CN107632268A - 一种锂离子电池储能系统荷电状态在线标定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池储能系统荷电状态在线标定方法及装置，解决了现有技术中，在使用单一的电流积分法进行锂离子电池荷电状态标定时，导致的长期使用会导致测量误差不断累积扩大，需要引入相关修正系数对累积误差进行纠正的技术问题，在使用单一的开路电压法进行锂离子电池荷电状态标定时，导致的长期使用开路电压法其测量结果并不能保证完全准确，并不适用于运行中的电池SOC估算的技术问题。

Description

一种锂离子电池储能系统荷电状态在线标定方法及装置

技术领域

本发明涉及电池荷电状态标定技术领域，尤其涉及一种锂离子电池储能系统荷电状态在线标定方法及装置。

背景技术

锂电池储能系统的荷电状态(SOC，State Of Charge)标定一直是储能技术中的一个关键问题。首先，电池系统的SOC能够直接影响储能系统的能量管理策略和运行策略，影响能量管理系统对储能系统充放电功率的判定，其次，准确的判定储能系统的SOC对于能量管理系统的充放电截止控制具有重要的意义，可以防止对电池的过充过放，保证电池的循环寿命，有效的进行电池一致性分析和均衡控制，降低电池容量衰减速度。

目前，现有技术中估算SOC的方法主要有，电流积分法和开路电压法，但是单一的电流积分法存在如下缺点，首先，电流积分法需要提前获得电池的初始SOC值，并且要对流入或流出电池的电流进行精确采集，才能使估算误差尽可能小；其二，电流积分法只是以电池的外部特征作为SOC估算依据，在一定程度上忽视了电池自放电率、老化程度和充放电倍率对电池SOC的影响，导致了长期使用会导致测量误差不断累积扩大，需要引入相关修正系数对累积误差进行纠正的技术问题；单一的开路电压法存在如下缺点，首先，测量开路电压前必须将目标电池静置1h以上，从而使电池内部电解质均匀分布以便获得稳定的端电压；其次，电池处于不同温度时，尽管开路电压一样，但实际上的SOC可能差别较大，导致了长期使用开路电压法其测量结果并不能保证完全准确，并不适用于运行中的电池SOC估算的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种锂离子电池储能系统荷电状态在线标定方法及装置，用于解决现有技术中，在使用单一的电流积分法进行锂离子电池荷电状态标定时，导致的长期使用会导致测量误差不断累积扩大，需要引入相关修正系数对累积误差进行纠正的技术问题，在使用单一的开路电压法进行锂离子电池荷电状态标定时，导致的长期使用开路电压法其测量结果并不能保证完全准确，并不适用于运行中的电池SOC估算的技术问题。

本发明提供的一种锂离子电池储能系统荷电状态在线标定方法，包括：

S1：当锂离子电池处于非充放电状态时，获取到锂离子电池对应的soc-ocv曲线；

S2：当锂离子电池处于充放电状态时，根据所述soc-ocv曲线获取到初始荷电状态值X0；

S3：获取到锂离子电池处于充放电状态时对应的电量I、电池额定容量C和充放电效率值并通过电流积分法对所述初始荷电状态值X0进行补偿，得到补偿后的荷电状态值X1。

优选地，所述通过电流积分法对所述初始荷电状态值X0进行补偿，得到补偿后的荷电状态值X1包括：

根据所述电量I、所述电池额定容量C和所述充放电效率值通过第一预设公式对所述初始荷电状态值X0进行补偿，得到补偿后的荷电状态值X1；

所述第一预设公式为：

其中，t0为初始时间，t1为截止时间。

优选地，所述步骤S3之后还包括：

当锂离子电池由充放电状态转换为非充放电状态后，保持所述锂离子电池在预制时间内处于非充放电状态，并重复执行步骤S1。

优选地，所述预置时间具体为至少1h。

本发明提供的一种锂离子电池储能系统荷电状态在线标定装置，包括：

第一获取模块，用于当锂离子电池处于非充放电状态时，获取到锂离子电池对应的soc-ocv曲线；

第二获取模块，用于当锂离子电池处于充放电状态时，根据所述soc-ocv曲线获取到初始荷电状态值X0；

第三获取模块，用于获取到锂离子电池处于充放电状态时对应的电量I、电池额定容量C和充放电效率值

第一补偿模块，用于通过电流积分法对所述初始荷电状态值X0进行补偿，得到补偿后的荷电状态值X1。

优选地，所述第一补偿模块具体用于：

根据所述电量I、所述电池额定容量C和所述充放电效率值通过第一预设公式对所述初始荷电状态值X0进行补偿，得到补偿后的荷电状态值X1；

所述第一预设公式为：

其中，t0为初始时间，t1为截止时间。

优选地，还包括，第一保持模块；

所述第一保持模块，用于当锂离子电池由充放电状态转换为非充放电状态后，保持所述锂离子电池在预制时间内处于非充放电状态，并并重新触发第一获取模块。

优选地，所述第一保持模块具体用于：

当锂离子电池由充放电状态转换为非充放电状态后，保持所述锂离子电池在至少1h内处于非充放电状态，并重新触发第一获取模块。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明提供的一种锂离子电池储能系统荷电状态在线标定方法，包括：S1：当锂离子电池处于非充放电状态时，获取到锂离子电池对应的soc-ocv曲线；S2：当锂离子电池处于充放电状态时，根据所述soc-ocv曲线获取到初始荷电状态值X0；S3：获取到锂离子电池处于充放电状态时对应的电量I、电池额定容量C和充放电效率值并通过电流积分法对所述初始荷电状态值X0进行补偿，得到补偿后的荷电状态值X1。

本发明中，通过将开路电压法和电压积分法进行结合，在储能系统没有进行充放电控制的时段，通过电压开路法进行电池SOC初始值X0的标定，确定储能系统在进行下一次充放电之前的SOC状态值，在储能系统进行充放电操作的时段，通过电流积分法进行储能电池SOC的在线标定，解决了现有技术中，在使用单一的电流积分法进行锂离子电池荷电状态标定时，导致的长期使用会导致测量误差不断累积扩大，需要引入相关修正系数对累积误差进行纠正的技术问题，在使用单一的开路电压法进行锂离子电池荷电状态标定时，导致的长期使用开路电压法其测量结果并不能保证完全准确，并不适用于运行中的电池SOC估算的技术问题。

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，下面将对实施例或现有技术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它的附图。

图1为本发明提供的一种锂离子电池储能系统荷电状态在线标定方法的一个实施例的流程示意图；

图2为本发明提供的一种锂离子电池储能系统荷电状态在线标定方法的另一个实施例的流程示意图；

图3为本发明提供的一种锂离子电池储能系统荷电状态在线标定装置的一个实施例的结构示意图；

图4为本发明提供的一个电池管理系统的架构图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种锂离子电池储能系统荷电状态在线标定方法及装置，解决了现有技术中，在使用单一的电流积分法进行锂离子电池荷电状态标定时，导致的长期使用会导致测量误差不断累积扩大，需要引入相关修正系数对累积误差进行纠正的技术问题，在使用单一的开路电压法进行锂离子电池荷电状态标定时，导致的长期使用开路电压法其测量结果并不能保证完全准确，并不适用于运行中的电池SOC估算的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供了一种锂离子电池储能系统荷电状态在线标定方法的一个实施例，包括：

S101：当锂离子电池处于非充放电状态时，获取到锂离子电池对应的soc-ocv曲线；

需要说明的是，开路电压法是根据电池的开路电压(Open Circuit Voltage，OCV)与电池内部锂离子浓度之间的变化关系，间接地拟合出soc-ocv曲线，在进行实际操作时，需要将电池充满电量后以固定的放电倍率进行放电，直到电池的截止电压时停止放电，根据该放电过程获得OCV与SOC之间的关系曲线。

S102：当锂离子电池处于充放电状态时，根据所述soc-ocv曲线获取到初始荷电状态值X0；

需要说明的是，当电池处于实际工作状态时便能根据电池两端的电压值，通过查找soc-ocv关系表得到当前的电池SOC。

S103：获取到锂离子电池处于充放电状态时对应的电量I和充放电效率值，根据所述电量I、所述充放电效率值电池额定容量C以及电流积分法对所述初始荷电状态值X0进行补偿，得到补偿后的荷电状态值X1。

需要说明的是，电流积分法也叫安时计量法，其本质是在电池进行充电或放电时，通过累积充进或放出的电量来估算电池的SOC，同时根据放电率和电池温度对估算出的SOC进行一定的补偿。

本发明实施例通过将开路电压法和电压积分法进行结合，在储能系统没有进行充放电控制的时段，通过电压开路法进行电池SOC初始值X0的标定，确定储能系统在进行下一次充放电之前的SOC状态值，在储能系统进行充放电操作的时段，通过电流积分法进行储能电池SOC的在线标定，解决了现有技术中，在使用单一的电流积分法进行锂离子电池荷电状态标定时，导致的长期使用会导致测量误差不断累积扩大，需要引入相关修正系数对累积误差进行纠正的技术问题，在使用单一的开路电压法进行锂离子电池荷电状态标定时，导致的长期使用开路电压法其测量结果并不能保证完全准确，并不适用于运行中的电池SOC估算的技术问题。

以上是对一种锂离子电池储能系统荷电状态在线标定方法的一个实施例进行的描述，下面对一种锂离子电池储能系统荷电状态在线标定方法的另一个实施例进行描述。

参照图2，本发明提供的一种锂离子电池储能系统荷电状态在线标定方法的另一个实施例，包括：

S201：当锂离子电池处于非充放电状态时，获取到锂离子电池对应的soc-ocv曲线；

S202：当锂离子电池处于充放电状态时，根据所述soc-ocv曲线获取到初始荷电状态值X0；

S203：获取到锂离子电池处于充放电状态时对应的电量I和充放电效率值；

S204：根据所述电量I、所述充放电效率值通过第一预设公式对所述初始荷电状态值X0进行补偿，得到补偿后的荷电状态值X1；

所述第一预设公式为：

其中，t0为初始时间，t1为截止时间。

S205：当锂离子电池由充放电状态转换为非充放电状态后，保持锂离子电池在至少1h内处于非充放电状态，并重复执行步骤S201。

需要说明的是，每一次充放电操作完成后，需要将储能系统停止充放电，以获得更加准确的端电压值，同时对SOC进行一次矫正，储能系统电池静置超过1h后，可以获得更加准确的端电压值，因此，在储能充放电具有间歇性的场景下，本实施例的方法可以获得更加准确的SOC值。

以上是对一种锂离子电池储能系统荷电状态在线标定方法的另一个实施例进行的描述，下面将对一种锂离子电池储能系统荷电状态在线标定装置的一个实施例进行描述。

参照图3，本发明提供的一种锂离子电池储能系统荷电状态在线标定装置的一个实施例，包括：

第一获取模块301，用于当锂离子电池处于非充放电状态时，获取到锂离子电池对应的soc-ocv曲线；

第二获取模块302，用于当锂离子电池处于充放电状态时，根据所述soc-ocv曲线获取到初始荷电状态值X0；

第三获取模块303，用于获取到锂离子电池处于充放电状态时对应的电量I和充放电效率值；

第一补偿模块304，用于根据所述电量I、所述充放电效率值通过第一预设公式对所述初始荷电状态值X0进行补偿，得到补偿后的荷电状态值X1；

所述第一预设公式为：

其中，t0为初始时间，t1为截止时间。

第一保持模块305；

所述第一保持模块，用于当锂离子电池由充放电状态转换为非充放电状态后，保持锂离子电池在至少1h内处于非充放电状态，并重新触发第一获取模块301。

本发明实施例中的方法可以在如下的电池管理系统中实现。

参考图4，图4为电池管理系统的架构图，电池管理系统(BMS)由电池组管理单元(BMU,Battery Management Unit)、电池组串管理系统(BCMS，Battery ClusterManagement System)、电池堆管理系统(BAMS，Battery Array Management System)组成。

BMS具有模拟信号高精度检测及上报、故障告警、上传和存储、电池保护、参数设置、主动均衡、电池组SOC标定和与其它设备信息交互等功能。BMU电池组管理单元负责管理电池组，具有电池电压采集、多点温度采集、电池组均衡控制及异常报警等功能，同时负责电池主动均衡工作。

BCMS电池组串管理系统，负责管理一个电池组串中的全部BMU，同时具备电池组串的电流采集、总电压采集和漏电检测的功能，并在电池组状态发生异常时驱动断开高压功率接触器，使电池组串退出运行，保障电池使用安全。

BAMS电池堆管理系统由BAMS主机及工业触摸屏组成，负责管理一个过程控制系统PCS对应的电池系统单元的全部电池，BMU之间以及BMU与BCMS之间可以通过CAN通信接口进行通信，BCMS与BAMS之间可以通过CAN通信接口进行通信，BAMS与PCS之间可以通过RS485进行通信，BAMS与监控系统之间可以通过以太网进行通信，将电池的状态信息上传到监控系统和调度管理系统，监控系统和调度管理系统通过运行能量管理策略实现对储能系统的监测和控制。

BMS在锂电池SOC标定中的作用，主要是BMU采集锂电池的状态信息、电流、电压等，通过对电流和电压信息的分析和处理进行SOC标定。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，系统和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种锂离子电池储能系统荷电状态在线标定方法，其特点在于，包括：

S1：当锂离子电池处于非充放电状态时，获取到锂离子电池对应的soc-ocv曲线；

S2：当锂离子电池处于充放电状态时，根据所述soc-ocv曲线获取到初始荷电状态值X0；

S3：获取到锂离子电池处于充放电状态时对应的电量I、电池额定容量C和充放电效率值并通过电流积分法对所述初始荷电状态值X0进行补偿，得到补偿后的荷电状态值X1。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池储能系统荷电状态在线标定方法，其特征在于，所述通过电流积分法对所述初始荷电状态值X0进行补偿，得到补偿后的荷电状态值X1包括：

根据所述电量I、所述电池额定容量C和所述充放电效率值通过第一预设公式对所述初始荷电状态值X0进行补偿，得到补偿后的荷电状态值X1；

所述第一预设公式为：

其中，t0为初始时间，t1为截止时间。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池储能系统荷电状态在线标定方法，其特征在于，所述步骤S3之后还包括：

当锂离子电池由充放电状态转换为非充放电状态后，保持所述锂离子电池在预制时间内处于非充放电状态，并重复执行步骤S1。

4.根据权利要求3锂离子电池储能系统荷电状态在线标定方法，其特征在于，所述预置时间具体为至少1h。

5.一种锂离子电池储能系统荷电状态在线标定装置，其特点在于，包括：

第一获取模块，用于当锂离子电池处于非充放电状态时，获取到锂离子电池对应的soc-ocv曲线；

第二获取模块，用于当锂离子电池处于充放电状态时，根据所述soc-ocv曲线获取到初始荷电状态值X0；

第三获取模块，用于获取到锂离子电池处于充放电状态时对应的电量I、电池额定容量C和充放电效率值

第一补偿模块，用于通过电流积分法对所述初始荷电状态值X0进行补偿，得到补偿后的荷电状态值X1。

6.根据权利要求5所述的锂离子电池储能系统荷电状态在线标定装置，其特征在于，所述第一补偿模块具体用于：

根据所述电量I、所述电池额定容量C和所述充放电效率值通过第一预设公式对所述初始荷电状态值X0进行补偿，得到补偿后的荷电状态值X1；

所述第一预设公式为：

其中，t0为初始时间，t1为截止时间。

7.根据权利要求6所述的锂离子电池储能系统荷电状态在线标定装置，其特征在于，还包括，第一保持模块；

所述第一保持模块，用于当锂离子电池由充放电状态转换为非充放电状态后，保持所述锂离子电池在预制时间内处于非充放电状态，并重新触发第一获取模块。

8.根据权利要求7所述的锂离子电池储能系统荷电状态在线标定装置，其特征在于，所述第一保持模块具体用于：

当锂离子电池由充放电状态转换为非充放电状态后，保持所述锂离子电池在至少1h内处于非充放电状态，并重新触发第一获取模块。