一種鉛酸蓄電池剩余電量和電池健康狀況估計方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種鉛酸蓄電池剩余電量和電池健康狀況估計方法，通過實驗的方法獲得鉛酸蓄電池的放電量和放電電流與放電電壓的對應(yīng)關(guān)系，將其擬合成函數(shù)，通過放電次數(shù)的剩余量來表征鉛酸蓄電池的健康狀況，通過溫度對鉛酸蓄電池總電量的影響，來將其進行修正。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種鉛酸蓄電池剩余電量和電池健康狀況估計方法
本專利技術(shù)涉及鉛酸蓄電池剩余電量檢測及健康狀況評估方法，具體地說通過測量不同時刻電源的電壓值和電流值來得到電池剩余電量以及電池的健康狀況。
技術(shù)介紹
隨著汽車的出現(xiàn)，人類社會文明與經(jīng)濟也同時有了長足的發(fā)展與進步，但與此同時能源短缺與環(huán)境污染等問題也日益嚴(yán)重。電動汽車在某種程度上緩解了汽車對化石燃料的依賴，鉛酸蓄電池誕生的一百多年里，已經(jīng)在汽車上得到了廣泛的應(yīng)用。鉛酸蓄電池為能量源的電動汽車在旅游觀光車和小型汽車中得到了廣泛的應(yīng)用，但是電池剩余電量的估計方法仍然不夠準(zhǔn)確和簡單，單一地通過外部電壓方法測量電池電量的方法受到電流的變化測量結(jié)果會有較大的波動，單一地通過電流測量剩余電流的方法隨著使用時間的延長，測量誤差會越來越大。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種鉛酸蓄電池剩余電量檢測和電池健康狀況評估方法，實現(xiàn)鉛酸蓄電池剩余電量的準(zhǔn)確估計，以及電池的健康狀況的評估。為實現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：鉛酸蓄電池剩余電量的評估方法，所述方法和步驟如下：對鉛酸蓄電池進行恒流放電；步驟a1、準(zhǔn)備健康狀態(tài)良好的電池組，將電池充滿電；步驟a2、設(shè)定好若干組放電倍率，I1、I2、……In；步驟a3、按照步驟b設(shè)定好的放電倍率I1開始放電，從放電起始時刻開始采集電源的外部電壓vn和對應(yīng)時刻tn，到達(dá)放電終止電壓后停止放電；步驟a4、將電池充滿電后根據(jù)步驟b設(shè)定的放電倍率，選取未進行實驗的放電倍率，從起始時刻開始采集電源的外部電壓vn和對應(yīng)時刻tn，到達(dá)放電終止電壓后停止放電；步驟a5、重復(fù)步驟d直至完成所有的放電倍率；對恒流放電的實驗數(shù)據(jù)進行運算，獲得其靜態(tài)放電的電流電壓與SOC的關(guān)系；步驟b1、通過積分的方法分別獲得鉛酸蓄電池不同放電倍率情況下的的電量消耗值步驟b2、將實驗數(shù)據(jù)和對應(yīng)步驟f的電量消耗值組成數(shù)列(IjvnQn)；步驟b3、取電池容量的5％對應(yīng)的放電量Q5％,分別找到不同放電倍率下的電流與電壓對應(yīng)值，將其擬合成曲線，在曲線上離散取點，組成數(shù)列(invnQ5％)；步驟b4、取終止電壓Vend對應(yīng)的放電電流和放電電量的值，將其擬合成曲線，在曲線上離散取點，組成數(shù)列(inVendQn)；步驟b5、將步驟b2、步驟b3和步驟b4中獲得的數(shù)列重新組合成一個總的數(shù)列(invnQn)；步驟b6、將步驟b5中的數(shù)列通過擬合的方法進行擬合，將放電電量看做是函數(shù)值，將放電電流和和放電電壓看做是兩個變量，得到擬合函數(shù)結(jié)果Q＝f(i,v)；對鉛酸蓄電池進行升電流放電；步驟c1、設(shè)定好好放電倍率差I(lǐng)d1、Id2、……Idn；步驟c2、進行升電電流放電數(shù)據(jù)采集，設(shè)定某一初始放電倍率為Id0，先按照Id0恒流放電；步驟c3、待電壓變化平穩(wěn)后進行升電放電，將電流升至Id0＋Id1，此時開始采集電壓和時間的數(shù)據(jù)，將其對應(yīng)成數(shù)組(vn、tn)，取起始時刻的幾個數(shù)據(jù)組獲得起始時刻的電壓變化速率公式如下：為方便表示，用v’1表示電壓變化率；步驟c4、將電壓變化速率v’1和電流的升高值Id1組合成向量(v’1，Id1)；步驟c5、重復(fù)步驟c3，按照上述步驟形式依次完成Id0變化到Id0＋Id2……Id0＋Idn的電壓數(shù)據(jù)和時間數(shù)據(jù)采集，計算獲得其對應(yīng)電壓變化變化率v’2v’3……v’n，將電壓變化率v’2v’3……v’n與對應(yīng)的放電倍率差I(lǐng)d2、Id3、……Idn組合成向量(v’2，Id2)(v’3，Id3)……(v’n，Idn)；步驟c6、將電壓變化率和電流的升高值進行擬合得到其對應(yīng)關(guān)系函數(shù)：v,＝f(id)；步驟c7、將id＝0代入上述公式中，獲得v’end；步驟c8、取電流差值最大的一組實驗數(shù)據(jù)，將其進行轉(zhuǎn)換成數(shù)組(vi-v0，v’i)，簡單表示成(Δvi,v’i)，Δv與v’i進行擬合，得到對應(yīng)關(guān)系Δv＝f升(v’)；步驟c9、將v’end代入公式Δv＝f升(v’)，得到Δvend；步驟c10、計算對應(yīng)未來穩(wěn)定時刻的電壓變化值為Δvforecast＝Δvend-f(v’)；步驟c11、計算對應(yīng)靜態(tài)穩(wěn)定電壓值為：vstate＝v0+Δvforecast；進行降電流放電數(shù)據(jù)采集；步驟d1、設(shè)定某一初始放電倍率為Id0，先按照Id0恒流放電；步驟d2、待電壓變化平穩(wěn)后進行升電放電，將電流降至Id0-Id1，此時開始采集電壓和時間的數(shù)據(jù)，將其對應(yīng)成數(shù)組(vn、tn)，取起始時刻的幾個數(shù)據(jù)組獲得起始時刻的電壓變化速率公式如下：為方便表示，用v’1表示電壓變化率；步驟d3、將電壓變化速率v’1和電流的升高值Id1組合成向量(v’1，Id1)；步驟d4、重復(fù)步驟d2，按照上述步驟形式依次完成Id0變化到Id0-Id2、……、Id0-Idn的電壓數(shù)據(jù)和時間數(shù)據(jù)采集，計算獲得其對應(yīng)電壓變化變化率v’2v’3……v’n，將電壓變化率v’2v’3……v’n與對應(yīng)的放電倍率差I(lǐng)d2、Id3、……Idn組合成向量(v’2，Id2)(v’3，Id3)……(v’n，Idn)；步驟d5、將電壓變化率和電流的升高值進行擬合得到其對應(yīng)關(guān)系函數(shù)：v’＝f(id)；步驟d6、將id＝0代入步驟d5的公式中，獲得v’end；步驟d7、取電流差值最大的一組實驗數(shù)據(jù)，將其進行轉(zhuǎn)換成數(shù)組(vi-v0，v’i)，簡單表示成(Δvi,v’i)，Δv與v’i進行擬合，得到對應(yīng)關(guān)系Δv升電＝f(v’)；步驟d8、將步驟b6中的v’end代入公式Δv＝f(v’)，得到Δvend；步驟d9、計算對應(yīng)未來穩(wěn)定時刻的電壓變化值為Δvforecast＝Δvend-f(v’)；步驟d10、計算對應(yīng)靜態(tài)穩(wěn)定電壓值為：vstate＝v0＋Δvforecast；獲得標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下的鉛酸蓄電池SOC估計值；步驟e1、采集電池的外部電流值i、電壓值v和對應(yīng)時間t，通過上述步驟c、步驟d獲得對應(yīng)的靜態(tài)電壓值vstate＝v0＋Δvforecast，步驟e2、將步驟e1獲得對應(yīng)的靜態(tài)電壓值vstate帶入到步驟b中的擬合函數(shù)，得到放出電量值Qout＝f(i,vstate)；步驟e3、電池作為電源滿足汽車行駛放出的最大電源為Qend，剩余電量SOC的估計值為：電池的健康狀況評估步驟：隨著放電次數(shù)的增加，電池的放電能力會逐漸降低。步驟f1、將最終放電電量qend和標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)放電次數(shù)n進行擬合得到放電電量qend和標(biāo)準(zhǔn)放電次數(shù)n的曲線關(guān)系，函數(shù)表達(dá)式為：n＝g(qend)；步驟f2、對電池的放電電流、電壓和時間進行采樣，得到采樣期間的理論放電電量實際放電電量步驟f3、將步驟f2的計算結(jié)果按比例縮放得到可實際釋放的電量步驟f4、將步驟f2的結(jié)果帶入到步驟f1中的函數(shù)，得到對應(yīng)的循環(huán)放電次數(shù)n；步驟f5、標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)工況下的最大循環(huán)次數(shù)nend，與步驟f4中的放電次數(shù)n做差,得到可用標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)n可用＝nend-n，可以得到電池的剩余壽命占總壽命的百分比，用剩余壽命百分比來評估電池的健康狀況溫度對電池剩余電量的估計的影響：步驟g1、溫度和最終的放電電量之間存在著對應(yīng)關(guān)系，將溫度和最終放電電量進行擬合，得到函數(shù)關(guān)系:Q可用＝f(T)。步驟g2、對當(dāng)前溫度下的剩余電量進行估算：考慮溫度條件下的電池的健康狀況評估：步驟h1、對電池的放電電流、電壓和時間進行采樣，得到采樣期本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
對鉛酸蓄電池進行恒流放電，步驟a1，準(zhǔn)備健康狀態(tài)良好的電池組，將電池充滿電，步驟a2，設(shè)定好若干組放電倍率，I1、I2、......In，步驟a3，按照步驟b設(shè)定好的放電倍率I1開始放電，從放電起始時刻開始采集電源的外部電壓vn和對應(yīng)時刻tn，到達(dá)放電終止電壓后停止放電，步驟a4，將電池充滿電后根據(jù)步驟b設(shè)定的放電倍率，選取未進行實驗的放電倍率，從起始時刻開始采集電源的外部電壓vn和對應(yīng)時刻tn，到達(dá)放電終止電壓后停止放電，步驟a5，重復(fù)步驟d直至完成所有的放電倍率。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種鉛酸蓄電池剩余電量的估計方法，其特征在于，所述方法包括：a、對鉛酸蓄電池進行恒流放電：步驟a1、準(zhǔn)備健康狀態(tài)良好的電池組，將電池充滿電；步驟a2、設(shè)定好若干組放電倍率，I1、I2、......In；步驟a3、按照步驟a2設(shè)定好的放電倍率I1開始放電，從放電起始時刻開始采集電源的外部電壓vn和對應(yīng)時刻tn，到達(dá)放電終止電壓后停止放電；步驟a4、將電池充滿電后根據(jù)步驟a2設(shè)定的放電倍率，選取未進行實驗的放電倍率，從起始時刻開始采集電源的外部電壓vn和對應(yīng)時刻tn，到達(dá)放電終止電壓后停止放電；步驟a5、重復(fù)步驟a4直至完成所有的放電倍率；b、對恒流放電的實驗數(shù)據(jù)進行運算，獲得其靜態(tài)放電的電流電壓與SOC的關(guān)系：步驟b1、通過積分的方法分別獲得鉛酸蓄電池不同放電倍率情況下的放電電量步驟b2、將實驗數(shù)據(jù)和對應(yīng)步驟b1的放電電量組成數(shù)列(IjvnQn)；步驟b3、取電池容量的5％對應(yīng)的放電量Q5％,分別找到不同放電倍率下的電流與電壓對應(yīng)值，將其擬合成曲線，在曲線上離散取點，組成數(shù)列(invnQ5％)；步驟b4、取終止電壓Vend對應(yīng)的放電電流和放電電量的值，將其擬合成曲線，在曲線上離散取點，組成數(shù)列(inVendQn)；步驟b5、將步驟b2、步驟b3和步驟b4中獲得的數(shù)列重新組合成一個總的數(shù)列(invnQn)；步驟b6、將步驟b5中的數(shù)列通過擬合的方法進行擬合，將放電電量看做是函數(shù)值，將放電電流和和放電電壓看做是兩個變量，得到擬合函數(shù)結(jié)果Q＝f(i,v)；c、對鉛酸蓄電池進行升電流放電：步驟c1、設(shè)定好放電倍率差I(lǐng)d1、Id2、......Idn；步驟c2、進行升電電流放電數(shù)據(jù)采集，設(shè)定某一初始放電倍率為Id0，先按照Id0恒流放電；步驟c3、待電壓變化平穩(wěn)后進行升電放電，將電流升至Id0+Id1，此時開始采集電壓和時間的數(shù)據(jù)，將其對應(yīng)成數(shù)組(vd-n、td-n)，取起始時刻的幾個數(shù)據(jù)組獲得起始時刻的電壓變化速率公式如下：為方便表示，用v’d1表示電壓變化率；步驟c4、將電壓變化率v’d1和電流的升高值Id1組合成向量(v’d1，Id1)；步驟c5、重復(fù)步驟c3，按照上述步驟形式依次完成Id0變化到Id0+Id2、……、Id0+Idn的電壓數(shù)據(jù)和時間數(shù)據(jù)采集，計算獲得其對應(yīng)電壓變化率v’d2、v’d3、……、v’dn，將電壓變化率v’d2、v’d3、……、v’dn與對應(yīng)的放電倍率差I(lǐng)d2、Id3、......、Idn組合成向量(v’d2，Id2)、(v’d3，Id3)、……、(v’dn，Idn)；步驟c6、將電壓變化率和電流的升高值進行擬合得到其對應(yīng)關(guān)系函數(shù)：vd’＝f(id)；步驟c7、將id＝0代入上述公式中，獲得v’d-end；步驟c8、取電流差值最大的一組實驗數(shù)據(jù)，將其進行轉(zhuǎn)換成數(shù)組(vd-i-vd-0，v’d-i)，簡單表示成(Δvd-i,v’d-i)，Δvd與v’d-i進行擬合，得到對應(yīng)關(guān)系Δvd＝f升(vd’)；步驟c9、將v’d-end代入公式Δvd＝f升(vd’)，得到Δvd-end；步驟c10、計算對應(yīng)未來穩(wěn)定時刻的電壓變化值為Δvd-forecast＝Δvd-end-f升(vd’)；步驟c11、計算對應(yīng)靜態(tài)穩(wěn)定電壓值為：vd-state＝vd-0+Δvd-forecast；d、進行降電流放電數(shù)據(jù)采集：步驟d1、設(shè)定某一初始放電倍率為Is0，先按照Is0恒流放電；步驟d2、待電壓變化平穩(wěn)后進行降電放電，將電流降至Is0-Is1，此時開始采集電壓和時間的數(shù)據(jù)，將其對應(yīng)成數(shù)組(vs-n、ts-n)，取起始時刻的幾個數(shù)據(jù)組獲得起始時刻的電壓變化速率公式如下：為方便...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：贠海濤，董心，趙玉蘭，劉尊年，王成振，蘇俊龍，徐煜超，王新剛，
申請(專利權(quán))人：青島理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：山東;37