一种光电互补供电系统蓄电池剩余电量的准确估算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及蓄电池充放电控制与管理技术领域，尤其是一种光电互补供电系统蓄 电池剩余电量的准确估算方法。
【背景技术】
[0002] 蓄电池作为一种储能设备，具有电压稳定、供电可靠等特点，已被广泛应用于光伏 系统、不间断电源和电动汽车等领域。在光伏与市电互补的供电系统中，蓄电池为系统实现 电能储存、能量合理调配等发挥着不可或缺的作用。
[0003] 蓄电池一般串联成蓄电池组以满足高电压大容量的使用要求。由于单体电池性能 的差异，以及受环境温度变化、过充放电等因素的影响等，电池组性能取决于性能最差的单 体电池，如果没有采取合理有效的监测管理措施，会加速电池组性能的衰退，导致电池组提 前报废。电池监测管理系统包括充放电控制、参数测量、剩余电量估计、寿命估计、故障诊断 等。其中，剩余电量估计是电池管理系统的关键技术，是蓄电池电量的准确反映，也是电池 充放电控制和均衡控制的主要依据。
[0004] 虽然，近年来人们对电池容量估算方法进行了大量研宄，并取得了不少成果，然而 在应用方面并没有获得很好的效果。在工程应用中广泛使用安时积分和开路电压组合方法 估算容量，该方法虽然能够减少误差，却并没有解决误差的根源；而神经网络、卡尔曼滤波、 模糊控制等运算结果受电池模型和训练数据影响较大，而且算法复杂。由于电池充放电电 流、端电压、温度、自放电、老化程度等因素都影响电池容量，所以，应充分考虑这些因素的 影响，并结合工程应用特点寻求发现具有真正应用价值的在线剩余电量准确估计方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种通过对蓄电池的充放电电流、端电压、内阻、温度进行 实时在线检测，对光电互补供电系统的工作状态进行控制，实时准确地在线估算出蓄电池 剩余电量的光电互补供电系统蓄电池剩余电量的准确估算方法。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种光电互补供电系统蓄电池剩 余电量的准确估算方法，该方法包括下列顺序的步骤： (1) 系统初始化后，控制器检测光伏电压是否正常，即光伏系统是否能正常发电； (2) 若步骤一的判断结果为是，则控制市电供电继电器 A、蓄电池供电继电器A断开，由光伏对负载供电，打开MOS管β，控制MOS管S1进行最大 功率跟踪控制；接着，判断是否同时满足光伏功率够用且蓄电池的电量已经小于等于下限， 即ρ S ，若满足，则打开MOS管a，控制MOS管β2给蓄电池充电，并设置正在充电标志； 否则，关断MOS管β2，清除设置正在充电标志，检测并计算蓄电池电压回升速率，修正、 G，检测并计算蓄电池内阻，修正4*、4 ; (3) 若步骤一的判断结果为否，蓄电池的电量大于下限，即δ > Clttil，且蓄电池并非处于 充电状态，则闭合蓄电池供电继电器^，关断MOS管β、β2，由蓄电池对负载供电；若蓄电 池正在充电，或蓄电池对负载供电至则闭合市电供电继电器A，由市电对负载供 电，并对蓄电池充电，同时设置正在充电标志； (4) 在蓄电池对负载供电或蓄电池充电的过程中，进行安时积分、测量环境温度，并结 合温度补偿系数知*、用于表示蓄电池健康状况的综合因子对蓄电池的实际电量进行 修正，并对剩余电量进行估算。
[0007] 所述光伏功率够用是指太阳能电池板提供的光伏功率大于等于负载所需功率。
[0008] 蓄电池在线修正的容量估算模型为：
【主权项】
1. 一种光电互补供电系统蓄电池剩余电量的准确估算方法，该方法包括下列顺序的步 骤： (1) 系统初始化后，控制器检测光伏电压是否正常，即光伏系统是否能正常发电； (2) 若步骤一的判断结果为是，则控制市电供电继电器 A、蓄电池供电继电器[2断开，由光伏对负载供电，打开MOS管，控制MOS管G1进行最大 功率跟踪控制；接着，判断是否同时满足光伏功率够用且蓄电池的电量已经小于等于下限， 即β S Qaitt，若满足，则打开MOS管S2，控制MOS管Q2给蓄电池充电，并设置正在充电标志； 否则，关断MOS管β2，清除设置正在充电标志，检测并计算蓄电池电压回升速率，修正^、 G，检测并计算蓄电池内阻，修正iL、4 ; (3) 若步骤一的判断结果为否，蓄电池的电量大于下限，即β > ，且蓄电池并非处于 充电状态，则闭合蓄电池供电继电器&，关断Mos管G1、a，由蓄电池对负载供电；若蓄电 池正在充电，或蓄电池对负载供电至β S ，则闭合市电供电继电器I1，由市电对负载供 电，并对蓄电池充电，同时设置正在充电标志； (4) 在蓄电池对负载供电或蓄电池充电的过程中，进行安时积分、测量环境温度，并结 合温度补偿系数知《、用于表示蓄电池健康状况的综合因子对蓄电池的实际电量进行 修正，并对剩余电量进行估算。
2. 根据权利要求1所述的光电互补供电系统蓄电池剩余电量的准确估算方法，其特征 在于：所述光伏功率够用是指太阳能电池板提供的光伏功率大于等于负载所需功率。
3. 根据权利要求1所述的光电互补供电系统蓄电池剩余电量的准确估算方法，其特征 在于：蓄电池在线修正的容量估算模型为：
式中：4为比例系数，其值在0.8至1.0之间，根据电池的具体情况通过实验确定；g 为蓄电池在4时刻的电量；为蓄电池的标称电量；Δβ为蓄电池初始荷电量校正值，即实 际电量与标称电量βΦ之差;为安时积分项，安时积分项中的为蓄电池充、放电 电流，通过在线检测获取，充电时取正、放电时取负?为温度补偿系数；为用于表示 蓄电池健康状况的综合因子。
4. 根据权利要求3所述的光电互补供电系统蓄电池剩余电量的准确估算方法，其特征 在于：所述温度补偿系数的计算公式如下： ^ = 1 + Γ0--25) 其中，尤的取值范围在0. 05~0. 08之间；Γ为实际环境温度； 用于表示蓄电池健康状况的综合因子％?的计算公式如下： 其中，
式中，W为用于表示蓄电池内阻变化的健康因子；久为用于表示蓄电池电压回升率变 化的健康因子；八、分别为第I和第1+1两个相邻检测周期蓄电池的平均内阻，单位 为毫欧；心为全部奇数次检测周期内平均内阻的乘积，矣为全部偶数次检测周期内平均 内阻的乘积；4、I 1分别为第.％和第A+1两个相邻检测周期蓄电池电压平均回升速率，单 位为伏/秒；^为全部奇数次检测周期内蓄电池电压平均回升速率的乘积、r s为全部 偶数次检测周期内蓄电池电压平均回升速率的乘积。
5. 根据权利要求4所述的光电互补供电系统蓄电池剩余电量的准确估算方法，其特征 在于：所述&的测量方法如下：每次蓄电池充满电并静置一段时间后，由控制器测量蓄电 池的内阻并存储在存储器中，采用交流法或直流法中的一种进行测量，每次的测量方法必 须相同，每测量AT次进行一次均值滤波处理，得到一个均值&，免=1,2,3,···，JV取一个大 于等于10的固定值。
6. 根据权利要求4所述的光电互补供电系统蓄电池剩余电量的准确估算方法，其 特征在于：所述^的测量方法如下：每次蓄电池放电至某截止开路电压K后，静置并采 样开路电压值，待电压稳定后取开路电压值K和开路电压回升时间I，计算电压回升速率 G =巧-Q /i，并存储在控制器的存储器中，每测量y次进行一次滤波处理，得到一个均 值G，A:= 1,2,3，··.，ΛΓ取一个大于等于1〇的固定值。
【专利摘要】本发明涉及一种光电互补供电系统蓄电池剩余电量的准确估算方法，包括：系统初始化后，控制器检测光伏电压是否正常；根据光伏电压的正常与否，去控制光电互补供电系统的工作状态；在蓄电池对负载供电或蓄电池充电的过程中，进行安时积分、测量环境温度，并结合温度补偿系数 、用于表示蓄电池健康状况的综合因子对蓄电池的实际电量进行修正，并对剩余电量进行估算。本发明通过对蓄电池的充放电电流、端电压、内阻、温度进行实时在线检测，对光电互补供电系统的工作状态进行控制，实时准确地在线估算出蓄电池剩余电量。
【IPC分类】G01R31-36
【公开号】CN104635165
【申请号】CN201510040644
【发明人】鲁照权, 吴巨峰, 鲁博翰, 王渭, 俞越, 陶剑峰
【申请人】合肥工业大学, 合肥翰谱节能控制设备有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月27日