一種基于核對性放電的蓄電池壽命估算方法

高 政，吳國馭，鄭小芳，徐 靠，宋小平

（杭州義益鈦迪信息技術有限公司，浙江 杭州 310000）

0 引 言

隨著信息社會對通信系統供電安全性和通信可靠性的要求越來越高，不論是電力換流站、運營商通信機房還是鐵路軌道運輸系統，蓄電池作為電源系統停電時的備用電源，本身運行的可靠性和安全性得到了越來越高的關注[1-2]。

然而，從20世紀80年代使用閥控式鉛酸蓄電池開始，人們一直被閥控式蓄電池的可靠性問題所困擾。往往市電發生故障，整個系統電源隨即消失或者只能維持很短的時間[3-4]，主要原因有以下幾點：

（1）大多數閥控式蓄電池的使用壽命比預計短；

（2）蓄電池投運后，缺乏有效的維護和管理手段；

（3）手工檢測困難，數據分析需專業知識，定期檢測也不能隨時發現隱患；

（4）有些場景不具備定期放電檢查條件，有些場景在電池放電測試時風險非常高；

（5）人員不足，無人值守站日常檢查費用很高；

式中：上標“￣”表示量綱一參數；為氣液流速比；對于等熵流，聲速Re為雷諾數（Reynolds number）；為韋伯數（Weber number），其中：σ為表面張力系數（N/m）；為歐拉數（Euler number）；為馬赫數（Mach number）。

本文在現有企業成長能力評價的基礎上，結合電子商務企業交易空間的虛擬性、較強的信息技術的依賴性以及高要求的物流、資金流和信息流的整合程度等特性，遵從全面性、客觀性、科學性、應用性和可操作性原則等指標體系確立的原則，建立了內生視角下的B2C電子商務企業成長能力指標體系，其中企業成長能力為最高目標層，中間準則層為資源能力、管理能力、技術能力和營運能力四個方面，子準則層(因素層)包含有形資源、無形資源等八個方面，因素層之下還有一層指標層。具體如圖1所示。

（6）即使配備了蓄電池監測系統，但只采集蓄電池的電壓，而電壓很難反映蓄電池的真實性能。

（7）較多電源系統連單體電池電壓都沒有監測。

為此人們作了很多探索[5-6]，提出了很多閥控式鉛酸蓄電池的失效機理，也對閥控式鉛酸蓄電池的測試做了很多研究。從核對性放電到測量單體電壓，再到測試電池內阻[7-12]，也有人提出了蓄電池的測試數學模型等[13]，使閥控式鉛酸蓄電池的檢測技術不斷提高和發展。

市面上有多種蓄電池容量檢測方法[14-15]，如開路電壓法、測量電解液等，但每種方法都具有其局限性。開路電壓法計算比較簡單，但需要采集大量的數據，需考慮多種因素的影響；測量電解液方法理論上可以測量蓄電池容量和壽命，但只能在實驗室條件下進行；利用人工智能、模糊算法等方法預測蓄電池壽命，但大都處于實驗室場景，很難將其推廣到實際應用。

1 壽命估算

1.1 短時放電時容量計算

蓄電池壽命估算數據由兩部分組成，一部分為實驗室數據，另一部分為投運時試驗數據。如果投運時的數據有效且保存下來，則使用投運的真實數據；如果真實數據未保存，則默認使用實驗室數據。圖1為100 Ah 2 V鉛酸電池在25 ℃時以10 A放電的曲線。提到的電池容量是指電池放電到截止電壓時，累計的電流和時間的乘積。根據電池放電曲線，當電池放電到截止電壓時，放電時間是10 h，則電池容量是100 Ah。

圖1 2 V電池以10 A放電的曲線

} Capacity_ Curve；

struct

{

int temp； //溫度

int I； //電流

int time_unit； //時間單位,分鐘

int NumberMAX; //序號

fl oat Time[NumberMAX]={0,1,2...}

lf oat Voltage[NumberMAX]={ ，，，，，};

}Discharge_Curve；

struct Discharge_Curve Discharge_Curve_25℃_10A;

根據圖1，可以虛擬出不同放電電流、不同溫度下的放電曲線。蓄電池放電倍率與其容量具有一定特性關系，放電倍率增大時，蓄電池放電容量會縮減。當放電電流增大時，根據電流情況和倍率特性，按照表1對放電曲線進行壓縮（此配置可改寫）。例如，100 Ah電池，它以1C10放電（100 A），放電曲線壓縮到45%。

表1 蓄電池容量和放電倍率關系

表1數據是100 Ah鉛酸蓄電池在實驗室中經過大量實驗得出，此配置可根據不同蓄電池進行改寫。

根據表1的配置，蓄電池在不同放電倍率下的放電曲線如圖2所示。

隨著畜牧業規模化、集約化的發展，導致疾病傳播率高，病菌種類多，畜禽臨床治療十分棘手[4]。而作為新型飼料資源的蜂蜜等主要蜂產品，由于其天然性、營養性、無抗性、排泄物少等特點，必然受到畜牧業的青睞[4-5]。研究指出飼用蜂蜜可以促進動物生產性能，還可以提高免疫力，抑制腸道致病菌群的生長等作用[4，6]。但因病蟲害、氣候等外界因素影響使得蜜蜂人工飼料中濫用藥物，造成蜂蜜中氯霉素含量超標，使得其飼用價值受到一定的威脅。

圖2 蓄電池在不同倍率下放電曲線

當電流不變時，溫度以25 ℃為標準，蓄電池在25 ℃下可放出100%容量，在其他溫度下放出的容量各不相同，蓄電池容量和溫度對應關系如表2所示。

表2 蓄電池容量和溫度關系

表2的制定是參照100 Ah鉛酸蓄電池在實驗室環境中不同溫度下的放電數據，此配置可根據不同蓄電池進行改寫。

將電池容量與溫度的配置關系、容量與放電電流的配置關系看做線性可疊加，當100 Ah電池在30 ℃下以100 A放電時，查詢表1得到1C10放電下容量Q放電=0.45Q，再查詢表2，Q放電=105%×0.45Q=0.472 5Q，則C10=100 A，Q放電=0.472 5Q=47.25 Ah，I=100 A，于是放電時間Time=Q/I=0.472 5 h= 28 min。

文獻[1]對中冷回熱再熱三級不可逆閉式燃氣輪機循環進行了功率與效率分析.本文在文獻[1]的基礎上，提出了中冷回熱再熱三級燃氣輪機循環模型，在推導出實際閉式中冷回熱再熱燃氣輪機循環功率解析式的基礎上，對其輸出功率進行了優化.

}

利用ArcGIS 10.2的GWR模塊分析，得出的R2為0.58，表示這九個變量能夠分析58%的作用于房價的因子。因為GWR對地域內的任何樣本點均能形成相應的系數，所以要對該系數取平均值。9個因子對大連市主城區房價的影響見圖3。

struct Discharge_Curve Discharge_Curve_30℃_100A;

for（i=0; i＜28; i++）

{

Discharge_Curve_30℃_100A.Voltage[i]

= Discharge_Curve_25℃_10A. Voltage[i*600/28];

從推算可知，蓄電池放電電流為0.1C10時，放電時間為600 min，放電電流為1C10時，放電時間為28 min。蓄電池的放電電流由0.1C10變為1C10時，放電曲線由600 min曲線壓縮到28 min。此過程的代碼描述如下：

根據電池放電曲線，在特定溫度和特定電流下，消阻電壓V=Vbat-RI和時間存在函數關系。曲線的橫坐標是時間，如果橫坐標換成時間和電流的乘積，那么可以得到消阻電壓和容量的曲線。在不同溫度和電流下，建立多種參數表，蓄電池放電時的電壓序列為：Discharge_Curve_30℃_100A.Voltage[28]={}，放電時的時間序列為Time[28]={0,1,2,3…27}。由于放電時電流為固定值，蓄電池放出容量和電壓的曲線與圖3中放電時間和電壓的曲線保持一致。蓄電池容量是剩余容量與放電容量的總和，蓄電池剩余容量是放電容量的反過程，蓄電池剩余容量和電壓的曲線與放出容量和電壓的曲線呈現鏡像關系，放出容量和剩余容量與電池電壓曲線如圖3所示。

(4)在重點城市群里，長三角以及京津冀城市群農村居民收入與成渝、中原、長江中游城市的差距在逐漸拉大，且長三角城市群農村居民收入基尼系數不斷增加并高于成渝、中原、長江中游城市群，因此，在提高農村居民收入的同時，我們也要通過鄉村振興戰略、精準扶貧等政策控制城市群內部收入不平等的加大。

圖3 蓄電池剩余容量和放電電壓關系

其中，蓄電池放電時電壓和剩余容量之間的關系，代碼描述如下：

Capacity_ Curve_30℃_100A.Voltage[i]

=Discharge_Curve_30℃_100A.Voltage[28-i];

for(i=0; i＜28; i++)

{

Capacity[i] = Time[i]*100A;

}

即在指定溫度和電流環境下，可根據當前的電壓值預估蓄電池當前的剩余容量。放電曲線中，包含的元素為放電時溫度、放電電流、時間序列、放電容量和放電電壓，放電模塊的代碼描述如下：

struct

{

2.3 超聲微泡造影劑攜RPM對PCNA的mRNA及蛋白表達影響 PCNA 的mRNA 表達產物校正后分析，對照組、RPM組和超聲微泡造影劑攜RPM組統計結果用±s表示：分別為219.31±7.21，147.32±10.27和97.17±8.79，兩兩比較RPM組和超聲微泡造影劑攜RPM組兩組與對照組之間存在顯著差異(P<0.05)，同時超聲微泡造影劑攜RPM組也明顯低于RPM組。使用Westernblot檢測T24 細胞PCNA蛋白的表達量，結果表明在RPM和超聲微泡造影劑攜RPM作用細胞24 h后，兩組細胞的PCNA蛋白的表達量明顯下降(圖2)。

int temp； //溫度

第一，梳理新中國建立以來語言政策制定的時代基礎、擬解決的問題和已解決的問題及未解決的問題，論證不同時代重要語言政策的社會作用和影響。

當電池系統投運后，沒有任何充放電事件時，蓄電池監控模塊可測量每節電池的內阻，可單獨依靠內阻判定壽命。蓄電池內阻和壽命的關系為：Life=JMQ(R)，判斷關系如表4所示。

第三，根據儲藏期長短，在保底價格的基礎上，進行加價。儲存期長度分別可為3個月、6個月、12個月，實行加價時，也是優質優價。優質稻谷品種玉針香的保底價格最高，加價也最高，3個月每公斤加價0.1元，6個月每公斤加價0.2元，12個月每公斤加價0.4元；品質差一些的黃華占稻谷，3個月每公斤加價0.04元，6個月每公斤加價0.08元，12個月每公斤加價0.16元。兩種稻谷存入“糧食銀行”所獲得的年利率分別為11.1%和5.7%，均遠高于銀行存款利率。

int NumberMAX; //序號

fl oat Capacity [NumberMAX]={，，，，}；

當條件2滿足時進入計算后，可根據最終電壓的測量和放電容量測量，直接給出落后蓄電池真實容量。落后蓄電池的容量決定整組蓄電池的使用壽命。當蓄電池組中某節電池放電到截止容量時，有：

蓄電池兩端電壓V=Vbat-RI，其中R為蓄電池內阻，Vbat為蓄電池內部電壓，V是一個修正內阻參數影響的值，文中稱消阻電壓。根據蓄電池放電特性，放電過程的模型代碼描述如下：

1.2 核對性放電時容量計算

核對性放電計算是基于以下條件的放電事件：

1.多讀。“讀書破萬卷，下筆如有神”，這形象地說明了閱讀對于寫作的重要性。要提高我們的寫作能力，我們必須多讀。通過廣泛閱讀，不斷積累寫作所需要的詞匯和技巧，從而提升自己的寫作水平。在閱讀的過程中，我們必須要視野開闊，廣泛涉獵文、史、哲、理、化、生等各門類的著作，不斷體會各個門類著作的精髓和寫作方法，從而轉化為自己的寫作素養。現實生活中，有些人不會寫，總覺得提不起筆來，或者提起筆來，不知道寫什么，探究背后的原因，無非就是讀得太少了，缺乏寫作素材的積累。

條件1：放電時間必須大于5 min（UPS緊急用電）。

但是，數據原詞中也有一些在以前的評價體系中尚未出現的詞匯，如“開發、發展、創新、改革、建設”等代表“發展”的詞匯，“管理、治理、社會、社區、文明”等代表“社會”的詞匯，“旅游、經濟、農業、產業”等代表“經濟”的詞匯。這些原詞表明，還有很多專家關注歷史文化村鎮保護之后的發展，而不僅僅是保護本身，活化利用也是保護框架下的一個重要內容，故本文將“活化利用”列為一級指標，而現行國家評價體系中二級指標“物質遺產”和“非物質文化遺產”都有保護和活化的問題。

條件2：核對性放電事件是最重要依據。

當條件1滿足時進入計算，可根據Capacity_Curve測量消阻電壓，計算當前容量。以分鐘為最小刻度，獲取分鐘級別的在不同溫度、電流下的Capacity_Curve序列。舉例：一個電池放電波形如圖4所示。

根據電流、溫度的不同，蓄電池在不同放電電壓下，可估算出蓄電池在不同電壓階段的剩余容量Q1（V1）、Q2（V2）、Q3（V3）、Q4（V4）、Q5（V5）（不取V0、V6的原因是受到極化效應干擾）。當處于V5時刻時，蓄電池放出的容量為：

在一個廣義的范圍看電池放電過程：

fl oat Voltage[NumberMAX]={ ，，，，，};

此時，蓄電池壽命的以Q核對的相關計算為準。

圖4 蓄電池放電波形

1.3 容量與壽命關系建立

以100 Ah電池為例，參照表3，給出容量和壽命估計的關系：Life=JMQ(Q)。

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表3 蓄電池壽命和容量關系

表3配置關系的制定是參照100 Ah蓄電池在4G通信機房多次放電的試驗數據。

1.4 內阻與壽命關系建立

int I； //電流

表4 蓄電池壽命和內阻關系

表4配置關系的制定是參照實驗室中24節2 V蓄電池多次內阻測試和放電的數據，R0為投運時內阻。

他說沒怎么樣。樓蘭的女兒管我叫爸，我管樓蘭的母親叫媽。我們就像一家人般親密，事實上這段時間，我們就是一家人。老人暫時也沒有訛我，既沒有讓我撫養她的外孫女，也沒有黑我的那套房子。不過說不準她現在還沒到訛我的時間，我也不會有她永遠不會訛我的證據……樓蘭按時吃藥，按時喝水，按時睡覺，按時醒來，按時打吊針，按時花錢，按時呻吟，按時死去，按時火化，按時下葬，就這樣……

1.5 綜合使用算法

綜合以上3種方法，以核對性放電Q核對為標定手段，以短時放電容量和內阻為輔助措施：

（1）蓄電池沒有放電事件時，可根據蓄電池內阻估算蓄電壽命；

（2）短時間放電時，在特定溫度和特定電流下，可根據蓄電池消阻電壓估算蓄電池壽命；

（3）核對性放電時，可根據電壓和電流的積分，計算蓄電池壽命。

關于估算的優先級和準確度，詳見表5。

表5 蓄電池壽命綜合判定方法

2 系統設計與實現

為驗證基于核對性放電的蓄電池壽命估算方法，設計蓄電池組在線監測系統，用于檢測蓄電池參數和估算蓄電池組壽命，硬件框架如圖5所示。

圖5 蓄電池組檢測系統

系統硬件包括蓄電池總線數據交換機（Battery Bus Data Switch，BBDS）、電池檢測模塊（Cell Detection Module，CDM）和電池組檢測模塊（Battery Detection Module，BDM）。其中，BDM用于檢測蓄電池組相關數據，包括充放電電流、環境溫度、蓄電池組電壓等，每個蓄電池組安裝一個；CDM用于檢測單節蓄電池參數，包括內阻、單節消阻電壓、極柱溫度，每個蓄電池單元安裝一個；BBDS用于采集蓄電池組和單節蓄電池數據，進行蓄電池模型建立和數據分析處理。BBDS核心處理器為i.MX287，采用高速總線與CDM進行通信。

BBDS特性如表6所示。

表6 BBDS特性

蓄電池在不同狀態下，BBDS對壽命的估算采用不同的方法，具體執行流程如圖6所示。在每種壽命估算方法中，根據蓄電池的狀態數據，給出蓄電池的容量估算和壽命估算。

蓄電池組在線監測系統目前已經運用于機房，產品應用實例如圖7所示。

實際應用效果表明，基于核對新放電的蓄電池壽命估算方能夠實現蓄電池壽命在線估算，能夠為蓄電池的替換和檢測提供良好參考。

3 結 論

基于核對性放電的蓄電池壽命估算方法給出了一種便捷靈活的蓄電池壽命在線估算方法，不需要對已投運蓄電池進行二次改造，安裝方式完全綠色。估算方法上，以核對性放電為標定，結合蓄電池內阻、在不同溫度和電流下的放電曲線，綜合給出了蓄電池壽命的估算方法。實際應用表明，該方法能夠有效估算蓄電池壽命，可在通信機房和數據機房中推廣應用。

圖6 壽命估算執行流程

圖7 產品形態和應用實例