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1、(10)申请公布号 CN 102109577 A (43)申请公布日 2011.06.29 CN 102109577 A *CN102109577A* (21)申请号 200910231060.3 (22)申请日 2009.12.26 G01R 31/36(2006.01) (71)申请人 山东申普汽车控制技术有限公司 地址 255086 山东省淄博市高新技术产业开 发区高科技创业园 E 座 521 室 (72)发明人 高述辕 高小群 刘洪娥 (74)专利代理机构 淄博佳和专利代理事务所 37223 代理人 王立芹 (54) 发明名称 基于灰色统计理论的铅酸蓄电池电量均衡显 示方法 (57) 。
2、摘要 基于灰色统计理论的铅酸蓄电池电量均衡显 示方法， 属于铅酸蓄电池显示装置技术领域。 步骤 如下 ： 定周期连续采样放电时铅酸蓄电池组的各 单体放电端电压Ui(0)(k)， 各单体放电电流Ii(0)(k) 和各单体温度 Ti(0)(k) ； 计算铅酸蓄电池组的各单 体放电端电压 Ui(0)(k) 统一极性后的序列 Ui(0) (k)， 铅酸蓄电池组的各单体放电电流 Ii(0)(k) 统 一极性后的序列 Ii(0)(k) 和铅酸蓄电池组的各 单体温度Ti(0)(k)统一极性后的序列Ti(0)(k)属 于电量满(1)， 高电量(2)， 中电量(3)， 低电量(4) 和电量不足 (5) 各能级状。
3、态灰色类的权， 根据铅 酸蓄电池组放电时各采样参数， 依据电量满 (1)， 高电量 (2)， 中电量 (3)， 低电量 (4) 和电量不足 (5) 五个能级状态构建能级样本阵， 具有可靠性 和稳定性、 提高了电量显示的精确度。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 2 页 CN 102109580 A1/2 页 2 1. 一种基于灰色统计理论的铅酸蓄电池电量均衡显示方法， 其特征在于 ： 步骤如下 1.1 定周期连续采样放电时铅酸蓄电池组的各单体放电端电压 Ui(0)(k)， 铅酸蓄电池组 的各单体放电电流。
4、 Ii(0)(k) 和铅酸蓄电池组的各单体温度 Ti(0)(k) ； 其中 ： i 代表铅酸蓄电池组第 i 单体， k 为采样时刻 ； 1.2 按照上限效果测度统一铅酸蓄电池组的各单体放电端电压 Ui(0)(k)， 铅酸蓄电池组 的各单体放电电流 Ii(0)(k) 和铅酸蓄电池组的各单体温度 Ti(0)(k) 的序列极性， 序列元素表 达式为 ： 1.3 铅酸蓄电池组的各单体放电端电压 Ui(0)(k) 统一极性后的序列 U i (0)(k)， 铅酸蓄 电池组的各单体放电电流 Ii(0)(k) 统一极性后的序列 I i (0)(k) 和铅酸蓄电池组的各单体 温度 Ti(0)(k) 统一极性后的。
5、序列 Y i (0)(k) 以电量满 (1)， 高电量 (2)， 中电量 (3)， 低电量 (4) 和电量不足 (5) 五个铅酸蓄电池组能级状态建立能级样本阵 A， 表达式为 ： 其中 a1j， j 1， 2， 5 代表铅酸蓄电池组的各单体放电端电压 Ui(0)(k) 统一极性后 的序列 U i (0)(k) 的采样值 ； a 2j， j 1， 2， 5 代表铅酸蓄电池组的各单体放电电流 Ii (0) (k) 统一极性后的序列 I i (0)(k) 的采样值 ； a 3j， j 1， 2， 5 代表铅酸蓄电池组的各单 体温度 Ti(0)(k) 统一极性后的序列 Ti(0)(k) 的采样值 ； 。
6、1.4 根据铅酸蓄电池组能级状态能级样本阵 A， 计算铅酸蓄电池组的各单体放电端电 压 Ui(0)(k) 统一极性后的序列 U i (0)(k)， 铅酸蓄电池组的各单体放电电流 U i (0)(k) 统一极 性后的序列 Ii(0)(k) 和铅酸蓄电池组的各单体温度 Ti(0)(k) 统一极性后的序列 Ti(k)属 于电量满(1)， 高电量(2)， 中电量(3)， 低电量(4)和电量不足(5)各能级状态灰色类的权， 表达式为 ： 其中，ek为电量满 (1)， 高电量 (2)， 中电量 (3)， 低电量 (4) 和电量不足 (5) 各能级状态的白化函数 ； 1.5 按灰色系统制高原则确定铅酸蓄电池。
7、组的单体电量能级， 表达式为 ： i即为铅酸蓄电池组单体 i 在 k 5 采样时刻的电量 ； 1.6根据铅酸蓄电池组的各单体的电量i， 按均衡原则计算铅酸蓄电池组电量Q， 表达 式为 ： 权 利 要 求 书 CN 102109577 A CN 102109580 A2/2 页 3 其中 M 为单体电池个数， 电量 Q 值若不是整数则遵循向左取整的原则。 2. 根据权利要求 1 步骤 1.1 所述的基于灰色统计理论的铅酸蓄电池电量均衡显示方 法， 其特征在于 ： 所述的铅酸蓄电池组可以采样串联或并联， 个数不限， 串联时各单体铅酸 蓄电池放电电流值相同， 并联时各单体铅酸蓄电池端电压值相同。 3。
8、. 根据权利要求 1 步骤 1.4 所述的基于灰色统计理论的铅酸蓄电池电量均衡显示方 法， 其特征在于 ： 所述的白化函数 ek的定义如下 ： 其中 aij为铅酸蓄电池组能级状态能级样本阵 A 的元素， i 1， 2， 3 ； j 1， 2， 3， 4， 5。 权 利 要 求 书 CN 102109577 A CN 102109580 A1/9 页 4 基于灰色统计理论的铅酸蓄电池电量均衡显示方法 技术领域 0001 本发明涉及一种基于灰色统计理论的铅酸蓄电池电量均衡显示方法。 属于铅酸蓄 电池显示装置技术领域。 背景技术 0002 铅酸蓄电池组的电量显示， 是生活中消费者普遍关心的问题， 它。
9、直接影响用户充 放电决策， 经过检索和实际调查发现， 目前的铅酸蓄电池组电量显示装置和理论， 很多都是 基于铅酸蓄电池组的整体内阻或整体端电压来判定铅酸蓄电池组的剩余电量， 这些方法和 装置在平稳路况时的应用还可以保持足够准确， 但是遇到乡村小路， 车流拥挤或是复杂路 面时， 其显示准确度大大降低， 且随着电池的老化， 其更毫无准确度可言， 造成的后果是 ： 采 用不正确的充放电时机， 加速铅酸蓄电池的老化， 影响铅酸蓄电池组的正常工作。 根据铅酸 蓄电池理论知道与剩余电量直接相关的当属放电时间和放电电流 ； 另外需要特别注意的就 是铅酸蓄电池组的各单体温度， 这也是影响铅酸蓄电池组剩余电量的。
10、重要因素。 0003 现有技术的铅酸蓄电池组的显示存在以下问题 ： 0004 1 基于铅酸蓄电池组内阻或是端电压建立的电量显示模型随着电池的老化， 准确 度会呈指数规律下降 ； 0005 2 淡化了铅酸蓄电池复杂工况下放电电流无规律性这个重要的和不确定性很强的 参数的影响 ； 0006 3 采用统一的温度修正公式， 忽略了单体电池温度的一致性和响应滞后性带来的 放电不均衡， 进而引起的电量显示不稳和误差过大的问题。 0007 以上问题在实际应用中的体现， 用户最明显的感觉是电量显示充足的情况下， 其 实际工作能力达不到要求。 发明内容 0008 本发明要解决的技术问题是 ： 针对现有技术中存在。
11、的铅酸蓄电池组电量显示方面 的缺陷， 提供了一种基于灰色统计理论的铅酸蓄电池电量均衡显示方法。 0009 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 ： 0010 该基于灰色统计理论的铅酸蓄电池电量均衡显示方法， 其特征在于 ： 步骤如下 ： 0011 1.1 定周期连续采样放电时铅酸蓄电池组的各单体放电端电压 Ui(0)(k)， 铅酸蓄电 池组的各单体放电电流 Ii(0)(k) 和铅酸蓄电池组的各单体温度 Ti(0)(k) ； 0012 其中 ： i 代表铅酸蓄电池组第 i 单体， k 为采样时刻 ； 0013 1.2 按照上限效果测度统一铅酸蓄电池组的各单体放电端电压 Ui(0)(k)， 铅酸。
12、蓄电 池组的各单体放电电流 Ii(0)(k) 和铅酸蓄电池组的各单体温度 Ti(0)(k) 的序列极性， 序列元 素表达式为 ： 0014 说 明 书 CN 102109577 A CN 102109580 A2/9 页 5 0015 1.3 铅酸蓄电池组的各单体放电端电压 Ui(0)(k) 统一极性后的序列 U i (0)(k)， 铅 酸蓄电池组的各单体放电电流 Ii(0)(k) 统一极性后的序列 I i (0)(k) 和铅酸蓄电池组的各 单体温度 Ti(0)(k) 统一极性后的序列 T i (0)(k) 以电量满 (1)， 高电量 (2)， 中电量 (3)， 低 电量 (4) 和电量不足 。
13、(5) 五个铅酸蓄电池组能级状态建立能级样本阵 A， 表达式为 ： 0016 0017 其中 a1j， j 1， 2， 5 代表铅酸蓄电池组的各单体放电端电压 Ui(0)(k) 统一极 性后的序列 U i (0)(k) 的采样值 ； a 2j， j 1， 2， 5 代表铅酸蓄电池组的各单体放电电流 Ii(0)(k) 统一极性后的序列 I i (0)(k) 的采样值 ； a 3j， j 1， 2， 5 代表铅酸蓄电池组的 各单体温度 Ti(0)(k) 统一极性后的序列 Ti(0)(k) 的采样值 ； 0018 1.4 根据铅酸蓄电池组能级状态能级样本阵 A， 计算铅酸蓄电池组的各单体放电 端电压。
14、 Ui(0)(k) 统一极性后的序列 U i (0)(k)， 铅酸蓄电池组的各单体放电电流 I i (0)(k) 统一极性后的序列 I i (0)(k) 和铅酸蓄电池组的各单体温度 T i (0)(k) 统一极性后的序列 T i (0)(k) 属于电量满 (1)， 高电量 (2)， 中电量 (3)， 低电量 (4) 和电量不足 (5) 各能级状 态灰色类的权， 表达式为 ： 0019 0020 其中，j 1， 2， 5， ek为电量满 (1)， 高电量 (2)， 中电量 (3)， 低电量 (4) 和电量不足 (5) 各能级状态的白化函数 ； 0021 1.5 按灰色系统制高原则确定铅酸蓄电池组。
15、的单体电量能级， 表达式为 ： 0022 0023 i即为铅酸蓄电池组单体 i 在 k 5 采样时刻的电量 ； 0024 1.6根据铅酸蓄电池组的各单体的电量i， 按均衡原则计算铅酸蓄电池组电量Q， 表达式为 ： 0025 0026 其中 M 为单体电池个数， 电量 Q 值若不是整数则遵循向左取整的原则。 0027 所述的铅酸蓄电池组可以采样串联或并联， 个数不限， 串联时各单体铅酸蓄电池 放电电流值相同， 并联时各单体铅酸蓄电池端电压值相同。 0028 所述的白化函数 ek的定义如下 ： 说 明 书 CN 102109577 A CN 102109580 A3/9 页 6 0029 0030。
16、 0031 其中 aij为铅酸蓄电池组能级状态能级样本阵 A 的元素， i 1， 2， 3 ； j 1， 2， 3， 4， 5。 0032 与现有技术相比， 本发明基于灰色统计理论的铅酸蓄电池电量均衡显示方法所具 有的有益效果是 ： 0033 1、 避免了强制性的数学建模导致的随电池老化数据失真的现象， 而是根据铅酸蓄 电池组放电时各采样参数， 依据电量满(1)， 高电量(2)， 中电量(3)， 低电量(4)和电量不足 (5) 五个能级状态构建能级样本阵， 具有可靠性和稳定性 ； 0034 2、 充分考虑了放电电流这个与铅酸蓄电池电量密切相关和不确定性很强的因素， 提高了电量显示的精确度 ； 。
17、0035 3、 兼顾了铅酸蓄电池组单体温度的变化不一致所引起的整个铅酸蓄电池组放电 量的不一致性， 提高了电量显示的精确度 ； 0036 4、 灰色统计所需样本数据量小， 提高了微处理单元的处理速度， 从而具备很高的 动态实时性。 附图说明 0037 图 1 是本发明的基于灰色统计理论的铅酸蓄电池电量均衡显示方法流程图 ； 0038 图 2 是本发明蓄电池放电电量显示实际效果图。 具体实施方式 0039 下面结合附图 1-2 对本发明的基于灰色统计理论的铅酸蓄电池电量均衡显示方 法作进一步详细阐述。 0040 如图 1 所示 ： 0041 本发明的基于灰色统计理论的铅酸蓄电池电量均衡显示方法具。
18、体步骤如下 ： 0042 步骤 1 ： 定周期连续采样放电时铅酸蓄电池组的各单体放电端电压 Ui(0)(k)， 铅 酸蓄电池组的各单体放电电流 Ii(0)(k) 和铅酸蓄电池组的各单体温度 Ti(0)(k) ； 定周期为 100ms 200ms， 取样序列元素个数不少于四个数据单位， 其具体表达式为 ： 0043 0044 说 明 书 CN 102109577 A CN 102109580 A4/9 页 7 0045 0046 其中 k 为采样时刻， N 为采样个数， i 代表铅酸蓄电池组第 i 各单体。电池组可以 采样串联或并联形式， 个数不限， 串联时各单体铅酸蓄电池放电电流值相同， 并联。
19、时各单体 铅酸蓄电池端电压值相同 ； 0047 步骤 2 ： 按照上限效果测度统一铅酸蓄电池组的各单体放电端电压 Ui(0)(k)， 铅酸 蓄电池组的各单体放电电流 Ii(0)(k) 和铅酸蓄电池组的各单体温度 Ti(0)(k) 的序列极性， 序 列元索表达式为 ： 0048 0049 序列具体表达式为 0050 0051 0052 0053 步骤3 ： 铅酸蓄电池组的各单体放电端电压Ui(0)(k)统一极性后的序列Ui(0)(k)， 铅酸蓄电池组的各单体放电电流 Ii(0)(k) 统一极性后的序列 I i (0)(k) 和铅酸蓄电池组的 各单体温度 Ti(0)(k) 统一极性后的序列 T i。
20、 (0)(k) 以电量满 (1)， 高电量 (2)， 中电量 (3)， 低电量 (4) 和电量不足 (5) 五个铅酸蓄电池组能级状态建立能级样本阵 A， 表达式为 ： 0054 0055 其中 a1j， j 1， 2， 5 代表铅酸蓄电池组的各单体放电端电压 Ui(0)(k) 统一极 性后的序列 U i (0)(k) 的采样值 ； a 2j， j 1， 2， 5 代表铅酸蓄电池组的各单体放电电流 Ii(0)(k) 统一极性后的序列 I i (0)(k) 的采样值 ； a 3j， j 1， 2， 5 代表铅酸蓄电池组的 各单体温度 Ti(0)(k) 统一极性后的序列 Ti(0)(k) 的采样值 。
21、； 0056 步骤 4 ： 根据铅酸蓄电池组能级状态能级样本阵 A， 计算铅酸蓄电池组的各单体放 电端电压 Ui(0)(k) 统一极性后的序列 U i (0)(k)， 铅酸蓄电池组的各单体放电电流 I i (0)(k) 统一极性后的序列 I i (0)(k) 和铅酸蓄电池组的各单体温度 T i (0)(k) 统一极性后的序列 T i (0)(k) 属于电量满 (1)， 高电量 (2)， 中电量 (3)， 低电量 (4) 和电量不足 (5) 各能级状 态灰色类的权， 表达式为 ： 0057 说 明 书 CN 102109577 A CN 102109580 A5/9 页 8 0058 其中，j 。
22、1， 2， 5， ek为电量满 (1)， 高电量 (2)， 中电量 (3)， 低电量 (4) 和电量不足 (5) 各能级状态的白化函数。白化函数 ek的定义如下 ： 0059 0060 0061 其中 aij为铅酸蓄电池组能级状态能级样本阵 A 的元素， i 1， 2， 3 ； j 1， 2， 3， 4， 5 ； 0062 步骤 5 ： 按灰色系统制高原则确定铅酸蓄电池组单体的电量能级， 表达式为 ： 0063 0064 i即为铅酸蓄电池组单体 i 在 k 5 采样时刻的电量， 电量显示延迟误差在 1s 内， k为各单体电池电量目标下标值， k (1， 5)。 0065 步骤 6 ： 根据铅酸。
23、蓄电池组的各单体的电量 i， 按均衡原则计算铅酸蓄电池组电 量 Q， 表达式为 ： 0066 0067 其中 M 为单体电池个数， 电量 Q 值若不是整数则遵循向左取整的原则。此步骤为 抑制铅酸蓄电池组中落后电池对整个电池组电量显示的干扰， 保证各单体电池的均衡性。 0068 实施例 1 ： 0069 本发明实施例放电对象选择的是江西省南昌市强劲电源科技有限公司生产的强 盛免维护电动助力车蓄电池 FC12-12 共四个串联， 该蓄电池 20 小时放电率下的容量为 12AH， 蓄电池防腐高精度温度传感器的放置位置为各单体电池内部中心位置。实验路况为 近山土路， 此种路况不适合定速行驶。行驶时间为。
24、 41 分钟。 0070 下面针对行驶过程中某一时段工况数据， 详细阐述本发明的基于灰色统计理论的 铅酸蓄电池电量均衡显示方法。 0071 第一步， 单位周期采样个数为 5， 定周期连续采样放电时铅酸蓄电池组的各单体放 电端电压 Ui(0)(k)， 铅酸蓄电池组的各单体放电电流 Ii(0)(k) 和铅酸蓄电池组的各单体温度 Ti(0)(k) 原始序列如表 1 所示 ： 0072 表 1 0073 说 明 书 CN 102109577 A CN 102109580 A6/9 页 9 0074 表 1 中 U1(0)(k)、 U2(0)(k)、 U3(0)(k)、 U4(0)(k) 代表四个单体电。
25、池的放电端电压值， Ii 1， 2， 3， 4 (0)(k) 代表串联电池组的放电电流值， T 1 (0)(k)、 T 2 (0)(k)、 T 3 (0)(k)、 T 4 (0)(k) 代表四个单 体的温度值 ； 0075 第二步， 按照上限效果测度统一铅酸蓄电池组的各单体放电端电压 Ui(0)(k)， 铅酸 蓄电池组的各单体放电电流 Ii(0)(k) 和铅酸蓄电池组的各单体温度 Ti(0)(k) 的序列极性， 统 一极性后的序列如表 2 所示 ： 0076 表 2 0077 0078 第三步， 铅酸蓄电池组的各单体放电端电压 Ui(0)(k) 统一极性后的序列 U i (0) (k)， 铅酸。
26、蓄电池组的各单体放电电流 Ii(0)(k) 统一极性后的序列 I i (0)(k) 和铅酸蓄电池 组的各单体温度 Ti(0)(k) 统一极性后的序列 T i (0)(k) 以电量满 (1)， 高电量 (2)， 中电量 (3)， 低电量 (4) 和电量不足 (5) 五个铅酸蓄电池组能级状态建立能级样本阵 Ai， i 1， 2， 3， 4， 具体为 ： 0079 说 明 书 CN 102109577 A CN 102109580 A7/9 页 10 0080 0081 0082 0083 第四步， 根据铅酸蓄电池组能级状态能级样本阵 A， 计算铅酸蓄电池组的各单体放 电端电压 Ui(0)(k) 统。
27、一极性后的序列 U i (0)(k)， 铅酸蓄电池组的各单体放电电流 I i (0)(k) 统一极性后的序列 I i (0)(k) 和铅酸蓄电池组的各单体温度 T i (0)(k) 统一极性后的序列 T i (0)(k) 属于电量满 (1)， 高电量 (2)， 中电量 (3)， 低电量 (4) 和电量不足 (5) 各能级状 态灰色类的权， 各单体按序号 1， 2， 3， 4 排列所得各灰色类的权值如表 3 至表 6 所示 ： 0084 表 3( 单体 1) 0085 0086 表 4( 单体 2) 0087 0088 表 5( 单体 3) 0089 说 明 书 CN 102109577 A C。
28、N 102109580 A8/9 页 11 0090 表 6( 单体 4) 0091 0092 第五步， 按灰色系统制高原则确定铅酸蓄电池组单体的电量能级， 通过表达式 0093 0094 计算可得各单体的电量能级如表 7 所示 ： 0095 表 7 0096 单体 1 单体 2 单体 3 单体 4 电池能级 高电量 (2) 中电量 (3) 中电量 (3) 低电量 (4) 0097 第六步， 根据铅酸蓄电池组的各单体的电量 i， 按均衡原则计算铅酸蓄电池组电 量 Q， 通过表达式 0098 0099 计算可得蓄电池组的电量为中电量能级状态 3。 0100 如图 2 所示 ： 0101 本发明实。
29、施例在整个放电过程中的电量显示曲线与实际电量和基于蓄电池内阻 和端电压的蓄电池组电量显示差异曲线图， 从 2 图中可以看出， 基于蓄电池内阻和端电压 的蓄电池组电量显示明显存在偏高特性， 这也就不难解释为什么在电量显示充足的情况 下， 电池组无法满足实际工况要求的原因了 ； 而本发明较好的逼近了实际电量曲线， 尤其在 放电过程后期， 本发明电量显示的准确性得到体现。 0102 以上所述， 仅是本发明的较佳实施例而已， 并非是对本发明作其它形式的限制， 任 何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等 效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容， 依据本发明的技术实质对以上实施例所 说 明 书 CN 102109577 A CN 102109580 A9/9 页 12 作的任何简单修改、 等同变化与改型， 仍属于本发明技术方案的保护范围。 说 明 书 CN 102109577 A CN 102109580 A1/2 页 13 图 1 说 明 书 附 图 CN 102109577 A CN 102109580 A2/2 页 14 图 2 说 明 书 附 图 CN 102109577 A 。