CN109407005B - 一种储能电池剩余电量的动静态校正方法 - Google Patents
一种储能电池剩余电量的动静态校正方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种储能电池剩余电量的动静态校正方法，用于对电池的剩余电量进行校正与估算，所述电池具有电池标定总容量，包括以下步骤：计算在同一温度下的温度系数；计算在所述同一温度下任意放电次数下的放电次数系数；计算所述电池的电池内阻及所述电池的电池内部电压；计算在所述同一温度下所述电池的剩余电量。与现有技术相比，本发明所述储能电池剩余电量的动静态校正方法采集到的电池的剩余电量准确，实现方式简单可靠。
Description
技术领域
本发明涉及电池的剩余电量计算领域，尤其涉及一种储能电池剩余电量的动静态校正方法。
背景技术
现有商用电池管理系统的电池剩余电量校正方法具有两种，第一种方法采用动态积分的方法计算电池剩余容量，第二种方法采用静态电压加补偿的方法计算电池剩余容量。当采用第一种方法时，为了考虑电池管理系统的成本，一般采用的电压传感器和电流传感器精度太低，采用的芯片采样速度较低，因而无法精准测量采样电压与采样电流的数值，进而导致动态积分累加错误。当采用第二种方法时，根据0电流时的电池模型作为基准，然后根据温度和每次放电深度来校正实际容量，然而实际应用时并没有比较精准的电池模型，并且每个电池的电池模型都不一致；另外本发明没有测试电流，对电流充放电不敏感，也会影响对电池剩余容量的计算。
因此，有必要提出一种新的储能电池剩余电量的动静态校正方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种计算出的电池剩余电量的数值准确的储能电池剩余电量的动静态校正方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种储能电池剩余电量的动静态校正方法，用于对电池的剩余电量进行校正与估算，所述电池具有电池标定总容量，包括以下步骤：
a)在-40℃至60℃的温度范围内，每隔5℃为一个温度节点，在每个所述温度节点以低于0.05C的第一电流对所述电池进行至少一次完全充电实验以及至少一次完全放电实验，记录每一次完全充电实验以及每一次完全放电实验中每个温度节点及其对应的第一电压，将不同温度节点下的每一次完全充电实验或每一次完全放电实验的时间范围内所有所述第一电压与所述第一电流的乘积积分值均定义为电池实际总容量，对所有所述电池实际总容量进行最小二乘法计算以得到所述电池的第一电池总容量，同时记录所述第一电池总容量所对应的放电次数；
b)建立所述温度节点与所述第一电池总容量的第一曲线图，根据所述第一曲线图构造最大似然函数以形成所述第一电池总容量与所述温度节点的第一函数关系式，根据所述第一函数关系式即可得到所述第一电池总容量在任意温度下的数值，所述任意温度包括所述温度节点；
c)根据以下公式来计算在任意温度下的温度系数：
温度系数＝第一电池总容量/电池标定总容量；
d)建立在同一温度下所述放电次数与所述第一电池总容量的第二曲线图，根据所述第二曲线图构造最大似然函数以形成所述第一电池总容量与所述放电次数的第二函数关系式，根据所述第二函数关系式即可得到所述第一电池总容量在任意放电次数下的数值，所述放电次数为整数或非整数，当所述放电次数为非整数时，所述第一电池总容量为电池剩余电量；当所述放电次数为0时，所述第一电池总容量为所述电池在放电初始状态时的初始放电电量；
e)根据以下公式来计算在所述同一温度下的放电次数系数：
放电次数系数＝电池剩余电量/电池标定总容量；
f)在所述同一温度下将所述电池从断开状态突变到接入第一负载的状态，计算突变的瞬间所述第一负载两端的第二电压以及流经第一负载的第二电流；再次将所述电池从断开状态突变到接入所述第一负载的状态，计算突变的瞬间所述第一负载两端的第三电压以及流经所述第一负载的第三电流，测量所述电池在持续给所述第一负载供电的过程中所述第一负载两端的负载实际电压以及流经所述第一负载的负载实际电流，根据以下公式计算所述电池的电池内阻：
电池内阻＝(第三电压-第二电压)/(第三电流-第二电流)；
根据以下公式计算所述电池的电池内部电压：
电池内部电压＝第三电压-第三电流*电池的内阻；
或者，根据以下公式计算所述电池内部电压：
电池内部电压＝第二电压-第二电流*电池的内阻；
g)根据以下公式计算在所述同一温度下所述电池的剩余电量：
电池的剩余电量＝温度系数*放电次数系数*初始放电电量-(电池内部电压/负载实际电压)/(充放电效率系数*上次充满电时的电池实际总容量)*放电时间范围内的所有所述负载实际电流的积分之和。
优选的，所述同一温度为所有所述温度节点的其中一个所述温度节点。
优选的，所述充放电效率系数采用以下方式计算得出：
将步骤a)中在所述同一温度下每一次完全充电实验的电池实际总容量记为电池充电实际总容量，将在所述同一温度下每一次完全放电实验的电池实际总容量记为电池放电实际总容量；根据以下公式计算在所述同一温度下的所述充放电效率系数：
充放电效率系数＝电池放电实际总容量/电池充电实际总容量。
优选的，在所述同一温度下至少两次测量所述充放电效率系数，对所有所述充放电效率系数进行求均方根得到最终的充放电效率系数。
优选的，在同一温度节点下至少两次测量所述电池内阻，对所有所述电池内阻进行求均方根得到最终的所述电池内阻。
与现有技术相比，本发明所述储能电池剩余电量的动静态校正方法采集到的电池的剩余电量准确，实现方式简单可靠。
附图说明
图1为本发明所述电池、所述第一负载以及电流表的电路原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
本发明提供一种储能电池剩余电量的动静态校正方法，用于对电池的剩余电量进行校正与估算，所述电池具有电池标定总容量，包括以下步骤：
a)在-40℃至60℃的温度范围内，每隔5℃为一个温度节点，在每个所述温度节点以低于0.05C的第一电流对所述电池进行至少一次完全充电实验以及至少一次完全放电实验，记录每一次完全充电实验以及每一次完全放电实验中每个温度节点及其对应的第一电压，将不同温度节点下的每一次完全充电实验或每一次完全放电实验的时间范围内所有所述第一电压与所述第一电流的乘积积分值均定义为电池实际总容量，对所有所述电池实际总容量进行最小二乘法计算以得到所述电池的第一电池总容量，同时记录所述第一电池总容量所对应的放电次数；
b)建立所述温度节点与所述第一电池总容量的第一曲线图，根据所述第一曲线图构造最大似然函数以形成所述第一电池总容量与所述温度节点的第一函数关系式，根据所述第一函数关系式即可得到所述第一电池总容量在任意温度下的数值，所述任意温度包括所述温度节点；
c)根据以下公式来计算在任意温度下的温度系数：
温度系数＝第一电池总容量/电池标定总容量；
d)建立在同一温度下所述放电次数与所述第一电池总容量的第二曲线图，根据所述第二曲线图构造最大似然函数以形成所述第一电池总容量与所述放电次数的第二函数关系式，根据所述第二函数关系式即可得到所述第一电池总容量在任意放电次数下的数值，所述放电次数为整数或非整数，当所述放电次数为非整数时，所述第一电池总容量为电池剩余电量；当所述放电次数为0时，所述第一电池总容量为所述电池在放电初始状态时的初始放电电量；
e)根据以下公式来计算在所述同一温度下的放电次数系数：
放电次数系数＝电池剩余电量/电池标定总容量；
f)如图1所示，在所述同一温度下将所述电池从断开状态突变到接入第一负载R的状态，计算突变的瞬间所述第一负载R两端的第二电压Udc2以及流经第一负载的第二电流I2；再次将所述电池从断开状态突变到接入所述第一负载R的状态，计算突变的瞬间所述第一负载R两端的第三电压Udc3以及流经所述第一负载R的第三电流I3，测量所述电池在持续给所述第一负载R供电的过程中所述第一负载R两端的负载实际电压V以及流经所述第一负载R的负载实际电流，根据以下公式计算所述电池的电池内阻：
电池内阻＝(第三电压-第二电压)/(第三电流-第二电流)；
根据以下公式计算所述电池的电池内部电压：
电池内部电压＝第三电压-第三电流*电池的内阻；
或者，根据以下公式计算所述电池内部电压：
电池内部电压＝第二电压-第二电流*电池的内阻；
g)根据以下公式计算在所述同一温度下所述电池的剩余电量：
电池的剩余电量＝温度系数*放电次数系数*初始放电电量-(电池内部电压/负载实际电压)/(充放电效率系数*上次充满电时的电池实际总容量)*放电时间范围内的所有所述负载实际电流的积分之和,即：
其中，Soc为需要计算的所述电池的剩余电量，Soc0为所述初始放电电量，α为在所述同一温度下的温度系数，β为在所述同一温度下的放电次数系数，η1＝电池内部电压/负载实际电压，η2为充放电效率系数，C为上次充满电时的电池实际总容量，I为负载实际电流，t为放电时间，
为放电时间范围内的所有所述负载实际电流的积分之和，其中，Soc0、α、β、η1、C、I、t均为可以直接测量得到或者直接测量后计算得到的数值。
在本发明中，1C为一节电池的电容量，当充电电流在0.1C-0.2C之间时称为慢速充电，当充电电流在0.2C-0.8C之间时称为快速充电，而本发明的步骤a)中的第一电流低于0.05C，由此可见，本发明采用比慢速充电更慢的方式进行充放电。
此外，本发明所述同一温度为所有所述温度节点的其中一个所述温度节点。例如，所有所述温度节点包括-40℃、-30℃、0℃、15℃、20℃、60℃等，本发明所述同一温度可以为15℃也可以为20℃，并不以此为限。在本实施例中，所述同一温度设置为20℃。
在本发明的步骤a)中，在20℃时测量到两组完全放电实验时的电池实际总容量为40.8kwh及40.9kwh，在20℃时测量到两组完全充电实验时的电池实际总容量为41.2kwh及41.1kwh；对这四组数据做最小二乘法，即可求得在20℃时的较为精确的第一电池总容量C20＝41kwh。
在本实施例中，所述充放电效率系数η2采用以下方式计算得出：
将步骤a)中在所述同一温度下每一次完全充电实验的电池实际总容量记为电池充电实际总容量，将在所述同一温度下每一次完全放电实验的电池实际总容量记为电池放电实际总容量；根据以下公式计算在所述同一温度下的所述充放电效率系数：
充放电效率系数＝电池放电实际总容量/电池充电实际总容量。
于实际应用时，在所述同一温度下至少两次测量所述充放电效率系数，对所有所述充放电效率系数进行求均方根得到最终的充放电效率系数；在同一温度节点下至少两次测量所述电池内阻，对所有所述电池内阻进行求均方根得到最终的所述电池内阻；从而使得到的充放电效率系数与电池内阻的数值更精确。此外，所述第一函数关系式与第一函数关系式均优选为线性函数关系式，从而减小建立函数的计算难度。
综上所述，本发明所述储能电池剩余电量的动静态校正方法采集到的电池的剩余电量准确，实现方式简单可靠。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种储能电池剩余电量的动静态校正方法，用于对电池的剩余电量进行校正与估算，所述电池具有电池标定总容量，其特征在于，包括以下步骤：
a)在-40℃至60℃的温度范围内，每隔5℃为一个温度节点，在每个所述温度节点以低于0.05C的第一电流对所述电池进行至少一次完全充电实验以及至少一次完全放电实验，记录每一次完全充电实验以及每一次完全放电实验中每个温度节点及其对应的第一电压，将不同温度节点下的每一次完全充电实验或每一次完全放电实验的时间范围内所有所述第一电压与所述第一电流的乘积积分值均定义为电池实际总容量，对所有所述电池实际总容量进行最小二乘法计算以得到所述电池的第一电池总容量，同时记录所述第一电池总容量所对应的放电次数；
b)建立所述温度节点与所述第一电池总容量的第一曲线图，根据所述第一曲线图构造最大似然函数以形成所述第一电池总容量与所述温度节点的第一函数关系式，根据所述第一函数关系式即可得到所述第一电池总容量在任意温度下的数值，所述任意温度包括所述温度节点；
c)根据以下公式来计算在任意温度下的温度系数：
温度系数＝第一电池总容量/电池标定总容量；
d)建立在同一温度下所述放电次数与所述第一电池总容量的第二曲线图，根据所述第二曲线图构造最大似然函数以形成所述第一电池总容量与所述放电次数的第二函数关系式，根据所述第二函数关系式即可得到所述第一电池总容量在任意放电次数下的数值，所述放电次数为整数或非整数，当所述放电次数为非整数时，所述第一电池总容量为电池剩余电量；当所述放电次数为0时，所述第一电池总容量为所述电池在放电初始状态时的初始放电电量；
e)根据以下公式来计算在所述同一温度下的放电次数系数：
放电次数系数＝电池剩余电量/电池标定总容量；
f)在所述同一温度下将所述电池从断开状态突变到接入第一负载的状态，计算突变的瞬间所述第一负载两端的第二电压以及流经第一负载的第二电流；再次将所述电池从断开状态突变到接入所述第一负载的状态，计算突变的瞬间所述第一负载两端的第三电压以及流经所述第一负载的第三电流，测量所述电池在持续给所述第一负载供电的过程中所述第一负载两端的负载实际电压以及流经所述第一负载的负载实际电流，根据以下公式计算所述电池的电池内阻：
电池内阻＝(第三电压-第二电压)/(第三电流-第二电流)；
根据以下公式计算所述电池的电池内部电压：
电池内部电压＝第三电压-第三电流*电池的内阻；
或者，根据以下公式计算所述电池内部电压：
电池内部电压＝第二电压-第二电流*电池的内阻；
g)根据以下公式计算在所述同一温度下所述电池的剩余电量：
电池的剩余电量＝温度系数*放电次数系数*初始放电电量-(电池内部电压/负载实际电压)/(充放电效率系数*上次充满电时的电池实际总容量)*放电时间范围内的所有所述负载实际电流的积分之和。
2.如权利要求1所述的储能电池剩余电量的动静态校正方法，其特征在于：所述同一温度为所有所述温度节点的其中一个所述温度节点。
3.如权利要求1所述的储能电池剩余电量的动静态校正方法，其特征在于：所述充放电效率系数采用以下方式计算得出：
将步骤a)中在所述同一温度下每一次完全充电实验的电池实际总容量记为电池充电实际总容量，将在所述同一温度下每一次完全放电实验的电池实际总容量记为电池放电实际总容量；
根据以下公式计算在所述同一温度下的所述充放电效率系数：
充放电效率系数＝电池放电实际总容量/电池充电实际总容量。
4.如权利要求3所述的储能电池剩余电量的动静态校正方法，其特征在于：在所述同一温度下至少两次测量所述充放电效率系数，对所有所述充放电效率系数进行求均方根得到最终的充放电效率系数。
5.如权利要求1所述的储能电池剩余电量的动静态校正方法，其特征在于：在同一温度节点下至少两次测量所述电池内阻，对所有所述电池内阻进行求均方根得到最终的所述电池内阻。
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