CN113917351B - 基于容量变化的储能电站电池簇不一致性在线评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于容量变化的储能电站电池簇不一致性在线评估方法,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;实时获取电池簇放电容量Q与表征单体放电容量q,得到线性拟合关系f(Q,q),对其求导得到变化速率f′(Q,q),若随着循环的进行,f′(Q,q)呈现减小趋势,则判断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评估。
Description
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
如今,储能是新型电力系统发展的主要赛道,是实现“碳达峰”与“碳综合”目标的核心技术,其中锂离子电池储能在国内储能项目中占有重要地位。随着“新能源+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评估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相(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,造成电池簇性能的加速衰减。若对于箱体中每个单体电池SOH进行检测来确定电池簇运行状态,可操作性不高。因此,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参数与电池PACK箱参数对应关系的浮动规律,基于相关结果对电池簇不一致性进行在线评估,这对于储能电站安全稳定运行及其电池PACK箱的退役具有重要意义。
发明内容
为了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的可能性,同时促进储能电池梯次利用的可实现性,本发明提供基于容量变化的电池簇不一致性在线评估方法,有效利用储能电池管理系统(BMS)实时监测数据来提高储能电站的安全性。同时,所述方法对于被评估对象几乎不产生扰动,易于实际应用。
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,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,提供了一种基于容量变化的储能电站电池簇不一致性在线评估方法,包括:
储能电站充放电电流保持不变,获取电池簇放电容量Q,与表征单体放电容量q进行实时拟合,得到线性关系f(Q,q)。
基于线性拟合关系f(Q,q)求导得其变化速率f′(Q,q)。
采样步长保持不变,对变化速率f′(Q,q)进行在线记录,若f′(Q,q)呈现减小趋势,则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。
进一步地,在判定电池簇不一致性加剧,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箱进行容量检测,对于容量较低者,即老化程度较深者进行更换。
有益效果
本发明提出了一种基于容量变化的储能用锂离子电池簇不一致性在线评估方法,实现成本较低,无扰动,易于实际应用,能够有效对电池簇不一致性进行在线评估。
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评估方法流程图
图2是本发明实施例提供的一种电池簇表征单体筛选示意图
图3是本发明实例表征单体电池放电容量衰减率
图4是本发明实例电池组放电容量衰减率
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容量。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放电容量差异的不断放大。因此,实时获取电池簇放电容量Q与表征单体放电容量q,通过两者容量的线性拟合关系来反映该电池簇不一致性情况。
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评估方法流程图,包括:
S1: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2所示。
S2:储能电站充放电电流保持不变,实时获取电池簇放电容量Q与表征单体放电容量q。
S3:进行实时拟合,得到线性关系f(Q,q)。
S4:基于线性拟合关系f(Q,q)进行实时求导,得其变化速率f′(Q,q),对变化速率进行在线记录。
S41:采样步长保持不变,随着循环的进行,f′(Q,q)呈现减小趋势,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箱进行容量检测,对于容量较低者进行更换。
S42:采样步长保持不变,随着循环的进行,变化速率f′(Q,q)保持稳定,电池簇一致性良好,不执行保护动作,继续对电池簇放电容量Q与表征单体放电容量q进行实时在线监测。
为了进一步理解本发明的技术方案,下面结合一实例对本发明作进一步说明。
实验平台由生化培养箱、高性能电池监测系统与人机交互界面构成,培养箱温度维持在30℃,实验对象为锂离子扣式电池。首先对电池进行恒流充放电老化,电流大小为2mA,先放电至2.2V,静置1min;再充电至4.2V,静置1min,循环充放电85次;最后恒压放电至1.7V。
老化完成后,与一枚新的锂离子扣式电池串联起来,进行恒流充放电,两者初始电压相近,以新电池为表征单体。同样的,电流大小为2mA,先放电至2.2V,静置1min;再充电至4.2V,静置1min,循环充放电35次。
表征单体放电容量衰减率如图3所示;串联电池组放电容量衰减率如图4所示。
由图中可以看出,串联电池组放电容量损失速度要大于表征单体容量损失速度,随着循环的进行,电池不一致性的增大,电池组放电容量Q下降幅值与表征单体放电容量q下降幅值相差逐渐增大,两者线性拟合关系变化速率f′(Q,q)呈现下降趋势。
通过上述分析,可以得到电池组与表征单体电池有关容量的变化规律与电池簇不一致性在线评估方法理论分析是相符合的,从侧面证明了该评估方法的有益效果。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (3)
1.基于容量变化的储能电站电池簇不一致性在线评估方法,其特征在于,包括:
步骤一:以可用容量与直流内阻为参数指标,对各电池PACK箱进行筛选,筛选条件为:
即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,基于此以选取表征单体;
步骤二:储能电站充放电电流保持不变,实时获取电池簇放电容量Q与表征单体放电容量q进行线性拟合,得到线性关系f(Q,q);
步骤三:对线性关系求导得到变化速率f′(Q,q);若变化速率f′(Q,q)呈现减小趋势,则判定电池簇不一致性加剧。
2.根据权利要求1所述的储能电站电池簇不一致性在线评估方法,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箱进行容量检测,对于容量较低者,即老化程度较深者进行更换。
3.根据权利要求1所述的储能电站电池簇不一致性在线评估方法,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,继续对电池簇放电容量Q与表征单体放电容量q进行实时在线监测。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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