CN103547936A - Ess的寿命状态估算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种估算ESS寿命状态的系统，其包括：电池组电压计算处理器，其接收能量存储系统（ESS）的最基本组成的电池单元的单元电池电压从而计算电池组的电池组电压；SOH估算处理器，其从电池组电压计算处理器接收电池组电压并设定用于估算寿命状态（SOH）的预定条件从而估算满足预定条件的SOH；SOH计算处理器，其在估算SOH满足预定条件时确定电池组电压，并且通过使用所确定的当前电池组电压和初始电池组电压之间的电压差而计算SOH；以及SOC补偿处理器，其通过将初始额定容量乘以从SOH计算处理器接收的SOH而计算补偿容量的充电状态（SOC）。

Description

ESS的寿命状态估算方法

技术领域

本发明涉及估算ESS寿命状态的系统和方法，以及更具体地，涉及估算ESS寿命状态及由此补偿电池容量的技术。

背景技术

电池已从用于IT设备的电池发展为存储由光电发电或风力发电所产生的电并在需要时使用所存储的电的ESS。目前，电池作为将便携式电源和新的可再生能源产生的电力稳定地供应给电力网的设施或能量存储系统而引人注目。此外，在已被视为新能源的二次电池市场，对ESS领域的关注正逐渐增加。

ESS是一种存储发电厂产生的电力并在需要电力时将存储的电力转移至需要的地方的设备。ESS是一种存储电力并在需要的地方和时间使用所存储电力的存储单元，并且其最近已经因其经济友好型特点而成为了热点话题。

例如最近引起公众注意的风力发电、光电发电等的新再生能源已经降低了发电稳定性，因此，其将来需要通过与ESS结合来提高稳定性。

ESS是一种使用LIB或铅存储电池的大容量电力存储设备，是一种存储超额生产的电力并在缺少电力时释放电力从而稳定电力供应和需求的设备。ESS是一种在电力需求小时存储过剩电力并在电力需求大的峰值时刻或在电费率昂贵的时刻使用所存储电力从而提高电力使用效率的设备。

当使用ESS时，其与新的再生能源的结合会降低新电力生产设施投资成本并且最大化能量生产和使用效率。在这些方面，需要开发一种技术来估算所需的ESS寿命状态。本发明还涉及ESS寿命状态估算以及电池容量补偿。

作为研究结果，在10-0740113号韩国专利（在下文中称为现有专利1，名称为“Method of estimating state of health and batterymanagement system using the same，估算寿命状态的方法及使用该方法的电池管理系统”）中公开了一种关于在电池管理系统（其管理电池，电池中多个电池单元构成单电池组）中使用的寿命状态估算方法，该方法包括：a）测量电池的第一电池组电压和第一电池组电流；b）在第一时间段后，测量电池的第二电池组电压及第二电池组电流；c）基于第一电池组电压、第一电池组电流、第二电池组电压和第二电池组电流计算电池组内部电阻，并利用计算得到的电池组内部电阻来计算电池的峰值输出，d）当所计算的峰值输出小于第一参考峰值输出时，输出第一信号，以及e）当峰值输出大于第一参考峰值输出且小于大于第一参考峰值输出的第二参考峰值输出时，输出第二信号，其中第一信号是通知由于电池性能退化而存在电池缺陷的信号，第二信号是通知电池性能在退化的警告信号。

此外，在10-0889179号韩国专利（下文中称为现有专利2，名称为“Apparatus for controlling of inverter circuit for estimating state ofhealth and inverter circuit thereof，用于控制估算寿命状态的倒相电路的设备及其倒相电路”）中，该设备包括：与电池和反相器连接并且接收电池信息和反相信息的信息接收器；控制电池的每个电池单元电压的电池单元控制模块；控制反相器的电压和频率的电压频率控制模块；以及，主控制器，如果通过电池信息确定了特定单元电池的电压与其他单元电池不同，那么主控制器通过控制单元电池控制模块而强制该特定单元电池在预定时间内放电或在预定时间内绕开该特定电池单元；并且该主控制器根据反相器信息来控制电压频率控制模块，从而控制反相器的输出电压和频率；以及，如果通过使用电池信息确定了通过累积电池的消耗容量而获取的累积容量大于或等于电池的额定容量，那么主控制器通过增加当前充放电频率而计算寿命状态；其中当初级电压值和次级电压值之间的差大于零时，主控制器通过将初级电压值和次级电压值之间的差除以消耗电流而计算内部阻抗，并根据所计算的内部阻抗补偿寿命状态。

然而，本发明涉及基于电池电压变化模式的寿命状态，该电池电压变化模式描绘并估算对应于查询表中相对应的电池电压变化模式的电池容量，其中，查询表给出了电池电压变化模式和电池容量之间的相互关系，并且对于每个电池电压变化模式定义电池容量且该电池容量与现有专利1和现有专利2不同，因为电池容量的开发无法容易地实现。

引用列表

专利文献

0740113号韩国专利（授权日期：2007年7月10日）

0889179号韩国专利（授权日期：2009年3月6日）

发明内容

技术问题

本发明的目的在于提供一种估算ESS寿命状态的方法，ESS是一种利用LIB或铅存储电池的大容量电力存储设备，其能够存储超额生产的电力，并且当缺少电力时其可以释放所存储的电力，从而稳定电力供应和需求。

技术方案

一方面提供了一种估算ESS寿命状态的系统，包括：电池组电压计算处理器，其接收电池单元（其是最基本的能量存储系统（ESS））的单元电池电压从而计算电池组的电池组电压；SOH估算处理器，其从电池组电压计算处理器接收电池组电压并设置用于估算寿命状态（SOH）的预定条件从而估算满足预定条件的SOH；SOH计算处理器，其在估算SOH满足预定条件时确定电池组电压并通过利用所确定的当前电池组电压和初始电池组电压之间的电压差而计算SOH；以及SOC补偿处理器，其通过将初始额定容量乘以从SOH计算处理器接收的SOH而计算补偿容量的充电状态（SOC）。

作为预定条件，ESS的电池温度可以是23°至27°，ESS中流动的电流可以是额定0.5C或更多，并且由ESS的控制器计算的SOC可以是49%至51%。

SOH计算处理器可以保存查询表，在该查询表中彼此对应地记录电压差和SOH，并且在估算SOH满足预定条件时，SOH计算处理器从查询表中获取对应于电压差的SOH。

SOC补偿处理器通过将SOC补偿容量代入额定容量面积中而计算SOC。

另一方面，提供了一种ESS寿命状态估算方法，包括：接收电池组的电池组电压；通过设定用于估算SOH的预定条件而估算满足预定条件的SOH；在估算SOH满足预定条件时确定电池组电压，并且计算所确定的当前电池组电压和初始电池组电压之间的电压差；通过从预存的查询表获取对应于该电压差的SOH而计算SOH；通过将初始额定容量乘以SOH而计算SOC补偿容量；以及通过将SOC补偿容量代入额定容量面积中而补偿SOC。

有益效果

根据本发明示例实施例的估算ESS寿命状态的系统和方法能够通过精确估算寿命状态而使得ESS电力管理设计更有效。

附图说明

图1是显示电池充放电特征曲线的附图；

图2是显示估算ESS寿命状态的系统构造的附图；

图3是显示查询表的附图；

图4是估算ESS寿命状态的方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明示例实施例的估算ESS寿命状态的系统和方法。通过示例方式提供下述引入的附图，从而将本发明概念完全传达给本发明所涉及领域内的技术人员。因此，本发明的范围不限于下述说明和附图。此外，整个说明书中，类似的参考标记表示类似的元件。

此处，除非指定，否则，在说明书中使用的术语，包括技术和科技术语，具有本发明所涉及领域的技术人员通常理解的意义，并且将省略可能会模糊本发明主旨的已知功能和组成的详细描述。

电池已经从用于IT设备的电池发展为存储由光电发电或风力发电所产生的电并且在需要时使用所存储的电的ESS。ESS使用用于高容量ESS的电池。因此，在ESS中，估算寿命状态是非常重要的技术。本发明涉及估算ESS寿命状态。

图1是显示电池充放电特征曲线的附图。

如图1所示，充放电特征曲线通常非线性地显示。由于电池的内部电阻随电池的使用而增加，在充电时电池电压升高为高于初始电压，并且在放电时降低。本发明的示例实施例用于估算电池容量的降低量并使用电池容量的降低量来补偿电池的充电量。

不同于汽车，特别是混合动力车或电动汽车中使用的电流模式，ESS的电流模式通常继续充或放预定电量。尽管ESS用于根据用途、通过保持快速的充或放电持续模式而调节电力分布系统的频率，当电流模式充或放预定电量时，参考本发明的示例实施例。

图2是显示估算ESS寿命状态的系统构造的附图。

通过电池组电压计算处理器220、SOH估算处理器240、SOH计算处理器260以及SOC补偿处理器280的处理来实施估算ESS寿命状态和补偿电池容量。

通过接收作为ESS最基本组成的电池单元的单元电池电压110，电池组电压计算处理器220计算电池组的电池组电压。根据ESS环境，单元电池电压可以是几个或几十个。当ESS包含能够测量电池组电压的电池组电压设备时，也可以使用电池组电压设备来代替电池组电压计算处理器220。

如图2所示，SOH估算处理器240接收来自电池组电压计算处理器220的电池组电压。

基于ESS120的电池温度、ESS130内的电流以及由ESS140的控制器计算的SOC，SOH估算处理器240估算SOH。如上所述，ESS的电池温度估算SOH处于ESS内电池温度最稳定的状态中，并且可以实施为23°至27°。既然不能使用精确的电流量估算电池组电压变化，那么通过连接到ESS上的电流传感器而获取的上述ESS中流动的电流需要为额定0.5C或更高。此外，在用于估算SOH的最稳定条件下，由上述ESS的控制器计算的SOC可以是49%至51%。

SOH估算处理器240设定用于估算上述SOH的预定条件从而估算满足预定条件的SOH。

当SOH计算处理器260满足由SOH估算处理器240设定的预定条件时，其确定电池组电压并计算所确定的当前电池组电压和初始电池组电压之间的电压差。此处，通过基于SOC的4%至6%的实验值获取初始电池组电压。

通过使用所计算的电压差，SOH计算处理器260计算SOH300。图3是显示查询表的附图。SOH计算处理器260保存查询表，在该查询表中彼此对应地记录电压差和SOH。查询表定义了因电压差而产生的SOH，并且显示通过实验计算出的值。

当满足预定条件时，SOH计算处理器260在估算SOH时从查询表获取对应于电压差的SOH，由此计算SOH。所计算的SOH可以通过通信转移到控制器，并且SOC补偿处理器280可以使用控制器执行SOC的补偿。

SOC补偿处理器280将初始额定容量乘以从SOH计算处理器260获取的SOH，由此计算SOC补偿容量400。SOH具有在0和1之间的值。SOC补偿处理器280将SOC补偿容量代入额定容量面积中，由此补偿SOC。通过通信，所补偿的SOC可以被转移到控制器。

图4是估算ESS寿命状态的方法的流程图。

如图4所示，估算ESS寿命状态的方法包括：接收电池组（未显示）的电池组电压，通过设定用于估算SOH的预定条件而估算满足预定条件的SOH（S420），在估算SOH满足预定条件时，确定电池组电压，并且计算所确定的当前电池组电压和初始电池组电压之间的电压差（S440），通过从预存的查询表获取对应于该电压差的SOH而计算SOH（S460），通过将初始额定容量乘以SOH而计算SOC补偿容量（S480），并且通过将SOC补偿容量代入额定容量面积（未显示）中而计算SOC。该方法的描述与上述估算ESS寿命状态的系统过程一样。因此将在此省略其描述。

如上所述，参考具体内容，例如详细组成和有限的示例实施例而描述了本发明，但该描述用于帮助总体理解本发明。因此，本发明不限于上述示例实施例，并且本发明所涉及领域的技术人员能够通过说明书对其进行各种改变和修改。尽管参考上述实施例和附图描述了本发明，但是本发明不限于各实施例。

因此，本发明所涉及领域的技术人员基于上述说明能够执行各种修改和变化。因此，本发明的精神不应该限于上述实施例，并且下述权利要求书以及所有等同于或等效于该权利要求书的变体也将落入本发明的范围和精神内。

Claims (5)

1.一种估算ESS寿命状态的系统，包括：

电池组电压计算处理器，其接收能量存储系统（ESS）的最基本组成的电池单元的单元电池电压从而计算电池组的电池组电压；

SOH估算处理器，其从电池组电压计算处理器接收电池组电压并设定用于估算寿命状态（SOH）的预定条件从而估算满足预定条件的SOH；

SOH计算处理器，其在估算SOH满足预定条件时确定电池组电压，并且通过使用所确定的当前电池组电压和初始电池组电压之间的电压差而计算SOH；以及

SOC补偿处理器，其通过将初始额定容量乘以从SOH计算处理器接收的SOH而计算补偿容量的充电状态（SOC）。

2.根据权利要求1所述的系统，其中作为预定条件，ESS的电池温度是23°至27°，在ESS中流动的电流是额定0.5C或更多，并且从ESS控制器计算得到的SOC是49%至51%。

3.根据权利要求1所述的系统，其中SOH计算处理器可以保存查询表，在该查询表中，彼此对应地记录电压差和SOH；并且当估算SOH满足预定条件时，SOH计算处理器从查询表中获取对应于电压差的SOH。

4.根据权利要求1所述的系统，其中SOC补偿处理器通过将SOC补偿容量代入额定容量面积中而计算SOC。

5.一种估算ESS寿命状态的方法，包括：

接收电池组的电池组电压；

通过设定用于估算SOH的预定条件而估算满足预定条件的SOH；

在估算SOH满足预定条件时确定电池组电压，并且计算所确定的当前电池组电压和初始电池组电压之间的电压差；

通过从预存的查询表获取对应于电压差的SOH而计算SOH；

通过将初始额定容量乘以SOH而计算SOC补偿容量；以及

通过将SOC补偿容量代入额定容量面积中而补偿SOC。

Images