剩余容量测量方法。本发明的目的是为了解决现有技术中蓄电池剩余电量的测量不能准确判断蓄电池剩余容量、仅能用于恒流放电、恒负载应用下问题。本发明包括以下步骤：步骤一、构建蓄电池放电倍率、蓄电池健康度、剩余容量、电压-时间曲线斜率的数学模型；步骤二、测量实际放电过程中的实际放电倍率和实际测量放电曲线斜率，并在步骤一所构建的数学模型中找到相近似的放电曲线；步骤三、利用步骤二中所找到的放电曲线拟合实际放电曲线下一阶段的曲线段，通过该曲线段对应的剩余容量数值，得到实际放电过程中的剩余容量数值。本发明满足对剩余电量分析更细、要求更精确蓄电池应用的要求。

Description

一种曲线拟合式蓄电池剩余容量测量方法

技术领域

本发明涉及一种曲蓄电池剩余容量测量方法，具体涉及一种曲线拟合式蓄电池剩余容量测量方法，属于电池容量测量技术领域。

背景技术

随着各个行业对于供电质量的要求提高，后备蓄电池组得到广泛的应用，如电力操作电源中的蓄电池组、通信电源中的蓄电池组、光伏发电、智能电网、高压直流电源、不间断电源UPS、应急电源EPS等等。但在如何及时准确掌握蓄电池剩余容量技术方面，缺乏有效的技术手段。

当前在国际蓄电池领域，对于后备蓄电池组的剩余容量测量技术，都是采用安时积分法进行，或者采用电池剩余电量值实时分析法，这是目前业内通用的蓄电池剩余容量SOC(State of charge)的测量方法。但以上的方法存在以下诸多不足之处：

1、原有的测量技术都是是基于蓄电池健康度SOH(State of Health)为100％的前提下，那么由于蓄电池长期运行和使用，蓄电池的健康度自然就会出现一定程度的下降，而此时原有的测量技术，就会差生系统误差，而且这由于蓄电池劣化或落后带来的系统误差会长期累加。以上测量技术在实际使用中，在蓄电池健康度为100％的情况下，其得到的剩余容量准确度能够得到较好的保证，但随着蓄电池的长期运行和使用，蓄电池的健康度SOH会下降，而对这情况的出现，现有的技术无法有效修正这个系统误差的存在。

2、原有的测量技术都是基于蓄电池处于恒流放电的情况下，或者放电过程中电流是变大的条件下，这样的测量结果较为准确，但是对于在放电过程中出现放电电流忽大忽小等变电流情况，就会带来无法避免的误差存在。这是由于在放电电流突然出现变小情况下，电池两端的电压会出现些许回升，而原有计算方法都是设定在恒流或恒负载下条件，即蓄电池端电压单向持续递减，或者至少是电压不回升，原有的测量技术，就会产生由于测量条件无法完全满足，而带来不可避免的测量误差。

3、正是由于以上情况的存在，所以现有的测量技术只是提供电量等级等图形显示的剩余容量参考，而缺乏直接的数字显示，已避免误差给使用者直接的数字偏差，如只提供类似手机电池电量等级显示的模式，无法提供剩余容量的准确数值，也无法清晰提供在此剩余容量下，当前负载下的剩余工作时间。

4、而对于一些要求严格、显示剩余容量清晰数据的含有蓄电池的产品，则需要寻找 一种新的计算方法来较为准确地显示电池的剩余电量的问题。

5、有鉴于此，确有必要提供一种更符合蓄电池不同放电条件下、可以在较大程度上降低因电电池两端电压随负载电流变化而变化的影响，可以更细、更准确地估算剩余容量的蓄电池剩余电量值实时分析计算法，以满足对剩余电量分格更细、要求更精确的电子含有蓄电池应用的要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中蓄电池剩余电量的测量不能准确判断蓄电池剩余容量、仅能用于恒流放电、恒负载应用下问题。

本发明的技术方案是：一种曲线拟合式蓄电池剩余容量测量方法，包括以下步骤：

步骤一、构建蓄电池放电倍率、蓄电池健康度、剩余容量、电压-时间的放电曲线斜率的数学模型；

步骤二、测量实际放电过程中的实际放电倍率，通过实际测量蓄电池的电压值，构建实际放电过程中的电压-时间的放电曲线，得出实际电压-时间的放电曲线斜率，利用实际放电倍率和实际电压-时间的放电曲线斜率在步骤一所构建的数学模型中找到相同或者相近似的放电曲线；

步骤三、利用步骤二中所找到的放电曲线拟合实际放电曲线下一阶段的曲线段，通过该曲线段对应的剩余容量数值，得到实际放电过程中的剩余容量数值。

所述步骤一构建蓄电池放电倍率、蓄电池健康度、剩余容量、电压-时间的放电曲线斜率的数学模型的方法具体为：对蓄电池进行高温下寿命加速，以降低蓄电池的健康度，在不同的健康度下重复以下过程：将电池容量充至100％，然后对电池进行放电，放电至截止电压，记录在不同放电倍率下，蓄电池电压-时间的放电过程中的数据，并绘制蓄电池电压-时间的曲线图，得出每条曲线上的各个曲线斜率。

步骤一构建数学模型的方法为：确定电池健康度、放电倍率这两个参数，计算该放电曲线在放电过程中，每一段放电曲线的斜率，以及该曲线放电终止后的剩余容量数值，将这个剩余容量数值所辖下的电池健康度、放电倍率、放电曲线斜率依次列出，形成曲线斜率与剩余容量的对应关系。

步骤二中实际放电倍率的测量方法为：测量蓄电池的放电电流，利用公式得出放电倍率，其中CI表示放电倍率，I为测量的放电电流，C为蓄电池的标称容量。

步骤二中实际测量蓄电池的电压值的方法为：利用监测设备测量相同时间间隔的蓄电池的电压数值，利用微处理器生成电压-时间的放电曲线。

本发明与现有技术相比具有以下效果：本发明的方法弥补现有技术中的不足，综合考虑电池健康度、放电倍率、放电电压和放电时间等参数，构建了健康度、放电倍率、电压-时间的放电曲线斜率和剩余电量的四维数学模型，根据模型可以得出蓄电池剩余容量的准确数值，有效修正了测量时产生的系统误差，本发明的测量方法在蓄电池不同放电条件下，可以在较大程度上降低因电池两端电压随负载电流变化而变化的影响，可以更细、更准确地估算剩余容量，以满足对剩余电量分析更细、要求更精确蓄电池应用的要求。本发明的方法满足对蓄电池剩余容量要求更精确的使用场合，以克服现有技术中用于计算电池剩余容量的方法不能准确判断蓄电池剩余容量、仅能用于恒流放电、恒负载应用下的不足。

附图说明

图1是本发明的时间和电压的曲线；

图2是本发明的流程图。

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体实施方式：一种曲线拟合式蓄电池剩余容量测量方法，具体步骤为：

步骤1：通过大量的工程实践，建立不同容量蓄电池，同一容量电池在不同健康度，同一容量同一健康度电池在不同放电倍率下的电压-时间的放电曲线，并计算每条曲线的斜率K，与该条曲线对应的放电倍率CI、剩余容量SOC，建立在明确放电倍率CI条件下的曲线X的斜率K与剩余容量SOC的对应关系曲线；

步骤2：选取容量不同的蓄电池，充电至100％，在放电倍率分别为3C、2C、1C、0.6C、0.25C、0.17C、0.09C和0.05C时进行放电，放电至截止电压，并按照公式得出放电倍率，公式中的CI表示放电倍率，I为测量的放电电流，C为蓄电池的标称容量；所述截止电压为蓄电池放电时，电压下降到电池不宜再继续放电的最低工作电压值，放电倍率的控制是由专业的电子负载仪来实现，放电过程中的电压、时间通过专业的测量监测设备实现数据的测量以及存储；

步骤3：将放电过程中的电压-时间数据，通过微处理器，生成放电曲线X，并通过微处理器，按照公式得出曲线的斜率，其中XK为放电曲线斜率，ΔV＝V_n-V_n-1，t为对应的时长；

步骤4：对已选取的电池进行高温下的寿命加速，使其健康度下降至95％，80％、70％、 60％、50％、40％，重复步骤2、3的全过程；

步骤5：利用步骤2、3、4和5所得的数据建立电池健康度SOH、放电倍率CI、曲线X的斜率XK、剩余容量SOC的四维数学模型，并将该模型预设在微处理器中；构建模型的方法为利用电池健康度SOH、放电倍率CI这两个参数，计算该放电曲线在放电过程中，每一段放电曲线的斜率XK，以及该曲线X放电终止后的剩余容量SOC的数值，将这个剩余容量SOC的数值所辖下的电池健康度SOH、放电倍率CI、放电曲线斜率XK依次列出，形成曲线斜率XK与剩余容量SOC的对应关系；

步骤6：在实际放电过程中，由监测设备实现对放电电流的测量，并按照公式计算其当前实际放电倍率CI；

步骤7：在实际放电过程中，测量蓄电池的电压数值并存储，测量存储的时间间隔为500ms，并通过微处理器，生成实际电压-时间的放电曲线Y，由微处理器计算曲线Y在时间t_i段下的斜率

步骤8：利用步骤7得到实际放电倍率CI和步骤7得到实际电压-时间的放电曲线Y在时间t_i段的斜率在步骤6中所述的四维数学模型中，查找相同或相近的放电曲线X，得到相应的从而拟合得到实际放电过程中实际放电曲线Y的将要发生的曲线段的斜率

步骤9：将实际放电过程中的t_i+1时段的曲线Y的斜率与步骤8中的曲线斜率 进行斜率拟合，比较曲线的拟合程度，当曲线的拟合度达到95％，则判定为放电曲线X对应的剩余容量XSOC数值是实际放电过程的放电曲线Y的剩余容量YSOC数值；

步骤10：本发明发明采用多次拟合、验证的技术手段，实现反复修正，从而大大提高了蓄电池剩余容量的测量精度。

Claims (5)

1.一种曲线拟合式蓄电池剩余容量测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、构建蓄电池放电倍率、蓄电池健康度、剩余容量、电压-时间放电曲线斜率的数学模型；

步骤二、测量实际放电过程中的实际放电倍率和实际电压值，构建实际放电过程中的电压-时间的放电曲线，得出实际电压-时间的相应的放电曲线；

步骤三、利用步骤二中所找到的放电曲线拟合实际放电曲线下一阶段的曲线段，通过该曲线段对应的剩余容量数值，得到实际放电过程中的剩余容量数值。

2.根据权利要求1所述一种曲线拟合式蓄电池剩余容量测量方法，其特征在于：所述步骤一构建蓄电池放电倍率、蓄电池健康度、剩余容量、电压-时间的放电曲线斜率的数学模型的方法具体为：对蓄电池进行高温下寿命加速，以降低蓄电池的健康度，在不同的健康度下重复以下过程：将电池容量充至100％，然后对电池进行放电，放电至截止电压，记录在不同放电倍率下，蓄电池电压-时间的放电过程中的数据，并绘制蓄电池电压-时间的曲线图，得出每条曲线上的各个曲线斜率。

3.根据权利要求2所述一种曲线拟合式蓄电池剩余容量测量方法，其特征在于：所述步骤一构建数学模型的方法为：确定电池健康度、放电倍率这两个参数，计算该放电曲线在放电过程中，每一段放电曲线的斜率，以及该曲线放电终止后的剩余容量数值，将这个剩余容量数值所辖下的电池健康度、放电倍率、放电曲线斜率依次列出，形成曲线斜率与剩余容量的对应关系。

4.根据权利要求3所述一种曲线拟合式蓄电池剩余容量测量方法，其特征在于：所述步骤二中实际放电倍率的测量方法为：测量蓄电池的放电电流，利用公式得出放电倍率，其中CI表示放电倍率，I为测量的放电电流，C为蓄电池的标称容量。

5.根据权利要求4所述一种曲线拟合式蓄电池剩余容量测量方法，其特征在于：所述步骤二中实际测量蓄电池的电压值的方法为：利用监测设备测量相同时间间隔的蓄电池的电压数值，利用微处理器生成电压-时间的放电曲线。