鉛酸蓄電池荷電狀態(tài)估算方法和鋰電池荷電能力分析

來源：存能電氣  日期：2019-06-12 10:39  瀏覽量：次

　　鉛酸蓄電池荷電狀態(tài)估算方法和鋰電池荷電能力分析。荷電保持能力強(qiáng)，允許工作溫度范圍寬。在(20±5)度下，以開路形式貯存30天后，電池的常溫放電容量大于額定容量的85%。鋰電池具有優(yōu)良的高低溫放電性能，可以在-20~+55度工作，高溫放電性能優(yōu)于其他各類電池。

　　電池荷電狀態(tài)，也叫剩余電量，代表的是電池使用一段時(shí)間或長(zhǎng)期擱置不用后的剩余可放電電量與其完全充電狀態(tài)的電量的比值，常用百分?jǐn)?shù)表示。其一般用一個(gè)字節(jié)也就是兩位的十六進(jìn)制表示，含義是剩余電量為0%~100%，當(dāng)SOC=0時(shí)表示電池放電完全，當(dāng)SOC=100%時(shí)表示電池完全充滿。

　　鉛酸蓄電池荷電狀態(tài)估算方法

　　荷電狀態(tài)估算是鉛酸蓄電池進(jìn)行充放電控制以及均衡管理的重要依據(jù)，鉛酸蓄電池作為重要的儲(chǔ)能元件，其性能優(yōu)劣直接影響著光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為了延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，保證光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須對(duì)蓄電池的荷電狀態(tài)SOC進(jìn)行準(zhǔn)確估算。

　　目前國內(nèi)外對(duì)鉛酸蓄電池SOC的檢測(cè)方法大致分為兩大類：

　　第一類是從研究鉛酸蓄電池的內(nèi)部作用機(jī)理出發(fā)，通過檢測(cè)電解液密度來估算蓄電池的SOC。同時(shí)通過外部表征量以及使用經(jīng)驗(yàn)還可以得到電池的一些內(nèi)部信息，如極板的硫酸化、極板的脫落、電解液液面降低等等。另一類是從研究蓄電池的外部特性角度出發(fā)，對(duì)其端電壓、電流、內(nèi)阻等電池的表征量進(jìn)行分析，采用一定的檢測(cè)裝置和算法得到蓄電池的SOC。這類是目前研究最多、應(yīng)用最廣泛的方法，主要有安時(shí)法、開路電壓法、內(nèi)阻法、卡爾曼濾波算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及模糊算法等等。

　　(1)安時(shí)法

　　該方法通過檢測(cè)初始時(shí)刻至?xí)r刻的電流，采用積分算法得到充入電量和放出電量，與額定容量Cn相比后，再與初始SOC0時(shí)刻相減，即可得到t時(shí)刻的SOC值。

　　安時(shí)法因其檢測(cè)方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)在SOC檢測(cè)中被廣泛應(yīng)用。但安時(shí)法也存在兩個(gè)主要缺陷：a)需要較為準(zhǔn)確的SOC初始值;b)安時(shí)法是開環(huán)的電流積分，且電池在工作時(shí)受充放電倍率、溫度、老化等因素影響。如不考慮這些因素，隨著時(shí)間的增加，安時(shí)法累積誤差將越來越大，最終得不到準(zhǔn)確的SOC值。

　　(2)開路電壓法

　　開路電壓法是利用電池的開路電壓與SOC有相對(duì)固定的函數(shù)關(guān)系，通過測(cè)量鉛酸蓄電池的開路電池來估算SOC。開路電壓法比較簡(jiǎn)單，但由于極化作用，電池需要幾個(gè)小時(shí)甚至十幾個(gè)小時(shí)的靜置時(shí)間來達(dá)到穩(wěn)定的開路電壓，這給測(cè)量造成困難。

　　(3)內(nèi)阻法

　　鉛酸蓄電池內(nèi)阻有交流內(nèi)阻和直流內(nèi)阻之分。對(duì)于鉛酸蓄電池，其內(nèi)部阻抗與蓄電池的容量及完好性有著密切的關(guān)系，因此有人提出可以利用測(cè)量阻抗來評(píng)估和預(yù)測(cè)蓄電池的性能。事實(shí)上，在線準(zhǔn)確測(cè)量電池的內(nèi)阻是比較困難的。

　　(4)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法與模糊理論法

　　對(duì)于蓄電池而言，其內(nèi)部參數(shù)之間關(guān)系是高度非線性的，有的參數(shù)甚至是未知的，這使得想要通過建立一個(gè)簡(jiǎn)單而有效的數(shù)學(xué)方法來估算蓄電池的狀態(tài)很難。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及模糊理論都是處理非線性系統(tǒng)的有力工具，近年來，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊理論來估算蓄電池SOC的研究不斷涌現(xiàn)。

　　(5)卡爾曼濾波法

　　卡爾曼濾波法估算SOC是通過一系列數(shù)學(xué)遞歸公式來實(shí)現(xiàn)SOC的最小方差估計(jì)。卡爾曼濾波算法在估算SOC過程中不僅能保持較好的精度，并且對(duì)初始值的誤差有很強(qiáng)的修正作用，適用于各種類型的電池。卡爾曼濾波算法估算SOC時(shí)有著不同的應(yīng)用方式，一般情況下選取安時(shí)法計(jì)算SOC的變形公式作為狀態(tài)方程，也有直接利用蓄電池?cái)?shù)學(xué)模型或經(jīng)驗(yàn)公式直接獲得狀態(tài)方程。

　　鋰電池荷電能力分析

　　①貯存后荷電恢復(fù)能力檢測(cè)主要檢驗(yàn)鋰電池在貯存規(guī)定的時(shí)間后，容量恢復(fù)情況。具體步驟如下：

　　②鋰電池在（20±5）℃的環(huán)境溫度下以0.2C電流恒流放電至規(guī)定的放電終止電壓；

　　③鋰電池應(yīng)在（40±2）℃的環(huán)境溫度下開路存放90d；

　　④鋰電池應(yīng)在（20±5）℃的環(huán)境溫度下按照步驟①方法充電；

　　⑤鋰電池應(yīng)在（20±5）℃的環(huán)境溫度下以0.2C電流恒流放電至規(guī)定的放電終止電壓；

　　⑥計(jì)算電池在步驟⑤中放出的容量（Ah）。

　　蓄電池在規(guī)定條件下的開路狀態(tài)下保持容量的能力。電池自放電愈快，荷電保持能力愈差。如室溫下氫/鎳蓄電池一個(gè)月的自放電容示損失為2n,，則荷電保持能力為80%。荷電保持能力和荷電恢復(fù)能力檢測(cè)主要是檢驗(yàn)鋰離子電池貯存一段時(shí)間后的容量保持情況,并在荷電保持試驗(yàn)后就對(duì)電池再充電,檢驗(yàn)其容量恢復(fù)情況。