CN114089203B - 一种电化学储能系统自动标定及soc估算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电化学储能系统自动标定及SOC估算方法,该方法通过BMS、PCS、EMS三者之间的联动控制来实现电池容量自动标定及电池运行特性曲线获取，BMS获取标定的电池容量和电池运行特性曲线后，自动更新数据库中的电池容量值和电池运行特性曲线。在电化学储能系统运行过程中，BMS以最新获取的电池容量和电池运行特性曲线为基准来估算SOC。本发明的技术方案，实现了电池运行过程中的自动标定和SOC估算，提高了系统控制的精度。
Description
技术领域
本发明涉及储能电池控制技术领域，尤其涉及一种电化学储能系统自动标定及SOC估算方法。
背景技术
电化学储能系统是采用电化学电池作为储能元件，可进行电能存储、转换及释放的系统，包括电池管理系统(Battery Management System，以下简称“BMS”)、功率变换系统(Power Conversion System，以下简称“PCS”)和储能监控与能量管理系统(EnergyManagement System，，以下简称“EMS”)。目前，BMS通常在电池使用初期SOC估算精度较高，随着电池充放电次数的增加，SOC估算精度也随之下降，对电化学储能系统造成较大的负面影响，很大一部分原因是由于电池容量和电池运行特性改变导致的。而目前电化学储能系统缺少电池容量自动标定和电池运行特性曲线维护的方法。
发明内容
基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种电化学储能系统自动标定及SOC估算方法,通过BMS、PCS、EMS三者之间的联动控制来实现电池容量自动标定及电池运行特性曲线获取，从而实现了电池运行过程中的自动标定和SOC估算，提高了系统控制的精度。
为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电化学储能系统自动标定及SOC估算方法，所述电化学储能系统包括储能电池系统、功率变换系统和储能监控与能量管理系统；所述储能电池系统包括储能电池和电池管理系统；所述电池管理系统、功率变换系统和储能监控与能量管理系统之间通过通信网络进行数据交互；该方法包括：
电池管理系统记录储能电池在电池容量标定模式下充放电操作过程中的充放电量和电池容量标定完成后的电池容量Qnew；
电池管理系统记录储能电池在电池运行特性曲线维护模式下充放电操作过程中的运行数据，以形成电池运行特性曲线簇L1_new-Ln_new；
所述电池管理系统根据所述电池容量Qnew和电池运行特性曲线簇L1_new-Ln_new，按照预定的SOC算法进行SOC估算。
进一步的，所述储能电池在电池容量标定模式下充放电操作，响应于功率变换系统按照电池容量标定模式所设定的充放电曲线发出的操作指令。
进一步的，所述功率变换系统和电池管理系统接收储能监控与能量管理系统发送的电池容量标定指令，进入电池容量标定模式。
进一步的，还包括：所述电池管理系统读取预设的电池容量Q0，并在得到电池容量标定完成后的电池容量Qnew时，将所述Q0更新为Qnew。
进一步的，所述储能电池在电池运行特性曲线维护模式下充放电操作，响应于功率变换系统按照电池运行特性曲线维护模式所设定的充放电曲线发出的操作指令。
进一步的，所述功率变换系统和电池管理系统接收储能监控与能量管理系统发送的电池运行特性曲线维护指令，进入电池运行特性曲线维护模式。
进一步的，还包括：所述电池管理系统读取预设电池运行特性曲线簇L1-Ln，并在得到电池运行特性曲线簇L1_new-Ln_new时，将所述L1-Ln更新为L1_new-Ln_new。
进一步的，所述电池管理系统，用于对所述储能电池的各个电池单元进行管理和维护，并监视所述储能电池的状态。
进一步的，所述功率变换系统，用于实现储能电池与电网之间的双向能量传递，并对储能电池进行控制。
进一步的，所述储能监控与能量管理系统，用于对所述电池管理系统和功率变换系统进行管理。
综上所述，本发明提供了一种电化学储能系统自动标定及SOC估算方法,该方法通过BMS、PCS、EMS三者之间的联动控制来实现电池容量自动标定及电池运行特性曲线获取，BMS获取标定的电池容量和电池运行特性曲线后，自动更新数据库中的电池容量值和电池运行特性曲线。在电化学储能系统运行过程中，BMS以最新获取的电池容量和电池运行特性曲线为基准来估算SOC。本发明的技术方案，实现了电池运行过程中的自动标定和SOC估算，提高了系统控制的精度。
附图说明
图1是电化学储能系统的整体架构图；
图2是本发明实施例电化学储能系统自动标定及SOC估算方法的流程图。
附图标记说明：1-储能电池系统；2-BMS；3-PCS；4-EMS；5-BMS与PCS之间的通信网络；6-PCS与EMS之间的通信网络；7-BMS与EMS之间的通信网络。
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明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
电化学储能系统是采用电化学电池作为储能元件，可进行电能存储、转换及释放的系统。电化学储能系统的整体架构图如图1所示，图1中，储能电池系统1，包括储能电池(图中未示出)和BMS 2，是储能系统的能量载体。BMS 2俗称之为电池保姆或电池管家，通过智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态；包括采集电池信息的采集模组、控制模组、显示模组、通信模组、及配套电气设备等。PCS 3用于实现电池与电网之间的双向能量传递，通过控制策略对电池充放电管理、对网侧负荷功率的跟踪、对正常及孤岛运行方式下网侧电压的控制等。EMS 4是以应用计算机、网络和通信技术为基础，实现对电池管理系统、功率变换系统、配电二次设备以及视频及环境监控设备等其他储能设备的信息采集、处理、监视、控制、运行管理等功能，并按照储能系统的应用场景进行能量流的优化和调度的计算机应用系统。通信网络5、6、7分别用于实现BMS与PCS之间的数据交互，PCS与EMS之间的数据交互，以及BMS与EMS之间的数据交互。
电化学储能系统运行时，BMS向PCS和EMS提供电池电压、电池温度、电池的电池荷电状态(State of Charge，以下简称“SOC”)，用来反映电池的剩余容量，其数值上定义为剩余容量占电池容量的比值，常用百分数表示。其取值范围为0～1，当SOC＝0时表示电池放电完全，当SOC＝1时表示电池完全充满。)、电池充放电电流等数据。电化学储能系统的运行依赖于BMS提供的电池SOC。储能电池的SOC通常由BMS根据电池的电压、充放电电流等数据估算得到。SOC估算的准确性对于储能系统能量管理策略的执行，乃至储能系统的安全、稳定、高效运行至关重要。SOC估算以电池容量和电池运行特性为基础，电池容量会随着电池充放电次数的增加而衰减，电池运行特性也会随着电池充放电次数的增加而改变。
BMS通常在电池使用初期SOC估算精度较高，随着电池充放电次数的增加，SOC估算精度也随之下降，对电化学储能系统造成较大的负面影响，很大一部分原因是由于电池容量和电池运行特性改变导致的。而目前电化学储能系统缺少电池容量自动标定和电池运行特性曲线维护的方法。
针对以上问题，本发明实施例提供一种电化学储能系统自动标定及SOC估算方法，该方法通过BMS、PCS、EMS三者之间的联动控制来实现电池容量自动标定及电池运行特性曲线获取。BMS获取标定的电池容量和电池运行特性曲线后，自动更新数据库中的电池容量值和电池运行特性曲线。在电化学储能系统运行过程中，BMS以最新获取的电池容量和电池运行特性曲线为基准来估算SOC。为此，BMS、PCS、EMS均需要增加电池容量标定和电池曲线维护功能。本发明实施例中涉及的电化学储能系统包括储能电池系统、功率变换系统和储能监控与能量管理系统；所述储能电池系统包括储能电池和电池管理系统；所述电池管理系统、功率变换系统和储能监控与能量管理系统之间通过通信网络进行数据交互。图2中示出了本发明实施例电化学储能系统自动标定及SOC估算方法的流程图，该方法包括如下步骤：
电池容量自动标定的步骤：
S11、BMS、PCS、EMS上电初始化；
S12、BMS通过读取数据库，获取预设的电池容量Q0；
S13、EMS向BMS、PCS发送电池容量标定指令；
S14、BMS、PCS接收EMS的电池容量标定指令，进入电池容量标定模式；
S15、PCS按照电池容量标定模式所设定的充放电曲线，向储能电池进行充放电操作；
S16、BMS在电池容量标定过程中，实时记录电池的充放电量；
S17、BMS记录电池容量标定完成后的电池容量为Qnew，并自动更新数据库中的电池容量为Qnew。
电池运行特性曲线维护的步骤：
S21、BMS、PCS、EMS上电初始化；
S22、BMS读取数据库，获取预设电池运行特性曲线簇L1-Ln；
S23、EMS向BMS、PCS发送电池运行特性曲线维护指令；
S24、BMS、PCS接收EMS的电池运行特性曲线维护指令，进入电池运行特性曲线维护模式；
S25、PCS按照电池运行特性曲线维护模式所设定的充放电曲线，向储能电池进行充放电操作；
S26、BMS在电池运行特性曲线维护过程中，实时记录电池的运行数据，形成电池运行特性曲线簇L1_new-Ln_new；
S7、BMS更新数据库中的电池运行特性曲线簇为L1_new-Ln_new。
储能电池SOC估算步骤：
完成电池容量标定及电池运行特性曲线维护之后，储能电池系统在正常运行过程中，BMS以重新标定的电池容量Qnew和重新获取的电池运行特性曲线簇L1_new-Ln_new为基础，按照预设SOC算法完成SOC估算，该SOC估算可以采用本领域常用的计算方法，在此不做具体限定。
综上所述，本发明涉及一种电化学储能系统自动标定及SOC估算方法,该方法通过BMS、PCS、EMS三者之间的联动控制来实现电池容量自动标定及电池运行特性曲线获取，BMS获取标定的电池容量和电池运行特性曲线后，自动更新数据库中的电池容量值和电池运行特性曲线。在电化学储能系统运行过程中，BMS以最新获取的电池容量和电池运行特性曲线为基准来估算SOC。本发明的技术方案，实现了电池运行过程中的自动标定和SOC估算，提高了系统控制的精度。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (7)
1.一种电化学储能系统自动标定及SOC估算方法，其特征在于，所述电化学储能系统包括储能电池系统、功率变换系统和储能监控与能量管理系统；所述储能电池系统包括储能电池和电池管理系统；所述电池管理系统、功率变换系统和储能监控与能量管理系统之间通过通信网络进行数据交互；该方法包括：
电池管理系统记录储能电池在电池容量标定模式下充放电操作过程中的充放电量和电池容量标定完成后的电池容量Qnew；包括：所述储能电池在电池容量标定模式下充放电操作，响应于功率变换系统按照电池容量标定模式所设定的充放电曲线发出的操作指令；
所述功率变换系统和电池管理系统接收储能监控与能量管理系统发送的电池容量标定指令，进入电池容量标定模式；
所述电池管理系统读取预设的电池容量Q0，并在得到电池容量标定完成后的电池容量Qnew时，将所述Q0更新为Qnew；
电池管理系统记录储能电池在电池运行特性曲线维护模式下充放电操作过程中的运行数据，以形成电池运行特性曲线簇L1_new-Ln_new；
所述电池管理系统根据所述电池容量Qnew和电池运行特性曲线簇L1_new-Ln_new，按照预定的SOC算法进行SOC估算。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述储能电池在电池运行特性曲线维护模式下充放电操作，响应于功率变换系统按照电池运行特性曲线维护模式所设定的充放电曲线发出的操作指令。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述功率变换系统和电池管理系统接收储能监控与能量管理系统发送的电池运行特性曲线维护指令，进入电池运行特性曲线维护模式。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：所述电池管理系统读取预设电池运行特性曲线簇L1-Ln，并在得到电池运行特性曲线簇L1_new-Ln_new时，将所述L1-Ln更新为L1_new-Ln_new。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电池管理系统，用于对所述储能电池的各个电池单元进行管理和维护，并监视所述储能电池的状态。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率变换系统，用于实现储能电池与电网之间的双向能量传递，并对储能电池进行控制。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述储能监控与能量管理系统，用于对所述电池管理系统和功率变换系统进行管理。
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