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智能水表经过十多年的发展,在实际中越来越得到了广泛的应用。其所用的供电电源,经过长时间的探索,最终选定了具有高工作电压、高比能量以及宽工作温度等特点的一次性锂电池中的锂/亚硫酰氯电池(以下简称“锂亚电池”)。但由于锂亚电池内部复杂的化学性质以及智能水表实际工作情况,锂亚电池在智能水表实际应用中的剩余电量(常用电池SOC表示)预测一直是亟待解决的问题。本课题主要是根据锂亚电池内部开路电压结合智能水表的实际使用,在不影响智能水表工作的情况下,最终实现对锂亚电池SOC较为精确的预测。且本课题研究工作对锂亚电池的优化利用、降低用户的使用成本等方面具有重要的实际意义。
本课题具体研究内容如下:
(1)探究锂亚电池工作电压、开路电压与电池SOC之间的关系。采用外接电阻法和电池分析仪法分别对锂亚电池进行恒流放电实验,控制实验条件,用于模拟智能水表的工作环境。根据实验结果分析锂亚电池工作电压、开路电压与电池SOC之间的关系,最后结合锂亚电池的放电特性与智能水表的实际工作情况进行分析,突出锂亚电池在智能水表中的适用性。
(2)分析锂亚电池SOC预测方法。锂亚电池SOC预测方法有很多种,根据电池SOC预测方法的性质,可分为:传统型方法、智能型方法以及复合型方法。通过对三类方法中常见的SOC预测方法进行分析介绍,最后结合智能水表的实际使用,提出了适用于智能水表的以开路电压法为基础,结合复合滤波的锂亚电池SOC预测方法。
(3)开路电压采样仿真设计验证锂亚电池SOC预测方法中复合滤波效果。基于MATLAB/Simulink环境下,建立开路电压采样仿真模型。根据初始开路电压、经过限幅滤波、卡尔曼滤波以及复合滤波处理后的开路电压仿真结果分析得出,复合滤波相较于其他滤波对智能水表中采样开路电压具有更好的降噪效果。
(4)开路电压采样软硬件设计。传统智能水表内部并没有电池SOC预测体系,因此本课题针对智能水表内部新增了锂亚电池开路电压采样电路,以及根据硬件设计增加相关滤波算法处理,实现对锂亚电池SOC预测。
(5)智能水表功耗测试。在智能水表设计中加入开路电压采样电路以及复合滤波算法处理。生产样机进行功耗测试,并通过对样机功耗测试的结果分析可知:以开路电压法为基础结合复合滤波实现对锂亚电池SOC预测,这一方法在智能水表实际应用中切实可行。
本课题具体研究内容如下:
(1)探究锂亚电池工作电压、开路电压与电池SOC之间的关系。采用外接电阻法和电池分析仪法分别对锂亚电池进行恒流放电实验,控制实验条件,用于模拟智能水表的工作环境。根据实验结果分析锂亚电池工作电压、开路电压与电池SOC之间的关系,最后结合锂亚电池的放电特性与智能水表的实际工作情况进行分析,突出锂亚电池在智能水表中的适用性。
(2)分析锂亚电池SOC预测方法。锂亚电池SOC预测方法有很多种,根据电池SOC预测方法的性质,可分为:传统型方法、智能型方法以及复合型方法。通过对三类方法中常见的SOC预测方法进行分析介绍,最后结合智能水表的实际使用,提出了适用于智能水表的以开路电压法为基础,结合复合滤波的锂亚电池SOC预测方法。
(3)开路电压采样仿真设计验证锂亚电池SOC预测方法中复合滤波效果。基于MATLAB/Simulink环境下,建立开路电压采样仿真模型。根据初始开路电压、经过限幅滤波、卡尔曼滤波以及复合滤波处理后的开路电压仿真结果分析得出,复合滤波相较于其他滤波对智能水表中采样开路电压具有更好的降噪效果。
(4)开路电压采样软硬件设计。传统智能水表内部并没有电池SOC预测体系,因此本课题针对智能水表内部新增了锂亚电池开路电压采样电路,以及根据硬件设计增加相关滤波算法处理,实现对锂亚电池SOC预测。
(5)智能水表功耗测试。在智能水表设计中加入开路电压采样电路以及复合滤波算法处理。生产样机进行功耗测试,并通过对样机功耗测试的结果分析可知:以开路电压法为基础结合复合滤波实现对锂亚电池SOC预测,这一方法在智能水表实际应用中切实可行。