一种电池荷电量的估算方法技术

本发明专利技术提供一种电池荷电量的估算方法，包括以下步骤：当电池处于静态，以开路电压法获得电池的荷电量；当电池处于动态，根据离线获得的估算公式获得电池的荷电量。本发明专利技术提供的电池荷电量的估算方法,能够很有效地减少在线估算SOC时的计算量，减少对计算资源的消耗以及储存空间的占用，减少设备能耗，提高SOC估算速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池测量领域，具体涉及一种电池荷电量的估算方法。
技术介绍
铅酸电池(Valve Regulated Lead Acid Battery，VRLA)的电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液。在放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。铅酸电池具有安全密封、维护简单、使用寿命长、质量稳定、可靠性高等优点，已被广泛应用于电信、备用电源(UPS)、电子开关系统、新能源发电系统、电力控制机车等领域。铅酸电池以电化学方式进行储能，因此内部剩余的化学能是不能直接测量的。并且，由于铅酸电池化学能与电能的相互转换过程是不完全可逆的，导致铅酸电池内部可转换的化学能随着铅酸电池的使用次数和使用时间，储存时间的增加而衰减。同样，由于化学特性的决定，环境温度变化会对影响到铅酸电池内部化学能的转换速率及活动性，从而会对铅酸电池的充放电速度、效率，电池的容量产生一定的影响。目前已有的储能电池SOC(State of Charge，荷电状态，即电池剩余电量)估算方法有：(1)安时积分法：安时积分法是最常用和最简单的SOC估算方法。另充放电起始状态为SOC0，电池额定容量为CN，电池电流为I，电池充放电效率为η，那么当前状态下电池的(2)开路电压法：开路电压法是利用电池的开路电压与电池的荷电量之间的对应关系，通过测量电池的开路电压来估算SOC的一种方法。开路电压法的精度高、操作简单，同时需要静止较长时间来得到稳定的开路电压值。(3)内阻法：研究表明，电池的内阻与荷电程度之间有较高的相关性，通过测量电池内阻可较准确地预测其剩余电量。蓄电池完全充电(充满)和完全放电(放完)时，其内阻相差2-4倍左右。随着电池充电过程的进行，内阻逐步减小；随着放电过程的进行，内阻逐步增大。另外，随着电池老化，其内阻也逐渐增大，其剩余电量也随之下降。(4)卡尔曼滤波法：卡尔曼滤波法是一种以最小均方误差为估计的最佳准则，
来寻求一套递推估计的算法，需要占用非常多的计算及存储资源；应用该算法对系统计算能力、硬件条件、实验设计等整体要求较高。上述估算方法存在以下问题：(1)安时积分法·相对于四则运算积分算法占用更多计算及储存数据资源；·属于一种开环预测方法，若电流测量不准，将造成SOC计算误差，长期积累，误差越来越大；·要考虑电池充放电效率；在高温状态和电流波动剧烈的情况下，误差较大；·电流测量可通过使用高性能电流传感器解决，但成本增加；·解决电池充放电效率要通过事前大量实验，建立电池充放电效率经验公式。(2)开路电压法·需要电池长时静置，以达到电压稳定，电池状态从工作恢复到稳定，需要几个小时甚至十几个小时，这给测量造成困难；·静置时间如何确定本身也是一个问题，需要通过一定次数的实验或经验才能确定。(3)内阻法1.内阻法存在着估算内阻的困难，在硬件上也难以实现。(4)卡尔曼滤波法2.由于系统设置困难，而且在电池管理系统中应用时成本很高，不具备优势。因此，本领域技术人员致力于不仅能在静止状态下对铅酸电池剩余容量进行估算，又不需要经过长时间的积分累积的铅酸电池剩余容量的估算方法。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种电池荷电量的估算方法，不仅能在静止状态下对铅酸电池剩余容量进行估算，而且当铅酸电池处于充放电状态时，不需要经过长时间的积分累积，在取得稳定的电压电流值的同时就能够迅速估算出当前电池的剩余容量，避免了长时间安时积分法带来的累积误差及储存计算空间的资源占用问题。在估算动态SOC时，通常是使用安时积分法并结合相应的算法来修正数据到当前SOC值。为了得到相对准确的结果，通常会进行大量的在线计算，因此会占用一部分计算资源。本专利技术提供的电池荷电量的估算方法，将复杂的计算转移至线下，提前处理，
当电池充放电时，只需测量当前电压电流值就能根据已得到的公式估算出当前SOC。本专利技术提供一种电池荷电量的估算方法，包括以下步骤：(1)当电池处于静态，以开路电压法获得电池的荷电量；当电池处于动态，根据离线获得的估算公式获得电池的荷电量。进一步地，估算公式为：SOC＝k*(V/I)-b，其中，SOC为电池的荷电量，V为电压，I为电流，k与b为电流的函数。进一步地，步骤(1)根据估算公式获得电池的荷电量的方法包括以下步骤：(11)采集电池的电压、电流以及环境温度；(12)将采集的电压、电流以及环境温度，带入估算公式，获得电池的荷电量。进一步地，k为电流的一次函数。进一步地，b为电流的一次函数。进一步地，估算公式还包括温度调整系数f：f＝(1-T/T0)ε其中，T为环境温度，T0为电池冰点温度，ε为经验值。进一步地，步骤(1)中估算公式离线获得的方法为：(13)在不同环境温度下，获得电压V与电流I的比值与荷电量SOC的曲线，得到估算公式：SOC＝k*(V/I)-b其中，SOC为电池的荷电量，V为电压，I为电流，k与b为电流的函数。进一步地，步骤(13)中获得电压V与电流I的比值与荷电量SOC的曲线的方法包括以下步骤：(131)利用电池电量监测装置，对电池进行不同电流的充电测试或放电测试，收集电池数据，电池数据包括电压、电流及荷电量SOC；(132)根据电池数据，拟合出电压V与电流I的比值与荷电量SOC的曲线：SOC＝k(V/I)-b。进一步地，步骤(1)中根据开路电压获得电池的荷电量的方法包括以下步骤：(14)采集电池开路电压；(15)根据开路电压与荷电量SOC的关系，获得电池的荷电量SOC。与现有技术相比，本专利技术提供的电池荷电量的估算方法,具有以下有益效果：能够很有效地减少在线估算SOC时的计算量，减少对计算资源的消耗以及储存空间的占用，减少设备能耗，提高SOC估算速度。附图说明图1是本专利技术的一个实施例的电池荷电量的估算方法的系统流程图；图2是k和b随电流变化的曲线；图3是利用充电实验得到的估算公式进行估算的荷电量与实际荷电量的对比图；图4是利用放电实验得到的估算公式进行估算的荷电量与实际荷电量的对比图。具体实施方式本专利技术的一个实施例的电池荷电量的估算方法，包括以下步骤：(1)当电池处于静态，以开路电压法获得电池的荷电量；当电池处于动态，根据离线获得的估算公式获得电池的荷电量。估算公式为：SOC＝k*(V/I)-b，其中，SOC为电池的荷电量，V为电压，I为电流，k与b为电流的函数。步骤(1)根据估算公式获得电池的荷电量的方法包括以下步骤：(11)采集电池的电压、电流以及环境温度；(12)将采集的电压、电流以及环境温度，带入估算公式，获得电池的荷电量。k为电流的一次函数，k＝x1*I+y1。b为电流的一次函数，b＝x2*I+y2。步骤(1)中估算公式离线获得的方法为：(13)在不同环境温度下，获得电压V与电流I的比值与荷电量SOC的曲线，得到估算公式：SOC＝k*(V/I)-b其中，SOC为电池的荷电量，V为电压，I为电流，k与b为电流的函数。步骤(13)中获得电压V与电流I的比值与荷电量SOC的曲线的方法包括以下步骤：(131)利用电池电量监测装置，对电池进行不同电流的充电测试或放电测试，收集电池数据，电池数据包括电压、电流及荷电量SOC；(13本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池荷电量的估算方法，其特征在于，所述电池荷电量的估算方法包括以下步骤：(1)当电池处于静态，根据开路电压获得所述电池的荷电量；当所述电池处于动态，根据离线获得的估算公式获得所述电池的荷电量。

【技术特征摘要】
1.一种电池荷电量的估算方法，其特征在于，所述电池荷电量的估算方法包括以下步骤：(1)当电池处于静态，根据开路电压获得所述电池的荷电量；当所述电池处于动态，根据离线获得的估算公式获得所述电池的荷电量。2.如权利要求1所述的电池荷电量的估算方法，其特征在于，所述估算公式为：SOC＝k*(V/I)-b，其中，SOC为电池的荷电量，V为电压，I为电流，k与b为电流I的函数。3.如权利要求1所述的电池荷电量的估算方法，其特征在于，所述估算公式还包括温度调整系数。4.如权利要求1所述的电池荷电量的估算方法，其特征在于，步骤(1)根据估算公式获得所述电池的荷电量的方法包括以下步骤：(11)采集所述电池的电压、电流以及环境温度；(12)将采集的所述电压、所述电流以及所述环境温度，带入所述估算公式，获得所述电池的荷电量。5.如权利要求1所述的电池荷电量的估算方法，其特征在于，k为电流的一次函数。6.如权利要求1所述的电池荷电量的估算方法，其特征在于，b为电流的一次函数。7.如权利要求2所述的电池荷电量的估算方法，其特征在于，所述估算公式还包括温度调整系...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆炎，朱凤天，吴佳骅，许泽阳，
申请(专利权)人：上海电气分布式能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31