CN111129630A - 储能系统的能效优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能系统的能效优化方法。本发明包括：根据储能系统的第一最小放电电压确定第一基准电芯；获取所述储能系统的第一最大充电电压；判断储能系统的第一最小放电电压和第一最大充电电压是否同时出现在所述第一基准电芯；若否，向所述第一基准电芯补充电容量。本发明通过主动均衡方式，通过确定基准电芯，对其进行电容量补充，达到调节电芯的容量一致性的效果，从而提高系统的能效比，由于是针对电芯进行操作，并且在整体储能系统工作过程中完成，实现动态调整，提高了工作效率，另外，避免了因为电芯基具有平台电压而无法进行一致性调节的情况。

Description

储能系统的能效优化方法

技术领域

本发明涉及化学储能系统领域，尤其是涉及一种储能系统的能效优化方法。

背景技术

在电化学储能系统里，通常将电池按串并联的方式组合起来并对电芯、电池包、电池簇、电池堆进行分层分类管理。受电池本身特性、现场运行状况等因素影响，在电池充放电过程中，各电芯的电池容量、SOC(State of charge，荷电状态)往往不能实现严格的一致，进而造成整包、整簇、整堆电池间的不一致，而为了在电池正常充放电的同时，对电池实施保护，往往以性能表现最差的电池堆、电池簇、电池包或电池为系统基准容量电芯，因此，电池的一致性管理非常关键。

随着系统的运行，系统中某些电芯会提前达到最低电压，而达不到顶端电压；或者只能达到顶端电压，而无法达到底端电压值，导致系统无法充分利用电芯的容量，系统的能效比并未达到合适状态。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种储能系统的能效优化方法，能够提高储能系统内电芯之间的一致性，提升储能系统的能效输出。

第一方面，本发明的一个实施例提供了一种储能系统的能效优化方法，所述储能系统包括至少两个电芯，其特征在于，包括：

根据储能系统的第一最小放电电压确定第一基准电芯；

获取所述储能系统的第一最大充电电压；

判断储能系统的第一最小放电电压和第一最大充电电压是否同时出现在所述第一基准电芯；

若否，向所述第一基准电芯补充电容量。

本发明实施例的一种储能系统的能效优化方法至少具有如下有益效果：本发明通过主动均衡方式，通过确定基准电芯，对其进行电容量补充，达到调节电芯的容量一致性的效果，从而提高系统的能效比，由于是针对电芯进行操作，并且在整体储能系统工作过程中完成，实现动态调整，提高了工作效率，另外，避免了因为电芯具有平台电压而无法进行一致性调节的情况。

根据本发明的另一些实施例的储能系统的能效优化方法，所述确定第一基准电芯，具体为：

对所述储能系统进行放电，直至放电功率为0时，获取所述储能系统中电芯的第一放电电压最小值，记录所述第一放电电压最小值出现的电芯的编号，确定所述第一放电电压最小值出现的电芯为所述第一基准电芯。

通过确定第一基准电芯，并判断第一最小放电电压和第一最大充电电压是否同时出现在所述第一基准电芯中，以确定第一基准电芯是否为最差的，若是，则以第一基准电芯为基准进行充放电操作，无需补充电容量，若不是，则对第一基准电芯补充电容量，以提高整体储能系统的一致性。

根据本发明的另一些实施例的储能系统的能效优化方法，获取所述储能系统的第一最大充电电压，具体为，对所述储能系统进行充电，直至充电功率为0时，记录所述电芯的第一最大充电电压。通过获取第一最大充电电压，以确定其是否同时发生在第一基准电芯中，进一步确定是否需要针对第一基准电芯补充电容量，且第一最小放电电压和第一最大充电电压均是在储能系统工作过程中的参数，操作简单便捷。因此，该方法不仅能够在电池生产商的生产阶段保证出厂电池的一致性，由于其操作的便捷性，也为用户在使用过程中进行一致性调节提供了可能。

根据本发明的另一些实施例的储能系统的能效优化方法，还包括：

根据补充电容量储能系统的第二最小放电电压确定第二基准电芯；

获取所述补充电容量后的储能系统的第二最大充电电压；

判断所述补充电容量后的储能系统的第二最小放电电压和第二最大充电电压是否同时出现在所述第二基准电芯；

若否，向所述第二基准电芯补充电容量；

补充电容量后，若没有达到最佳一致性，则可重复上述步骤。

在第一次补充电容量的储能系统中，电芯之间依然可能没有达到最佳的一致性，再次通过确定第二最小放电电压和第二最大充电电压是否发生在第二基准电芯中，进一步确定是否对第二基准电芯补充电容量，以便进一步提高电芯之间的一致性。

本方法可动态的根据每次充放电过程确定是否需要针对单体电芯进行电量补充，通过逐步逼近，逐步向电芯中添加电容量的方式实现储能系统的一致性，控制精准，大大提高电池的能效输出。

根据本发明的另一些实施例的储能系统的能效优化方法，所述确定第二基准电芯，具体为：

对补充电容量后的储能系统进行放电，直至放电功率为0时，获取所述补充电容量后储能系统中电芯的第二放电电压最小值，记录所述第二放电电压最小值出现的电芯的编号，确定所述第二放电电压最小值出现的电芯为所述第二基准电芯。

通过确定第二基准电芯，并判断第二最小放电电压和第二最大充电电压是否同时出现在所述第二基准电芯中，以确定第二基准电芯是否为最差的，若是，则以第二基准电芯为基准进行充放电操作，无需补充电容量，若不是，则对第二基准电芯补充电容量，以进一步提高整体储能系统的一致性。

根据本发明的另一些实施例的储能系统的能效优化方法，获取所述补充电容量后的储能系统的第二最大充电电压，具体为：对所述补充电容量后的储能系统进行充电，直至充电功率为0时，记录所述电芯的第二电压最大值。通过获取第二最大充电电压，以确定其是否同时发生在第二基准电芯中，进一步确定是否需要针对第二基准电芯补充电容量，且第二最小放电电压和第二最大充电电压均是在储能系统工作过程中的参数，操作简单便捷。因此，该方法不仅能够在电池生产商的生产阶段保证出厂电池的一致性，由于其操作的便捷性，也可为用户在使用过程中调节一致性提供可能。

根据本发明的另一些实施例的储能系统的能效优化方法，所述第一基准电芯补充电容量，具体为，以所述第一基准电芯额定容量的2％-5％补充电容量。

根据本发明的另一些实施例的储能系统的能效优化方法，所述第一基准电芯补充电容量，具体为，以所述第一基准电芯额定容量的2％-4％补充电容量。

确定了需要补充电容量的电芯后，通过逐步逼近的方法实现对单体电芯之间一致性的调节，可实现精准调节，最大程度提高了储能系统的一致性。

根据本发明的另一些实施例的储能系统的能效优化方法，所述第一基准电芯补充电容量，具体为，根据所述第一基准电芯与电压及温度的对应关系，结合实际工况，获取所述第一基准电芯的理论电容量，并与额定电容量进行比较，获得需补充电容量。通过根据第一基准电芯与电压及温度的对应关系预得出的数据模型，可一次性获得述第一基准电芯需要补充的电容量。

根据本发明的另一些实施例的储能系统的能效优化方法，所述实际工况包括：电芯的充放电状态、工作温度或电芯充放电时的电流大小。

附图说明

图1是本发明实施例中储能系统的能效优化方法的一具体实施例流程示意图；

图2是图1中确定第一基准电芯的一具体实施例流程示意图；

图3是图1中获取储能系统的第一最大充电电压的一具体实施例流程示意图；

图4是实施例中储能系统的能效优化方法的另一具体实施例流程示意图；

图5是图4中确定第二基准电芯的一具体实施例流程示意图；

图6是图4中获取储能系统的第二最大充电电压的一具体实施例流程示意图；

图7a是电芯充电过程中电容量与电压的变化关系图；

图7b是电芯放电过程中电容量与电压的变化关系图；

图8a-图8c是利用本发明储能系统的能效优化方法进行储能系统一致性调节的一具体示例(放电过程)；

图9a-图9c是利用本发明储能系统的能效优化方法进行储能系统一致性调节的一具体示例(充电过程)。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。

在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

为了更好的理解实施例内容，对目前采用的储能系统一致性优化方法进行介绍：

为了维持电芯的一致性，可采用电压均衡的方式，通过判断与平均之间的电压差值进行均衡，进而调节电芯的一致性，在电芯的容量底端或者顶端的时候，可以准确的调整电芯的一致性。参考图7a和图7b，图7a和图7b示出了电芯充电、放电的曲线图，图中显示出电芯的电压与电容量的曲线关系，从图中可以看出，当电压位于充电拐点电压Vcx和放电拐点电压Vdx之间时，其中，当充电达到Vcx时，电池容量基本充满，当放电到达Vdx时，电池容量基本放空。

处于充电拐点电压Vcx和放电拐点电压Vdx之间的平台期时，电芯的电压变化平缓，且电芯的平台期相当长。如果一颗电芯刚进入平台期，但是另外一颗电芯进入了平台末端，容量相差甚远，不采用均衡补齐单个电芯的容量就会造成系统容量受到严重的影响，但是只采用电压均衡又难以识别出来。例如，在图7中纵轴是电压变化值，横轴是电池容量值，电池的最大容量值为70AH；充电时电池容量从5AH到60AH之间电压变化是很不明显的，基本维持在3.4V之间。充电时，假如一颗电池容量是25AH，另外一个颗是50AH,电压会基本相同，但是容量却相差了一倍，采用电压均衡无法准确判断需要进行均衡的单体电芯。

若电芯处于平台电压时(电芯的电压基本相同，但是容量却不同)，就无法很好的进行均衡了，在一些调频项目中，系统频繁进行充放电时，电压快速变化也不适合进行电压均衡。而且系统也不会经常运行在底端和顶端的工况中，下述实施例描述了各个电芯尽量一起到达底部或者一起到达顶端的方法，通过主动均衡调节电芯的容量一致性，从而优化系统的能效比。

实施例1

参照图1-图3，示出了本发明实施例中储能系统的能效优化方法的流程示意图。其具体包括步骤：

S1：根据储能系统的第一最小放电电压V1min确定第一基准电芯；

S2：获取所述储能系统的第一最大充电电压V1max；

S3：判断储能系统的第一最小放电电压V1min和第一最大充电电压V1max是否同时出现在所述第一基准电芯；

S4：若否，向第一基准电芯补充电容量。

在一具体的实施方式中，步骤S1首先通过对所述储能系统进行放电，直至放电功率为0时，获取储能系统的第一放电电压最小值，记录该第一放电电压最小值V1min所在的电芯的编号，确定该第一放电电压最小值V1min所在的电芯为第一基准电芯；通过确定第一基准电芯，并判断第一最小放电电压V1min和第一最大充电电压V1max(如S2中记载)是否同时出现在所述第一基准电芯中，以确定第一基准电芯是否为最差的，若是，则以第一基准电芯为基准进行充放电操作，无需补充电容量，若不是，则对第一基准电芯补充电容量，以提高整体储能系统的一致性。

步骤S1后，步骤S2对所述储能系统进行充电，直至充电功率为0时，记录此时储能系统第一最大充电电压V1max。通过获取第一最大充电电压V1max，以确定其是否同时发生在第一基准电芯中，进一步确定是否需要针对第一基准电芯补充电容量，且第一最小放电电压V1min和第一最大充电电压V1max均是在储能系统工作过程中的参数，操作简单便捷。因此，该方法不仅能够在电池生产商的生产阶段保证出厂电池的一致性，由于其操作的便捷性，也可为用户在使用过程中调节一致性提供可能。

步骤S2后，步骤S3判断储能系统的第一最小放电电压V1min和第一最大充电电压V1max是否同时出现在第一基准电芯，该判断的步骤是为了确定当前的第一基础电芯是否为系统基准容量电芯，当记录的第一最小放电电压V1min和第一充电最大值V1max发生在同一颗电芯时(前述的第一基准电芯)，这时则不需要进行补电容量，认为当前的第一基准电芯为系统基准容量电芯，系统只能以它为基准，进行后续的充放电，这样，其他电芯内的电容量能够被完全用完，并且可以在用完后的充电过程中完全充满。如果出现第一充电最大值V1max和第一最小放电电压V1min不是同一个电芯，则说明该电芯的容量并没有完全充满，可以对该第一基准电芯补充电容量，在下一个周期放电时，这个电芯就不会最快被放空。

在一些实施例中，该方法可用于磷酸铁锂储能系统的能效优化，应当理解的是，该方法同时可适用于其他电化学储能系统的能耗优化。

上述方法通过主动均衡方式，确定基准电芯，对其进行电容量补充，达到调节电芯的容量一致性的效果，从而提高系统的能效比，由于是针对电芯进行操作，并且在整体储能系统工作过程中完成，实现动态调整，提高了工作效率，另外，避免了因为电芯具有平台电压而无法进行一致性调节的情况。

实施例2

参考图8a-图9c，实施例2在实施例1的基础上，提供了一种利用实施例1所述方法进行储能系统电芯一致性调节的具体示例，如图8a-图8c所示，该储能系统包括3个独立的电芯，分别为电芯1、电芯2和电芯3，图8中的深色部分表示电芯的电容量。

图8a中，对该储能系统进行放电操作，当放电功率为0时，第一放电电压最小值V1min出现在电芯2中，因此，确定电芯2为第一基准电芯，可以理解的是，在放电时，由于电芯2因为电量最少，首先被放空，其他电芯即使有电量，系统也不允许放出来。

紧接着对该储能系统进行充电，当充电功率为0时，记录此时储能系统的第一最大充电电压V1max，从图8c中看出，第一放电电压最小值V1min和第一最大充电电压V1max并未同时出现在电芯2，说明电芯2的容量偏低，此时，针对电芯2进行容量补充，以缩小电芯2的电容量与其他电芯电容量之间的差值，提高该储能系统电芯之间的一致性。

继续参阅图9a-图9c，在对电芯2补充了电容量后，此时电芯2的电容量将会往上拉，此时，电芯2的电容量与其他两个电芯的电容量之间的差值缩小，电芯1-电芯3之间的一致性相较于未补充电容量之前有所提高。

补充了电容量后的储能系统在进行放电时，电芯2再次放电到底端时，它将不再最少的，因此，图9中的其他电芯的电容量就可以释放出来，提高整体系统的能量输出。

实施例3

实施例提供了进一步提高补充电容量后的储能系统一致性的方法，包括如下步骤：

S1’：根据补充电容量储能系统的第二最小放电电压确定第二基准电芯；

S2’：获取所述补充电容量后的储能系统的第二最大充电电压；

S3’：判断所述补充电容量后的储能系统的第二最小放电电压和第二最大充电电压是否同时出现在所述第二基准电芯；

S4’：若否，向所述第一基准电芯补充电容量。

在一具体的实施方式中，为了进一步提成系统的一致性，需要进一步对补充电量后的储能系统进行一致性调节，参见图4-图6，具体的优化方法与实施例1-2中的方法一致，通过重新确定第二基准电芯，判断是否需要对其进行电量补充，以减小其与其他电芯之间的电容量差值，进一步提高整体储能系统的一致性，具体的方法在此不再赘述。

在第一次补充电容量的储能系统中，电芯之间依然可能没有达到最佳的一致性，再次通过确定第二最小放电电压和第二最大充电电压是否发生在第二基准电芯中，进一确定是否对第二基准电芯补充电容量，以便进一步提高电芯之间的一致性。本方法可动态的根据每次充放电过程确定是否需要针对单体电芯进行电量补充，通过逐步逼近的方式实现储能系统的一致性，控制精准，大大提高电池的能效输出。

可以理解的是，实施例1-实施例3仅仅是示例性的说明了如何通过多次的判断，采用逐步逼近的方法实现对储能系统一致性的精准调节，在具有较多电芯的储能系统中，可通过循环操作上述实施例1-实施例3的方法实现对多电芯储能系统一致性的调节，进一步实现储能系统的优化，且由于上述方法是基于储能系统工作过程中重要参数(最小放电电压和最大充电电压)进行的判断，进而逐个的对电芯补充电容量，因此可在系统运行过程中动态调整，不仅能够在电池生产商的生产阶段保证出厂电池的一致性，由于其操作的便捷性，也可成为用户在使用过程中调节一致性的方法。

实施例4

实施例4提供了在确定了基准电芯后，并且确定需要对该基准电芯进行电量补充时，所采用的其中一种电容量的补充方法。在一具体的方式中，对基准电芯额定容量的2％补充电容量，在储能系统频繁进入放电底端和充电顶端的场合，以单体额定容量的2％补充电容量进行调节，且不能超过单体额定电容量值。此方法简单不需复杂的处理逻辑，也不需要数据模型，配合实施例1-实施例3的优化方法，可实现精确的一致性调节。

实施例5

实施例5提供了在确定了基准电芯，并且需要对该基准电芯进行电量补充时，所采用的其中一种电容量的补充方法。在一具体的方式中，对基准电芯额定容量的4％补充电容量。

实施例6

实施例6提供了在确定了基准电芯，并且需要对该基准电芯进行电量补充时，所采用的其中一种电容量的补充方法。在一具体的方式中，对基准电芯额定容量的3％补充电容量。

实施例7

实施例7提供了在确定了基准电芯，并且需要对该基准电芯进行电量补充时，所采用的另一种电容量的补充方法。

在一具体的实施方式中，该方法根据电芯与电压及温度的对应关系获得数据模型，再结合实际工况，获取第一基准电芯的理论电容量，并与额定电容量进行比较，获得需补充电容量。电芯处于充放电状态时，处于该采样的电芯电压值与容量值成固定关系；该关系需要指定工况通过实验数据获取，建立数据模型；运行时，采样电芯电压根据实际工况查询数据，获取到当时的真实容量值，进一步获得述第一基准电芯需要补充的电容量。在本实施例中，实际工况包括：电芯的充放电状态、工作温度或电芯充放电时的电流大小。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种储能系统的能效优化方法，其特征在于，所述储能系统包括至少两个电芯，所述储能系统的能效优化方法包括：

根据所述储能系统的第一最小放电电压确定第一基准电芯；

获取所述储能系统的第一最大充电电压；

判断所述储能系统的第一最小放电电压和第一最大充电电压是否同时出现在所述第一基准电芯；

若否，向所述第一基准电芯补充电容量。

2.根据权利要求1所述的储能系统的能效优化方法，其特征在于，所述确定第一基准电芯，具体为：

对所述储能系统进行放电，直至放电功率为0时，获取所述储能系统的第一放电电压最小值，记录所述第一放电电压最小值出现的电芯的编号，确定所述第一放电电压最小值出现的电芯为所述第一基准电芯。

3.根据权利要求1所述的储能系统的能效优化方法，其特征在于，获取所述储能系统的第一最大充电电压，具体为，对所述储能系统进行充电，直至充电功率为0时，记录所述储能系统的第一最大充电电压。

4.根据权利要求1-3任一项所述的储能系统的能效优化方法，其特征在于，还包括：

根据补充电容量后的所述储能系统的第二最小放电电压确定第二基准电芯；

获取所述补充电容量后的所述储能系统的第二最大充电电压；

判断所述补充电容量后的储能系统的第二最小放电电压和第二最大充电电压是否同时出现在所述第二基准电芯；

若否，向所述第二准电芯补充电容量。

5.根据权利要求4所述的储能系统的能效优化方法，其特征在于，所述确定第二基准电芯，具体为：

对补充电容量后的所述储能系统进行放电，直至放电功率为0时，获取所述补充电容量后的所述储能系统中电芯的第二放电电压最小值，记录所述第二放电电压最小值出现的电芯的编号，确定所述第二放电电压最小值出现的电芯为所述第二基准电芯。

6.根据权利要求4所述的储能系统的能效优化方法，其特征在于，获取所述补充电容量后的所述储能系统的第二最大充电电压，具体为：对所述补充电容量后的储能系统进行充电，直至充电功率为0时，记录所述电芯的第二最大充电电压。

7.根据权利要求1所述的储能系统的能效优化方法，其特征在于，所述向第一基准电芯补充电容量，具体为，以所述第一基准电芯额定容量的2％-5％补充电容量。

8.根据权利要求7所述的储能系统的能效优化方法，其特征在于，所述向第一基准电芯补充电容量，具体为，以所述第一基准电芯额定容量的2％-4％补充电容量。

9.根据权利要求1所述的储能系统的能效优化方法，其特征在于，所述向第一基准电芯补充电容量，具体为，根据所述第一基准电芯与电压及温度的对应关系，结合实际工况，获取所述第一基准电芯的理论电容量，并与所述第一基准电芯的额定电容量进行比较，获得需补充电容量。

10.根据权利要求9所述的储能系统的能效优化方法，其特征在于，所述实际工况包括：电芯的充放电状态、工作温度或电芯充放电时的电流大小。

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