专利名称：一种蓄电池荷电状态的估算方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及蓄电池参数估算相关技术领域，特别是涉及一种蓄电池荷电状态的估算方法和系统。
背景技术：
在太阳能光伏发电系统和光伏/风力混合发电系统中，蓄电池组作为能量源，起着储存和调节电能的作用。通常，系统中的蓄电池组由多个蓄电池串并联而成，且经常处于循环使用状态。运行时，由于电池的个体差异，蓄电池组中会不可避免存在落后电池过度放电且又充电不足的现象。如此反复，落后电池将会提前失效，从而严重影响蓄电池的使用寿命O按照相关规范要求，每组电池的单体端电压不允许超出电池平均单体电压的±50mV。超出此范围的电池可能由于没有正常充电或电池故障。根据电池端电压的一致性，初步查找出电池组中的故障电池。在此基础上，对蓄电池剩余容量或荷电状态(State ofCharge, S0C)进行实时准确地在线检测，避免蓄电池过充电和过放电，对保证系统稳定和延长蓄电池的使用寿命具有十分重要的意义。铅酸蓄电池的技术比较成熟，相关理论与经验比较丰富，是目前应用最多的蓄电池，广泛应用于太阳能发电、电动车等领域。铅酸蓄电池的充放电是一个复杂的电化学过程，其实际容量也受很多因素影响，因此精确测算蓄电池SOC难度比较大。目前通常的做法是根据电池的外特性参数对蓄电池SOC进行预测。常用的方法主要有内阻法、安时计量法、神经网络法和卡尔曼滤 波法，其具体特点如下:内阻法，主要适用于蓄电池SOC低于40%时的情况，因为当其SOC在40%以上时，其内阻基本没变化，只有SOC低于40%时，蓄电池的内阻才会很快升高。安时计量法，在应用中需要标定SOC的初始值和精确的充放电效率，以及准确地测量电流。电流测量不准，长期会存在电流积分的累积误差，同时充放电电流波动对电池剩余容量也有影响，都会导致SOC估算不准确。神经网络法，能够较好地反映蓄电池容量的非线性特性。但该方法的误差受训练数据和训练方法影响很大，满足精度要求通常需要占用较大的计算机资源。卡尔曼滤波法，在估算中能保持较好的精度。但该方法的估计精度严重依赖于蓄电池等效电路模型的准确性，并且运算数据量较大。由此可见，上述几种方法并不能够在满足准确估算蓄电池SOC值的同时，提高算法的灵活性和降低运算量。

发明内容
基于此，有必要针对现有技术并不能够在满足准确估算蓄电池SOC值的同时，提高算法的灵活性和降低运算量的技术问题，提供一种蓄电池荷电状态的估算方法和系统。一种蓄电池荷电状态的估算方法，包括:
获取多个蓄电池在线状态特征量数据，所述蓄电池在线状态特征量数据包括所述蓄电池的多个端电压离散点数据值、放电电流离散点数据值和放电容量离散点数据值；根据所述多个端电压离散点数据值、放电电流离散点数据值和放电容量离散点数据值，采用牛顿插值法得到多个以端电压为自变量的放电容量的第一函数，以及多个以放电电流为自变量的放电容量的第二函数；测量得到所述蓄电池的端电压作为测量端电压，测量得到所述蓄电池的放电电流作为测量放电电流；根据至少一个第一函数和至少一个第二函数获得在测量端电压和测量放电电流状态下的测量放电容量估算值；根据所述测量放电容量估算值得到对应的荷电状态的估算值。进一步的， 所述获取多个蓄电池在线状态特征量数据的步骤，具体包括:根据所述蓄电池的电池类型确定的充电要求充入所述蓄电池额定容量的电量；将所述蓄电池以至少三种的放电倍率恒流放电，在每种放电倍率下，分阶段使所述蓄电池放电至多个的荷电状态；测量并保存所述蓄电池在每个荷电状态下的至少三个放电电流离散点数据值和至少三个端电压离散点数据值，以及在所述放电电流离散点数据值和端电压离散点数据值组合状态下所对应的放电容量离散点数据值。再进一步的，所述根据所述多个端电压、放电电流和放电容量，采用牛顿插值法得到多个以端电压为自变量的放电容量的第一函数，以及多个以放电电流为自变量的放电容量的第二函数的步骤，具体包括:采用牛顿插值法得到多个以端电压为自变量的放电容量的第一函数，具体包括:对所有R个放电电流离散点数据值Ii(i=l，2，…，R)，计算以端电压U为自变量的放电容量Q的R个第一函数Q1=A (Ii, U):
Γ mm = Z1(U1) + UU1,U2I(U-U1)+Μ^υ,,υ^υ - UiW - U2)+...
,
+MJ1M1^UXU-ιι,ι.φ-ut_d+fill ,U1,...XJt]{u-UXiU-U,)
其中，t为插值节点个数，t彡3;%(j=l，2，一，t)为t个所述端电压离散点数据值；fi [U1, U2, , Uj]为在U1, U2,, Uj上的j-Ι阶均差；f\ (Uj)为在放电电流离散点数据值Ii和端电压离散点数据值Uj组合状态下所对应的放电容量离散点数据值Qij ；采用牛顿插值法得到多个以放电电流为自变量的放电容量的第二函数，具体包括:对所有T个端电压离散点数据值％(」=1，2，…，乃，计算以放电电流I为自变量的放电容量Q的T个第二函数Q2=f2 (Uj, I):
j) =/:(/,) + /,[/,./,1(/-/,)+/:11,/2,/,1(/-λκ/-/2)+...
， 其
+./;[/,，/2— /J...(7-/,.丨)+ '/2[/”/2(/--/r)
中，r为插值节点个数，r彡3 ;Ii(i=l，2，…，r)为r个所述放电电流离散点数据值；^[I1, I2, , Ii]为&在I1, 12，...，Ii上的i_l阶均差为在放电电流离散点数据值Ii和端电压离散点数据值Uj组合状态下所对应的放电容量离散点数据值Qijt5更进一步的，所述根据至少一个第一函数和至少一个第二函数获得在测量端电压和测量放电电流状态下的测量放电容量估算值的步骤，具体包括:如果所述测量端电压Um等于其中一个端电压离散点数据值U」(j=l，2，…，T)，则将测量放电电流In代入相应的第二函数Q2=f2 (Uj, I)，得到蓄电池在端电压UM、放电电流In状态下的测量放电容量估算值Q=f2(UM，IN)；如果所述测量放电电流In等于其中一个放电电流离散点数据值IiQ=I, 2，…，R)，则将测量端电压Um代入相应的第一函数Qff1 (Ii, U)，得到蓄电池在端电压UM、放电电流In状态下的放电容量估算值Q=f\ (IN, Um);如果所述测量端电压Um不等于任意一个的端电压离散点数据值％且测量放电电流In不等于任意一个的放电电流离散点数据值Ii时，将Um代入R个所述的第一函数Q^f1 (Ii, U)，求得一组R个离散数据，所述离散数据为放电电流离散点数据值I1、测量端电压Um状态下的R个放电容量值估算值。对所述R个离散数据进行牛顿插值，得出U=Um时，一个以放电电流I为自变量的放电容量的第二函数Q2=f2 (UM, I)。将I=In代入所述的第二函数Q2=f2(UM，I)，得到蓄电池在端电压UM、放电电流In状态下的放电容量估算值Q=f2 (UM, In)。进一步的，还包括:采用蓄电池状态检测电路，检测电池的端电压压差，查找出所述蓄电池中的故障电池。一种蓄电池荷电状态的估算系统，包括:
特征量数据获取模块，用于获取多个蓄电池在线状态特征量数据，所述蓄电池在线状态特征量数据包括所述蓄电池的多个端电压离散点数据值、放电电流离散点数据值和放电容量离散点数据值；函数获取模块，用于根据所述多个端电压离散点数据值、放电电流离散点数据值和放电容量离散点数据值，采用牛顿插值法得到多个以端电压为自变量的放电容量的第一函数，以及多个以放电电流为自变量的放电容量的第二函数；测量端电压和测量放电电流获取模块，用于测量得到所述蓄电池的端电压作为测量端电压，测量得到所述蓄电池的放电电流作为测量放电电流；测量放电容量估算值获取模块，用于根据至少一个第一函数和至少一个第二函数获得在测量端电压和测量放电电流状态下的测量放电容量估算值；荷电状态估算值获取模块，用于根据所述测量放电容量估算值得到对应的荷电状态的估算值。进一步的，所述特征量数据获取模块，具体用于:根据所述蓄电池的电池类型确定的充电要求充入所述蓄电池额定容量的电量；将所述蓄电池以至少三种的放电倍率恒流放电，在每种放电倍率下，分阶段使所述蓄电池放电至多个的荷电状态；测量并保存所述蓄电池在每个荷电状态下的至少三个放电电流离散点数据值和至少三个端电压离散点数据值，以及在所述放电电流离散点数据值和端电压离散点数据值组合状态下所对应的放电容量离散点数据值。再进一步的，所述函数获取模块，具体用于:采用牛顿插值法得到多个以端电压为自变量的放电容量的第一函数，具体包括:
对所有R个放电电流离散点数据值Ii(i=l，2，…，R)，计算以端电压U为自变量的放电容量Q的R个第一函数Q1=A (Ii, U):
权利要求
1.一种蓄电池荷电状态的估算方法，其特征在于，包括: 获取多个蓄电池在线状态特征量数据，所述蓄电池在线状态特征量数据包括所述蓄电池的多个端电压离散点数据值、放电电流离散点数据值和放电容量离散点数据值； 根据所述多个端电压离散点数据值、放电电流离散点数据值和放电容量离散点数据值，采用牛顿插值法得到多个以端电压为自变量的放电容量的第一函数，以及多个以放电电流为自变量的放电容量的第二函数； 测量得到所述蓄电池的端电压作为测量端电压，测量得到所述蓄电池的放电电流作为测量放电电流； 根据至少一个第一函数和至少一个第二函数获得在测量端电压和测量放电电流状态下的测量放电容量估算值； 根据所述测量放电容量估算值得到对应的荷电状态的估算值。
2.根据权利要求1所述的蓄电池荷电状态的估算方法，其特征在于，所述获取多个蓄电池在线状态特征量数据的步骤，具体包括: 根据所述蓄电池的电池类型确定的充电要求充入所述蓄电池额定容量的电量； 将所述蓄电池以至少三种的放电倍率恒流放电，在每种放电倍率下，分阶段使所述蓄电池放电至多个的荷电状态； 测量并保存所述蓄电池在每个荷电状态下的至少三个放电电流离散点数据值和至少三个端电压离散点数据值，以及在所述放电电流离散点数据值和端电压离散点数据值组合状态下所对应的放电容量离散点数据值。
3.根据权利要求1 所述的蓄电池荷电状态的估算方法，其特征在于，所述根据所述多个端电压、放电电流和放电容量，采用牛顿插值法得到多个以端电压为自变量的放电容量的第一函数，以及多个以放电电流为自变量的放电容量的第二函数的步骤，具体包括: 采用牛顿插值法得到多个以端电压为自变量的放电容量的第一函数，具体包括:对所有R个放电电流离散点数据值Ii(i=l，2，…，R)，计算以端电压U为自变量的放电容量Q的R个第一函数Q1=A (Ii, U): +UUlM2^uxu-Ul^iU-ut_o+/IUXJ1,~υ,)...Ψ-ut)， ，t节点个数，t彡3 ；Uj (j=l, 2，…，t)为t个所述端电压离散点数据值；f工[U1, U2,, Uj]为在Uu U2,, Uj上的j-Ι阶均差；f\ (Uj)为在放电电流离散点数据值Ii和端电压离散点数据值Uj组合状态下所对应的放电容量离散点数据值Qij ； 采用牛顿插值法得到多个以放电电流为自变量的放电容量的第二函数，具体包括:对所有1'个端电压离散点数据值％(」=1，2，…，T)，计算以放电电流I为自变量的放电容量Q的T个第二函数Q2=f2 (Uj, I):其中r为插值Ti点个数，r彡3 ;Ii (i=l, 2，...，!■)为r个所述放电电流离散点数据值JjI1, I2,, Ii]为f2在I1, 12，...，Ii上的i_l阶均差A(Ii)为在放电电流离散点数据值Ii和端电压离散点数据值Uj组合状态下所对应的放电容量离散点数据值Qijt5
4. 根据权利要求3所述的蓄电池荷电状态的估算方法，其特征在于，所述根据至少一个第一函数和至少一个第二函数获得在测量端电压和测量放电电流状态下的测量放电容量估算值的步骤，具体包括: 如果所述测量端电压Um等于其中一个端电压离散点数据值％(j=l，2，…，T)，则将测量放电电流In代入相应的第二函数Q2=f2 (Uj, I)，得到蓄电池在端电压UM、放电电流In状态下的测量放电容量估算值Q=f2(UM，IN)； 如果所述测量放电电流In等于其中一个放电电流离散点数据值IiQ=I, 2，…，R)，则将测量端电压Um代入相应的第一函数Qff1 (Ii, U)，得到蓄电池在端电压UM、放电电流In状态下的放电容量估算值Q=f\ (IN, Um); 如果所述测量端电压Um不等于任意一个的端电压离散点数据值％且测量放电电流In不等于任意一个的放电电流离散点数据值Ii时，将Um代入R个所述的第一函数Q^f1 (Ii, U)，求得一组R个离散数据，所述离散数据为放电电流离散点数据值I1、测量端电压Um状态下的R个放电容量值估算值。
对所述R个离散数据进行牛顿插值，得出U=Um时，一个以放电电流I为自变量的放电容量的第二函数Q2=f2 (UM, I)。
将I=In代入所述的第二函数Q2=f2(UM，I)，得到蓄电池在端电压UM、放电电流In状态下的放电容量估算值Q=f2 (UM, In)。
5.根据权利要求1所述的蓄电池荷电状态的估算方法，其特征在于，还包括:采用蓄电池状态检测电路，检测电池的端电压压差，查找出所述蓄电池中的故障电池。
6.一种蓄电池荷电状态的估算系统，其特征在于，包括: 特征量数据获取模块，用于获取多个蓄电池在线状态特征量数据，所述蓄电池在线状态特征量数据包括所述蓄电池的多个端电压离散点数据值、放电电流离散点数据值和放电容量离散点数据值； 函数获取模块，用于根据所述多个端电压离散点数据值、放电电流离散点数据值和放电容量离散点数据值，采用牛顿插值法得到多个以端电压为自变量的放电容量的第一函数，以及多个以放电电流为自变量的放电容量的第二函数； 测量端电压和测量放电电流获取模块，用于测量得到所述蓄电池的端电压作为测量端电压，测量得到所述蓄电池的放电电流作为测量放电电流； 测量放电容量估算值获取模块，用于根据至少一个第一函数和至少一个第二函数获得在测量端电压和测量放电电流状态下的测量放电容量估算值； 荷电状态估算值获取模块，用于根据所述测量放电容量估算值得到对应的荷电状态的估算值。
7.根据权利要求6所述的蓄电池荷电状态的估算系统，其特征在于，所述特征量数据获取模块，具体用于: 根据所述蓄电池的电池类型确定的充电要求充入所述蓄电池额定容量的电量； 将所述蓄电池以至少三种的放电倍率恒流放电，在每种放电倍率下，分阶段使所述蓄电池放电至多个的荷电状态； 测量并保存所述蓄电池在每个荷电状态下的至少三个放电电流离散点数据值和至少三个端电压离散点数据值，以及在所述放电电流离散点数据值和端电压离散点数据值组合状态下所对应的放电容量离散点数据值。
8.根据权利要求6所述的蓄电池荷电状态的估算系统，其特征在于，所述函数获取模块，具体用于: 采用牛顿插值法得到多个以端电压为自变量的放电容量的第一函数，具体包括:对所有R个放电电流离散点数据值Ii(i=l，2，…，R)，计算以端电压U为自变量的放电容量Q的R个第一函数Q1=A (Ii, U):
9.根据权利要求6所述的蓄电池荷电状态的估算系统，其特征在于，所述测量放电容量估算值获取模块，具体用于: 如果所述测量端电压Um等于其中一个端电压离散点数据值％(j=l，2，…，T)，则将测量放电电流In代入相应的第二函数Q2=f2 (Uj, I)，得到蓄电池在端电压UM、放电电流In状态下的测量放电容量估算值Q=f2(UM，IN)； 如果所述测量放电电流In等于其中一个放电电流离散点数据值IiQ=I, 2，…，R)，则将测量端电压Um代入相应的第一函数Qff1 (Ii, U)，得到蓄电池在端电压UM、放电电流In状态下的放电容量估算值Q=f\ (IN, Um); 如果所述测量端电压Um不等于任意一个的端电压离散点数据值％且测量放电电流In不等于任意一个的放电电流离散点数据值Ii时，将Um代入R个所述的第一函数Q^f1 (Ii, U)，求得一组R个离散数据，所述离散数据为放电电流离散点数据值I1、测量端电压Um状态下的R个放电容量值估算值。
对所述R个离散数据进行牛顿插值，得出U=Um时，一个以放电电流I为自变量的放电容量的第二函数Q2=f2 (UM, I)。
将I=In代入所述的第二函数Q2=f2(UM，I)，得到蓄电池在端电压UM、放电电流In状态下的放电容量估算值Q=f2 (UM, In)。
10.根据权利要求6所述的蓄电池荷电状态的估算系统，其特征在于，还包括:故障电池查找模块，用于采用蓄电池状态检测电路，检测电池的端电压压差，查找出所述蓄电池中的故障电池。
全文摘要
本发明涉及蓄电池参数估算相关技术领域，特别是涉及一种蓄电池荷电状态的估算方法和系统，方法包括获取多个蓄电池在线状态特征量数据；采用牛顿插值法得到多个以端电压为自变量的放电容量的第一函数，以及多个以放电电流为自变量的放电容量的第二函数；根据至少一个第一函数和至少一个第二函数获得在测量端电压和测量放电电流状态下的测量放电容量估算值；根据所述测量放电容量估算值得到对应的荷电状态的估算值。本发明利用牛顿插值法进行蓄电池SOC值估算，能够准确推导出蓄电池的剩余容量变化趋势，从而可以更加直观地分析问题和更为快速地对现象进行预测，能实现在线测量且准确度高。
文档编号G01R31/36GK103217651SQ20131013650
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月18日 优先权日2013年4月18日
发明者崔琼, 舒杰, 吴志锋, 姜桂秀, 黄磊 申请人:中国科学院广州能源研究所