CN103529394B - 一种储能系统容量检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种储能系统容量检测装置及方法，应用于储能电池容量检测技术领域，该储能系统容量检测装置包括：并网变流器PCS通讯模块、电池管理系统BMS通讯模块、电池组串检测模块和检测装置监控模块；PCS通讯模块，用于与PCS进行通讯；BMS通讯模块，用于与BMS进行通讯；电池组串检测模块，数量为至少一个，与储能系统包含的至少一个电池组串一一对应；用于测量相对应的电池组串的工作状态数据；检测装置监控模块，包括控制单元、监测单元、计算单元；其中，控制单元，用于通过PCS通讯模块控制PCS对各电池组串进行的充放电过程；监测单元，用于通过电池组串检测模块获取各电池组串的工作状态数据；通过BMS通讯模块获取各电池单体的工作状态数据；计算单元，用于根据各电池组串的工作状态数据计算储能系统的容量。本发明测试方法统一、计算结果精确，实施方便，具有较好的实用性。

Description

一种储能系统容量检测装置及方法

技术领域

本发明涉及储能电池容量检测技术领域，具体地，涉及一种储能系统容量检测装置及方法。

背景技术

近年来锂离子电池正逐步应用于新能源发电系统，意在平滑风力发电和太阳能发电对电网造成的冲击。然而电池容量会随着电池使用次数的增加而下降，而容量的下降直接减弱了平抑新能源发电的作用。因此，在现场应用条件下，准确的获得锂离子电池组的可用容量则尤为必要。而目前由于用于储能系统的电池组串数量多，体积大，无法像电动汽车或电动工具电池一样将电池拆卸出来用专业设备进行容量测试，而储能电池的现场容量测试缺乏相应的工具和实施手段。

目前储能电池的容量测试基本源于电池厂家提供的测试数据，由于测试过程受限于储能现场工作条件和运行机制，因此其主要方案是结合电池出厂时的特性参数，利用电池充放电过程中的数据采集对电池容量进行估算，来获得电池容量的变化情况。但是这种测试方法存在很多缺点，例如：1）由于电池特征参数不断的变化以及估算方法存在误差，因此估算出的电池容量数据存在一定的误差；2）储能现场的数据来源主要是BMS（BATTERYMANAGEMENTSYSTEM，电池管理系统）和PCS（并网变流器），由于各个厂家设备的精度存在差异，造成测量过程电池数据的差异性，无法十分准确的判断电池容量的估算精度；3）储能现场的电池由多个厂家提供，容量测试方法各不相同，而且厂家所做的容量测试过程基本包括数据提取和容量估算两部分，缺乏系统性和规范性，另外，各个厂家关于容量测试方法和标准不统一，难以对不同厂家的电池进行横向对比评估。

综上所述，目前的储能系统容量测试方法存在设备不一致、方法不统一、测试结果有误差且不具有可比性等缺点。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种储能系统容量检测装置及方法，以克服目前的储能系统容量测试方法存在设备不一致、方法不统一、测试结果有误差且不具有可比性等缺点。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种储能系统容量检测装置，包括：并网变流器PCS通讯模块、电池管理系统BMS通讯模块、电池组串检测模块和检测装置监控模块；

所述PCS通讯模块，用于与PCS进行通讯；

所述BMS通讯模块，用于与BMS进行通讯；

所述电池组串检测模块，数量为至少一个，与所述储能系统包含的至少一个电池组串一一对应；用于测量相对应的电池组串的工作状态数据；

所述检测装置监控模块，包括控制单元、监测单元、计算单元；其中，

所述控制单元，用于通过所述PCS通讯模块控制PCS对各电池组串进行的充放电过程；

所述监测单元，用于通过所述电池组串检测模块获取各电池组串的工作状态数据；通过所述BMS通讯模块获取各电池单体的工作状态数据；

所述计算单元，用于根据所述各电池组串的工作状态数据计算储能系统的容量。

相应的，本发明还提供一种储能系统容量检测方法，包括：

控制并网变流器PCS对储能系统包含的各电池组串进行充放电；

获取所述各电池组串的工作状态数据；

获取所述储能系统包含的各电池单体的工作状态数据；

根据所述各电池组串的工作状态数据计算所述储能系统的容量。

借助于上述技术方案，本发明通过对电池组串进行统一且精确的充放电试验，对获得的电池组串工作状态数据进行处理，计算得到各电池组串的容量，进而计算得到储能系统的容量，相比于现有技术，本发明提供的装置实施方便，具有较好的实用性，本发明提供的检测方法标准统一、计算结果精确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的储能系统容量检测装置的结构示意图；

图2是本发明提供的充电过程示意图；

图3是本发明提供的放电过程示意图；

图4是本发明提供的计算单元计算储能系统容量的流程示意图；

图5是本发明提供的储能系统容量检测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种储能系统容量检测装置，如图1所示，该装置包括：并网变流器PCS通讯模块11、电池管理系统BMS通讯模块12、电池组串检测模块13和检测装置监控模块14。

PCS通讯模块11，用于与PCS进行通讯。

在一种较佳的实施例中，PCS通讯模块11通过CAN总线与PCS相连接，并基于TCP协议进行通讯。

BMS通讯模块12，用于与BMS进行通讯。

在一种较佳的实施例中，BMS通讯模块12通过CAN总线与BMS相连接，并基于TCP协议进行通讯。

电池组串检测模块13，数量为至少一个，与所述储能系统包含的至少一个电池组串一一对应；用于测量相对应的电池组串的工作状态数据。

在一种较佳的实施例中，电池组串的工作状态数据包括：电池组串的电压值和电流值信息。

在一种较佳的实施例中，电池组串检测模块13具体用于按照预设的频率采集相对应的电池组串的电压值和电流值。

检测装置监控模块14分别连接PCS通讯模块11和各电池组串检测模块13，包括控制单元、监测单元和计算单元。

在一种较佳的实施例中，检测装置监控模块14通过内部CAN总线与各电池组串检测模块13相连接。

控制单元，用于通过所述PCS通讯模块11控制PCS对各电池组串进行的充放电过程。

在一种较佳的实施例中，控制单元控制具体用于以各电池单体的最高充电电压和最低放电电压、各电池组串的最高充电电压和最低放电电压、各电池组串的最大充电电流和最小放电电流为充放电限值条件，根据所述各电池组串的工作状态数据和各电池单体的工作状态数据，在所述充放电过程中保护各电池单体避免过充或过放。

例如，控制单元控制PCS对各电池组串进行的充放电过程包括如图2所示的充电过程及如图3所示的放电过程。

如图2所示，充电过程包括如下步骤：

步骤S21，确定电池组串的荷电状态SOC为0％或者容量放空；

步骤S22，开始充电容量测试；

步骤S23，以额定功率对电池组串充电；

步骤S24，判断电池组串的容量是否小于90％额定容量，若是，则返回步骤S23，否则，执行步骤S25；

步骤S25，以40％额定功率对电池组串充电；

步骤S26，判断是否达到充电限值条件（电池单体的最高充电电压、电池组串的最高充电电压、电池组串的最大充电电流），若是，则终止试验，否则，返回步骤S25。

如图3所示，放电过程包括如下步骤：

步骤S31，确定电池组串的荷电状态SOC为100％或者容量充满；

步骤S32，开始放电容量测试；

步骤S33，以额定功率对电池组串放电；

步骤S34，判断电池组串的容量是否小于90％额定容量，若是，则返回步骤S33，否则，执行步骤S35；

步骤S35，以40％额定功率对电池组串放电；

步骤S36，判断是否达到放电限值条件（电池单体的最低放电电压、电池组串的最低放电电压、电池组串的最小放电电流），若是，则终止试验，否则，返回步骤S35。

监测单元，用于通过所述电池组串检测模块13获取各电池组串的工作状态数据；通过所述BMS通讯模块12获取各电池单体的工作状态数据。

在一种较佳的实施例中，电池单体的工作状态数据包括：电池单体的电压值和温度值信息。

计算单元，用于根据所述各电池组串的工作状态数据计算储能系统的容量。

在一种较佳的实施例中，计算单元计算储能系统的容量时具体包括如图4所示的步骤：

步骤S41，针对每一电池组串，对第一预设时间间隔内采集到的电压值和电流值进行二阶Σ-Δ调制器噪声整形处理以及sinc³数字滤波处理，得到电压瞬时值和电流瞬时值；对第二预设时间间隔内得到的所述电压瞬时值和电流瞬时值进行防脉冲干扰均值滤波处理，得到电流平均值和电压平均值；根据采样时间内得到的所有电压平均值、电流平均值、预设的时间间隔计算该电池组串的容量；所述第二预设时间间隔大于等于第一预设时间间隔；

步骤S42，将所述各电池组串的容量进行累加，得到所述储能系统的容量；

其中，步骤S41对第二预设时间间隔内得到的所述电压瞬时值和电流瞬时值进行防脉冲干扰均值滤波处理，得到电流平均值和电压平均值，具体为：删除所述第二预设时间间隔内得到的所有电压瞬时值中的最大值和最小值，将其余电压瞬时值的平均值确定为电压平均值；删除所述第二预设时间间隔内得到的所有电流瞬时值中的最大值和最小值，将其余电流瞬时值的平均值确定为电流平均值；

步骤S41根据采样时间内得到的所有电压平均值、电流平均值、预设的时间间隔计算该电池组串的容量时采用如下公式：

$W=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\‾}{U}}_i{\stackrel{\‾}{I}}_i\mathrm{\ΔT}$

上述公式中，W表示电池组串的容量；表示电压平均值；表示电流平均值；ΔT表示第二预设时间间隔；N表示采样时间内包含的ΔT个数。

步骤S41中采用的二阶Σ-Δ调制器噪声整形处理、sinc³数字滤波处理都是本领域的常用处理技术，此处不再赘述。

本发明通过对电池组串进行统一且精确的充放电试验，对获得的电池组串工作状态数据进行处理，计算得到各电池组串的容量，进而计算得到储能系统的容量，相比于现有技术，本发明提供的装置实施方便，具有较好的实用性。

相应的，本发明还提供一种储能系统容量检测方法，如图5所示，该方法包括：

步骤S51，控制并网变流器PCS对储能系统包含的各电池组串进行充放电；

步骤S52，获取所述各电池组串的工作状态数据；

步骤S53，获取所述储能系统包含的各电池单体的工作状态数据；

步骤S54，根据所述各电池组串的工作状态数据计算所述储能系统的容量。

在一种较佳的实施例中，所述电池组串的工作状态数据包括：电池组串的电压值和电流值信息。

在一种较佳的实施例中，步骤S52获取所述各电池组串的工作状态数据，具体为：按照预设的频率采集所述各电池组串的电压值和电流值。

在一种较佳的实施例中，步骤S54根据所述各电池组串的工作状态数据计算所述储能系统的容量，具体为：

针对每一电池组串，对第一预设时间间隔内采集到的电压值和电流值进行二阶Σ-Δ调制器噪声整形处理以及sinc3数字滤波处理，得到电压瞬时值和电流瞬时值；对第二预设时间间隔内得到的所述电压瞬时值和电流瞬时值进行防脉冲干扰均值滤波处理，得到电流平均值和电压平均值；根据采样时间内得到的所有电压平均值、电流平均值、预设的时间间隔计算该电池组串的容量；所述第二预设时间间隔大于等于第一预设时间间隔；

将所述各电池组串的容量进行累加，得到所述储能系统的容量；

其中，对第二预设时间间隔内得到的所述电压瞬时值和电流瞬时值进行防脉冲干扰均值滤波处理，得到电流平均值和电压平均值，具体为：删除所述第二预设时间间隔内得到的所有电压瞬时值中的最大值和最小值，将其余电压瞬时值的平均值确定为电压平均值；删除所述第二预设时间间隔内得到的所有电流瞬时值中的最大值和最小值，将其余电流瞬时值的平均值确定为电流平均值；

根据采样时间内得到的所有电压平均值、电流平均值、预设的时间间隔计算该电池组串的容量时采用如下公式：

$W=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\‾}{U}}_i{\stackrel{\‾}{I}}_i\mathrm{\ΔT}$

上述公式中，W表示电池组串的容量；表示电压平均值；表示电流平均值；ΔT表示第二预设时间间隔；N表示采样时间内包含的ΔT个数。

在一种较佳的实施例中，步骤S51控制PCS对储能系统包含的各电池组串进行充放电，具体为：

以各电池单体的最高充电电压和最低放电电压、各电池组串的最高充电电压和最低放电电压、各电池组串的最大充电电流和最小放电电流为充放电限值条件，根据所述各电池组串的工作状态数据和各电池单体的工作状态数据，在所述充放电过程中保护各电池单体避免过充或过放。

本发明提供的储能系统容量检测方法与本发明提供的储能系统容量检测装置基于同样的工作原理，其具体实施方式可参见上述对储能系统容量检测装置的详细介绍，此处不再赘述。

本发明通过对电池组串进行统一且精确的充放电试验，对获得的电池组串工作状态数据进行处理，计算得到各电池组串的容量，进而计算得到储能系统的容量，相比于现有技术，本发明提供的装置实施方便，具有较好的实用性，本发明提供的检测方法标准统一、计算结果精确。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种储能系统容量检测装置，其特征在于，所述储能系统容量检测装置包括：并网变流器PCS通讯模块、电池管理系统BMS通讯模块、电池组串检测模块和检测装置监控模块；

所述PCS通讯模块，用于与PCS进行通讯；

所述BMS通讯模块，用于与BMS进行通讯；

所述电池组串检测模块，数量为至少一个，与所述储能系统包含的至少一个电池组串一一对应；用于测量相对应的电池组串的工作状态数据；

所述检测装置监控模块，包括控制单元、监测单元、计算单元；其中，

所述控制单元，用于通过所述PCS通讯模块控制PCS对各电池组串进行的充放电过程；

所述监测单元，用于通过所述电池组串检测模块获取各电池组串的工作状态数据；通过所述BMS通讯模块获取各电池单体的工作状态数据；

所述计算单元，用于根据所述各电池组串的工作状态数据计算储能系统的容量；

所述电池组串的工作状态数据包括：电池组串的电压值和电流值信息；

所述电池组串检测模块具体用于按照预设的频率采集相对应的电池组串的电压值和电流值；

所述计算单元具体用于：

针对每一电池组串，对第一预设时间间隔内采集到的电压值和电流值进行二阶Σ-Δ调制器噪声整形处理以及sinc³数字滤波处理，得到电压瞬时值和电流瞬时值；对第二预设时间间隔内得到的所述电压瞬时值和电流瞬时值进行防脉冲干扰均值滤波处理，得到电流平均值和电压平均值；根据采样时间内得到的所有电压平均值、电流平均值、预设的时间间隔计算该电池组串的容量；所述第二预设时间间隔大于等于第一预设时间间隔；

将所述各电池组串的容量进行累加，得到所述储能系统的容量；

其中，对第二预设时间间隔内得到的所述电压瞬时值和电流瞬时值进行防脉冲干扰均值滤波处理，得到电流平均值和电压平均值，具体为：删除所述第二预设时间间隔内得到的所有电压瞬时值中的最大值和最小值，将其余电压瞬时值的平均值确定为电压平均值；删除所述第二预设时间间隔内得到的所有电流瞬时值中的最大值和最小值，将其余电流瞬时值的平均值确定为电流平均值；

根据采样时间内得到的所有电压平均值、电流平均值、预设的时间间隔计算该电池组串的容量时采用如下公式：

$W=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{\stackrel{\‾}{U}}_i\stackrel{\‾}{I_i}\mathrm{\Δ}T$

上述公式中，W表示电池组串的容量；表示电压平均值；表示电流平均值；ΔT表示第二预设时间间隔；N表示采样时间内包含的ΔT个数。

2.根据权利要求1所述的储能系统容量检测装置，其特征在于，所述控制单元具体用于以各电池单体的最高充电电压和最低放电电压、各电池组串的最高充电电压和最低放电电压、各电池组串的最大充电电流和最小放电电流为充放电限值条件，根据所述各电池组串的工作状态数据和各电池单体的工作状态数据，在所述充放电过程中保护各电池单体避免过充或过放。

3.一种储能系统容量检测方法，其特征在于，包括：

控制并网变流器PCS对储能系统包含的各电池组串进行充放电；

获取所述各电池组串的工作状态数据；

获取所述储能系统包含的各电池单体的工作状态数据；

根据所述各电池组串的工作状态数据计算所述储能系统的容量；

所述电池组串的工作状态数据包括：电池组串的电压值和电流值信息；

所述获取所述各电池组串的工作状态数据，具体为：

按照预设的频率采集所述各电池组串的电压值和电流值；

所述根据所述各电池组串的工作状态数据计算所述储能系统的容量，具体为：

针对每一电池组串，对第一预设时间间隔内采集到的电压值和电流值进行二阶Σ-Δ调制器噪声整形处理以及sinc³数字滤波处理，得到电压瞬时值和电流瞬时值；对第二预设时间间隔内得到的所述电压瞬时值和电流瞬时值进行防脉冲干扰均值滤波处理，得到电流平均值和电压平均值；根据采样时间内得到的所有电压平均值、电流平均值、预设的时间间隔计算该电池组串的容量；所述第二预设时间间隔大于等于第一预设时间间隔；

将所述各电池组串的容量进行累加，得到所述储能系统的容量；

其中，对第二预设时间间隔内得到的所述电压瞬时值和电流瞬时值进行防脉冲干扰均值滤波处理，得到电流平均值和电压平均值，具体为：删除所述第二预设时间间隔内得到的所有电压瞬时值中的最大值和最小值，将其余电压瞬时值的平均值确定为电压平均值；删除所述第二预设时间间隔内得到的所有电流瞬时值中的最大值和最小值，将其余电流瞬时值的平均值确定为电流平均值；

根据采样时间内得到的所有电压平均值、电流平均值、预设的时间间隔计算该电池组串的容量时采用如下公式：

$W=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{\stackrel{\‾}{U}}_i\stackrel{\‾}{I_i}\mathrm{\Δ}T$

上述公式中，W表示电池组串的容量；表示电压平均值；表示电流平均值；ΔT表示第二预设时间间隔；N表示采样时间内包含的ΔT个数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，控制PCS对储能系统包含的各电池组串进行充放电，具体为：

以各电池单体的最高充电电压和最低放电电压、各电池组串的最高充电电压和最低放电电压、各电池组串的最大充电电流和最小放电电流为充放电限值条件，根据所述各电池组串的工作状态数据和各电池单体的工作状态数据，在所述充放电过程中保护各电池单体避免过充或过放。