电池剩余放电时间的预测研究

    高艺

    

    

    

    摘 要：建立铅酸电池剩余放电时间分析模型及蓄电池剩余容量的综合分析模型，从研究铅酸电池以恒定电流强度放电入手，建立电压随时间变化关系模型。以该模型为基础，结合电压随放电时间歷史实测数据、放电曲线平均相对误差以及放电过程中所呈现出的规律，采用拟合方法计算电池剩余放电时间，描述出剩余放电时间。利用拟合二阶、三阶、四阶选取误差最小的函数进行计算，使其数值更加准确。该方法适应各部门经济发展的需要和国防建设的需要，并为其提供参考。

    关键词：电池;剩余放电时间;预测;实证分析

    中图分类号：TM912.1? ? ? ? 文献标志码：A? ? ? 文章编号：1673-291X（2019）28-0188-02

    引言

    铅酸电池以恒定电流强度放电的过程中，放电电压随放电时间的增长而单调下降，直至其额定最低保护电压9V。从蓄电池蓄满电开始放电，电压随时间变化的关系即放电曲线。蓄电池在当前负荷下还能供电多长时间即以当前电流强度下由当前状态最高电压放电至9V的剩余放电时间。现实生活中，如果蓄电池经过较长时间闲话置或使用，充满电后的荷电状态，即最高电压将会发生衰减。

    一、电池剩余放电时间预测的基本思想及步骤

    假设不考虑活性物质的影响，假设极板厚度极板中心距相同，假设不受电解液温度影响，假设额定容量一样

    1.电压相同，以不同的电流强度放电，观察放电时间呈现的规律。建立铅酸电池剩余放电时间分析模型及蓄电池剩余容量的综合分析模型。首先需要收集海量蓄电池历史监测数据，并用专用数学软件如Matlab及Excel进行数据挖掘、整理、筛选。通过在线监测设备实时获取蓄电池电压、电阻、电流温度、质量等状态数据，并将这些数据输入模型计算。计算过程中，参考蓄电池其他相关信息来进行修正，以求计算结构不失真;在蓄电池组放电过程中，结合放电电压及蓄电池预计健康状况，进行拟合函数求解，可实时准确预测后备蓄电池在断电情况下的供电能力以及剩余放电时间。

    2.电流强度为55A时的放电曲线分析。建立以20A—100A之间任一恒定电流强度放电时的放电曲线的数学模型，用Excel拟合做出折线图与函数表达式，用MRE评测出模型的精度，再用拟合出的函数表达式对电流强度为55A时的放电曲线进行分析。

    3.预测样本数据在电池衰减不同状态下的剩余放电时间。做出样本电池在状态三的拟合函数图像与表达式，用9.0时的放电剩余时间减去状态三中最后一栏数字的放电时间。

    二、实证分析

    为了方便统计电池放电过程中的时间计算，假设放电过程无需考虑活性物质的影响、并且假设极板厚度中心距统一，不受电解液温度影响。

    1.放电曲线的平均相对误差及放电呈现的规律。通过对数据预处理，分别绘制出铅酸电池以不同电流放电时放电电压与放电时间的散点图，再拟合出相应的多个模型。通过模型分别计算出231个对应的预测放电时间，再通过公式，即MRE=分别计算出相应的平均相对误差并得出下表，从中选取相对误差最小的模型。

    通过对比二阶、三阶与四阶拟合函数所求值的误差值，选取误差较小的函数求得各放点曲线对应的平均相对误差。

    2.电流强度为55A时的放电曲线分析。根据附件一中电压、电流与时间的关系，可得下列模型，即：

    3.预测样本数据在电池衰减不同状态下的剩余放电时间。

    以衰减状态3为例，其他状态类似公式可得，即y=-316.14×x2+5 524x-23 190，将x=9代入得y=918.66，Q=918.66-596.2=322.46，衰减状态三的剩余放电时间为322.46。

    结语

    本文用Excel对数据进行整理筛选，将合理的数据用于计算;利用拟合二阶三阶四阶选取误差最小的函数进行计算，使其数值更加准确。但数据有限，与实际值可能有偏差。该方法可适应于各部门经济发展的需要和国防建设的需要。

    参考文献：

    [1]? 鲍世静.铅酸蓄电池剩余容量预测研究和工程应用[D].西安：西安电子科技大学，2011.

    [2]? 吴敏.铅酸蓄电池业现状与发展趋势[J].电器工业，2007，（3）.

    [责任编辑 陈 鹤]