CN107817449A - 一种恒电流放电过程中蓄电池剩余容量的检测方法 - Google Patents

Abstract

一种恒电流放电过程中蓄电池剩余容量的检测方法，该方法按照以下公式计算式中，SOC是剩余电池容量、I是恒流放电的电流强度、t是以电流I恒流放电的累计时间、b是放电倍率修正系数，C₀是当前电池的总容量。本发明中采用一个参数放电倍率b使测量精度更高。

Description

一种恒电流放电过程中蓄电池剩余容量的检测方法

技术领域

本发明涉及电池容量检测领域，特别涉及一种恒电流放电过程中蓄电池剩余容量的检测方法。

背景技术

铅酸蓄电池组作为通信基站、电力系统、数据中心等备用电源的重要组成部分，是保障系统安全、可靠运行的最后一道防线，一旦蓄电池出现老化或其它故障没有及时发现，后果将不堪设想。通过定期对蓄电池的剩余容量(State Of Charge，简称SOC)进行检测，可以尽早发现安全隐患，从而避免事故的发生。蓄电池的剩余容量是指蓄电池当前所存储的电量，是电池状态的重要指标之一，由于蓄电池剩余容量与电池的开路电压、充放电电流、蓄电池内阻、电解液温度等多个因素有关，且具有很强的非线性，很难做到准确判断，因此结合蓄电池的特性建立相应的数学模型，实现剩余容量的准确计算具有非常重要的现实意义。

目前对蓄电池剩余容量的检测方法主要有开路电压标定法、电压曲线拟合法、内阻法、安时积分法等。开路电压标定法，是利用SOC和开路电压(OCV)存在着一定的函数对应关系，可以通过测量OCV计算SOC，但是需要长时间静置，以达到电压稳定，通常需要几个小时甚至十几个小时，否则测量误差较大，该方法不适于在线测量；电压曲线拟合法是依据放电电压随SOC是非线性方程，用指数、抛物线、双曲线等对电压曲线拟合，从而用电压求出放电过程中电池的SOC，但实际上电池的老化程度、放电率、温度等影响因素都会使实际曲线与模拟曲线不同，从而带来不小的估算误差。内阻法是现在SOC较为流行的算法，内阻和SOC的关系可以简单的描述为：在放电过程中，随着SOC下降，内阻增大，由此可见，该方法测量SOC的前提条件是要准确测量电池的内阻，但两者的关系呈现高度非线性。事实上，内阻在电池容量下降至少25％-30％以上才会有较明显变化，另外，对于大容量电池(比如2V1000Ah)，内阻值非常小，典型值在1mΩ以下，这无疑都给SOC的准确测量带来了极大的困难。

安时积分法是一种常见的电量累计方法，是通过累积电池在放电过程中的电量来计算电池的SOC，能够得出电池在任意时刻的剩余电量，是蓄电池专业领域最为通用和精准计算的方法。但是后备铅酸蓄电池的容量都是以10小时放电率来进行标定，此时可直接采用如下公式计算:(C为蓄电池标称容量，一般由厂家提供)，但是对于其它放电倍率，需要经过大量的数据积累对上述计算公式进行修正，否则会造成很大的计算误差。

发明内容

本发明的目的是针对目前各种SOC测量方法不准确的不足，提供一种恒电流放电过程中蓄电池剩余容量的检测方法。

本发明为实现其目的所采用的技术方案是：1、一种恒电流放电过程中蓄电池剩余容量的检测方法，其特征在于：

按照以下公式计算

式中，SOC是剩余电池容量、I是恒流放电的电流强度、t是以电流I恒流放电的累计时间、b是放电倍率修正系数，按照以下方式获得：

a)当恒流放电电流I>0.2C时，b取1.152；

b)当恒流放电电流在0.1C＜I≤0.2C时，b按下式取值：

c)当电流在0＜I≤0.1C时，b取1.03；C为电池出厂时的标称容量；

C₀是当前电池的总容量，按照以下步骤获得：

事先对充满电的蓄电池以电流I₀恒流放电，当蓄电池电压下降至标称电压U₀的99％时，记录放电时间T₀；

按照下式计算C₀：C₀＝2×I₀×T₀。

本发明中采用一个参数放电倍率b使测量精度更高。

进一步的，上述的恒电流放电过程中蓄电池剩余容量的检测方法：在每次恒流放电时，均记录从充满电的蓄电池放电到电压下降到标称电压U₀的99％时的放电时间，计算出当时的电池总容量；

在测量恒电流放电过程中蓄电池剩余容量时，选择最新时间的C₀作为当前电池的总容量C₀。

下面结合具体实施例对本发明作较为详细的描述。

具体实施方式

实施例1，本实施例是一种在恒流放电过程中测量蓄电池剩余容量的方法，由于对于通信设备等电子产品，在使用过程中功率基本恒定，因此，如果由蓄电池供电的话，则蓄电池的放电电流也将会是一个恒定的，本实施例就是基于这个原因，测量恒电流放电的情况下，蓄电池的剩余容量的。

蓄电池的容量是指完全充电条件下，按一定的放电倍率，放电到所规定的终止电压时，所释放的电量C。根据安培-小时定律，电池的容量与放电电流的关系为：

C＝∫Idt

对于同一只电池，用上述公式进行剩余容量的计算时，放电电流不同，将得到不同的容量，在同等条件下，放电电流越大，得到的容量越小，因此我们需要对不同放电电流条件下的剩余容量SOC进行修正，定义10小时率所对应放电电流0.1C为计算容量时的参考标准，将不同放电电流下的容量等效为0.1C下的容量，那么此时蓄电池的放电容量为：

C′＝k∫Idt

k为容量修正系数。

由此，

所以，只要能够找到并建立放电电流与k值之间的关系，就能够精准判断放电过程中任意时刻的SOC。然而大量的检测数据表明，k值与放电电流呈现高度非线性，而且会随着电池的老化程度发生改变，为此引入放电倍率修正系数b来对k值进行定义。表1是某品牌12V和2V单体电池在不同放电倍率下的容量值(25℃)。

表1

本实施例中，按照以下公式计算得到当前蓄电池的剩余容量

式中，SOC是剩余电池容量、I是恒流放电的电流强度、t是以电流I恒流放电的累计时间、b是放电倍率修正系数，按照以下方式获得：

a)当恒流放电电流I>0.2C时，b取1.152；

b)当恒流放电电流在0.1C＜I≤0.2C时，b按下式取值：

c)当电流在0＜I≤0.1C时，b取1.03；C为电池出厂时的标称容量；

C₀是当前电池的总容量，按照以下步骤获得：

事先对充满电的蓄电池以电流I₀恒流放电，当蓄电池电压下降到标称电压U₀的99％时，记录放电时间T₀；

按照下式计算C₀：C₀＝2×I₀×T₀。

在实践中，每次使用蓄电池对通信设备等供电时，随时测量蓄电池的输出电压，在每次恒流放电时，均记录从充满电的蓄电池到电压下降至标称电压U₀的99％时的放电时间，计算出当时的电池总容量；如一只标称电压为12V的铅酸蓄电池，在充满电时的电压为12.6V，放电到一半时的电压为11.88V，因此，通过统计蓄电池从12.6V开始放电，到电压降到11.88V时累计的放电时间，以这个时间乘以放电电流，就是当前蓄电池容量的一半，每次放电时，将当时半电池容量和放电电流存起来，并不断更新，在下次测量蓄电池剩余容量时，最新的当前蓄电池容量值，就可以获得更加精确的剩余电池容量。

另外，在测量恒电流放电过程中蓄电池剩余容量时，选择最新时间的C₀作为当前电池的总容量C₀。

由于实践电池容量表征与放电电流大小关系重大，如上表表1所示，因此，本实施例中，由于蓄电池为通信设备供电，通信设备在工作过程中功耗变化不大，因此，在实践中，根据通信设备的功率，可以确定其所需要的电流大小，这样，这个电流大小与蓄电池的标称电流一致就很好，也就是通信设备的额定电流为0.1C时效率最好。

本实施例中，依靠多年铅酸蓄电池行业检测经验，并建立在大量实际测量的数据基础上，开发出一套对蓄电池剩余容量进行检测的方法，通过本实施例可以实现恒电流放电过程中铅酸蓄电池任意时刻剩余容量的计算。该方法对以前的安时积分法进行了重新修正，相比其它检测方法，更为精准可靠。通过这套方法，可以及时、直观地判断蓄电池的荷电状态，为铅酸蓄电池的维护工作提供数据支撑。

本实施例的方法

本实施例是在安时积分法检测蓄电池剩余容量的基础上，针对不同放电电流，建立的剩余容量数学计算模型，通过对放电倍率进行修正，得到蓄电池的剩余容量，解决了蓄电池在不同工况条件下任意时刻检测SOC的难题，提高了蓄电池容量监测的准确性，为蓄电池的维护提供依据。避免了因蓄电池剩余容量检测不到位，而无法判别蓄电池的当前状态，从而给整个系统的安全可靠运行带来隐患。

Claims (3)

1.一种恒电流放电过程中蓄电池剩余容量的检测方法，其特征在于：

按照以下公式计算

式中，SOC是剩余电池容量、I是恒流放电电流强度、t是以电流I恒流放电的累计时间、b是放电倍率修正系数，取值范围在1.03至1.152之间；

C₀是当前电池的总容量，按照以下步骤获得：

事先对充满电的蓄电池以电流I₀恒流放电，当蓄电池电压下降至标称电压U₀的99％时，记录放电时间T₀；

按照下式计算C₀：C₀＝2×I₀×T₀。

2.根据权利要求1所述的恒电流放电过程中蓄电池剩余容量的检测方法，其特征在于：所述的放电倍率修正系数b按照以下方式获得：

a)当恒流放电电流I>0.2C时，b取1.152；

b)当恒流放电电流在0.1C＜I≤0.2C时，b按下式取值：

c)当电流在0＜I≤0.1C时，b取1.03；C为电池出厂时的标称容量。

3.根据权利要求1或2所述的恒电流放电过程中蓄电池剩余容量的检测方法，其特征在于：在每次恒流放电时，均记录从充满电的蓄电池到电压下降至标称电压U₀的99％时的放电时间，计算出当时的电池总容量；

在测量恒电流放电过程中蓄电池剩余容量时，选择最新时间的C₀作为当前电池的总容量C₀。