一种基于混合储能装置的SOC估算系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于混合储能装置的SOC估算系统，包括，包括数据采集单元、控制器、用于发射数据的数据发送单元、云平台，所述云平台包括与所述数据发送单元相适配的数据接收单元、数据存储单元、数据处理单元以及显示单元，所述数据采集单元和数据发送单元分别与所述控制器相连，所述数据接收单元、数据存储单元、显示单元分别与所述数据处理单元相连；本估算系统，可以实现对SOC估算过程的闭环修正，有效提高SOC的估算精度，降低误差，不仅更满足实际需求，而且更适用于对混合储能装置中电荷状态的估算、监测等，更有利于对混合储能装置的电荷状态进行在线、远程监控。

【技术实现步骤摘要】
一种基于混合储能装置的SOC估算系统
本技术涉及储能设备
，具体涉及一种基于混合储能装置的SOC估算系统。
技术介绍
随着新能源技术的发展，混合储能装置(或系统)使用也越来越多；混合储能装置内通常设置有若干超级电容以及若干蓄电池组，每个蓄电池组中分别包含有若干蓄电池；超级电容相较于蓄电池有着大容量、快速充放电的特点，作一种新的储能设备配合蓄电池组成的混合储能装置已经广泛使用，而混合储能装置的参数监测也就成为了行业研究的重点。现有技术中，通常需要对混合储能装置的状态参数，如充放电电压、电流、装置的内阻或荷电状态(简称SOC，全称是StateofCharge)等，进行监测或估算，以便掌握混合储能装置的运行状态，同时也便于控制和调度；在这些状态参数中，如充放电电压、电流、装置的内阻等参数通常可以直接进行测量，但混合储能装置的荷电状态通常不能直接测量，需要进行估算，荷电状态也叫剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。其取值范围为0～1，当SOC＝0时表示电池放电完全，当SOC＝1时表示电池完全充满；混合储能装置的荷电状态是混合储能装置的重要参数指标，不仅是不可或缺的决策因素，而且也是优化混合储能装置中的能量管理、提高电池容量和能量利用率、防止电池过充电和过放电、保障电池在使用过程中的安全性和使用寿命的重要参数。现有技术中，对于常规蓄电池中荷电状态(SOC)的估算，国内外学者提出了一些方法，如安时积分法、卡尔曼滤波法、自适应卡尔曼滤波法等，然而，一方面，这些方法通常还存在一些不足，例如，安时积分法具有简单易行，但由于电流采样等因素引起的累积误差逐渐增大，导致SOC估计误差增大，无法满足实际工程中长期使用的要求；卡尔曼滤波法因其具有计算量小、易于实现的特点，从而被广泛使用；自适应卡尔曼滤波算法往往没有考虑温度因素和充放电倍率因素，其原因在于，在实验室的理想条件下，这两个因素变化不大，但是在实际工程应用中，例如电动汽车能量回馈过程，温度和充放电倍率将会对电池的SOC估算精度造成很大的影响。另一方面、这些方法通常适用于常规蓄电池(或蓄电池组)，不适用于混合储能装置，此外，现有技术中用于估算混合储能装置中荷电状态(SOC)的方法，误差较大，实际使用过程中，通常存在精度低、不满足实际需求的问题。
技术实现思路
本技术的目的在于改善现有技术中所存在的，现有SOC估算方法不适用于混合储能装置的SOC估算，且SOC估算精度低、误差大，不能满足实际需求的问题；本技术所采用的技术方案是：一种基于混合储能装置的SOC估算方法，包括如下步骤：步骤1，获取混合储能装置中电池的状态参数，并设置预设参数，所述状态参数包括通过采集获得的电池的开路电压、负载电流、内阻，所述预设参数包括电池的极化电阻、极化电容；步骤2，建立混合储能装置的等效电路模型，并构建包括所述预设参数的一组向量参数，等效电路模型根据所述状态参数和向量参数求解出电池的端电压；步骤3，建立混合储能装置的SOC估算模型，所述SOC估算模型根据所述端电压及所述向量参数求解电池的电荷状态；步骤4，建立最小二乘模型，所述最小二乘模型根据自适应遗忘因子完全最小二乘法所建立，所述最小二乘模型用于对所述向量参数进行迭代计算，并将迭代计算后的向量参数返回给所述等效电路模型及SOC估算模型；步骤5，重复步骤2至步骤4。在本方案中，首先对混合储能单体模型进行了电路分析建立起了等效电路模型，通过采集的电池的状态参数和设定的预设参数，求解出电池的端电压数据，然后建立SOC估算模型，SOC估算模型根据所述端电压数据估算电池的电荷状态，最后采用自适应遗忘因子完全最小二乘法对等效电路模型和SOC估算模型所涉及的向量参数进行更新，实现对SOC估算过程的闭环修正，从而可以有效提高SOC的估算精度，降低误差，不仅更满足实际需求，而且更适用于对混合储能装置中电荷状态的估算、监测等，更有利于对混合储能装置的电荷状态进行在线、远程监控。优选的，所述步骤2中，所述等效电路模型包括SOC模型和一阶戴维宁模型，其中，所述一阶戴维宁模型为：Vt＝Voc-Vp-IRs所述SOC模型中，荷电状态与开路电压及负载电流之间的关系式分别为：SOC(t)＝ηI(t)/Q其中，变量s＝2(q-1)/ts/(q+1)，q是离散算子，ts是采样区间，Vq为中间变量，Vt为电池的端电压，Voc电池的开路电压，Rs为电池的内阻，Rp为电池的极化电阻，Cp为电池的极化电容，下标k表示第k次采集或计算的数据。优选的，所述向量参数包括第一组向量参数和第二组向量参数，所述第一组向量参数为：θk＝[a1,kb0,kb1,k]T，第二组向量参数为其中，其中，变量Vp＝Vt-Voc，Vt为端电压，Voc为开路电压，a1,k、b0,k、b1,k分别为三个中间变量，下标k表示第k次采集或计算的数据，下标k-1表示第k-1次采集或计算的数据。在本方案中，所述用于迭代更新的向量参数包括第一组向量参数和第二组向量参数，其中，第一组向量参数主要描述的是混合储能装置中电池的实际物理参数，第二组向量参数主要描述的是混合储能装置中，电池在不同时刻的状态参数，通过在每次估算SOC时，对该向量参数进行更新，实现对估算值的修正，从而有利于获得高精度的SOC。优选的，所述步骤2中，获得所述端电压的计算过程为：先将所述公式(1)进行拉普拉斯变换，得Vq(s)/I(s)＝(Rs+Rp+RsCps)/(1+RpCps)(2)对(2)式进行双线性变换，得Vq(q-1)/I(q-1)＝(b0+b1q-1)/(1+a1q-1)(3)将(3)式转换为离散时间域表示：则，端电压的估算值为其中，变量s＝2(q-1)/ts/(q+1)，q是离散算子，ts是采样区间，Vq为中间变量，Vt为电池的端电压，Voc电池的开路电压，Rs为电池的内阻，Rp为电池的极化电阻，Cp为电池的极化电容，下标k表示第k次采集或计算的数据。优选的，所述荷电状态与开路电压之间的关系式，通过拟合开路电压与荷电状态之间的关系模型获得。操作简单、有效。优选的，所述步骤3中，所述SOC估算模型包括模型状态矩阵和SOC估算公式，其中，所述模型状态矩阵为x＝[Vp,SOC]T其中，SOC为所要估算的荷电状态，Vp为所要估算的极化电压；根据所述模型状态矩阵建立的所述SOC估算公式为：其中，变量L为反馈增益，Vt为t时刻的端电压；为t时刻的端电压的估算值，F是电池模型函数(戴维宁定理)；且，其中，C为拟合参数，p1、p2为最小二乘模型所提供的修正参数，η为库伦效率。优选的，所述步骤4中，所述最小二乘模型中的迭代更新方程为，其中，μk为所述修正因子，且，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于混合储能装置的SOC估算系统，其特征在于，包括数据采集单元、控制器、用于发射数据的数据发送单元、云平台，所述云平台包括与所述数据发送单元相适配的数据接收单元、数据存储单元、数据处理单元以及显示单元，所述数据采集单元和数据发送单元分别与所述控制器相连，所述数据接收单元、数据存储单元、显示单元分别与所述数据处理单元相连，其中，/n所述数据采集单元用于采集混合储能装置的电压、电流及内阻，并传输给所述控制器，所述数据采集单元包括用于采集电压的电压采集模块、用于采集电流的电流采集模块以及用于采集内阻的内阻采集模块；/n所述电压采集模块包括n个采集组，n为自然数，所述采集组分别包括并联于超级电容两端或蓄电池组两端的差分电路、运算放大器、光耦隔离开关以及A/D转换器，其中，所述差分电路的输出端与所述运算放大器的输入端相连，运算放大器的输出端与所述光耦隔离开关的输入端相连，所述光耦隔离开关的输出端与所述A/D转换器相连，所述A/D转换器的输出端与所述控制器相连；/n所述电流采集模块包括设置于蓄电池组的霍尔元件传感器、电流信号转换器、A/D转换器，霍尔元件传感器的输出端与电流信号转换器的输入端相连，电流信号转换器的输出端与A/D转换器的输入端相连，A/D转换器的输出端与所述控制器相连，其中，所述霍尔元件传感器用于将被测电路中的电流信号转换为模拟电流信号，并传输给电流信号转换器，电流信号转换器用于将所述模拟电流信号转化为对应的模拟电压信号，并传输给所述A/D转换器，A/D转换器用于将所述模拟电压信号转化为数据信号，并传输给所述控制器；/n所述内阻采集模块包括模拟乘法器、低通滤波器、直流放大器、A/D转换器、并联于蓄电池组上且用于采集蓄电池组两端电压响应信号的交流差分电路以及用于产生正弦信号的交流恒流源；交流差分电路的输出端与交流恒流源是输出端分别与所述模拟乘法器的输入端相连，模拟乘法器的输出端与所述低通滤波器的输入端相连，低通滤波器的输出端与所述直流放大器的输入端相连，直流放大器的输出端与所述A/D转换器的输入端相连，A/D转换器的输出端与所述控制器相连；/n所述控制器根据所述电压、电流及内阻估算电荷状态，并通过所述数据发送单元将所述电压、电流、内阻及电荷状态发送给所述数据接收单元，所述数据处理单元从所述数据接收单元获得所述电压、电流、内阻及电荷状态，并发送给所述数据存储单元进行存储，及发送给所述显示单元进行显示。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于混合储能装置的SOC估算系统，其特征在于，包括数据采集单元、控制器、用于发射数据的数据发送单元、云平台，所述云平台包括与所述数据发送单元相适配的数据接收单元、数据存储单元、数据处理单元以及显示单元，所述数据采集单元和数据发送单元分别与所述控制器相连，所述数据接收单元、数据存储单元、显示单元分别与所述数据处理单元相连，其中，
所述数据采集单元用于采集混合储能装置的电压、电流及内阻，并传输给所述控制器，所述数据采集单元包括用于采集电压的电压采集模块、用于采集电流的电流采集模块以及用于采集内阻的内阻采集模块；
所述电压采集模块包括n个采集组，n为自然数，所述采集组分别包括并联于超级电容两端或蓄电池组两端的差分电路、运算放大器、光耦隔离开关以及A/D转换器，其中，所述差分电路的输出端与所述运算放大器的输入端相连，运算放大器的输出端与所述光耦隔离开关的输入端相连，所述光耦隔离开关的输出端与所述A/D转换器相连，所述A/D转换器的输出端与所述控制器相连；
所述电流采集模块包括设置于蓄电池组的霍尔元件传感器、电流信号转换器、A/D转换器，霍尔元件传感器的输出端与电流信号转换器的输入端相连，电流信号转换器的输出端与A/D转换器的输入端相连，A/D转换器的输出端与所述控制器相连，其中，所述霍尔元件传感器用于将被测电路中的电流信号转换为模拟电流信号，并传输给电流信号转换器，电流信号转换器用于将所述模拟电流信号转化为对应的模拟电压信号，并传输给所述A/D转换器，A/D转换器用于将所述模拟电压信号转化为数据信号，并传输给所述控制器；
所述内阻采集模块包括模拟乘法器、低通滤波器、直流放大器、A/D转换器、并联于蓄电池组上且用于采集蓄电池组两端电压响...

【专利技术属性】
技术研发人员：王君瑞，向上，贾思宁，王闯，单祥，
申请(专利权)人：北方民族大学，
类型：新型
国别省市：宁夏;64