CN104122502A - 储能设备健康状态的检测方法 - Google Patents

Abstract

一种储能设备健康状态的检测方，包括如下步骤：以当前容量和标称容量的比值作为基准，在恒温以及恒流条件下，检测获得充放电次数对储能设备健康状态的影响参数；在恒流条件下，通过多个不同的充电温度，检测获得充电温度均值对储能设备健康状态的影响参数；在恒温条件下，通过多个不同波动充放电电流，检测获得充放电电流的各个半波动电流端点值和电流均值对储能设备健康状态的影响参数；拟合所述充放电次数、充电温度均值、充放电电流半波动端点值和均值，及其对应的影响参数，得到充放电次数、充电温度均值、充放电电流半波动端点值和均值对储能设备健康状态的影响函数。上述方法综合考虑温度和电流的影响从而可以得到更准确的健康状态。

Description

储能设备健康状态的检测方法

技术领域

本发明涉及一种储能设备的检测方法，特别是涉及一种储能设备健康状态的检测方法。

背景技术

目前对于储能设备（储能电池和动力电池等）的研究和测试越来越深入，在化学特性主要包括其荷电状态（SOC）和健康状态（SOH）的研究。对于储能设备的健康状态的目前是用其容量参数或者充放电次数作为其评价指标，采用如下测试参数及测试环境：

方法一： $\mathrm{SOH}(\%)=\frac{C_{\mathrm{now}}}{C_0}\×100\%$

其中，SOH(%)为健康状态，C_now为当前的电池容量，单位Ah；C₀为该电池组的标称容量。

该值越接近1，说明储能设备的健康状态越好。

测试环境：室内充放电设备。

方法二： $\mathrm{SOH}(\%)=(1-\frac{n}{N_0})\×100\%$

其中，n为当前的已充放电次数；N₀为厂商提供的最大可充放电次数。该值越接近1，说明储能设备的健康状态越好。

测试环境：仅仅需要记录对设备的充放电次数直接通过公式计算。

然而，除了充放电次数，用电环境温度及各种充放电放电流变化，对储能设备的健康状态也有较大影响，方法一虽然最能体现实际健康状态，然而要获得当前的电池容量，必须将电池完全放电，再完全充电，这个过程在储能设备使用中是不能进行的，只适用于实验室。方法二只是通过静态参数测得健康状态，测试结果与实际情况存在较大差异。

发明内容

基于此，有必要提供一种能实时获得且较为准确的储能设备健康状态的检测方法。

一种储能设备健康状态的检测方法，包括如下步骤：

以当前容量和标称容量的比值作为基准，在恒温以及恒流条件下，通过多次充放电，检测获得充放电次数对储能设备健康状态的影响参数；

以当前容量和标称容量的比值作为基准，在恒流条件下，通过多个不同的充电温度，检测获得充电温度均值对储能设备健康状态的影响参数；

以当前容量和标称容量的比值作为基准，在恒温条件下，通过多个不同波动充放电电流，检测获得充放电电流的各个半波动电流端点值和电流均值对储能设备健康状态的影响参数；

以当前容量和标称容量的比值作为基准，拟合所述充放电次数、充电温度均值、充放电电流半波动端点值和均值，及其对应的影响参数，得到充放电次数、充电温度均值、充放电电流半波动端点值和均值对储能设备健康状态的影响函数。

其中一个实施例中，所述不同的充放电电流指的峰值不同的，且每次采用的电流各个波动相同。

其中一个实施例中，所述半波动为变化的电流变化曲线中，波峰到波谷或波谷到波峰为一个半波动。

其中一个实施例中，所述端点值为半波动的起点。

其中一个实施例中，所述端点值为半波动的终点。

后续储能设备在使用过程中，可实时记录充放电次数、充电温度均值、充放电电流半波动端点值和均值，便可实时地获得更准确的健康状态。因为上述方法获得的健康状态综合考虑了充放电次数、温度以及电流的变化带来的影响，而且无需对储能设备进行完全的充放电，从而可以实时地且快捷地获得较为准确的健康状态。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的储能设备健康状态的检测方法步骤流程图。

具体实施方式

如图1所示，其为本发明一较佳实施例的储能设备健康状态的检测方法的步骤流程图，包括如下步骤：

步骤S101，以当前容量和标称容量的比值作为基准，在恒温以及恒流条件下，通过多次充放电，检测获得充放电次数对储能设备健康状态的影响参数。

即在环境温度不变，充放电电流恒定的条件下，检测充放电次数对健康状态的影响。

步骤S102，以当前容量和标称容量的比值作为基准，在恒流条件下，通过多个不同的充电温度，检测获得充电温度均值对储能设备健康状态的影响参数。

即在充放电电流恒定的条件下，采用多个不同的充放电温度进行充放电，进而测得充电温度均值对健康状态的影响。

步骤S103，以当前容量和标称容量的比值作为基准，在恒温条件下，通过多个不同波动充放电电流，检测获得充放电电流的各个半波动电流端点值和电流均值对储能设备健康状态的影响参数。

所述不同的充放电电流指的是，在其他条件相同的情况下，分别用不同峰值或均值的波动电流进行充放电，但每次采用的电流各个波动相同。所述半波动为变化的电流变化曲线中，波峰到波谷或波谷到波峰为一个半波动。所述端点值为半波动的起点或者终点，因为半波动为连续的，前一个半波动的终点便是下一个波动的起点。所以一个半波动中只需采样其中一个端点，便可以获得所有端点用到所有端点。

步骤S104，以当前容量和标称容量的比值作为基准，拟合充放电次数、充电温度均值、充放电电流半波动端点值和均值，及其对应的影响参数，得到充放电次数、充电温度均值、充放电电流半波动端点值和均值对储能设备健康状态的影响函数。

即综合考虑放电次数、充电温度均值、充放电电流半波动端点值和均值对储能设备健康状态的影响，以当前容量和标称容量的比值作为基准，得到储能设备健康状态与放电次数、充电温度均值、充放电电流半波动端点值和均值四个参数的函数关系。

上述步骤S101～S103为三中不同参数的分别测试，所以其可任意调换顺序。

后续储能设备在使用过程中，可实时记录充放电次数、充电温度均值、充放电电流半波动端点值和均值，便可实时地获得更准确的健康状态。因为上述方法获得的健康状态综合考虑了充放电次数、温度以及电流的变化带来的影响，而且无需对储能设备进行完全的充放电，从而可以实时地且快捷地获得较为准确的健康状态。

上述方法的具体实施如下：

1、充放电次数。在恒流恒温情况下，随着充放电次数的增加，健康状态随之变化可以通过函数拟合为SOH=N(n)。

2、在每一次充放电过程中，不同的充放电电流会影响该次充放电对于健康状态的影响，因为在一次充放电过程中，可能有许多的电流波动，分别进行统计每个小波动的影响。假设电流在一次充放电过程中的变化函数为I(t)，对于其进行求导可得该变化函数的极值点（I'(t)=0得点t_i,i=1,2,...N）。定义从ti到ti+1为一次半波动。每一次的半波动对于健康状态的影响可以由其端点值及对于时间的均值表示。因为半波动为连续的，所以我们这里规定仅仅用半波动的终端点电流值来表征。均值与端点值两者应为相加线性关系。

3、放电温度。随着放电温度的变化，在每次实验中健康状态变化会不同，电池健康状态也是每次放电平均温度的函数，可以通过其他变量相同而温度不同来拟合曲线为

根据以上阐述，设f(I(t_i))为第i次波动电流的末端点对于健康状态的影响函数，为第i次半波动的均值对于健康状态的影响函数。两者之间有个权重问题，所以需要加权重来修正。因为在相同的f(I(t_i))与情况下，不同的充放电次数、充放电温度会影响健康状态的变化，所以权重应该是N(n)和的函数为合理。最终得到在第K次充放电过程中的SOH变化过程如下公式：

${\mathrm{SOH}}_{i-1}^K-{\mathrm{SOH}}_i^K/{\mathrm{SOH}}_{i-1}^K=K_1(N\left(K\right),T\left(\frac{1}{t_i^K-t_{i-1}^K}{\∫}_{t_{i-1}^K}^{t_i^K}I\left(t\right)\mathrm{dt}\right))*f\left(I\left(t_i^K\right)\right))+K_2(N\left(K\right),T\left(\frac{1}{t_i^K-t_{i-1}^K}{\∫}_{t_{i-1}^K}^{t_i^K}I\left(t\right)\mathrm{dt}\right))*g\left(\frac{1}{t_i^K-t_{i-1}^K}{\∫}_{t_{i-1}^K}^{t_i^K}I\left(t\right)\mathrm{dt}\right))$

其中为第K次充放电过程中第i次半波动的健康状态， $K_1(N\left(K\right),T\left(\frac{1}{t_i^K-t_{i-1}^K}{\∫}_{t_{i-1}^K}^{t_i^K}I\left(t\right)\mathrm{dt}\right)$ 与 $K_2(N\left(K\right),T\left(\frac{1}{t_i^K-t_{i-1}^K}{\∫}_{t_{i-1}^K}^{t_i^K}I\left(t\right)\mathrm{dt}\right))$ 为第i次的权重函数。

通过将上公式变换得第K次充放电中第N个半波动时的SOH与第K次充放电中开始时的SOH比，如下公式：

${\mathrm{SOH}}_N^K/{\mathrm{SOH}}_0^K=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}[1-(K_1(N\left(K\right),T\left(\frac{1}{t_i^K-t_{i-1}^K}{\∫}_{t_{i-1}^K}^{t_i^K}I\left(t\right)\mathrm{dt}\right))*f\left(I\left(t_i^K\right)\right))+K_2(N\left(K\right),T\left(\frac{1}{t_i^K-t_{i-1}^K}{\∫}_{t_{i-1}^K}^{t_i^K}I\left(t\right)\mathrm{dt}\right))*g\left(\frac{1}{t_i^K-t_{i-1}^K}{\∫}_{t_{i-1}^K}^{t_i^K}I\left(t\right)\mathrm{dt}\right))]$

最后就可以得到第M次充放电中第N个半波动时的SOH与第次充放电第0个半波动的SOH的比如下公式：

其中NK为第K次充放电数中的总波动数。

以上各个函数可以通过实验所拟合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种储能设备健康状态的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

以当前容量和标称容量的比值作为基准，在恒温以及恒流条件下，通过多次充放电，检测获得充放电次数对储能设备健康状态的影响参数；

以当前容量和标称容量的比值作为基准，在恒流条件下，通过多个不同的充电温度，检测获得充电温度均值对储能设备健康状态的影响参数；

以当前容量和标称容量的比值作为基准，在恒温条件下，通过多个不同波动充放电电流，检测获得充放电电流的各个半波动电流端点值和电流均值对储能设备健康状态的影响参数；

以当前容量和标称容量的比值作为基准，拟合所述充放电次数、充电温度均值、充放电电流半波动端点值和均值，及其对应的影响参数，得到充放电次数、充电温度均值、充放电电流半波动端点值和均值对储能设备健康状态的影响函数。

2.根据权利要求1所述的储能设备健康状态的检测方法，其特征在于，所述不同的充放电电流指的峰值不同的，且每次采用的电流各个波动相同。

3.根据权利要求1所述的储能设备健康状态的检测方法，其特征在于，所述半波动为变化的电流变化曲线中，波峰到波谷或波谷到波峰为一个半波动。

4.根据权利要求1所述的储能设备健康状态的检测方法，其特征在于，所述端点值为半波动的起点。

5.根据权利要求1所述的储能设备健康状态的检测方法，其特征在于，所述端点值为半波动的终点。