一种变电站用铅酸蓄电池寿命快速估算方法技术

本发明专利技术涉及一种变电站用铅酸蓄电池寿命快速估算方法，其包括以下步骤，1经验数据获取：所述经验数据包括若干个额定电压相同的样本铅酸蓄电池的开路电压、质量和容量；2容量估算模型的建立：用步骤1的开路电压和质量作为输入数据，容量作为输出数据，采用麻雀搜索算法对BP神经网络模型进行优化，建立容量估算模型；3估算容量：将铅酸蓄电池充满电后静置24小时，测量其开路电压和质量，作为容量估算模型的输入数据，容量估算模型的输出值为估算容量。本发明专利技术能够较为准确地快速估算出铅酸蓄电池的容量，无须对电池进行放电，仅需利用开路电压和质量即可对铅酸蓄电池的容量进行快速、少耗损地估算。少耗损地估算。少耗损地估算。

【技术实现步骤摘要】
一种变电站用铅酸蓄电池寿命快速估算方法


[0001]本专利技术属于铅酸蓄电池检测
，具体地说，涉及一种变电站用铅酸蓄电池寿命快速估算方法。

技术介绍

[0002]铅酸电池(VRLA)，是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池放电状态下，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。一个单格铅酸电池的标称电压是2.0V,能放电到1.5V,能充电到2.4V；在应用中，经常用6个单格铅酸电池串联起来组成标称是12V的铅酸电池，还有24V、36V、48V等。
[0003]目前，对于变电站储能系统、电动汽车动力系统等领域中应用的铅酸蓄电池来说，实际可放电容量(简称容量)需要根据标准对铅酸蓄电池进行容量性能试验予以确定(即核容)。容量性能试验的步骤为：将铅酸蓄电池满充，然后开路静置24h，再在规定倍率下进行放电，放电至截止电压时所放出的容量为实际可放电容量(简称容量)；当铅酸蓄电池的可放电容量低于其额定容量的80％时，认为其已经失效，应给予更换。根据容量性能试验的核容，覆盖没有任何意义的电能消耗、寿命耗损和时间成本多方投入的放电过程，放电后还需要再充电才能进入正常的电源状态，再充电也会消耗时间、耗损寿命。而铅酸蓄电池新品需要初次核容，在运铅酸蓄电池组中的单体需要定期核容，浮充耐久性试验、放充耐久性和冲击放电试验也均需要对电池试品核容。核容在时间消耗和寿命耗损方面的代价相当可观。因此，如何利用可测量到的数据与可放电容量建立联系，据此进行快速准确的可放电容量估算是值得研究人员思考的问题，这对于提高储能或动力用铅酸蓄电池电源的高效应用具有重要意义。
[0004]目前，铅酸蓄电池可放电容量的估算方面已经取得了一些相关成果。专利号为CN201811206032.1的专利技术专利公开了一种铅酸蓄电池容量预估方法，依据铅酸蓄电池的等效电路模型，分析了蓄电池容量与开路电压之间的关系，但铅酸蓄电池的等效电路模型的选取及模型参数的估算精度会对结果产生较大影响。专利号为CN201110079263.2的专利技术专利提出将电池进行2小时恒流放电，再静置30秒测量电池的回升电压，利用此电压估算电池的可放电容量，但此方法的容量估算方程组参数为经验常数，对于不同的铅酸蓄电池此数值可能存在差异。
[0005]综上所述，目前对于铅酸蓄电池的容量评估取得了一定的研究成果，但也存在这一些问题需要解决：第一，在实际应用中，待检测变量的选取应该简单易实现；第二，容量评估相关方法应减少对经验公式的依赖，以增加方法的普适性和准确性；第三，预测方法的准确性应足够高，能够应用于实际系统中。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在提供一种变电站用铅酸蓄电池寿命快速估算方法，能够较为准确地快
速估算出铅酸蓄电池的容量，无须对电池进行放电，仅需利用开路电压和质量即可对铅酸蓄电池的容量进行快速、少耗损地估算。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：其包括以下步骤，
[0008](1)经验数据获取：所述经验数据包括若干个额定电压相同的样本铅酸蓄电池的开路电压、质量和容量；
[0009](2)容量估算模型的建立：用步骤(1)的开路电压和质量作为输入数据，容量作为输出数据，采用麻雀搜索算法对BP神经网络模型进行优化，建立容量估算模型；
[0010](3)估算容量：将铅酸蓄电池充满电后静置24小时，测量其开路电压和质量，作为容量估算模型的输入数据，容量估算模型的输出值为估算容量。
[0011]进一步地，步骤(1)中，所述样本铅酸蓄电池的规格不少于3类，样本铅酸蓄电池的数量不少于50个；
[0012]所述样本铅酸蓄电池为额定电压相同、标称质量相同或不同、额定容量相同或不同的铅酸蓄电池；
[0013]所述样本铅酸蓄电池选自新生产后，处于开路搁置时间的铅酸蓄电池；开路电压、质量和容量在室温和湿度不大于80％的环境下获取。
[0014]进一步地，步骤(1)中，开路电压、质量和容量按照以下方法获得，
[0015]a.以10h率充电电流I
10
以及等于1.2倍额定电压的充电截止电压将所述样本铅酸蓄电池充满电；
[0016]b.将所述样本铅酸蓄电池开路静置24小时；
[0017]c.测量记录所述样本铅酸蓄电池的开路电压U
OC
；
[0018]d.测量记录所述样本铅酸蓄电池的质量m；
[0019]e.以10h率放电电流I
10
以及等于1.2倍额定电压的放电截止电压对所述样本铅酸蓄电池进行核容放电，记录所述样本铅酸蓄电池的放电容量Q。
[0020]进一步地，步骤(2)中，将步骤(1)中，满充24h后的开路电压U
OC
和质量m作为容量估算模型的二维特征输入列向量为[U
OC
,m]T，将所述放电容量Q作为容量估算模型的输出数据。
[0021]进一步地，步骤(2)中，容量估算模型的建立包括以下步骤：
[0022]S1确定神经网络的拓扑结构，形成神经网络模型；
[0023]S2利用麻雀搜索算法得到最优权值和阈值；
[0024]S3使用训练样本训练网络；
[0025]S4使用测试样本测试网络；
[0026]S5测试误差。
[0027]进一步地，S1中，用步骤(1)的开路电压u
OC
和质量m作为输入数据，容量Q作为输出数据，采用二维特征输入列向量为[u
OC
,m]T
和单输出Q的BP神经网络模型，建立过程如下，
[0028][0029]公式(1)中，[x1,x2]＝[U
OC
,m]；L为BP神经网络模型隐含层神经元数目；ω
li
(l＝
1,
…
,L；i＝1,2)为第l层隐含层中对第i输入神经元的权重系数矩阵ω；b
l
(l＝1,
…
,L)为第l层隐含层的阈值向量b；花括号中为一L维列向[g1,g2,
…
,gL]T量，根据激励函数gl(x)(l＝1,
…
,L)，通过对输入层神经元xi赋权ωli求和，再加阈值bl计算得到：
[0030][0031]公式(1)所示的模型中，输出y为样本铅酸蓄电池的放电容量Q，是BP神经网络模型的输出层神经元，通过对隐含层神经元gl(l＝1,
…
,L)加权β＝βl(l＝1,
…
,L)求和计算：
[0032][0033]公式(2)所示的模型中，输入神经元的权重矩阵ω、隐含层的阈值列向量b和隐含层神经元的权重列向量β，初值分别通过随机生成的方式获取。
[0034]进一步地，S2中，
[0035]用麻雀搜索算法对所述BP神经网络建立的初步模型进行优化以得到最优的神经网络权值和阈值，建立容量估算模型；具体包括以下步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变电站用铅酸蓄电池寿命快速估算方法，其特征在于，其包括以下步骤，(1)经验数据获取：所述经验数据包括若干个额定电压相同的样本铅酸蓄电池的开路电压、质量和容量；(2)容量估算模型的建立：用步骤(1)的开路电压和质量作为输入数据，容量作为输出数据，采用麻雀搜索算法对BP神经网络模型进行优化，建立容量估算模型；(3)估算容量：将铅酸蓄电池充满电后静置24小时，测量其开路电压和质量，作为容量估算模型的输入数据，容量估算模型的输出值为估算容量。2.根据权利要求1所述的一种变电站用铅酸蓄电池寿命快速估算方法，其特征在于，步骤(1)中，所述样本铅酸蓄电池的规格不少于3类，样本铅酸蓄电池的数量不少于50个；所述样本铅酸蓄电池为额定电压相同、标称质量相同或不同、额定容量相同或不同的铅酸蓄电池；所述样本铅酸蓄电池选自新生产后，处于开路搁置时间的铅酸蓄电池；开路电压、质量和容量在室温和湿度不大于80％的环境下获取。3.根据权利要求1所述的一种变电站用铅酸蓄电池寿命快速估算方法，其特征在于，步骤(1)中，开路电压、质量和容量按照以下方法获得，a.以10h率充电电流I
10
以及等于1.2倍额定电压的充电截止电压将所述样本铅酸蓄电池充满电；b.将所述样本铅酸蓄电池开路静置24小时；c.测量记录所述样本铅酸蓄电池的开路电压U
OC
；d.测量记录所述样本铅酸蓄电池的质量m；e.以10h率放电电流I
10
以及等于1.2倍额定电压的放电截止电压对所述样本铅酸蓄电池进行核容放电，记录所述样本铅酸蓄电池的放电容量Q。4.根据权利要求1所述的一种变电站用铅酸蓄电池寿命快速估算方法，其特征在于，步骤(2)中，将步骤(1)中，满充24h后的开路电压U
OC
和质量m作为容量估算模型的二维特征输入列向量为[U
OC
,m]T，将所述放电容量Q作为容量估算模型的输出数据。5.根据权利要求4所述的一种变电站用铅酸蓄电池寿命快速估算方法，其特征在于，步骤(2)中，容量估算模型的建立包括以下步骤：S1确定神经网络的拓扑结构，形成神经网络模型；S2利用麻雀搜索算法得到最优权值和阈值；S3使用训练样本训练网络；S4使用测试样本测试网络；S5测试误差。6.根据权利要求5所述的一种变电站用铅酸蓄电池寿命快速估算方法，其特征在于，S1中，用步骤(1)的开路电压u
OC
和质量m作为输入数据，容量Q作为输出数据，采用二维特征输入列向量为[u
OC
,m]
T
和单输出Q的BP神经网络模型，建立过程如下，
公式(1)中，[x1,x2]＝[U
OC
,m]；L为BP神经网络模型隐含层神经元数目；ω
li
(l＝1,
…
,L；i＝1,2)为第l层隐含层中对第i输入神经元的权重系数矩阵ω；b
l
(l＝1,
…
,L)为第l层隐含层的阈值向量b；花括号中为一L维列向[g1,g2,
…
,gL]T量，根据激励函数gl(x)(l＝1,
…
,L)，通过对输入层神经元xi赋权ωli求和，再加阈值bl计算得到：公式(1)所示的模型中，输出y为样本铅酸蓄电池的放电容量Q，是BP神经网络模型的输出层神经元，通过对隐含层神经元gl(l＝1,
…
,L)加权β＝βl(l＝1,
…
,L)求和计算：公式(2)所示的模型中，输入神经元的权重矩阵ω、隐含层的阈值列向量b和隐含层神经元的权重列向量β，初值分别通过随机生成的方式获取。7.根据权利要求6所述的一种变电站用铅酸蓄电池寿命快速估算方法，其特征在于，S2中，用麻雀搜索算法对所述BP神经网络建立的初步模型进行优化以得到最优的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜旭浩，李秉宇，曾四鸣，刘宏亮，刘振，何瑞东，李练兵，姚芳，蔡子文，马建辉，刘杰，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：