CN103151811A

CN103151811A - 一种钒电池管理系统的soc检测方法

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Publication number: CN103151811A
Application number: CN2013100326393A
Authority: CN
Inventors: 陈晖�; 冯兴梅; 刘欣; 程佳; 刘建国; 严川伟
Original assignee: Institute of Metal Research of CAS
Current assignee: Institute of Metal Research of CAS
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2033-01-28
Also published as: CN103151811B

Abstract

本发明涉及钒电池领域，具体为一种SOC的检测方法，针对钒电池管理系统的电量检测，简便SOC检测方法，解决现有技术随电池的使用测量误差将越来越大等问题。为了弥补现有钒电池管理系统检测SOC的不足，本发明通过检测独立的钒电池单片开路电压来实时计算SOC。钒电池管理系统通过实时监测钒电池组的SOC，并将该SOC值通讯给储能逆变器和AGC自动发电量控制系统（Automatic Generation Control）。AGC自动发电量控制系统根据电网功率要求、风电当前实际功率以及钒电池实时SOC值进行控制，保证及时对钒电池工作状态进行调整，自动控制，从而调度储能逆变器进行钒电池的充放电，以保证电网并网的功率平滑，实现储能电站的最佳工作状态。

Description

一种钒电池管理系统的SOC检测方法

技术领域

本发明涉及钒电池领域，具体为一种钒电池管理系统的SOC检测方法。

背景技术

以往电池荷电状态SOC(State Of Charge)检测方法主要有电池电压监测法和电位检测法。

电池电压检测法是利用电池电压与SOC的函数关系（其中：U为电池电压，单位：V；溶液浓度1mol/L）：

SOC=Exp[(U-1.26)/0.1184]/{1+Exp[(U-1.26)/0.1184]}。

此方法的优势在于：监测仪器简单，操作简便，可行性好。其局限性为：此方法不能在电池充放电过程中进行，而且随电池的使用测量误差将越来越大，因为随正负极活性物质在使用中不断变化，电池电压与SOC的对应关系不再与上式完全吻合。

而电位监测法是利用正极电位与SOC的函数关系（其中，U1为正极电位，单位V）：

SOC₁=Exp[(U₁-0.99)/0.0592]/{1+Exp[(U₁-0.99)/0.0592]}

以及负极电位与SOC的函数关系（其中：U2为负极电位，单位V）：

SOC₂=1/{1+Exp[(U₂+0.27)/0.0592]}

然后，通过SOC=min(SOC1,SOC2)(两数取小)来得到SOC的值，此方法的优势在于：监测可在电池充放电过程中进行，且监测结果更直接准确。其局限性为：目前缺少可靠的电位监测设备，而且随着使用，电位监测设备老化明显，测量值误差越来越大。

发明内容

为了弥补现有钒电池管理系统检测SOC的不足，本发明的目的在于提供一种更可靠的钒电池管理系统的SOC检测方法，解决现有技术随电池的使用测量误差将越来越大等问题。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种钒电池管理系统的SOC检测方法，针对钒电池管理系统的电量检测，简便SOC检测方法，通过检测钒电池单片开路电压来实时计算SOC。钒电池组中的一个电池堆在加工制造过程中，多加工出一个独立的钒电池单片（单片电池），此独立的钒电池单片和其他钒电池单片不同之处在于，此独立的钒电池单片在钒电池组中的位置和连接关系是：独立的钒电池单片紧挨着原电池堆最后一个钒电池单片安装，独立于电池充放电的电极之外，只参与电解液循环，但不参与钒电池的充放电。

钒电池是否充满以及钒电池是否放电放完，由储能逆变器通过通讯传送给钒电池管理系统。在钒电池充满时，对应检测到的独立的钒电池单片开路电压为钒电池单片充电截止开路电压U_ct，其对应的SOC为100%。在钒电池放电放完时，对应检测到的独立的钒电池单片开路电压为钒电池单片放电截止开路电压U_dt，其对应的SOC为0%。在SOC随钒电池单片开路电压呈线性变化，就可以通过实时检测到的独立的钒电池单片开路电压U_r来计算SOC。其公式如下：

SOC=(U_r-U_dt)/(U_ct-U_dt)×100%。

所述的钒电池管理系统的SOC检测方法，钒电池组与储能逆变器连接，储能逆变器与AGC自动发电量控制系统的输出端连接；根据独立的钒电池单片电压检测结果进行SOC计算，SOC计算结果输入至AGC自动发电量控制系统，通过AGC自动发电量控制系统控制储能逆变器对钒电池进行充放电。

所述的钒电池管理系统的SOC检测方法，储能逆变器经变压器将钒电池所存电能并入电网，用于储能电站存储电能；或者，通过储能逆变器为钒电池充电。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明具有工艺方法简单、方便。制作工艺上只是在原电池堆上多加工出一个独立的钒电池单片，该独立的钒电池单片只参与电解液循环，不参与钒电池的充放电。

2、本发明测量方法简化了储能电站调度策略软件设计，对钒电池领域使用AGC自动发电量控制系统（Automatic Generation Control，简称AGC系统）的控制策略在钒电池100%>SOC>0%，即在钒电池“放完”和钒电池“充满”状态之间调度储能逆变器对钒电池的充放电，此符合逻辑要求，也简化了AGC自动发电量控制系统的软件设计。

附图说明

图1为本发明钒电池组中的一个电池堆结构示意图。图中，1独立的钒电池单片；2串联的钒电池单片。

图2为本发明储能电站调度策略软件AGC自动发电量控制系统流程图。

具体实施方式

本发明钒电池管理系统的SOC检测方法，具体步骤如下：

1、加工工艺。如图1所示，钒电池组中的一个电池堆在加工制造过程中，已多加工出一个独立的钒电池单片1（例如正常情况下一个电池堆有30个钒电池单片2串联组成，在此电池堆上多加工一个独立的钒电池单片1），此独立的钒电池单片1和其他串联的钒电池单片2不同之处在于，此独立的钒电池单片1只参与电解液循环，但不参与钒电池的充放电。

2、SOC具体计算方法。钒电池是否充满以及钒电池是否放电放完由储能逆变器通过通讯传送给钒电池管理系统(BMS)。在计算方法上，假定钒电池充满时，对应检测到的独立的钒电池单片开路电压为钒电池单片充电截止开路电压U_ct，其对应的SOC为100%。假定钒电池放电放完时，对应检测到的独立的钒电池单片开路电压为钒电池单片放电截止开路电压U_dt，其对应的SOC为0%。假定SOC随独立的钒电池单片开路电压呈线性变化，那么就可以通过钒电池管理系统实时检测到的独立的钒电池单片开路电压U_r来计算SOC。其公式如下：

SOC=(U_r-U_dt)/(U_ct-U_dt)×100%

钒电池用于储能电站存储电能，AGC自动发电量控制系统（AutomaticGeneration Control）必须要求能实时了解钒电池的状态，以便实时调度储能逆变器对钒电池的充放电，从而实现并网功率平滑的目的。而AGC自动发电量控制系统要了解的钒电池的状态指的就是，当前钒电池自身还能否存储电量或释放电量。钒电池的状态取决于，钒电池当前电量是否处于“充满”状态（钒电池组电压＝钒电池组充电截止电压），还是处于“放完”状态（钒电池组电压＝钒电池组放电截止电压），用SOC表示。也就是说，AGC自动发电量控制系统调度策略必须需要SOC的参与，在SOC处于钒电池“放完”和钒电池“充满”状态之间时，允许AGC自动发电量控制系统进行调度。

如图2所示，AGC自动发电量控制系统的控制流程如下：

钒电池组与储能逆变器连接，储能逆变器与AGC自动发电量控制系统的输出端连接；根据独立的钒电池单片电压检测结果进行SOC计算，SOC计算结果输入至AGC自动发电量控制系统，通过AGC自动发电量控制系统控制储能逆变器对钒电池进行充放电。储能逆变器经变压器将钒电池所存电能并入电网，用于储能电站存储电能；或者，通过储能逆变器为钒电池充电。

由于钒电池本身的原因，如果检测真正的钒电池SOC，其达到100%和0%的可能性事实上是不存在的。如果检测真正的SOC，那么SOC值在钒电池当前电量是否处于“充满”状态时SOC<100%，处于“放完”状态时SOC>0%。那么就需要在储能系统中，设置钒电池禁止放电SOC值和钒电池禁止充电SOC值，且由于钒电池本身随着充放电次数的增加，钒电池禁止放电SOC值和钒电池禁止充电SOC值也会不断变化，这样在一定程度上增加了软件设计复杂程度。

其实，SOC决定了AGC自动发电量控制系统能否调度储能逆变器对钒电池进行充放电，而其值是否真正达到100%和0%并不影响AGC自动发电量控制系统的调度。通过独立的钒电池单片开路电压检测SOC的方法简便了AGC自动发电量控制系统的软件设计。只要100%>SOC>0%，AGC自动发电量控制系统就可以根据控制策略来决定是否调度储能逆变器对钒电池进行充放电，SOC＝100%是充电极限，而SOC＝0%是放电极限。SOC＝100%和储能逆变器检测到的钒电池组电压为充电截止电压相对应，即和钒电池“充满”状态相对应；SOC＝0%和储能逆变器检测到的钒电池组电压为放电截止电压相对应，即和钒电池“放完”状态相对应。

实施例1

若电池组充满电时，独立的钒电池单片开路电压检测值为1500mV；电池组放完电时，独立的钒电池单片开路电压检测值为1100mV。

则独立的钒电池单片开路电压检测值为1500mV对应的SOC为100％；独立的钒电池单片开路电压检测值为1100mV对应的SOC为0％；当前实测钒电池单片开路电压为1200mV，则：

SOC=(U_r-U_dt)/(U_ct-U_dt)×100%=(1200-1100)/(1500-1100)×100%=25%

实施例结果表明，针对钒电池管理系统的电量检测，简便SOC检测方法。为了弥补现有钒电池管理系统检测SOC的不足，本发明提供一种更可靠、简便的钒电池管理系统SOC检测方法，通过检测独立的钒电池开路电压来实时计算SOC。钒电池管理系统通过实时监测钒电池组的SOC，并将该SOC值通讯给储能逆变器和AGC自动发电量控制系统。AGC自动发电量控制系统根据电网功率要求、风电当前实际功率以及钒电池实时SOC值进行控制，保证及时对钒电池工作状态进行调整，自动控制，从而调度储能逆变器进行钒电池的充放电，以保证电网并网的功率平滑，实现储能电站的最佳工作状态。

Claims

1.一种钒电池管理系统的SOC检测方法，其特征在于，针对钒电池管理系统的电量检测，简便SOC检测方法，通过检测钒电池单片开路电压来实时计算SOC；

（1）在制作工艺上，钒电池组中的一个电池堆在加工制造过程中，多加工出一个独立的钒电池单片，此独立的钒电池单片和其他串联的钒电池单片不同之处在于，此独立的钒电池单片在钒电池组中的位置和连接关系是：独立的钒电池单片紧挨着原电池堆最后一个串联的钒电池单片安装，独立于电池充放电的电极之外，只参与电解液循环，但不参与钒电池的充放电；

（2）在计算方法上，钒电池是否充满以及钒电池是否放电放完，由储能逆变器通过通讯传送给钒电池管理系统；在钒电池充满时，对应检测到的独立的钒电池单片开路电压为钒电池单片充电截止开路电压U_ct，其对应的SOC为100%；在钒电池放电放完时，对应检测到的独立的钒电池单片开路电压为钒电池单片放电截止开路电压U_dt，其对应的SOC为0%；在SOC随独立的钒电池单片开路电压呈线性变化，通过实时检测到的独立的钒电池单片开路电压U_r来计算SOC；其公式如下：

SOC=(U_r-U_dt)/(U_ct-U_dt)×100%。

2.按照权利要求1所述的钒电池管理系统的SOC检测方法，其特征在于，钒电池组与储能逆变器连接，储能逆变器与AGC自动发电量控制系统的输出端连接；根据独立的钒电池单片电压检测结果进行SOC计算，SOC计算结果输入至AGC自动发电量控制系统，通过AGC自动发电量控制系统控制储能逆变器对钒电池进行充放电。

3.按照权利要求2所述的钒电池管理系统的SOC检测方法，其特征在于，储能逆变器经变压器将钒电池所存电能并入电网，用于储能电站存储电能；或者，通过储能逆变器为钒电池充电。