[发明专利]城铁车辆蓄电池剩余容量计算方法

摘要

本发明的城铁车辆蓄电池剩余容量计算方法属于城铁车辆车载蓄电池剩余容量计算方法领域，该城铁车辆蓄电池剩余容量计算方法充分地考虑了在实际工况中影响蓄电池荷电状态的多种参量的变化规律，以便将这些参量的变化规律与多个能够影响蓄电池容量求解精度的出厂额定指标综合考虑，并结合从实际工况中所总结的经验规律来尝试建立反应所有变量和系统误差的统一数学模型，该具有误差补偿能力的数学模型能够精确计算蓄电池在多种工况下的容量值，因此能够为列车调试或运营管理提供快捷而可靠的蓄电池容量状态信息，具有广阔的应用前景和推广价值。

主权项

城铁车辆蓄电池剩余容量计算方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一：设定所需的参数变量，其具体包括如下子步骤：步骤1.1：将蓄电池生产厂家提供的不同放电电流与放电时间的关系表1中所给出的测量时间T_测的时间单位由分钟m转换为小时h，然后将表1所示试验参数的电流值I_测与耗费的时间T_测的二者乘积来求得该测试蓄电池的容量电量Q_cal0；并将计算结果与表1合并，重新整合为不同放电电流与时间及相应计算电量的关系表表2；步骤1.2：在获得表2所示的数据后，继续步骤1.3；步骤1.3：分别定义电池温度补偿因子f(Temp)、循环寿命补偿因子f(Time)、动态过程中电池容量的变化量ΔSOC、温度补偿因子随时间的动态变化量校正因子f(Temp(t))、放电倍率补偿因子、电池剩余容量的存储值SOC(t₀)，不同放电电流与时间及相应电量的关系所定义的动态过程中实时电池剩余容量为SOC(t)以及TCMS运行2s之内对电池剩余容量的初始补偿值SOC'(t₀)等初级已知量，其中：所定义的电池温度补偿因子f(Temp)是实时的已知量，其表达式为：f(Temp)＝1+k_T×(T‑T₀)……(2)式(2)中，电池初始温度T是由温度传感器实时检测而获得的已知量，单位为摄氏度；k_T是温度系数，其取值范围是(0.006～0.008)；T₀为额定电量Q所对应的温度，其是已知量；所定义的循环寿命补偿因子f(Time)是实时的已知量，其表达式为：$f\left(Time\right)=1-\frac{\mathrm{\Σ}Time\left(i\right)}{{\mathrm{Time}}_{Initial}}......\left(3\right)$式(3)中，ΣTime(i)为电池累计循环次数，该参量由列车控制和管理系统TCMS自动存储和调取，Time_Initial为电池出厂时的额定循环寿命，是已知量；定义η为放电倍率其表达式分别为：$\mathrm{\η}=\frac{Q_N}{Q_{cal}}......\left(4\right)$式(4)中，Q_N表示采用标准电流对电池进行放电时从电池中所放出的电量值，其是蓄电池出厂时由蓄电池厂家提供的固有已知参数；Q_cal表示采用任意电流从电池中放出的电量；Q_cal由根据前述表2查表获得，Q_cal是已知量；定义温度补偿因子随时间的动态变化量校正因子f(Temp(t))，其表达式为：f(Temp(t))＝1+k_T×(T(t)‑T₀)……(5)式(5)中，待求解的参量f(Temp(t))表示温度的动态补偿因子随时间的动态变化量；温度系数k_T的取值范围是(0.006～0.008)；电池实时温度T(t)是由温度传感器实时检测而获得的已知量；T₀为额定电量Q对应的初始温度值，T₀是已知量；所定义的动态过程中电池容量的变化量ΔSOC的表达式为：$\mathrm{\Δ}SOC=f\left(Temp\right(t\left)\right)\×\mathrm{\η}\×{\∫}_{t_0}^t\frac{I}{Q}dt......\left(6\right)$式(6)中，待求解的参量ΔSOC为动态过程中电池容量的变化量，f(Temp(t))为前述式(5)所述的温度补偿因子随时间的动态变化量校正因子，可通过计算求得；η为放电倍率，其通过前述式(4)计算求得，电池额定电量Q是已知量，I为电池动态过程中放电电流，为一个实时变化量，是由电流传感器实时检测而获得的已知量；积分时间段为t₀到t，t为积分计算的瞬时时刻；步骤二：在列车蓄电池上电后，计算和求解部分后续步骤所需的高级参量，其具体包括如下子步骤：步骤2.1：由列车控制和管理系统TCMS读取内部存储器中存储的蓄电池剩余容量SOC的存储数值SOC(t₀)；步骤2.2：根据步骤一所述式(2)计算获得电池温度补偿因子f(Temp)；步骤2.3：根据步骤一所述式(3)计算获得循环寿命补偿因子f(Time)；步骤2.4：根据步骤一所述式(4)计算获得放电倍率为η；步骤2.5：根据步骤一所述式(5)计算获得温度补偿因子随时间的动态变化量校正因子f(Temp(t))；步骤2.6：将步骤2.5所求解的f(Temp(t))作为已知量并进一步根据步骤一所述式(6)计算获动态过程中电池容量的变化量ΔSOC，然后执行步骤三；步骤三：由列车控制和管理系统TCMS判断其自身的控制系统在电源稳态状态下已经连续运行是否不足2s，若是，则执行步骤四，否则直接执行步骤六；步骤四：定义并计算求解TCMS运行2s之内对电池剩余容量的初始补偿值SOC'(t₀)，其补偿表达式为：SOC'(t₀)＝SOC(t₀)×f(Temp)×f(Time)……(7)式(7)中，待求解的SOC'(t₀)表示TCMS运行2s之内对电池剩余容量的初始补偿值，其由TCMS在初始上电后的2s以内，读取自身的当前电池当前总容量值而获得，并作为初始已知量参与后续运算；TCMS读取的电池容量存储值SOC(t₀)、电池温度补偿因子f(Temp)和循环寿命补偿因子f(Time)则由步骤2.1至步骤2.3分别获得；步骤五：根据表2所定义的动态过程，定义并求解实时电池剩余容量SOC(t)，其表达式为：SOC(t)＝SOC'(t₀)‑ΔSOC……(8)式(8)中，待求解的参量SOC(t)为根据表2所定义的不同电流与时间及相应电量的关系所定义的动态过程中实时电池剩余容量；TCMS运行2s之内的电池当前总容量SOC'(t₀)可通过步骤四式(7)计算求得；动态过程中电池容量的变化量ΔSOC可通过步骤一所述式(6)计算求得；步骤六：依据步骤2.5所述的电池温度补偿因子f(Temp(t))对步骤一所述式(6)的电池容量变化量ΔSOC进行实时的电池温度补偿，其补偿表达式为：$\mathrm{\Δ}SOC=f\left(Temp\right(t\left)\right)\×{\∫}_{t_0}^t\frac{I}{Q}dt......\left(9\right)$式(9)中，电池额定电量Q是已知量，I为电池动态过程中放电电流，为一个实时变化量，是由电流传感器实时检测而获得的已知量；积分时间段为t₀到t，t为积分计算的瞬时时刻；步骤七：由列车控制和管理系统TCMS判断电池是否处于放电状态，若是，则执行步骤八，否则，执行步骤九；步骤八：由列车控制和管理系统TCMS对步骤六所述式(9)的电池容量变化量ΔSOC进行放电倍率补偿，其补偿表达式为：$\mathrm{\Δ}SOC=f\left(Temp\right(t\left)\right)\×\mathrm{\η}\×{\∫}_{t_0}^t\frac{I}{Q}dt......\left(10\right)$式(10)中，电池温度补偿因子f(Temp(t))由步骤2.5获得，放电倍率η由步骤2.4获得；电池额定电量Q是已知量，I为电池动态过程中放电电流，为一个实时变化量，是由电流传感器实时检测而获得的已知量；积分时间段为t₀到t，t为积分计算的瞬时时刻；步骤九：由列车控制和管理系统TCMS计算当前电池剩余容量值SOC(t)，其计算表达式为：SOC(t)＝SOC'(t₀)‑ΔSOC……(11)式(11)中，TCMS运行2s之内对电池剩余容量的初始补偿值SOC'(t₀)可通过步骤四所述式(7)计算求得；电池容量变化量ΔSOC通过步骤八所述式(10)计算求得；步骤十：由列车控制和管理系统TCMS将步骤九所述当前电池剩余容量值SOC(t)的计算结果以及当前对应的电池累计循环次数ΣTime(i)保存到内部存储器中，然后重复执行步骤三直至列车断电为止。