CN109917291B - 一种用于恢复梯次利用电池储能系统的运行状态的方法 - Google Patents

一种用于恢复梯次利用电池储能系统的运行状态的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于恢复梯次利用电池储能系统的运行状态的方法，包括：将储能单元的SOC调整至0；利用储能单元变流器交直流侧接功率分析仪和各电池簇直流母线接功率分析仪确定最底层电池管理系统采样点的信息；为储能单元充电直至SOC为100％，确定充电截至电压数据，为储能单元放电至SOC为0％，计算储能单元的能量效率；确定电池单体的开路电压，对储能单元充电至SOC为10％，计算SOC为10％时的极化内阻，对储能单元充电至SOC为50％；再充电至SOC为85％；计算SOC为50％时的欧姆内阻；对储能单元充电10秒后，计算10秒前后电压的差值；对储能单元放电直至SOC为50％，从而恢复储能系统状态。解决了难以准确确定对电池储能系统一致性相关的维护指标的问题。

Description

一种用于恢复梯次利用电池储能系统的运行状态的方法
技术领域
本申请涉及锂电池梯次利用领域，具体涉及一种梯次利用电池储能系统的运行维护方法，同时涉及一种梯次利用电池储能系统的运行维护装置。
背景技术
梯次利用电池储能电站可用于电网场合的储能系统，其使用条件比较温和、对电池性能要求相对较低，可实现动力电池的梯次利用。在梯次利用电池储能电站中，一般应用由大量电池模组组成的梯次利用电池储能系统来进行工作，每个电池模组包括多个单体电池串联。
由于当前的电动汽车的行驶工况、养护情况差别较大，退役后的电池性能参差不齐，电池从电动汽车退役到储能应用，还面临很多技术问题。例如电池一致性发散速度快，导致储能电站可用容量降低，无法满足出力要求。可见，当前梯次利用电池储能系统一致性发散，是导致其容量衰退的重要原因，然而表征一致性状态的指标有很多，然而在梯次利用电池储能电站中，电池储能系统的一致性维护还不成熟，还难以准确确定对电池储能系统一致性相关的维护指标。
发明内容
本申请提供一种梯次利用电池储能系统的运行维护方法，解决了电池储能系统的一致性维护还不成熟，难以准确确定对电池储能系统一致性相关的维护指标的问题。
本申请提供一种用于恢复梯次利用电池储能系统的运行状态的方法，其特征在于，包括：
将电池储能系统的储能单元进行充电放电过程达到预设的次数后，将储能单元的荷电状态调整至0；
利用储能单元变流器交直流侧接功率分析仪和各电池簇直流母线接功率分析仪确定最底层电池管理系统的每一采样点的信息；
以额定功率为储能单元充电直至储能单元的荷电状态为100％，确定储能单元的充电容量、充电能量和充电截至电压数据，并计算各个电池模组内的电压极差；
以额定功率为储能单元放电，直至储能单元的荷电状态为0％，确定储能单元的放电容量和放电能量，并计算储能单元的能量效率；
确定所有电池单体的开路电压，并以1/5库伦的倍率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为10％，以1/3库伦的倍率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为15％；
计算储能单元的荷电状态为10％时的极化内阻，以额定功率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为50％；以1/3库伦的倍率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为85％；
计算储能单元的荷电状态为50％时的欧姆内阻；以1/2库伦对储能单元充电10秒后，计算10秒前后储能单元电压的差值；
以1/3库伦对储能单元放电，直至储能单元的荷电状态为50％，从而恢复储能系统状态。
优选的，在计算各个电池模组内的电压极差的步骤之后，在储能单元的荷电状态分别0％、10％、50％、85％的步骤之前，以及以1/2库伦对储能单元充电10秒后的步骤之前，分别将储能单元静置预设的时间。
优选的，储能单元的极化内阻的计算方法为：
将储能单元以1/3库伦的电流充电或放电至预设的荷电状态点后，设1/3库伦的电流放电或充电停止后的开路电压Ut3与静置后1小时30分钟后的开路电压Ut4的电压差值ΔUP，储能单元的极化内阻计算公式如下
Figure BDA0001998069800000021
其中，△Up＝|Ut3—Ut4|，I为1/3库伦时放电或充电的电流。
优选的，计算储能单元的荷电状态为50％时的欧姆内阻，具体的方法为：
将储能单元以1/3库伦的电流充电或放电至预设的荷电状态点后，设1/3库伦的电流放电或充电的开路电压为Ut1，到加载上1/3库伦的电流放电或充电的电压为Ut2，设加载1/3电流放电或充电前后的电压差值ΔUo，储能单元的欧姆内阻计算公式如下
Figure BDA0001998069800000022
其中：△Uo＝|Ut1—Ut2|，I为1/3库伦时放电或充电的电流。
本申请同时提供一种梯次利用电池储能系统的运行维护装置，其特征在于，包括：
调整单元，用于将电池储能系统的储能单元进行充电放电过程达到预设的次数后，将储能单元的荷电状态调整至0；
信息获取单元，用于利用储能单元变流器交直流侧接功率分析仪和各电池簇直流母线接功率分析仪确定最底层电池管理系统的每一采样点的信息；
电压极差计算单元，用于以额定功率为储能单元充电直至储能单元的荷电状态为100％，确定储能单元的充电容量、充电能量和充电截至电压数据，并计算各个电池模组内的电压极差；
能量效率计算单元，用于以额定功率为储能单元放电，直至储能单元的荷电状态为0％，确定储能单元的放电容量和放电能量，并计算储能单元的能量效率；
开路电压确定单元，用于确定所有电池单体的开路电压，并以1/5库伦的倍率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为10％，以1/3库伦的倍率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为15％；
极化内阻计算单元，用于计算储能单元的荷电状态为10％时的极化内阻，以额定功率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为50％；以1/3库伦的倍率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为85％；
电压的差值计算单元，用于计算储能单元的荷电状态为50％时的欧姆内阻；以1/2库伦对储能单元充电10秒后，计算10秒前后储能单元电压的差值；
恢复单元，用于计算储能单元的荷电状态为50％时的欧姆内阻；以1/2库伦对储能单元充电10秒后，计算10秒前后储能单元电压的差值。
本申请提供一种梯次利用电池储能系统的运行维护方法，对储能单元在不同荷电状态下的充放电，获取储能单元的剩余容量/能量、一致性指标、功能性能、欧姆内阻、极化内阻，能够在短时间内获取所有梯次利用电池储能单元维护和状态评估用参数，解决了电池储能系统的一致性维护还不成熟，难以准确确定对电池储能系统一致性相关的维护指标的问题。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种用于恢复梯次利用电池储能系统的运行状态的方法示意图；
图2是本申请实施例涉及的储能单元多性能参数快速检测工况示意图；
图3是本申请实施例提供的一种用于恢复梯次利用电池储能系统的运行状态的装置示意图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
请参看图1，图1是本申请实施例提供的一种用于恢复梯次利用电池储能系统的运行状态的方法示意图，下面对图1提供的方法步骤进行详细说明。
步骤S101，将电池储能系统的储能单元进行充电放电过程达到预设的次数后，将储能单元的荷电状态调整至0。
此步骤用于为后面的步骤提供的准备工作，可以先将电池储能系统的储能单元进行循环充放电两天，也可以使储能单元充放电过程达到预设的次数，然后将储能单元的荷电状态(SOC)调整至0。然后进行后续的步骤。
在本申请中，电池储能系统由多个储能单元构成，储能单元由多个电池模组构成，电池模组由多个单体电池组成。
步骤S102，利用储能单元变流器交直流侧接功率分析仪和各电池簇直流母线接功率分析仪确定最底层电池管理系统的每一采样点的信息。
步骤S103，以额定功率为储能单元充电直至储能单元的荷电状态为100％，确定储能单元的充电容量、充电能量和充电截至电压数据，并计算各个电池模组内的电压极差。
步骤S104，以额定功率为储能单元放电，直至储能单元的荷电状态为0％，确定储能单元的放电容量和放电能量，并计算储能单元的能量效率。
将储能单元静置预设的时间，可以将储能单元静置30分钟后，以额定功能为储能单元放电直至储能单元的荷电状态为0％，确定储能单元的放电容量和放电能量，并计算储能单元的能量效率。
步骤S105，确定所有电池单体的开路电压，并以1/5库伦的倍率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为10％，以1/3库伦的倍率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为15％。
将储能单元静置预设的时间，可以将储能单元静置60分钟，然后确定所有电池单体的开路电压，并以1/5库伦的倍率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为10％，然后，再以1/3库伦的倍率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为15％。
步骤S106，计算储能单元的极化内阻，以额定功率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为50％；以1/3库伦的倍率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为85％。
将储能单元静置预设的时间，可以将储能单元静置60分钟，然后，计算储能单元的极化内阻，计算方法为：
将储能单元以1/3库伦的电流充电或放电至预设的荷电状态点后，设1/3库伦的电流放电或充电停止后的开路电压Ut3与静置后1小时30分钟后的开路电压Ut4的电压差值ΔUP，储能单元的极化内阻计算公式如下
Figure BDA0001998069800000051
其中，△Up＝|Ut3—Ut4|，I为1/3库伦时放电或充电的电流。
然后，再以额定功率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为50％，接着，将储能单元静置预设的时间，可以将储能单元静置60分钟。再以1/3库伦的倍率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为85％。
步骤S107，计算储能单元的荷电状态为50％时的欧姆内阻；以1/2库伦对储能单元充电10秒后，计算10秒前后储能单元电压的差值。
计算储能单元的荷电状态为50％时的欧姆内阻，具体的方法为：
将谁能单元以1/3库伦的电流充电或放电至预设的荷电状态点后，设1/3库伦的电流放电或充电的开路电压为Ut1，到加载上1/3库伦的电流放电或充电的电压为Ut2，设加载1/3电流放电或充电前后的电压差值ΔUo，储能单元的欧姆内阻计算公式如下
Figure BDA0001998069800000052
其中：△Uo＝|Ut1—Ut2|，I为1/3库伦时放电或充电的电流。
接下来，再将储能单元静置预设的时间，可以将储能单元静置60分钟，以1/2库伦对储能单元充电10秒后，计算10秒前后储能单元电压的差值ΔU。
步骤S108，以1/3库伦对储能单元放电，直至储能单元的荷电状态为50％，从而恢复储能系统状态。
整个用于恢复梯次利用电池储能系统的运行状态的过程如图2所示，从图中可以看出，储能单元在不同的荷电状态下获取状态评估用参数，首先，当储能单元的荷电状态为100％时，至少获得储能单元的充电截至电压极差；对储能单元进行放电后，当储能单元的荷电状态为0％时，确定储能单元的放电容量和放电能量，并计算储能单元的能量效率，确定所有电池单体的开路电压；对储能单元进行充电后，当储能单元的荷电状态为10％时，计算储能单元极化内阻；继续为储能单元充电，计算储能单元的荷电状态为50％时的欧姆内阻；接着继续为储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为85％，然后再对储能单元放电，直至储能单元的荷电状态为50％，从而恢复储能系统状态。
与本申请提供的方法对应的，本申请同时提供一种梯次利用电池储能系统的运行维护装置300，如图3所示，其特征在于，包括：
调整单元310，用于将电池储能系统的储能单元进行充电放电过程达到预设的次数后，将储能单元的荷电状态调整至0；
信息获取单元320，用于利用储能单元变流器交直流侧接功率分析仪和各电池簇直流母线接功率分析仪确定最底层电池管理系统的每一采样点的信息；
电压极差计算单元330，用于以额定功率为储能单元充电直至储能单元的荷电状态为100％，确定储能单元的充电容量、充电能量和充电截至电压数据，并计算各个电池模组内的电压极差；
能量效率计算单元340，用于以额定功率为储能单元放电，直至储能单元的荷电状态为0％，确定储能单元的放电容量和放电能量，并计算储能单元的能量效率；
开路电压确定单元350，用于确定所有电池单体的开路电压，并以1/5库伦的倍率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为10％，以1/3库伦的倍率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为15％；
极化内阻计算单元360，用于计算储能单元的荷电状态为10％时的极化内阻，以额定功率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为50％；以1/3库伦的倍率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为85％；
电压的差值计算单元370，用于计算储能单元的荷电状态为50％时的欧姆内阻；以1/2库伦对储能单元充电10秒后，计算10秒前后储能单元电压的差值；
恢复单元380，用于计算储能单元的荷电状态为50％时的欧姆内阻；以1/2库伦对储能单元充电10秒后，计算10秒前后储能单元电压的差值。
本申请提供的方法，对储能单元在不同荷电状态下的充放电，获取储能单元的剩余容量/能量、一致性指标、功能性能、欧姆内阻、极化内阻，能够在短时间内获取所有梯次利用电池储能单元维护和状态评估用参数，解决了电池储能系统的一致性维护还不成熟，难以准确确定对电池储能系统一致性相关的维护指标的问题。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于恢复梯次利用电池储能系统的运行状态的方法，其特征在于，包括：
将电池储能系统的储能单元进行充电放电过程达到预设的次数后，将储能单元的荷电状态调整至0；
利用储能单元变流器交直流侧接功率分析仪和各电池簇直流母线接功率分析仪确定最底层电池管理系统的每一采样点的信息；
以额定功率为储能单元充电直至储能单元的荷电状态为100％，确定储能单元的充电容量、充电能量和充电截至电压数据，并计算各个电池模组内的电压极差；
以额定功率为储能单元放电，直至储能单元的荷电状态为0％，确定储能单元的放电容量和放电能量，并计算储能单元的能量效率；
确定所有电池单体的开路电压，并以1/5库伦的倍率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为10％，以1/3库伦的倍率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为15％；
计算储能单元的荷电状态为10％时的极化内阻，以额定功率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为50％；以1/3库伦的倍率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为85％；
计算储能单元的荷电状态为50％时的欧姆内阻；以1/2库伦对储能单元充电10秒后，计算10秒前后储能单元电压的差值；
以1/3库伦对储能单元放电，直至储能单元的荷电状态为50％，从而恢复储能系统状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在计算各个电池模组内的电压极差的步骤之后，在储能单元的荷电状态分别0％、10％、50％、85％的步骤之前，以及以1/2库伦对储能单元充电10秒后的步骤之前，分别将储能单元静置预设的时间。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，储能单元的极化内阻的计算方法为：
将储能单元以1/3库伦的电流充电或放电至预设的荷电状态点后，设1/3库伦的电流放电或充电停止后的开路电压Ut3与静置后1小时30分钟后的开路电压Ut4的电压差值ΔUP，储能单元的极化内阻计算公式如下
Figure FDA0001998069790000021
其中，△Up＝|Ut3—Ut4|，I为1/3库伦时放电或充电的电流。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算储能单元的荷电状态为50％时的欧姆内阻，具体的方法为：
将储能单元以1/3库伦的电流充电或放电至预设的荷电状态点后，设1/3库伦的电流放电或充电的开路电压为Ut1，到加载上1/3库伦的电流放电或充电的电压为Ut2，设加载1/3电流放电或充电前后的电压差值ΔUo，储能单元的欧姆内阻计算公式如下
Figure FDA0001998069790000022
其中：△Uo＝|Ut1—Ut2|，I为1/3库伦时放电或充电的电流。
5.一种梯次利用电池储能系统的运行维护装置，其特征在于，包括：
调整单元，用于将电池储能系统的储能单元进行充电放电过程达到预设的次数后，将储能单元的荷电状态调整至0；
信息获取单元，用于利用储能单元变流器交直流侧接功率分析仪和各电池簇直流母线接功率分析仪确定最底层电池管理系统的每一采样点的信息；
电压极差计算单元，用于以额定功率为储能单元充电直至储能单元的荷电状态为100％，确定储能单元的充电容量、充电能量和充电截至电压数据，并计算各个电池模组内的电压极差；
能量效率计算单元，用于以额定功率为储能单元放电，直至储能单元的荷电状态为0％，确定储能单元的放电容量和放电能量，并计算储能单元的能量效率；
开路电压确定单元，用于确定所有电池单体的开路电压，并以1/5库伦的倍率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为10％，以1/3库伦的倍率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为15％；
极化内阻计算单元，用于计算储能单元的荷电状态为10％时的极化内阻，以额定功率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为50％；以1/3库伦的倍率对储能单元充电，直至储能单元的荷电状态为85％；
电压的差值计算单元，用于计算储能单元的荷电状态为50％时的欧姆内阻；以1/2库伦对储能单元充电10秒后，计算10秒前后储能单元电压的差值；
恢复单元，用于计算储能单元的荷电状态为50％时的欧姆内阻；以1/2库伦对储能单元充电10秒后，计算10秒前后储能单元电压的差值。
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