CN104051810B

CN104051810B - 一种锂离子储能电池系统soc估算快速修正方法

Info

Publication number: CN104051810B
Application number: CN201410287999.2A
Authority: CN
Inventors: 吴仕明; 郑威; 李明科; 王珂; 李玉龙
Original assignee: Dongfang Electric Corp
Current assignee: DONGFANG ELECTRIC Co Ltd
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2034-06-25
Also published as: CN104051810A

Abstract

本发明公开了一种锂离子储能电池系统SOC估算快速修正方法，其特征在于：首先，经过快速测试获得SOC的修正系数λ₁和λ₂；然后，通过修正系数λ₁和λ₂的引入对SOC进行修正；本发明采用对系统的快速测试获得修正系数，针对的是系统的当前状态，使用该系数对SOC进行校正具有针对性、可操作性和实用性，可提高SOC估算的准确度与精度，提高了锂离子储能电池系统使用的可靠性和安全性。

Description

一种锂离子储能电池系统SOC估算快速修正方法

技术领域

本发明涉及锂离子储能电池系统领域，更具体地说，涉及一种锂离子储能电池系统SOC估算快速修正方法。

背景技术

储能电池系统是智能电网、可再生能源接入、分布式发电、微网以及电动汽车发展的必不可少的组成部分。这些领域巨大的发展前景也给储能电池系统创造出前所未有的发展机遇，其中又以锂离子储能电池系统备受推崇。众所周知储能电池系统作为一种含能系统，需要对系统状态加以准确的监控以确保其全寿命使用周期内的安全性和可靠性，其中系统荷电状态（StateofCharge，SOC）就是一个重要参数。目前SOC估算的方法有很多种，现有实际产品应用中最常用的SOC估算方法是开路电压法和安时积分法相结合的方法。然而要实现对SOC的准确估算仍是一个难点。

现有技术也提出过对SOC估算进行修正的方案。例如公开日为2011年8月24日，名称为“一种汽车电池SOC的估算方法”的中国发明专利文献，公开了采用比如Peukert经验得出的库伦效率、实际温度系数等数据查表的方式对SOC估算值进行修正，该方法考虑很周全，但是存在几个问题：首先，Peukert经验（源自铅酸电池的一个经验公式）是否适用于锂离子电池还是个疑问；其次，使用该方法需采集大量新旧电池的实验数据以获得各种数据查表，需要耗费大量的时间；再则，数据查表一般只是针对单体或模块，对大规模串并联组成的系统不具有针对性。

发明内容

本发明旨在解决现有的锂离子储能电池系统SOC估算不准确的问题，提供一种快速且有针对性修正SOC估算的方法，该方法可以进行具有针对性、可操作性和实用性的校正，可提高SOC估算的准确度与精度，提高了锂离子储能电池系统使用的可靠性和安全性。

为了实现上述发明目的，其具体的技术方案如下：

一种锂离子储能电池系统SOC估算快速修正方法，其特征在于：

首先，经过快速测试获得SOC的修正系数λ ₁和λ ₂；

然后，通过修正系数λ ₁和λ ₂的引入对SOC进行修正，具体的修正方法为：

当锂离子储能电池系统充电时，；

当锂离子储能电池系统放电时，；

或者，

当锂离子储能电池系统充电时，；

当锂离子储能电池系统放电时，；

其中，C _n为系统额定容量，I为电池充放电电流，ΔSOC表示锂离子储能电池系统SOC的变化量。

所述快速测试获得修正系数λ ₁和λ _2的步骤如下：

a.判断锂离子储能电池系统的搁置时间或连续运行时间的长短以及锂离子储能电池系统所处环境的温度的变化；若搁置时间小于设定时间t0、运行时间小于设定时间t1，且温度变化小于设定值T0，则无须进行SOC修正；否则进入下一步，即搁置时间大于或等于设定时间t0时，或者运行时间大于或等于设定时间t1时，或者温度变化大于或等于设定值T0时，则进入下一步；

b.当需要对SOC进行修正时，先将SOC修正系数λ ₁和λ ₂都设为1，利用上一次储能电池系统最后使用时的SOC作为当前的SOC，进入下一步；

c.将锂离子储能电池系统进行放电，直至SOC电压跟随特性发生，也就是放电到电压的最小分割单元（锂离子储能电池系统是由很多个小电池单体通过串并连接构造而成，每个小电池单体也就是电压最小分割单元）的最小电压达到电压设定值V _L时，此时SOC值为SOC_L，进入下一步；

d.对锂离子储能电池系统进行充电，利用安时积分法估算SOC，直至SOC达到设定值SOC1，记录此时的电流和时间，得到锂离子储能电池系统的充电容量Q _cha，进入下一步；

e.对锂离子储能电池系统进行放电，直至SOC电压跟随特性发生，也就是放电到电压最小分割单元的最小电压达到设定值V _L时，此时SOC值为SOC_L，得到放电容量Q _dis1；

f.计算得到修正系数λ ₁；

g.重复步骤d；

h.进行放电，利用安时积分法估算SOC，至SOC达到设定值SOC2，记录电流和时间，得到放电容量Q _dis；

i.重复进行步骤g和步骤h，直至SOC电压跟随特性发生，也就是放电到电压的最小分割单元的最小电压达到设定值V _L时，记录最后一次放电电流和时间，得到充放电次数n和放电容量Q _dis ^’；

j.计算得到修正系数λ ₂；

k.结束。

所述步骤c的SOC电压跟随特性是指为了确保电池不被过充电或者过放电，即设定一高一低两个电压V_H和V_L，当达到设定的高电压V_H时，而此时的SOC还比如只有80%，如果继续按照SOC来充电，电池将被过充电，因此，当达到V_H时，系统SOC应跳变至某一接近100%的设定值；V_L时同理，为防止过放电，系统SOC应跳变至某一接近0%的设定值，在两个电压范围内使用安时积分法进行估算。

所述步骤d估算SOC所用的公式为：

其中，Q _cha表示锂离子储能电池系统的充电容量。

所述步骤f中修正系数λ ₁的计算公式为：

其中，C _n为系统额定容量，Q _dis1为系统按照步骤e放电得到的容量，Q _dis1-pre为系统上一次修正时按照步骤fe放电得到的容量，若为第一次修正则近似为Q _cha。

所述步骤h估算SOC所用的公式为：

其中，Q _dis表示锂离子储能电池系统的放电容量。

所述步骤j中修正系数λ ₂的计算公式为：

其中，n表示充放电次数。

四个SOC设定值的关系为：SOC_H＞SOC1＞SOC2＞SOC_L，一般地，SOC1与SOC2相差越大且SOC2与SOC_L相隔越近，得到修正系数λ所需时间越短。

本发明的有益效果如下：

本发明采用对系统的快速测试获得修正系数λ，该修正系数针对的是系统的当前状态，使用该系数对SOC进行校正具有针对性、可操作性和实用性，可提高SOC估算的准确度与精度，提高了锂离子储能电池系统使用的可靠性和安全性。

附图说明

图1是本发明的修正流程图；

图2是本发明的SOC电压跟随特性图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式并结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明并不限于这些实施例。

经过快速测试获得的修正系数λ的引入对SOC进行修正，修正方法为：

充电时，放电时，

或：充电时，放电时，

式中，C _n为系统额定容量，I为电池充放电电流。

如图1所示，上述的修正系数λ ₁和λ ₂通过如下步骤获得：

a.开始；

b.判断锂离子储能电池系统搁置时间或连续运行时间的长短以及系统所处环境的温度的变化，若搁置时间小于设定时间t0、运行时间小于设定时间t1且温度变化小于设定值T0，则无须进行SOC修正；否则进入下一步；

c.将SOC修正系数λ ₁和λ ₂都设为1，利用上次储能电池系统最后使用时的SOC作为当前的SOC，进入下一步；

d.将系统进行放电，直至SOC电压跟随特性发生，也就是放电到单体最小电压达到设定值V _L时，此时SOC值为SOC_L，进入下一步；

e.进行充电，利用安时积分法估算SOC，直至SOC达到设定值SOC1，记录电流和时间，得到充电容量Q _cha，进入下一步；

f.进行放电，直至SOC电压跟随特性发生，也就是放电到单体最小电压达到设定值V _L时，此时SOC值为SOC_L，得到放电容量Q _dis1；

g.计算得到修正系数λ ₁；

h.重复步骤e；

i.进行放电，利用安时积分法估算SOC，至SOC达到设定值SOC2，记录电流和时间，得到放电容量Q _dis；

j.重复步骤h和步骤i，直至SOC电压跟随特性发生，记录最后一次放电电流和时间，得到充放电次数n和放电容量Q _dis ^’。

k.计算得到修正系数λ ₂；

l.结束。

如图2所示，SOC电压跟随特性是指为了确保电池不被过充电或者过放电，即设定一高一低两个电压V_H和V_L，当达到设定的低电压V_L时，而此时的SOC还比如只有20%，实际上由于系统长时间搁置自放电或老化等等原因，系统实际的SOC已经接近0%，如果继续按照SOC来放电，电池将被过放电，因此，当达到V_L时，系统SOC应跳变至某一接近0%的设定值SOC_L；V_H时同理，为防止过充电，系统SOC应跳变至某一接近100%的设定值SOC_H，在两个电压范围内使用安时积分法进行估算。

利用安时积分法估算SOC，步骤e估算SOC所用的公式为：

其中，Q _cha表示锂离子储能电池系统的充电容量。

步骤f估算SOC所用的公式为：

其中，Q _dis表示锂离子储能电池系统的放电容量。

四个SOC设定值的关系为：SOC_H＞SOC1＞SOC2＞SOC_L，一般的，SOC1与SOC2相差越大且SOC2与SOC_L相隔越近，得到修正系数λ所需时间越短。

修正系数λ ₁的计算公式为：

式中，C _n为系统额定容量，Q _dis1为系统按照步骤f放电得到的容量，Q _dis1-pre为系统上一次修正时按照步骤f放电得到的容量。

修正系数λ ₂的计算公式为：

其中，n表示充放电次数。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种锂离子储能电池系统SOC估算快速修正方法，其特征在于：

首先，经过快速测试获得SOC的修正系数λ₁和λ₂；

然后，通过修正系数λ₁和λ₂的引入对SOC进行修正，具体的修正方法为：

当锂离子储能电池系统充电时，

当锂离子储能电池系统放电时，

或者，

当锂离子储能电池系统充电时，

当锂离子储能电池系统放电时，

其中，C_n为系统额定容量，I为电池充放电电流，ΔSOC表示锂离子储能电池系统SOC的变化量；

所述快速测试获得修正系数λ₁和λ₂的步骤如下：

b.当需要对SOC进行修正时，先将SOC修正系数λ₁和λ₂都设为1，利用上一次储能电池系统最后使用时的SOC作为当前的SOC，进入下一步；

c.将锂离子储能电池系统进行放电，直至SOC电压跟随特性发生，也就是放电到电压的最小分割单元的最小电压达到电压设定值V_L时，此时SOC值为SOC_L，进入下一步；

d.对锂离子储能电池系统进行充电，利用安时积分法估算SOC，直至SOC达到设定值SOC1，记录此时的电流和时间，得到锂离子储能电池系统的充电容量Q_cha，进入下一步；

e.对锂离子储能电池系统进行放电，直至SOC电压跟随特性发生，也就是放电到电压的最小分割单元的最小电压达到设定值V_L时，此时SOC值为SOC_L，得到放电容量Q_dis1；

f.计算得到修正系数λ₁；

g.重复步骤d；

h.进行放电，利用安时积分法估算SOC，至SOC达到设定值SOC2，记录电流和时间，得到放电容量Q_dis；

i.重复进行步骤g和步骤h，直至SOC电压跟随特性发生，也就是放电到电压的最小分割单元的最小电压达到设定值V_L时，记录最后一次放电电流和时间，得到充放电次数n和放电容量Q_dis’；

j.计算得到修正系数λ₂；

所述步骤d估算SOC所用的公式为：

S O C = {SOC}_{L} + \frac{Q_{c h a}}{C_{n}} = {SOC}_{L} + \frac{1}{C_{n}} \cdot {&Integral;}_{0}^{t} I d t

其中，Q_cha表示锂离子储能电池系统的充电容量；

所述步骤f中修正系数λ₁的计算公式为：

λ_{1} = 1 - \frac{Q_{d i s 1 - p r e} - Q_{d i s 1}}{C_{n}}

其中，C_n为系统额定容量；Q_dis1为系统按照步骤e放电得到的容量；Q_dis1-pre为系统上一次修正时按照步骤e放电得到的容量，若为第一次修正则近似为Q_cha；

所述步骤h估算SOC所用的公式为：

S O C = S O C 1 - \frac{Q_{d i s}}{C_{n}} = S O C 1 - \frac{1}{C_{n}} \cdot {&Integral;}_{0}^{t} I d t

其中，Q_dis表示锂离子储能电池系统的放电容量；

所述步骤j中修正系数λ₂的计算公式为：

λ_{2} = \frac{Q_{c h a} - Q_{d i s}^{'}}{n \times Q_{d i s}}

其中，n表示充放电次数。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子储能电池系统SOC估算快速修正方法，其特征在于：SOC_H、SOC1、SOC2、SOC_L的关系为：

SOC_H＞SOC1＞SOC2＞SOC_L

其中，SOC_H为接近100％的设定值,SOC1与SOC2相差越大且SOC2与SOC_L相隔越近，得到修正系数λ所需时间越短。