CN112698209B - 一种电池储能系统soc末端校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池储能系统SOC末端校准方法，包括以下步骤：EMS在对一BMS校准SOC时，增大该BMS的充/放电功率给定值，并扩大该BMS的充/放电SOC上下限；在该BMS的电池充满及放空一个循环后，使用本轮完整充/放电的安时电量与电池当前有效安时电量求加权平均和，加权平均和结果作为新的电池有效安时电量，以完成SOC的校准。本发明在保留安时积分法计算简单的基础上，优化了传统安时积分法功率波动较大时精度低的问题，对SOC进行基于加权平均法的末端校准。

Description

一种电池储能系统SOC末端校准方法
技术领域
本发明属于电化学储能技术领域，尤其涉及一种电池储能系统SOC末端校准方法。
背景技术
随着储能技术得到越来越广泛的应用，大规模、大容量储能设备投运之后需要对其SOC进行精确的计量。
目前的SOC计算方法，主要包括安时积分法、开路电压法、卡尔曼滤波法等。其中安时积分法因计算简单、精度较高得到了广泛的应用。但是在某些电池需要频繁充放电且PCS功率波动较大的场景，安时积分法的计算精度会因功率波动而降低。
为了解决这一问题，可以采用更为先进的SOC算法，但考虑到成本因素，对安时积分法进行改进或优化显然是更合理的一种选择。
发明内容
针对上述背景技术的阐述，本发明提供一种电池储能系统SOC末端校准方法，在保留安时积分法计算简单的基础上，优化了传统安时积分法功率波动较大时精度低的问题，对SOC进行基于加权平均法的末端校准。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种电池储能系统SOC末端校准方法，包括以下步骤：
EMS在对一BMS校准SOC时，增大该BMS的充/放电功率给定值，并扩大该BMS的充/放电SOC上下限；
在该BMS的电池充满及放空一个循环后，使用本轮完整充/放电的安时电量与电池当前有效安时电量求加权平均和，加权平均和结果作为新的电池有效安时电量，以完成SOC的校准。
作为本发明的进一步改进，所述电池充满及放空一个循环，是指电池由充满至完全放空或由放空至充满的一个过程。
作为本发明的进一步改进，所述EMS在对一BMS校准SOC是指EMS判断采用安时积分法计算SOC的BMS其运行时间或停机时间达到设定值而需要对SOC进行校准。
作为本发明的进一步改进，所述BMS在电池充满/放空完成一个完整循环时将SOC置100％或0％进行复位。
作为本发明的进一步改进，所述加权平均和是由本轮充/放电的安时电量、电池当前有效安时电量与对应加权系数相乘求和得到；
本轮充/放电安时电量的加权系数即数据可信度，由本轮充/放电过程的功率波动幅度决定，充/放电加权系数之和等于1。
作为本发明的进一步改进，加权系数k由以下得到：
其中ΔPsum是功率变化量的总累加值；ΔPsumMAX为功率变化量的理论最大值，取：
其中PPCS为PCS的额定功率；Tbat为PCS用额定功率将电池由放空充满的时间，单位小时；NP为每秒钟BMS获取PCS功率数据的次数。
作为本发明的进一步改进，完整充/放电的安时数与电池当前有效安时数求加权平均和求新的电池有效安时数，其计算公式为
Ahnew＝k×Ahnow+(1-k)×Ahold
通过加权系数k的引入及加权平均计算方法，在充/放电功率波动较大时，降低本轮完整充/放电安时数的权重；充/放电功率较平稳时，提高本轮完整充/放电安时数的权重。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明增大该BMS的充/放电功率给定值，同时放开该BMS的充/放电SOC上下限，对电池充满及放空一个循环以进行SOC末端校准，使用本轮完整充/放电的安时电量与电池当前有效安时电量求加权平均和，结果作为新的电池有效安时电量。在保留安时积分法计算简单的基础上，优化了传统安时积分法功率波动较大时精度低的问题，无需停机静置获取开路电压，在充放电的过程中将需要校准的电池充满、放空，对SOC进行基于加权平均法的动态末端校准。该方法计算简单、运算量小，特别适合调频调峰等电池频繁高负荷充/放电场景的应用。
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他的附图。
图1是EMS SOC末端校准逻辑流程图；
图2是BMS SOC末端校准逻辑流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一种电池储能系统SOC末端校准方法，EMS在对某台BMS校准SOC时，增大该BMS的充/放电功率给定值、放开该BMS的充/放电SOC上下限，在电池充满及放空一个循环后，使用本轮完整充/放电的安时数与电池当前有效安时数求加权平均和，结果作为新的电池有效安时数，以完成SOC的校准。
上述技术方案中，增大该BMS的充/放电功率给定值、放开该BMS的充/放电SOC上下限，是相对于其它不需要校准的BMS来说的，这么做的目的是提高该BMS的充/放电速率，让该BMS先于其它BMS充满/放空，这一过程在不影响系统充/放电策略的前提下，能够对当前BMS进行循环满充/满放。
所述电池充满及放空一个循环，是指电池由充满至完全放空或由放空至充满的一个过程，目的是获取电池考虑损耗等其它因素当前可用的剩余电量。通过BMS在电池充满、放空时分别进行标志置位，可以获取到完整充/放电的安时数。
具体的，增大BMS的充/放电功率给定值，同时放开BMS的充/放电SOC上下限，其目的在于对BMS进行完整的充满、放空，以得到电池最新的有效安时电量。
具体的，电池充满及放空一个循环，在充满或放空的过程中可出现多次充/放电转换，安时电量累积值对应增大或减小，最终仍可完成充满、放空的循环，不影响SOC的末端校准过程。
加权平均和，其算式为本轮充/放电的安时电量、电池当前有效安时电量与对应加权系数相乘求和得到。本轮充/放电安时电量的加权系数即数据可信度，由本轮充/放电过程的功率波动幅度决定，功率波动越大，加权系数越小；功率波动越小，加权系数越大。两加权系数之和等于1。
上述技术方案中，使用本轮完整充/放电的安时数与电池当前有效安时数求加权平均和，具体方法见实施例。
实施例
根据图1所示，EMS在未进行校准时，对所有BMS均发送策略给定功率。当判断充/放电运行时间超过设定值或静置时间超过设定值即需要对SOC进行校准时，增大该BMS充/放电功率给定值，减小其它BMS功率给定值，同时放开该BMS的SOC限值，允许充满/放空。然后EMS等待BMS末端校准完成，即完成一次充满/放空循环，然后恢复充/放电功率给定值，重新限制SOC最大最小值，禁止充满/放空。此过程对BMS来说是独立的，因此可以同时对多台BMS并行校准。
根据图2所示，BMS的SOC末端校准详细过程如下。
(1)以电池先放空后充满为例，电池完全放空后，BMS充电安时数Ahin、放电安时数Ahout重置为0，然后开始充电。充电过程中由于运行策略等影响，可能会存在充/放电多次转换，BMS只需要累加记录充电安时数Ahin、放电安时数Ahout即可。
(2)电池充满后，BMS对充电安时数Ahin与放电安时数Ahout相减取绝对值，结果即为本轮完整充/放电的安时数Ahnow。
(3)电池当前有效安时数Ahold的初值为电池容量，随着电池充放电次数增加、使用时间变长，以及本发明的末端校准迭代，该值会不断减小。
(4)上面得到的本轮完整充/放电的安时数Ahnow，由于PCS功率波动会导致安时数存在误差影响精度。因此采用加权系数k来衡量误差的大小，最终降低误差对计算结果的影响。BMS将功率变化量(每次通信获得的PCS功率与前一次通信的PCS功率相减)在一轮完整充/放电过程中累加，完整充放电循环一次后通过下式计算出加权系数k。
其中ΔPsum是功率变化量的总累加值；ΔPsumMAX为功率变化量的理论最大值，可取：
其中PPCS为PCS的额定功率；Tbat为PCS用额定功率将电池由放空充满的时间，单位小时；NP为每秒钟BMS获取PCS功率数据的次数。
(5)使用本轮完整充/放电的安时数与电池当前有效安时数求加权平均和求新的电池有效安时数，其计算公式为
Ahnew＝k×Ahnow+(1-k)×Ahold
通过加权系数k的引入及加权平均计算方法，在充/放电功率波动较大时，降低本轮完整充/放电安时数的权重；充/放电功率较平稳时，提高本轮完整充/放电安时数的权重。
得到新的电池有效安时数Ahnew用做计算SOC的分母，即可实现SOC计算的动态校准而无需停机静置。
综上所述，本发明一种电池储能系统SOC末端校准方法，该方法包括以下内容：当EMS判断采用安时积分法计算SOC的BMS其运行时间或停机时间达到设定值因而需要对SOC进行校准时，增大该BMS的充/放电功率给定值，同时放开该BMS的充/放电SOC上下限，对电池充满及放空一个循环以进行SOC末端校准；BMS在电池充满/放空完成一个完整循环时，一方面将SOC置100％或0％进行复位，另一方面使用本轮完整充/放电的安时电量与电池当前有效安时电量求加权平均和，结果作为新的电池有效安时电量，用于之后的充/放电SOC计算。其中，加权系数由本轮充/放电累加得到的PCS功率变化量计算得出。
本发明提出的SOC末端校准方法，在保留安时积分法计算SOC方法简单、速度快的基础上，解决了EMS系统进行需量控制时PCS充/放电功率波动造成安时积分法SOC计算误差较大的问题，提高了SOC精度；相较于开路电压法等其他SOC计算方法需要长时间静置电池，在动态运行中即对SOC进行校准，在调频调峰等电池频繁高负荷充/放电的场景下具有较高的实用价值。
以上披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。
多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (5)

1.一种电池储能系统SOC末端校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
EMS在对一BMS校准SOC时，增大该BMS的充/放电功率给定值，并扩大该BMS的充/放电SOC上下限；
在该BMS的电池充满及放空一个循环后，使用本轮完整充/放电的安时电量与电池当前有效安时电量求加权平均和，加权平均和结果作为新的电池有效安时电量，得到所述新的电池有效安时电量用做计算SOC的分母，即可实现SOC计算的动态校准而无需停机静置；
其中，所述加权平均和是由本轮充/放电的安时电量、电池当前有效安时电量与对应加权系数相乘求和得到；
本轮充/放电安时电量的加权系数即数据可信度，由本轮充/放电过程的功率波动幅度决定，本轮充/放电的安时电量的对应的加权系数与电池当前有效安时电量的对应的加权系数之和等于1；
所述电池充满及放空一个循环，是指放空至充满；一个循环后，BMS对充电安时电量Ahin与放电安时电量Ahout相减取绝对值，结果即为本轮完整充/放电的安时电量。
2.根据权利要求1所述的电池储能系统SOC末端校准方法，其特征在于，所述EMS在对一BMS校准SOC是指EMS判断采用安时积分法计算SOC的BMS其运行时间或停机时间达到设定值而需要对SOC进行校准。
3.根据权利要求1所述的电池储能系统SOC末端校准方法，其特征在于，所述BMS在电池充满/放空完成一个完整循环时将SOC置100%进行复位。
4.根据权利要求1所述的电池储能系统SOC末端校准方法，其特征在于，加权系数k由以下得到：
其中ΔPsum是功率变化量的总累加值；ΔPsumMAX为功率变化量的理论最大值，取：
其中PPCS为PCS的额定功率；Tbat为PCS用额定功率将电池由放空充满的时间，单位小时；NP为每秒钟BMS获取PCS功率数据的次数。
5.根据权利要求1所述的电池储能系统SOC末端校准方法，其特征在于，完整充/放电的安时电量与电池当前有效安时电量/>求加权平均和求新的电池有效安时电量，其计算公式为
式中，k为加权系数；
通过加权系数k的引入及加权平均计算方法，在充/放电功率波动较大时，降低本轮完整充/放电安时电量的权重；充/放电功率较平稳时，提高本轮完整充/放电安时电量的权重。
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