CN113866646B - 基于极化阻抗压升的电池簇不一致性在线监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于极化阻抗压升的储能电站电池簇不一致性在线监测方法，其中方法包括：基于可用容量与直流内阻两项参数指标，对电池pack箱进行筛选，选取表征单体；实时获取电池簇与表征单体因极化阻抗造成的压升ΔUp、Δup，得到线性拟合关系f(n·Δup,ΔUp)，并对其求导得到变化速率k(n·Δup,ΔUp)，n为电池pack箱个数。若随着循环的进行，k(n·Δup,ΔUp)呈现增大趋势，则反映出电池簇不一致性加剧。所述方法实现成本较低，易于实际应用，有效对电池簇不一致性进行在线监测。

Description

基于极化阻抗压升的电池簇不一致性在线监测方法
技术领域
本发明涉及电化学储能领域，尤其涉及到电力储能用锂离子电池簇健康状态检测领域。
背景技术
时至今日，储能是新型电力系统发展的主要赛道，随着“可再生能源+储能”发展模式的大范围推广，储能电池安全问题的日益受到各界关注。但电池管理系统(BatteryManagement System，BMS)受制于硬件水平，运算能力有限，有关储能电池运行状态监测手段在不断更新的同时，应考虑实际应用问题。
现今锂离子电池储能电站采用基于电池模组单元箱(简称为：电池pack箱)为基本单位来构建电池簇，但由于电池簇内的运行环境对于各电池pack箱不尽相同，导致pack箱不一致性在运行过程中逐渐放大，进而降低了电池簇的使用效率，若不加以监测与管理，会对储能电站运行寿命易造成不可逆的损害，即电池簇安全性与内部电池pack箱运行状态直接相关。
因此，以恒流充放电为基础，在实现保障储能电站电池簇安全运行状态的条件下，为降低数据采集量，探究在恒流充放电过程中因电池老化的不一致性而引发电池簇与电池pack箱极化阻抗压升的浮动规律，基于相关结论对电池簇不一致性进行在线监测，有效利用储能电池管理系统(EMS)所测得的实时数据。
发明内容
储能电池系统采用的是模块化总包设计，以电池簇为主体，与热管理系、消防、照明、视频监控、电池管理系统BMS之间配合运行，且储能电站多采用基于电池模组单元箱相(简称为：电池pack箱)为基本单位来构建电池簇。
若通过对电池pack箱的内部特性进行实时监测以确定电池簇的不一致性，不仅需要在线参数辨识，而且数据采集量与计算量过大，BMS难以实现所述要求；部分文献提出对簇内每台电池pack箱外特性进行实时监测以判断不一致性，但数据采集量同样很大。
因此，本文提出基于电池簇与表征单体电池pack箱放电容量变化、直流电阻压降变化与极化阻抗压升变化的不一致性在线监测方法。在保障储能电站电池簇安全运行状态，减少老化程度不均而引发事故可能性的同时，降低信息采集量与不良数据，更易实际应用。
第一方面，可用容量与内阻的不确定性差异是电池组不一致性的主要来源。因此，在电池簇成组投运之前，基于可用容量与直流内阻两项参数指标，对电池pack箱进行筛选，选取表征单体，筛选条件为：
该表征单体的可用容量q和直流内阻rdc最为接近电池簇中所有电池pack箱可用容量的平均值和直流内阻的平均值，以该表征单体为参考对象，为电池簇工作过程中的不一致性提供参考。
第二方面，提供了一种基于极化阻抗压升的储能电站电池簇不一致性在线监测方法，包括：
实时获取电池簇与表征单体因极化阻抗造成的压升ΔUp、Δup进行线性拟合，得到线性关系f3(n·Δup,ΔUp)，n为电池pack箱个数；
基于线性拟合关系求导得其变化速率k3(n·Δup,ΔUp)；
对变化速率k3(n·Δup,ΔUp)进行在线记录，若电池簇内某一电池pack箱受外界环境影响而老化程度加剧，直流电阻数值增大，导致压降幅值ΔUp逐渐大于表征单体n·Δup，变化速率k3呈现增大趋势。
进一步地，在判定电池簇中电池pack箱不一致性，还包括：
断开换流器直流侧接触器以及BMS高压箱开关，对各电池pack箱进行参数检测，对老化程度较深者进行更换。
有益效果
本发明提出基于电池簇与表征单体电池pack箱极化阻抗压升变化的不一致性在线监测方法，实现成本较低，无扰动，数据采集量较低，易于实际应用，充分利用储能电池管理系统实时数据，有效对电池簇不一致性进行在线监测。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种电池簇不一致性监测方法极化阻抗压升幅值采样范围
图2是本发明实施例提供的一种电池簇不一致性监测方法流程图
图3是本发明实施例提供的一种电池簇表征单体不一致性监测方法原理
图4是本发明实施例提供的一种电池簇表征单体筛选示意图
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
电池管理系统BMS可以实时在线监测出电池簇与表征单体的。随着充放电循环次数的不断增加及外部条件的差异，两者的一致性难以保证，进而引起电池簇与表征单体外部特性差异的不断放大。因此，实时获取电池簇与表征单体因极化阻抗造成的压升ΔUp、Δup，通过线性拟合关系来反映该电池簇不一致性情况，电压幅值采样范围如图1所示。
本发明实施例提供了一种储能电站电池簇不一致性监测方法原理图与流程图，如图2、图3所示，包括：
S1：在电池簇成组投运之前，基于可用容量与直流内阻两项参数指标，对电池pack箱进行筛选，获得表征单体，即该表征单体的可用容量q和直流内阻rdc最为接近电池簇中所有电池PACK箱可用容量的平均值和直流内阻的平均值，其筛选示意图如图4所示。
S2：储能电站充放电电流与采样时间保持不变，实时获取电池簇与表征单体因极化阻抗造成的压升ΔUp、Δup进行线性拟合，得到线性关系f(n·Δup,ΔUp)，n为电池pack箱个数
S3：基于线性拟合关系f(n·Δup,ΔUp)进行实时求导，得其变化速率k(n·Δup,ΔUp)，对变化速率进行在线记录。
S31：随着循环的进行，k(n·Δup,ΔUp)呈现增大趋势，反映出电池簇不一致性加剧，电池pack箱存在老化程度不均的情况，断开换流器直流侧接触器以及BMS高压箱开关，对各电池pack箱进行极化阻抗检测，对于极化阻抗较大者进行更换。
S32：随着循环的进行，变化速率k(n·Δup,ΔUp)保持稳定，电池簇一致性良好，不执行保护动作，继续对电池簇与表征单体因极化阻抗造成的压升ΔUp、Δup进行实时在线监测。
S4：重复步骤S1～S3，完成对电池簇的实时监测。

Claims (3)

1.基于极化阻抗压升的电池簇不一致性在线监测方法，其特征在于，包括：
步骤一：基于可用容量q与直流内阻rdc两项参数指标，对电池PACK箱进行筛选以选择表征单体，筛选条件为：
即表征单体的可用容量与直流内阻最为接近电池簇中所有电池pack箱可用容量与直流内阻的平均值；
步骤二：储能电站充放电电流保持不变，实时获取电池簇与表征单体因极化阻抗造成的压升ΔUp、Δup进行线性拟合，得到线性关系f(n·Δup,ΔUp)，n为电池pack箱个数；
步骤三：对线性关系求导得到变化速率k(n·Δup,ΔUp)；随着循环的进行，若k(n·Δup,ΔUp)呈现增大趋势，反映出电池簇不一致性加剧。
2.根据权利要求1所述的电池簇不一致性在线监测方法，其特征在于，在判定不一致性加剧后，还包括：
断开换流器直流侧接触器以及BMS高压箱开关，对各电池pack箱进行检测，对于参数不符合者，即老化程度较深者进行更换。
3.根据权利要求1所述的电池簇不一致性在线监测方法，其特征在于，还包括：
若变化速率保持稳定，电池簇一致性良好，不执行保护动作，继续对电池簇与表征单体因极化阻抗造成的压升ΔUp、Δup进行实时在线监测。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113884894B (zh) * 2021-11-15 2023-07-21 长沙理工大学 基于外部特性的电池簇不一致性在线监测方法
CN117148200B (zh) * 2023-10-26 2024-03-15 中能建储能科技(武汉)有限公司 基于分段聚合近似和聚类的pack不一致性监测方法及装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009044895A (ja) * 2007-08-10 2009-02-26 Sony Corp バッテリパック、電子機器、および残容量表示導出方法
CN104345275A (zh) * 2013-07-25 2015-02-11 上海卡耐新能源有限公司 一种动态评价电池一致性的方法
CN107015152A (zh) * 2017-03-13 2017-08-04 上海理工大学 电池组不一致性的辨识方法
CN109031145A (zh) * 2018-08-10 2018-12-18 山东大学 一种考虑不一致性的串并联电池组模型及实现方法
CN109814043A (zh) * 2017-11-17 2019-05-28 上海国际汽车城（集团）有限公司 串联结构锂离子电池组一致性可视化评价方法
EP3550317A1 (en) * 2016-12-23 2019-10-09 Huawei Technologies Co., Ltd. Method and device for detecting battery micro-short circuit
CN111580003A (zh) * 2020-04-08 2020-08-25 国电南瑞科技股份有限公司 一种基于阻抗谱的二次电池不一致性鉴别方法及装置
CN111707951A (zh) * 2020-06-22 2020-09-25 北京理工大学 一种电池组一致性评估方法及系统
CN113325315A (zh) * 2021-02-02 2021-08-31 长沙理工大学 储能电池安全运行在线监测方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4400536B2 (ja) * 2004-12-27 2010-01-20 日産自動車株式会社 組電池の容量調整装置および容量調整方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009044895A (ja) * 2007-08-10 2009-02-26 Sony Corp バッテリパック、電子機器、および残容量表示導出方法
CN104345275A (zh) * 2013-07-25 2015-02-11 上海卡耐新能源有限公司 一种动态评价电池一致性的方法
EP3550317A1 (en) * 2016-12-23 2019-10-09 Huawei Technologies Co., Ltd. Method and device for detecting battery micro-short circuit
CN107015152A (zh) * 2017-03-13 2017-08-04 上海理工大学 电池组不一致性的辨识方法
CN109814043A (zh) * 2017-11-17 2019-05-28 上海国际汽车城（集团）有限公司 串联结构锂离子电池组一致性可视化评价方法
CN109031145A (zh) * 2018-08-10 2018-12-18 山东大学 一种考虑不一致性的串并联电池组模型及实现方法
CN111580003A (zh) * 2020-04-08 2020-08-25 国电南瑞科技股份有限公司 一种基于阻抗谱的二次电池不一致性鉴别方法及装置
CN111707951A (zh) * 2020-06-22 2020-09-25 北京理工大学 一种电池组一致性评估方法及系统
CN113325315A (zh) * 2021-02-02 2021-08-31 长沙理工大学 储能电池安全运行在线监测方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Quantitative Evaluation of Available Capacity of Series Battery Pack Based on Monte Carlo Simulation;M. Shi等;2020 Asia Energy and Electrical Engineering Symposium (AEEES);20200619;737-741 *
便携式蓄电池内阻测试仪的研制;夏天 等;电源技术;20070120;第31卷(第01期);49-52 *
基于等效电路模型的串联电池组不一致分布特征仿真分析;隋欣 等;电工电能新技术;20180516;第37卷(第09期);24-32 *
退役锂离子电池的状态评估及一致性筛选方法;黄健;中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技II辑;20210915(第第09期期);C042-474 *
锂离子电池组不一致性及热管理的模拟研究;刘仲明;中国博士学位论文全文数据库工程科技II辑;20151115(第第11期期);C042-43 *

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