鉛酸蓄電池荷電狀態(tài)估算方法有哪些？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-09-16 10:52
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荷電狀態(tài)估算是鉛酸蓄電池進(jìn)行充放電控制以及均衡管理的重要依據(jù)，鉛酸蓄電池作為重要的儲能元件，其性能優(yōu)劣直接影響著光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為了延長蓄電池的使用壽命，保證光伏儲能系統(tǒng)的安全可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須對蓄電池的荷電狀態(tài)SOC進(jìn)行準(zhǔn)確估算。
目前國內(nèi)外對鉛酸蓄電池SOC的檢測方法大致分為兩大類：
第一類是從研究鉛酸蓄電池的內(nèi)部作用機(jī)理出發(fā)，通過檢測電解液密度來估算蓄電池的SOC。同時(shí)通過外部表征量以及使用經(jīng)驗(yàn)還可以得到電池的一些內(nèi)部信息，如極板的硫酸化、極板的脫落、電解液液面降低等等。另一類是從研究蓄電池的外部特性角度出發(fā)，對其端電壓、電流、內(nèi)阻等電池的表征量進(jìn)行分析，采用一定的檢測裝置和算法得到蓄電池的SOC。這類是目前研究最多、應(yīng)用最廣泛的方法，主要有安時(shí)法、開路電壓法、內(nèi)阻法、卡爾曼濾波算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及模糊算法等等。
(1)安時(shí)法
該方法通過檢測初始時(shí)刻至?xí)r刻的電流，采用積分算法得到充入電量和放出電量，與額定容量Cn相比后，再與初始SOC0時(shí)刻相減，即可得到t時(shí)刻的SOC值。
安時(shí)法因其檢測方法簡單，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)在SOC檢測中被廣泛應(yīng)用。但安時(shí)法也存在兩個(gè)主要缺陷：a)需要較為準(zhǔn)確的SOC初始值;b)安時(shí)法是開環(huán)的電流積分，且電池在工作時(shí)受充放電倍率、溫度、老化等因素影響。如不考慮這些因素，隨著時(shí)間的增加，安時(shí)法累積誤差將越來越大，最終得不到準(zhǔn)確的SOC值。
(2)開路電壓法
開路電壓法是利用電池的開路電壓與SOC有相對固定的函數(shù)關(guān)系，通過測量鉛酸蓄電池的開路電池來估算SOC。開路電壓法比較簡單，但由于極化作用，電池需要幾個(gè)小時(shí)甚至十幾個(gè)小時(shí)的靜置時(shí)間來達(dá)到穩(wěn)定的開路電壓，這給測量造成困難。
(3)內(nèi)阻法
鉛酸蓄電池內(nèi)阻有交流內(nèi)阻和直流內(nèi)阻之分。對于鉛酸蓄電池，其內(nèi)部阻抗與蓄電池的容量及完好性有著密切的關(guān)系，因此有人提出可以利用測量阻抗來評估和預(yù)測蓄電池的性能。事實(shí)上，在線準(zhǔn)確測量電池的內(nèi)阻是比較困難的。
(4)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法與模糊理論法
對于蓄電池而言，其內(nèi)部參數(shù)之間關(guān)系是高度非線性的，有的參數(shù)甚至是未知的，這使得想要通過建立一個(gè)簡單而有效的數(shù)學(xué)方法來估算蓄電池的狀態(tài)很難。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及模糊理論都是處理非線性系統(tǒng)的有力工具，近年來，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊理論來估算蓄電池SOC的研究不斷涌現(xiàn)。
(5)卡爾曼濾波法
卡爾曼濾波法估算SOC是通過一系列數(shù)學(xué)遞歸公式來實(shí)現(xiàn)SOC的最小方差估計(jì)?？柭鼮V波算法在估算SOC過程中不僅能保持較好的精度，并且對初始值的誤差有很強(qiáng)的修正作用，適用于各種類型的電池?？柭鼮V波算法估算SOC時(shí)有著不同的應(yīng)用方式，一般情況下選取安時(shí)法計(jì)算SOC的變形公式作為狀態(tài)方程，也有直接利用蓄電池?cái)?shù)學(xué)模型或經(jīng)驗(yàn)公式直接獲得狀態(tài)方程。
