[發明專利]基于蓄電池運行狀態歸算的荷電狀態估算方法

在審

• 申請號: 201510729501.8
• 申請日: 2015-11-02
• 公開（公告）號: CN105259511A
• 公開（公告）日: 2016-01-20
• 發明（設計）人: 張婷娟;李曉波;彭良杰;溫勝林;許鐵;胡曉永
• 申請（專利權）人: 國網黑龍江省電力有限公司伊春供電公司;國家電網公司
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 白冬冬

技術領域

本發明屬于電池技術領域。

背景技術

蓄電池作為最常見的儲能環節被應用在生產生活的各個方面：在清潔能源的開發利用中，電池儲能技術可以用來平抑波動功率；在電動汽車中可以作為主電源為汽車提供動力；在變電站直流系統中作為備用電源使得變電站中的二次設備可靠運行等等，在實際應用中，時刻掌握蓄電池的剩余容量是很有必要的，蓄電池的剩余容量用SOC來表示，SOC即電池荷電狀態，美國先進電池聯合會（USABC）在《電動汽車電池實驗手冊》中做如下定義：在一定的放電倍率條件下，電池的剩余電量與相同條件下額定容量的比值，而目前SOC并不能被直接測量，只能通過電壓、電流、溫度、內阻等參數估算獲得。常用的ＳＯＣ估算方法有以下幾種：①線性模型法：基于經驗方程和等效電路或者數學模型的估計方法，這些方法對測量誤差和錯誤的初始條件具有很好的魯棒性，但是這種穩態模型卻不能完全正確的適應電池的動態特性；②神經網絡方法：將神經網絡用于SOC的估算，但是需要大量的訓練數據以及合適的訓練方法；③開路電壓法：開路電壓能夠比較準確的反映蓄電池的ＳＯＣ，并且簡單易行，但是蓄電池需要空載靜置很長時間后才可獲取，因此難以應用在實際中；④內阻法：此方法放電后期具有較高精度和較好適應性，但電池單體內阻檢測困難，且放電初期內阻變化不大，因此測量難度大；⑤卡爾曼濾波法：對模型的精度要求非常高，計算量大且算法較為復雜；⑥阻抗譜方法：充、放電的電流強度以及蓄電池循環充、放電歷史對其結果有一定的影響需要修正，且不適合實際應用。因此尋求一種可以準確方便對蓄電池荷電狀態進行估算的方法是本領域技術人員一直想要解決，但迄今，尚未解決的技術難題。

發明內容

本發明的目的是通過外部特征（蓄電池溫度、蓄電池充放電電流和蓄電池老化因素）對電池的荷電狀態進行較準確估算的基于蓄電池運行狀態歸算的荷電狀態估算方法。

本發明步驟是：

①蓄電池溫度影響的修正：對不同溫度下的可用容量提出了如下修正：

（3）

式中，為校正后的放電時間；為實際放電時間；為實際放電溫度；為標準溫度；k為溫度系數；

依據上式將溫度修正系數用下式表示：

（4）

是溫度修正系數，蓄電池工作溫度；

②蓄電池充放電電流的修正：蓄電池充放電電流與標況下的偏差用Peukert方程來歸算：

（5）

此時，修正系數（6）；

式中C_H為額定溫度下以電流IH放電時所放出的容量；C_N為額定容量；I_N為額定電流；I_Ｈ為放電電流；P為與蓄電池結構特別是極板厚度有關的常數；

③蓄電池老化因素的考慮：用如下公式表示：

（7）

式中C_J為標準狀態下所能放出的全部電量；

由上式得到考慮當前蓄電池老化因素時的“額定容量”：

（8）

④基于安時法的歸化工作狀態的SOC估算方法：

根據以上提出的蓄電池工作狀態的歸化方法，應用在基于安時法的蓄電池SOC估算方法中，將式（4）、（6）、（8）代入（1）可得：

（9）

t時間采樣周期，i充放電電流。

本發明科學合理，能夠利用蓄電池的外部特性和對其運行狀態的進行合理化的歸算，歸算到標準運行狀態，在此基礎上再采用時安法對蓄電池的荷電狀態進行較準確的估算。

附圖說明

圖1是本發明方法、傳統安時法和SOC真實值對比圖。

具體實施方式

本發明將蓄電池看成一個整體，采用安時法，通過研究其外部特征對電池的荷電狀態進行較準確估算的基于蓄電池運行狀態歸算的荷電狀態估算方法。

本發明的步驟是：

①蓄電池溫度影響的修正：對不同溫度下的可用容量提出了如下修正：

（3）

式中，為校正后的放電時間；為實際放電時間；為實際放電溫度；為標準溫度；k為溫度系數；

依據上式將溫度修正系數用下式表示：

（4）

是溫度修正系數，蓄電池工作溫度；

②蓄電池充放電電流的修正：蓄電池充放電電流與標況下的偏差用Peukert方程來歸算：

（5）

此時，修正系數（6）；