具体实施方式
下面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,都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供了一种电池组串运行状态的评估方法和装置。
本申请的实施例将以图1所示的锂电池储能单元为例进行说明。
图2是本发明实施例的电池组串运行状态的评估方法的流程图,如图2所示,该方法包括以下步骤:
步骤201,获取待测电池组串中各个电池的运行电压。具体地,例如可以通过电池组串自带的电池管理系统(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)在电池正常运行使用的状态下获取电池组串中各电池的运行电压。
步骤202,根据所述运行电压计算所述待测电池组串中各电池电压的一致性信息。
步骤203,根据所述一致性信息评估所述待测电池组串的运行状态。
其中,待测电池组串中各电池电压的一致性信息可以通过电池电压的波动参数体现,具体例如是待测电池组串中的电池电压极差、电池电压标准差、电池电压标准差系数以及电池电压标准差系数与平均值的偏差等。由于电池组串由大量电池串并联组成,电池电压一致性是评估电池组串运行状态的重要依据,因此通过计算电池组串中各电池电压的一致性信息来评估电池组串的运行状态,可以检测到电池组串中状态劣化的电池,从而根据电池组串的运行状态提供相应的维护检修策略。
在一个实施例中,所述根据所述运行电压计算所述待测电池组串中各电池电压的一致性信息,包括:计算所述待测电池组串中电池电压的极差,并确定检测范围;计算所述待测电池组串中电池电压的标准差;根据所述标准差,计算待测电池组串中电池电压的标准差系数以及标准差系数偏差,其中,所述标准差系数偏差是标准差系数与电压平均值的偏差。
在一个实施例中,所述计算所述待测电池组串中电池电压的极差,并确定检测范围,包括:判断所述待测电池组串中电池电压的极差是否超出预设阈值;若超出,则将相关的电池标记为检修电池并在后续检测中剔除。这样可以通过电压极差的异常来识别出电池组串中电压异常的电池。
在一个实施例中,所述计算所述待测电池组串中各个电池电压的标准差之后,还包括:获取所述待测电池组串中电压超出预设范围的电池的个数。
在一个实施例中,在获取所述待测电池组串中电压超出预设范围的电池的个数之前,还包括:根据所述电池电压标准差和正态概率分布法确定电池电压的预设范围。
在一个实施例中,所述根据所述一致性信息评估所述电池组串的运行状态,包括:根据所述标准差系数偏差值和/或所述待测电池组串中电压超出预设范围的电池的个数,评估所述待测电池组串的运行状态。
在一个实施例中,所述根据所述标准差系数偏差值评估所述待测电池组串的运行状态,包括:确定所述标准差系数偏差值所在的区间;获取所述确定的区间对应的运行状态,其中,不同的区间对应不同的运行状态。
在一个实施例中,所述根据所述待测电池组串中电压超出预设范围的电池的个数评估所述待测电池组串的运行状态,包括:确定所述待测电池组串中电压超出预设范围的电池的个数所在的区间;获取所述确定的区间对应的运行状态,其中,不同的区间对应不同的运行状态。
在一个实施例中,在所述根据所述一致性信息评估所述待测电池组串的运行状态之后,还包括:根据评估结果对所述待测电池组串采用对应的检修策略。
当电池组串由大量电池组成时,电池电压服从正态概率分布,因此本申请通过分析电池组串中电池运行电压的正态分布情况,来评估电池组串的运行状态,从而根据电池组串的运行状态提供相应的维护检修策略。
通过本发明实施例的电池组串运行状态的评估方法,在电池组串正常运行状态下,根据电池运行电压符合正态概率分布的电池个数以及电压标准差系数等一致性信息对一组电池组串的运行状态进行评估,能够实时检测电池组串中的电池运行状态,及时发现电池的劣化和故障,提前采取合理的电池检修策略,并能缩短电池检修停电时间,有效避免突发故障导致长时间断电影响生产,提高电池的使用效率。
图3是本发明实施例的电池组串运行状态的评估方法的流程图,如图3所示,该方法包括以下步骤:
步骤301,获取待测电池组串中各个电池的运行电压。
具体地,由大量电池组串组成的储能单元常配合电池管理系统(BATTERYMANAGEMENT SYSTEM,简称BMS)使用,因此可以通过预设的BMS在储能单元正常运行状态下获取电池组串中各电池的运行电压,也可以通过其他可能的途径获取,本申请对此不做限定。
步骤302,根据所述运行电压计算所述待测电池组串中电池电压的极差。
例如,某储能单元有M组电池组串,每组电池组串由L只电池串联组成,那么可以分别对着M组电池组串进行检测,计算每个电池组串中L只电池的电压极差,即电池电压的最大值减去最小值,来评价一组电池电压的离散度。
步骤303,判断所述待测电池组串中电池电压的极差是否超出预设阈值。
其中,预设阈值可以根据实际需求设定。
若超出,则执行步骤304,否则执行步骤305。
步骤304,将相关的电池标记为检修电池并在后续检测中剔除。
具体地,当电池电压的极差小于预设阈值ΔU时,该组串的电池电压偏差能够运行在较合理的范围内,不存在电池电压偏差大的电池,当电池电压极差大于或等于预设阈值ΔU时,说明该电池组串内存在与其他电池的电压偏差较大的电池(一般为1~2只),应在后续评估中剔除该电池的电压,并将该电池作为故障电池进行检修或更换。
步骤305,计算所述待测电池组串中电池电压的标准差。
具体地,可通过公式1进行计算。
其中:uδ是电池电压标准差,是电池组串中电池电压平均值,ui是第i只电池电压,L是电池组串中串联的电池只数。
步骤306,根据所述电池电压标准差和正态概率分布法确定电池电压的预设范围。
根据现有的理论研究,当电池组串由大量电池组成时,电池电压应符合正态概率分布,如 公式2。
其中,x是随机变量,对应电池电压;f(x)是随机变量x的概率密度;μ是随机变量x的期望,对应电池组串的电池电压平均值σ是随机变量x的方差,对应电池组串的电池电压标准差uδ。
本实施例以正态概率分布的3σ法则来确定电池电压的预设范围为(μ-3σ~μ+3σ),还可以根据实际需求以其他法则来确定电池电压的预设范围,在此不再一一列举。
步骤307,获取所述待测电池组串中电压超出预设范围的电池的个数。
步骤308,根据所述标准差,计算待测电池组串中电池电压的标准差系数以及标准差系数偏差。其中,所述标准差系数偏差是标准差系数与电压平均值的偏差。
具体地,待测电池组串中的电池电压标准差系数可通过公式3计算,电池组串的电池电压标准差系数与平均值的偏差计算如公式4。
式中:δu是电池电压标准差系数;uδ是电池电压标准差;是电池电压平均值。
式中:ξδ是电池组串的电池电压标准差系数偏差;
δu是电池组串的电池电压标准差系数;
是M组电池组串的电池电压标准差系数平均值。
步骤309,根据所述标准差系数偏差值和/或所述待测电池组串中电压超出预设范围的电池的个数,评估所述待测电池组串的运行状态。
具体地,根据所述标准差系数偏差值评估所述待测电池组串的运行状态,可以确定所述标准差系数偏差值所在的区间,并获取该偏差值所在区间对应的运行状态,其中,不同的区间对应不同的运行状态。根据数理统计,电池电压标准差系数能从相对角度反映大量电池电压的离散程度,对于性能没有发生变化的电池组串,电池电压的离散度小,电池组串的电池电压标准差系数偏差ξδ会在较小的范围内变化,而对于性能劣化的电池组串,电池电压的离散度会变大,ξδ的变化范围也会变大,劣化越严重,ξδ的变化范围越大。因此,当电池电压标准差系数偏差ξδ在规定范围(ξδ-~ξr+)内时,电池组串运行状态正常,性能没有发生变化,当ξδ超出规定范围(ξr-~ξr+)时,电池组串运行状态异常,性能发生劣化,应采取相应的检修维护措施。在具体的实施例中,可以根据实际需求预先对ξδ值所在区间进行划分,设置ξδ所在的区间对应的运行状态,例如ξδ在[ξr1-~ξr1+)区间内则认为该电池组串运行状态正常/健康,ξδ在[ξr2-~ξr2+)区间内则认为该电池组串处于亚健康状态,ξδ在[ξr3-~ξr3+)区间内则认为该电池组串劣化较为严重,ξδ在[ξr4-~ξr4+)区间内则认为该电池组串健康状态恶劣,从而可以根据计算得到的标准差系数偏差值ξδ评估所述待测电池组串的运行状态。
根据所述待测电池组串中电压超出预设范围的电池的个数评估所述待测电池组串的运行状态,可以确定待测电池组串中电压超出预设范围的电池的个数所在的区间,并获取该个数所在区间对应的运行状态,其中,不同的区间对应不同的运行状态。根据概率论,当随机变量x服从正态分布时,变量值落在预设范围(μ-3σ~μ+3σ)之间的概率为99.74%,几乎是肯定事件,也就是所谓的“3σ”法则。但对于实际运行过程中的电池电压,即便电池组串运行正常,也会有少量电池电压落在( )范围外。因此,对于实际运行的电池组串,当电压值落在()范围外的电池数量n小于预设数量n3δ时,可以认为电池组串运行状态正常,性能没有发生变化,当电压落在()范围外的电池数量n大于或等于预设数量n3δ时,则认为电池组串运行状态异常,性能发生了劣化,应采取相应的检修维护措施。在具体的实施例中,可以根据实际需求预先对电压落在()范围外的电池数量n所在区间进行划分,设置n所在的区间对应的运行状态,例如在[0~n1)区间内则认为该电池组串运行状态正常/健康,n在[n1~n2)区间内则认为该电池组串处于亚健康状态,n在[n2~n3)区间内则认为该电池组串劣化较为严重,n在[n3~n4)区间内则认为该电池组串健康状态恶劣,从而可以根据电压落在()范围外的电池数量n评估待测电池组串的运行状态。
在一个具体的实施例中,还可以同时根据标准差系数偏差值和电压超出预设范围的电池个数来评估待测电池组串的运行状态,各取值区间与电池组串运行状态的对应关系如表1所示。
表1
步骤310,根据评估结果对所述待测电池组串采用对应的检修策略。
具体的,可以根据评估结果对该电池组串采取相应的检修维护措施。例如可以将运行状态评估结果分为健康、亚健康、严重、恶劣四个等级,分别对应不同的检修维护措施如表2所示。对于运行状态健康的电池组串,可以无需停电检修,减少停电时间,提高生产效率;对于亚健康的电池组串,可以在定期维护时测试充放电容量、效率等数据指标,避免频繁测试,提高检测效率;对于状态劣化严重的电池组串,可以提高测试频率、增加测试指标等,避免突发故障,还可以在定期维护时进行自动均衡维护,以延长电池使用寿命;对于状态恶劣的电池组串,应该立即停电检修或更换,以避免在运行过程中发生突然断电等故障。
表2
举例而言,以储能单元有6组电池组串,每组电池组串由204只电池串联组成为例,各电池组串的电压、电流曲线如图4所示,下面对该储能单元的6组电池组串的运行状态进行评估:
首先,计算电池电压极差。
6组电池组串电压极差、电流曲线如图5所示,电池电压极差的预设阈值ΔU为60mV,从图5中可以看出,没有电池电压极差超出预设阈值60mV的电池组串,因此不需要剔除偏差大的电池电压。
其次,计算电池电压标准差,以及电压超出3σ范围的电池个数。
6组电池组串电池电压标准差、每组电池组串中电压超出3σ范围的电池个数的曲线如图6所示,运行期间6组电池组串电压超出3σ范围的电池个数的最大值如表。设电压超出3σ范围的电池个数限值为10,从表3可以看出,1#电池组串中电压超出3σ范围的电池个数为187,远大于限值10,因此1#电池组串运行状态异常,性能发生了劣化。
表3
然后,计算电池电压标准差系数、电池电压标准差偏差ξδ。
6组电池组串电池电压标准差系数、电池电压标准差系数偏差ξδ的曲线如图7,运行期间6组电池组串电池电压标准差系数偏差ξδ范围如表4所示。设偏差ξδ的预定限值范围为-50%~50%,从表可以看出,1#电池组串偏差为-97%~93%,超出了预定的限值范围,因此1#电池组串运行状态异常,性能发生了劣化。
表4
最后,综合评估电池组串运行状态。
电池组串状态评估的参数区间对应关系见表,由于1#电池组串在运行期间电压超出3σ范围的电池个数为187,大于100,电池电压标准差系数偏差ξδ范围为-97%~93%,在-90%~90%外,因此1#电池组串的运行状态为恶劣,应立即停机检修。
表5
需要理解的是,以上列举的只是一种优选的方案,以本申请的方法对电池组串运行状态进行评估的具体方法还可以有多种,在此不再一一列举。
本发明的电池组串运行状态的评估方法,通过在电池组串正常运行状态下获取电池组串的运行电压等数据,根据运行时电池电压超出预设范围的电池个数和/或电池电压标准差系数偏差等一致性信息来评估电池组串的运行状态,能够实时检测电池组串中的电池运行状态,及时发现电池的劣化和故障,提前采取合理的电池检修策略,并能缩短电池检修停电时间,有效避免突发故障导致长时间断电影响生产,提高电池的使用效率,此外,在状态评估的基础上提出了相应的检修策略,有利于合理安排电池组串检修、提高维护人员工作效率。
基于同一发明构思,本发明实施例还提供了一种电池组串运行状态的评估装置,可以用于实现上述实施例所描述的方法,如下面的实施例所述。由于电池组串运行状态的评估装置解决问题的原理与电池组串运行状态的评估方法相似,因此电池组串运行状态的评估装置的实施可以参见电池组串运行状态的评估方法的实施,重复之处不再赘述。以下所使用的,术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现,但是硬件,或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图8是本申请一个实施例的电池组串运行状态的评估装置的结构示意图,如图8所示,该装置包括:获取模块100、计算模块200和评估模块300。
具体地,获取模块100用于获取待测电池组串中各个电池的运行电压。
计算模块200用于根据所述运行电压计算所述待测电池组串中各电池电压的一致性信息。
评估模块300用于根据所述一致性信息评估所述待测电池组串的运行状态。
图9是本申请另一个实施例的电池组串运行状态的评估装置的结构示意图。如图9所示:
所述计算模块200包括:第一计算单元210、第二计算单元220和第三计算单元230。
其中,第一计算单元210用于计算所述待测电池组串中电池电压的极差,并确定检测范围;第二计算单元220用于计算所述待测电池组串中电池电压的标准差;第三计算单元230用于根据所述标准差,计算待测电池组串中电池电压的标准差系数以及标准差系数偏差,其中,所述标准差系数偏差是标准差系数与电压平均值的偏差。
进一步的,所述第一计算单元210还用于在所述待测电池组串中电池电压的极差超出预设阈值时,将相关的电池标记为检修电池并在后续检测中剔除。
在一个实施例中,所述装置还包括计数模块400和确定模块500。
其中,计数模块400用于获取所述待测电池组串中电压超出预设范围的电池的个数。确定模块500用于根据所述电池电压标准差和正态概率分布法确定电池电压的预设范围。
在一个实施例中,所述评估模块300具体用于根据所述标准差系数偏差值和/或所述待测电池组串中电压超出预设范围的电池的个数,评估所述待测电池组串的运行状态。
本发明的电池组串运行状态的评估装置,通过在电池组串正常运行状态下获取电池组串的运行电压等数据,根据运行时电池电压超出预设范围的电池个数和/或电池电压标准差系数偏差等一致性信息来评估电池组串的运行状态,能够实时检测电池组串中的电池运行状态,及时发现电池的劣化和故障,提前采取合理的电池检修策略,并能缩短电池检修停电时间,有效避免突发故障导致长时间断电影响生产,提高电池的使用效率,此外,在状态评估的基础上提出了相应的检修策略,有利于合理安排电池组串检修、提高维护人员工作效率。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为,表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分,并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现,其中可以不按所示出或讨论的顺序,包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序,来执行功能,这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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。