专利名称：变负载情况下电池备电时间的估算方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电池备电时间的估算方法，特别地，涉及在变负载情况下电池备电时间的估算方法以及相应的系统。
背景技术：
备电时间是指电池在一定负载下的持续工作时间。备电时间预测是后备电源系统电池管理的核心功能之一，直接关系到系统的可靠性以及可用性，对于比较重要的电源系统，备电时间的预测尤为重要。传统备电时间预测方法在系统存入放电电流与时间关系表或功率与时间对应关系表，一些先进的方法还会加上一些容量与时间修正系数，对于负载维持不变的状况能够基本预测准确。但在实际应用过程中，由于一些电源设备可能存在二次下电保护功能，或者是客户存在使用过程中加载等情况，也就是说电源设备所面对的不一定是负载一成不变的状况。在这种状况下，传统的备电时间预测方案由于对负载变化前后没有进行分析研究，故而往往对于备电时间的预估会出现较大的偏差，对于系统的可靠性造成一定的影响。具体地说，在后备电源系统中，电池备电时间的预测方法通常是通过预存特定规格的电池恒功率放电数据表，以内插或外插查表计算的方式估算电池剩余的备电时间，但是这种备电时间预测方法有两个不足，一是剩余备电时间的估算与选择的电池有关，电池规格的差异会造成估算的不准，使得方法的通用性不强；二是电池在放电过程中如果用户负载改变，则会导致放电倍率改变，由于放电起始点与数据表有差异，故而易造成估算的剩余备电时间不准确。以下通过两个例子来说明这一问题:例1:放电过程由小负载变大负载:新电池充满电后开始以IC放电80%后，增加负载把电池放电电流提高到5C，请问此时电池以5C放电能够放出多少电量？Q = 1-0.8 = 0.2按照UPS通常的计算逻辑，电池还可以放出约20%电量来，但实际上此时以5C放电，系统会非常快当机，几乎放不出电量。如果用户此时突加这么大负载，系统会立即当机，非常不可靠。例2:放电过程由大负载变小负载:新电池充满电后开始以5C放出98%的电量后，出于保护重要负载目的，将电池放电电流降到1C，请问此时电池以IC放电能够放出多少电量？Q = 1-0.98 = 0.02 如果按常规计算，此时电池几乎没有电量放出，但是实测电池还能放出34%的电量。这种情况下即使采用目前比较智能的UPS估算方式，由于此时电池电压跳变较大，UPS的电池后备时间估算系统也很难一步到位对电池目前状态进行有效定位，估测的时间与实际时间也往往差距很大。
发明内容
鉴于这种状况，发明人通过大量对电池变负载状况模拟实验，并结合一些理论上的分析，找出了系统变载前后电池放电容量变化规律，提出一种全新变负载状况下电池备电时间的估算方法。另外，本发明还提供了一种估算变载后最大放电倍率或放电功率的方法以及应用该方法的装置。根据本发明的一个方面，提供了一种变负载情况下电池备电时间的估算方法，包括下列步骤:(a)电池开始放电前，获取电池当前的荷电百分比W ;(b)在变载前，获取电池相对于额定容量已放出的电量的百分比F，并根据电池的放电电流I获取电池放电系数n,其中电池放电系数指在不同放电电流条件下电池可放出容量占额定容量的比率；
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(C)在变载后，根据电池的放电电流Γ获取电池放电系数η '；(d)计算变载后电池的剩余容量系数Q，根据下列公式计算:
权利要求
1.一种变负载情况下电池备电时间的估算方法，包括下列步骤: (a)电池开始放电前，获取电池当前的荷电百分比W; (b)在变载前，获取电池相对于额定容量已放出的电量的百分比F，并根据电池的放电电流I获取电池放电系数n，其中电池放电系数指在不同放电电流条件下电池可放出容量占额定容量的比率； (C)在变载后，根据电池的放电电流Γ获取电池放电系数； (d)计算变载后电池的剩余容量系数Q，根据下列公式计算:
2.如权利要求1所述的方法，在步骤b中还包括在变载前判断变载条件是否满足的步骤，所述变载条件为变载后的放电倍率不高于电池能够支持的最大放电倍率，其中根据nmax = H-(W-F)X n计算最大放电倍率系数nmax，并由此确定最大放电倍率，从而变载条件满足时，执行变载，以及当变载条件不满足时，不执行变载。
3.如权利要求1所述的方法，在步骤b中还包括在变载前判断变载条件是否满足的步骤，所述变载条件为变载后的放电功率不高于电池能够支持的最大放电功率Wb，其中根据nmax= n-(ff-F) X n计算最大放电倍率系数nmax，并根据Wb = MX nmaxxv计算最大放电功率Wb，其中M为电池额定容量，V为电池当前电压，从而变载条件满足时，执行变载，以及当变载条件不满足时，不执行变载。
4.如权利要求1所述的方法，还包括判断是否变负载的步骤，其中当负载波动大于等于预设的阈值时，执行步骤c、d、e，以及当负载波动小于预设的阈值时，根据预设的放电电流与时间关系表或功率与时间对应关系表直接估算电池备电时间。
5.如权利要求1所述的方法，当电池在恒功率放电模式下工作时，在负载变化一定时间后，获取电池放电系数Π'。
6.如权利要求5所述的方法，所述时间根据电池规格型号和放电功率大小选择，使得电池在相同放电时间和截止电压条件下，恒功率放电模式取值电流和恒流模式电流相差很小，而且保证能及时计算出变载后电池的备电时间。
7.如权利要求1所述的方法，其中Ta通过预设的放电电流与时间关系表或功率与时间对应关系表计算，或通过下列经验公式计算: Ta = MX n *60/1，单位为分钟，其中M为电池额定容量，单位AH、I为放电电流，单位A、n为电池放电系数。
8.—种变负载情况下电池备电时间的估算装置，包括: 用于电池开始放电前获取电池当前的荷电百分比W的装置； 用于在变载前获取电池相对于额定容量已放出的电量的百分比F的装置，以及用于根据电池的放电电流I获取电池放电系数n的装置，其中电池放电系数指在不同放电电流条件下电池可放出容量占额定容量的比率；用于在变载后根据电池的放电电流Γ获取电池放电系数η'的装置； 用于计算变载后电池的剩余容量系数Q的装置，所述装置根据下列公式计算:
9.如权利要求8所述的装置，还包括用于在变载前判断变载条件是否满足的装置，所述变载条件为变载后的放电倍率不高于电池能够支持的最大放电倍率，其中根据Jlmax =I1-(W-F)X n计算最大放电倍率系数nmax，并由此确定最大放电倍率，从而变载条件满足时，执行变载，以及当变载条件不满足时，不执行变载。
10.如权利要求8所述的装置，还包括用于在变载前判断变载条件是否满足的装置，所述变载条件为变载后的放电功率不高于电池能够支持的最大放电功率Wb，其中根据Ilmax=n-(ff-F) X n计算最大放电倍率系数nmax，并根据Wb = MX nmaxxv计算最大放电功率Wb，其中M为电池额定容量，V为电池当前电压，从而变载条件满足时，执行变载，以及当变载条件不满足时，不执行变载。
11.一种电源系统，其含有如权利要求8-10之一所述的电池备电时间的估算装置。
全文摘要
本发明涉及一种变负载情况下电池备电时间的估算方法，以及相应的估算装置和具有这种估算装置的电源系统。该方法考虑了变负载的影响，备电时间的估算更加准确；变载前可以计算所能支持的最大放电倍率及功率，防止当机；由于采用放电倍率的估算方式具有一定的通用性，所以往往不需要考虑具体规格的电池即可进行较准确的预估。
文档编号G01R31/36GK103185863SQ20111046079
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者杨洪迁, 罗红军 申请人:伊顿制造(格拉斯哥)有限合伙莫尔日分支机构