一種鉛酸蓄電池組壽命的預(yù)測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鉛酸蓄電池組壽命的預(yù)測方法，定期活化蓄電池組，獲取其活化充電容量，并以此獲取每次定期活化的時間t與對應(yīng)充電容量Sc的變量點(diǎn)（t，Sc）；將每次活化后所得的變量點(diǎn)（t，Sc）歸化到對應(yīng)的正常容量點(diǎn)（ti，Sci），其中i為對應(yīng)定期活化的次數(shù)；調(diào)用最小二乘法，根據(jù)正常容量點(diǎn)（ti，Sci）擬合出一條充電容量Sc與時間t的拋物線函數(shù)Sc= at 2 +bt ＋c，以作為蓄電池組壽命的預(yù)測曲線，其中a、b、c為拋物線的相關(guān)系數(shù)。本發(fā)明提高了預(yù)測的準(zhǔn)確度，且適用于各種蓄電池組，預(yù)測成本較低；本發(fā)明采用單一的參數(shù)進(jìn)行預(yù)測，降低了計(jì)算復(fù)雜度。
【專利說明】一種鉛酸蓄電池組壽命的預(yù)測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及配電網(wǎng)領(lǐng)域，特別是一種鉛酸蓄電池組壽命的預(yù)測方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鉛酸蓄電池作為傳動、保護(hù)、控制和通信的獨(dú)立直流電源，被廣泛應(yīng)用于配電網(wǎng)自 動化系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生交流供電故障或正常市電中斷時發(fā)揮"獨(dú)立電源"的作用，為合閘操作 機(jī)構(gòu)分合閘、配電終端設(shè)備運(yùn)行提供電能。因此，蓄電池穩(wěn)定、可靠、安全運(yùn)行對配電網(wǎng)自動 化具有十分重要的意義。
[0003] 配電網(wǎng)中蓄電池安裝多處于戶外，運(yùn)行環(huán)境惡劣，加上對蓄電池使用不當(dāng)，容易導(dǎo) 致蓄電池內(nèi)部水損失、極板腐蝕，造成蓄電池容量下降，性能降低。隨著蓄電池分布越來越 廣、數(shù)量越來越多，而相對的運(yùn)維人員較少且運(yùn)維方式簡單，致使無法及時檢測蓄電池，很 多情況下都是在發(fā)生事故斷電后才發(fā)現(xiàn)電池容量嚴(yán)重劣化，嚴(yán)重危及人身安全及造成巨大 經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。
[0004] 因此在線預(yù)測鉛酸蓄電池劣化程度變得日趨重要，然而容量檢測由于受到大量因 素(溫度、電壓、充放電電流及次數(shù)、放電深度、內(nèi)阻、溶液的密度、使用時間、自放電等）的影 響，難以準(zhǔn)確進(jìn)行在線預(yù)測，且目前唯一準(zhǔn)確的獲取電池剩余容量方式為離線核對性放電 實(shí)驗(yàn)，其放電試驗(yàn)時間之長，從而給檢測帶來了諸多不便。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)電池失效預(yù)測的方法目前主要集中在三個方向： 1.單一參數(shù)內(nèi)阻分析法： 依據(jù)電池老化后SOH下降，進(jìn)而內(nèi)阻增大，即通過SOH與內(nèi)阻呈高度的非線性來預(yù)測電 池壽命。
[0006] 其中，SOH(StateofHealth)即電池的健康度，由下面公式表示： SOH=當(dāng)前電池最大容量/電池標(biāo)稱容量X100%。
[0007] SOH以百分比反映了電池當(dāng)前的容量能力，對于一塊新的電池，其SOH往往是大于 等于100%，隨著電池的老化，SOH逐漸下降，IEEE標(biāo)準(zhǔn)1188. 1996中規(guī)定當(dāng)電池容量能下 降到80%，即S0H〈80%時，電池就應(yīng)該被更換。
[0008] 2.EIS(電化學(xué)阻抗譜）分析法： 是現(xiàn)階段最復(fù)雜的檢測方法，其思想是對電池注入多個不同頻率的正弦信號，用模糊 邏輯對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以估計(jì)電池的性能。該方法需要事前做大量數(shù)據(jù)采集分析，得 到該類型電池的特征。這種方法對己知型號電池的性能估計(jì)有比較理想的準(zhǔn)確性。
[0009] 3.多輸入?yún)?shù)估計(jì)方法： 即基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的參數(shù)估計(jì)方法，從失效機(jī)理中找出特征量進(jìn)行分析預(yù)估，有通過放 電特征曲線陡降復(fù)升段的各不同電壓特性進(jìn)行預(yù)測分析的，有通過從蓄電池放電過程中 多個影響因素(如溫度、放電電流、內(nèi)阻、上次放點(diǎn)深度、浮充電壓、浮充保持時間及本次放 電深度等）數(shù)據(jù)中挖掘SOH規(guī)律。常用的包含各種優(yōu)化了的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法(模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、 GA-Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))、支持向量機(jī)法等較為先進(jìn)的方法，這些算法具有預(yù)測時間短、準(zhǔn)確度 1?等優(yōu)點(diǎn)。
[0010] 其中，基于單一的內(nèi)阻參數(shù)的壽命預(yù)測缺點(diǎn)在于：內(nèi)阻在電池容量下降259Γ30% 后才會出現(xiàn)明顯變化，而目前失效80%判為失效，所以通過內(nèi)阻測量方式精度方面偏差很 大。
[0011] EIS分析法雖然對己知型號的電池的性能估計(jì)有比較理想的準(zhǔn)確性，但僅適用于 手提設(shè)備，而且造價也昂貴。
[0012] 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的預(yù)測不需要對象系統(tǒng)的機(jī)理知識，以采集的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過各 種數(shù)據(jù)分析學(xué)習(xí)方法挖掘其中的隱含信息進(jìn)行預(yù)測，從而避免了模型獲取的復(fù)雜性，是一 種較為實(shí)用的預(yù)測方法。但是，多輸入?yún)?shù)變量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類需要對特定的電池模型進(jìn)行嚴(yán) 格的系統(tǒng)辨識后才能應(yīng)用于實(shí)際，事先需要大量的樣本數(shù)據(jù)做支撐，而將實(shí)際應(yīng)用中所有 可能的壽命影響因素全部進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試也是不現(xiàn)實(shí)的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種鉛酸蓄電池組壽命的預(yù)測方法，單 參數(shù)在線預(yù)測，及時預(yù)測蓄電池性能趨勢，計(jì)算蓄電池的剩余壽命時間。
[0014] 本發(fā)明解決其問題所采用的技術(shù)方案是： 一種鉛酸蓄電池組壽命的預(yù)測方法，包括： 定期活化蓄電池組，獲取其活化充電容量，并以此獲取每次定期活化的時間t與對應(yīng) 充電容量S。的變量點(diǎn)（t，S。）； 將每次活化后所得的變量點(diǎn)（t，S。）歸化到對應(yīng)的正常容量點(diǎn)（ti，Sei),其中i為對應(yīng) 定期活化的次數(shù)； 調(diào)用最小二乘法，根據(jù)正常容量點(diǎn)（tpScd)擬合出一條充電容量S。與時間t的拋物線 函數(shù)Sc=^i2分i+c，以作為蓄電池組壽命的預(yù)測曲線，其中a、b、c為拋物線的相關(guān)系數(shù)。
[0015] 進(jìn)一步，還包括： 根據(jù)Sc^nvaIidScmax *80%計(jì)算預(yù)計(jì)失效時間 tinvalid，即 4寸Sc^nvaIid代 入拋物線函數(shù)Spi2-+C計(jì)算出失效時間tinvalid，其中，Sanax = ,為最大活化充電容量值，Scdnvalid為蓄電池失效的界限值，將tinvalid減去當(dāng)前蓄電4a 池已使用時間，以計(jì)算蓄電池的剩余壽命。
[0016] 進(jìn)一步，所述定期活化蓄電池組的次數(shù)大于4次。
[0017] 進(jìn)一步，所述將每次活化后所得的變量點(diǎn)（t，S。）歸化到對應(yīng)的正常容量 點(diǎn)（ti，Scd)時，歸化條件為溫度25 °C、放電率0.ICa，且采用如下公式進(jìn)行歸化： Sdl>:〇 =.AtxZf=Q 〖y/(l+MT- 25)),其中，ik為間隔采樣時間，i代表第1，2, 3……次活化， j代表第j次間隔采樣時間，k為溫度對容量的影響系數(shù)，T為溫度，I為電流。
[0018]進(jìn)一步，所述根據(jù)正常容量點(diǎn)（ti，Scd)擬合出一條充電容量S。與時間t的拋物線 函數(shù)Se=ai2分i+c時： 首先構(gòu)造一組在給定點(diǎn)上的正交多項(xiàng)式函數(shù)系{Qj(t) (j=0, 1，2) }，將其作為基函數(shù)進(jìn) 行最小二乘曲線擬合，所得曲線為SfqciQtlUHq1Q1UKq2Q2 (t)，其中系數(shù)qj(j=0, 1，2)為：

【權(quán)利要求】
1. 一種鉛酸蓄電池組壽命的預(yù)測方法，其特征在于，包括： 定期活化蓄電池組，獲取其活化充電容量，并以此獲取每次定期活化的時間t與對應(yīng) 充電容量S。的變量點(diǎn)（t，S。）； 將每次活化后所得的變量點(diǎn)（t，S。）歸化到對應(yīng)的正常容量點(diǎn)（ti，Sei),其中i為對應(yīng) 定期活化的次數(shù)； 調(diào)用最小二乘法，根據(jù)正常容量點(diǎn)（tpScd)擬合出一條充電容量S。與時間t的拋物線 函數(shù)Sc=^i2分i+c，以作為蓄電池組壽命的預(yù)測曲線，其中a、b、c為拋物線的相關(guān)系數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測方法，其特征在于，還包括： 根據(jù)Sc^nvaIidScmax *80%計(jì)算預(yù)計(jì)失效時間 tinvalid，即 4寸Sc^nvaIid代 入拋物線函數(shù)Spi2-+C計(jì)算出失效時間tinvalid，其中，Sanax = ，為最大活化充電容量值，Scdnvalid為蓄電池失效的界限值，將tinvalid減去當(dāng)前蓄電 4α 池已使用時間，以計(jì)算蓄電池的剩余壽命。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測方法，其特征在于，所述定期活化蓄電池組的次數(shù)大于4 次。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測方法，其特征在于，所述將每次活化后所得的變量點(diǎn)（t， S。）歸化到對應(yīng)的正常容量點(diǎn)（tpScd)時，歸化條件為溫度25°C、放電率0.ICa，且采用如 下公式進(jìn)行歸化：Seil>=0 =AtxSfLaΙ^/(1 +Ι?(Τ-25))，其中，Δ?為間隔采樣時間，i代表第 1,2,3……次活化，j代表第j次間隔采樣時間，k為溫度對容量的影響系數(shù)，T為溫度，I為 電流。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測方法，其特征在于，所述根據(jù)正常容量點(diǎn)UpScd)擬合出 一條充電容量S。與時間t的拋物線函數(shù)Sc=^i2分i+c時： 首先構(gòu)造一組在給定點(diǎn)上的正交多項(xiàng)式函數(shù)系{Qj(t) (j=0, 1，2) }，將其作為基函數(shù)進(jìn) 行最小二乘曲線擬合，所得曲線為SfqciQtlUHq1Q1UKq2Q2 (t)，其中系數(shù)qj(j=0, 1，2)為： J^SeiQdi) =ZLeMi=〇> 1,2 ； 構(gòu)造構(gòu)造給定點(diǎn)上的正交多項(xiàng)式Qj (t) (j=0, 1，2)的遞推公式：
依次構(gòu)造Qci (t)、G1(X)和Q2￠)，計(jì)算出中a、b、c的值。
【文檔編號】G01R31/36GK104316879SQ201410538111
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】湯定陽, 王建微, 劉恒 申請人:珠海許繼電氣有限公司, 國家電網(wǎng)公司