铅酸蓄电池荷电状态估算方法和锂电池荷电能力分析

来源：存能电气  日期：2019-06-12 10:39  浏览量：次

　　铅酸蓄电池荷电状态估算方法和锂电池荷电能力分析。荷电保持能力强，允许工作温度范围宽。在(20±5)度下，以开路形式贮存30天后，电池的常温放电容量大于额定容量的85%。锂电池具有优良的高低温放电性能，可以在-20~+55度工作，高温放电性能优于其他各类电池。

　　电池荷电状态，也叫剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余可放电电量与其完全充电状态的电量的比值，常用百分数表示。其一般用一个字节也就是两位的十六进制表示，含义是剩余电量为0%~100%，当SOC=0时表示电池放电完全，当SOC=100%时表示电池完全充满。

　　铅酸蓄电池荷电状态估算方法

　　荷电状态估算是铅酸蓄电池进行充放电控制以及均衡管理的重要依据，铅酸蓄电池作为重要的储能元件，其性能优劣直接影响着光伏发电系统的稳定运行。为了延长蓄电池的使用寿命，保证光伏储能系统的安全可靠经济运行，必须对蓄电池的荷电状态SOC进行准确估算。

　　目前国内外对铅酸蓄电池SOC的检测方法大致分为两大类：

　　第一类是从研究铅酸蓄电池的内部作用机理出发，通过检测电解液密度来估算蓄电池的SOC。同时通过外部表征量以及使用经验还可以得到电池的一些内部信息，如极板的硫酸化、极板的脱落、电解液液面降低等等。另一类是从研究蓄电池的外部特性角度出发，对其端电压、电流、内阻等电池的表征量进行分析，采用一定的检测装置和算法得到蓄电池的SOC。这类是目前研究最多、应用最广泛的方法，主要有安时法、开路电压法、内阻法、卡尔曼滤波算法、神经网络以及模糊算法等等。

　　(1)安时法

　　该方法通过检测初始时刻至时刻的电流，采用积分算法得到充入电量和放出电量，与额定容量Cn相比后，再与初始SOC0时刻相减，即可得到t时刻的SOC值。

　　安时法因其检测方法简单，易于实现等优点在SOC检测中被广泛应用。但安时法也存在两个主要缺陷：a)需要较为准确的SOC初始值;b)安时法是开环的电流积分，且电池在工作时受充放电倍率、温度、老化等因素影响。如不考虑这些因素，随着时间的增加，安时法累积误差将越来越大，最终得不到准确的SOC值。

　　(2)开路电压法

　　开路电压法是利用电池的开路电压与SOC有相对固定的函数关系，通过测量铅酸蓄电池的开路电池来估算SOC。开路电压法比较简单，但由于极化作用，电池需要几个小时甚至十几个小时的静置时间来达到稳定的开路电压，这给测量造成困难。

　　(3)内阻法

　　铅酸蓄电池内阻有交流内阻和直流内阻之分。对于铅酸蓄电池，其内部阻抗与蓄电池的容量及完好性有着密切的关系，因此有人提出可以利用测量阻抗来评估和预测蓄电池的性能。事实上，在线准确测量电池的内阻是比较困难的。

　　(4)神经网络法与模糊理论法

　　对于蓄电池而言，其内部参数之间关系是高度非线性的，有的参数甚至是未知的，这使得想要通过建立一个简单而有效的数学方法来估算蓄电池的状态很难。神经网络以及模糊理论都是处理非线性系统的有力工具，近年来，采用神经网络和模糊理论来估算蓄电池SOC的研究不断涌现。

　　(5)卡尔曼滤波法

　　卡尔曼滤波法估算SOC是通过一系列数学递归公式来实现SOC的最小方差估计。卡尔曼滤波算法在估算SOC过程中不仅能保持较好的精度，并且对初始值的误差有很强的修正作用，适用于各种类型的电池。卡尔曼滤波算法估算SOC时有着不同的应用方式，一般情况下选取安时法计算SOC的变形公式作为状态方程，也有直接利用蓄电池数学模型或经验公式直接获得状态方程。

　　锂电池荷电能力分析

　　①贮存后荷电恢复能力检测主要检验锂电池在贮存规定的时间后，容量恢复情况。具体步骤如下：

　　②锂电池在（20±5）℃的环境温度下以0.2C电流恒流放电至规定的放电终止电压；

　　③锂电池应在（40±2）℃的环境温度下开路存放90d；

　　④锂电池应在（20±5）℃的环境温度下按照步骤①方法充电；

　　⑤锂电池应在（20±5）℃的环境温度下以0.2C电流恒流放电至规定的放电终止电压；

　　⑥计算电池在步骤⑤中放出的容量（Ah）。

　　蓄电池在规定条件下的开路状态下保持容量的能力。电池自放电愈快，荷电保持能力愈差。如室温下氢/镍蓄电池一个月的自放电容示损失为2n,，则荷电保持能力为80%。荷电保持能力和荷电恢复能力检测主要是检验锂离子电池贮存一段时间后的容量保持情况,并在荷电保持试验后就对电池再充电,检验其容量恢复情况。