本發(fā)明屬于智能電表，尤其涉及一種鋰亞電池剩余電量評估方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、鋰亞硫酰氯電池（簡稱鋰亞電池）雖然是一種不可充電的電池，但其因具備工作電壓穩(wěn)定、溫度適應范圍廣、高能量密度、低自身放電和保質期長等優(yōu)點，在包括電表在內的一些智能儀表獲得了廣泛應用。根據(jù)國家電網(wǎng)標準要求，智能電表內的時鐘電池需要至少正常工作5?年，但是受到多種因素的共同影響，包括電池自身的鈍化現(xiàn)象和出廠不良率問題、在長期環(huán)境更替中電表器件和局部電路的性能下降所導致的電池功耗增加、和電池在使用過程的自放電和長期微電流漏電等，即使是使用了性能非常優(yōu)秀的鋰亞電池，但仍然會有較高比例的時鐘電池無法完全滿足使用年限要求，有部分電表在現(xiàn)場運行兩到三年后就陸續(xù)出現(xiàn)了時鐘電池欠壓報警現(xiàn)象。

2、為降低時鐘電池出現(xiàn)故障的概率，管理人員往往采用短期的時鐘電池集體更換策略，即對一個區(qū)域內的所有電表同時進行同一個廠家同一個型號的時鐘電池的安裝，然后當這個區(qū)域內出現(xiàn)少量數(shù)量的時鐘電池故障后，則對該區(qū)域內所有電表重新進行時鐘電池的集中更換。雖然上述更換策略可以有效降低電表時鐘電池出現(xiàn)故障的數(shù)量，但是受到短板效應的影響，性能最差的少量時鐘電池決定了更換周期大小，導致被更換的電池中有大部分仍可以正常工作較長時間，因此造成了嚴重的電池資源浪費；另外現(xiàn)場更換一次電表時鐘電池的綜合成本約為電池本身成本的10倍，過于頻繁的電池更換也會極大增加運維成本。

3、因此在滿足時鐘電池穩(wěn)定供電要求的前提下，對時鐘電池的剩余電量進行準確評估，從而實現(xiàn)按需更換，減少電表在使用周期內的時鐘電池更換次數(shù)，成為電網(wǎng)公司關注的一個焦點。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的是提供一種鋰亞電池剩余電量評估方法，以解決現(xiàn)有技術的電池更換策略中無法對鋰亞電池剩余電量進行評估，而只能對鋰亞電池集中進行更換，導致電池資源浪費、運維成本增大的問題；另外本發(fā)明還提供了一種鋰亞電池剩余電量評估系統(tǒng)。

2、為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用了如下的技術方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種鋰亞電池剩余電量評估方法，包括以下步驟：

4、s10、設時鐘電池采樣電路在某次采樣過程中所獲得的信號為，數(shù)據(jù)處理模塊基于小波塔式分解算法對信號x進行分解，得到低通子信號、帶通子信號和高通子信號；s20、使用小波塔式分解算法對低通子信號、帶通子信號和高通子信號進行分解，得到子信號、cd[n]?、ce[n]；s30、計算采集信號中的噪聲成分的平均能量；s40、通過硬閾值函數(shù)對每一層的分解子信號進行噪聲系數(shù)提??；s50、將子信號的數(shù)值置零，使用小波塔式重構算法對所述步驟s30和s40中的信號進行逐層重構，得到信號，其中是表示信號中的噪聲成分；s60、設置閾值，計算信號中元素數(shù)字的絕對值大于閾值的比例，記為大噪聲信號比例值；s70、通過電表的通信模塊將所述步驟s30中平均能量和所述步驟s60中大噪聲信號比例值發(fā)送至主站；s80、主站將通過bp神經(jīng)網(wǎng)絡算法結合電表所上報的噪聲成分平均能量和大噪聲信號比例值，進行時鐘電池的剩余電量評估；s90、如果某只電表內的剩余電量評估值連續(xù)三天小于預設值，主站將針對此電表發(fā)出電池更換通知，測試人員會前往現(xiàn)場進行該電表的電池更換。

5、進一步的，所述步驟s10中，對信號x進行分解后得到3個長度都為的子信號，具體為：

6、；

7、其中，和分別代表低通、帶通和高通濾波器的單位脈沖響應系數(shù)，因此子信號，和分別表示對電壓采樣數(shù)據(jù)進行低通、帶通和高通濾波后得到的時域信號。

8、進一步的，所述步驟s20中，對低通子信號進行分解后得到3個長度都為的子信號，具體為：

9、；

10、其中cc[n]為低通子信號的子信號，cd[n]為帶通子信號的子信號，ce[n]為高通子信號的子信號。

11、進一步的，所述步驟s30中，平均能量記為。

12、進一步的，所述步驟s40中具體為：

13、和；

14、其中為第一層帶通子信號的噪聲系數(shù)，為第一層高通子信號的噪聲系數(shù)，為第二層帶通子信號的噪聲系數(shù)，為第二層高通子信號的噪聲系數(shù)，第一層的閾值為，第二層的閾值為。

15、進一步的，所述步驟s80中，bp神經(jīng)網(wǎng)絡結構包括輸入層、隱含層和輸出層，將所述步驟s30中平均能量和所述步驟s60中大噪聲信號比例值作為模型的輸入，剩余電量作為模型的輸出，令為模型輸入層的輸入變量，為模型輸出層的輸出值，和分別為輸入層到隱含層，和隱含層到輸出層的連接權值，各層的單元輸出之間存在以下對應關系：

16、和；

17、其中pi為輸入層到隱含層的輸入，qk為隱含層到輸出層的輸出，?為偏移量，為隱含層的激活函數(shù)，為輸出層的激活函數(shù)。

18、進一步的，所述選擇tansig函數(shù)，即：

19、；

20、所述選擇線性purelin函數(shù)，即：

21、；

22、其中z為purelin(z)的輸出。

23、進一步的，所述步驟s60中所設置的閾值為。

24、進一步的，所述步驟s90中，預設值為8%。

25、第二方面，本發(fā)明還提供了一種鋰亞電池剩余電量評估系統(tǒng)，包括：

26、直流電壓采樣芯片，用于對電表時鐘電池的電壓數(shù)據(jù)進行采集；數(shù)據(jù)處理模塊，用于對電表時鐘電池的電壓數(shù)據(jù)進行分解處理；電表通信模塊，用于將所述數(shù)據(jù)處理模塊中的數(shù)據(jù)上報至主站；負荷電阻，用于降低電表時鐘電池電量的損耗；數(shù)控開關，用于控制所述系統(tǒng)的啟閉；所述電表通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、直流電壓采樣芯片依次通信連接，所述數(shù)控開關與所述負荷電阻串聯(lián)，所述直流電壓采用芯片與所述負荷電阻并聯(lián)，所述數(shù)控開關一端與電表時鐘電池正極連接，另一端與所述負荷電阻的一端連接，所述負荷電阻的另一端與電表時鐘電池負極連接。

27、本發(fā)明提供的鋰亞電池剩余電量評估方法及系統(tǒng)與現(xiàn)有技術相比，至少具有如下有益效果：

28、現(xiàn)有技術的電池更換策略中無法對鋰亞電池剩余電量進行評估，而只能對鋰亞電池集中進行更換，導致電池資源浪費、運維成本增大。本發(fā)明流程簡單、操作便捷，使用小波框架函數(shù)進行采樣信號分析和處理，提取了兩個和鋰亞電池剩余電量高度相關的健康因子，即噪聲成分的平均能量和大噪聲信號比例值，并通過電表通信模塊將數(shù)據(jù)上報給主站，主站通過bp神經(jīng)網(wǎng)絡對鋰亞電池剩余電量進行評估。本發(fā)明提供的電池剩余電量評估方法的精度高，可幫助管理人員實現(xiàn)電表時鐘電池的按需更換，有效降低了電表壽命周期內的時鐘電池更換平均次數(shù)，實現(xiàn)了更高效率的電池資源利用，減少了電表在整個產品壽命周期中的運維成本。

技術特征：

1.一種鋰亞電池剩余電量評估方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種鋰亞電池剩余電量評估方法，其特征在于，所述步驟s10中，對信號x進行分解后得到3個長度都為的子信號，具體為：

3.根據(jù)權利要求2所述的一種鋰亞電池剩余電量評估方法，其特征在于，所述步驟s20中，對低通子信號、帶通子信號和高通子信號進行分解后得到3個長度都為的子信號，具體為：

4.根據(jù)權利要求3所述的一種鋰亞電池剩余電量評估方法，其特征在于，所述步驟s30中，平均能量記為。

5.根據(jù)權利要求4所述的一種鋰亞電池剩余電量評估方法，其特征在于，所述步驟s40中具體為：

6.根據(jù)權利要求1所述的一種鋰亞電池剩余電量評估方法，其特征在于，所述步驟s80中，bp神經(jīng)網(wǎng)絡結構包括輸入層、隱含層和輸出層，將所述步驟s30中平均能量和所述步驟s60中大噪聲信號比例值作為模型的輸入，剩余電量作為模型的輸出，令為模型輸入層的輸入變量，為模型輸出層的輸出值，和分別為輸入層到隱含層，和隱含層到輸出層的連接權值，各層的單元輸出之間存在以下對應關系：

7.根據(jù)權利要求6所述的一種鋰亞電池剩余電量評估方法，其特征在于，所述選擇tansig函數(shù)，即：

8.根據(jù)權利要求1所述的一種鋰亞電池剩余電量評估方法，其特征在于，所述步驟s60中所設置的閾值為。

9.根據(jù)權利要求1所述的一種鋰亞電池剩余電量評估方法，其特征在于，所述步驟s90中，預設值為8%。

10.一種采用如權利要求1至9任一項所述方法的系統(tǒng)，其特征在于，包括：

技術總結
本發(fā)明適用于智能電表技術領域，涉及一種鋰亞電池剩余電量評估方法及系統(tǒng)，包括：基于小波塔式分解算法對某次采樣過程中所獲得的信號進行分解，得到三個子信號；對子信號進行分解；計算采集信號中的噪聲成分的平均能量；對每一層的分解子信號進行噪聲系數(shù)提?。皇褂眯〔ㄋ街貥嬎惴▽π盘栠M行逐層重構；計算大噪聲信號比例值；將平均能量和大噪聲信號比例值發(fā)送至主站；主站進行時鐘電池的剩余電量評估，若電表內剩余電量滿足條件，主站將針對此電表發(fā)出電池更換通知。本發(fā)明流程簡單、操作便捷，對電表電池剩余電量評估準確，實現(xiàn)了更高效率的電池資源利用，降低了電表電池的平均更換次數(shù)，減少了電表在整個產品壽命周期中的運維成本。

技術研發(fā)人員：謝映海,易世華,李林峰,趙晨陽,陳永
受保護的技術使用者：威勝信息技術股份有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/21