CN114200347B - 一种储能系统中电芯电压采样线连接异常的检测方法 - Google Patents

一种储能系统中电芯电压采样线连接异常的检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种储能系统中电芯电压采样线连接异常的检测方法，其包括：1)对电池簇按照设定的不同放电电流进行短时放电和短时充电，循环进行设定次数；2)在每次放/充电时，判断此次放/充电前后所有电芯瞬时端电压变化方向与设定变化方向是否一致，若有电芯不一致则连接异常计数加1，连接正常计数清零；3)若一致则判断所有电芯瞬时端电压的变化值是否在设定变化范围内，若有电芯不在则连接异常计数加1，连接正常计数清零；4)若在则连接正常计数加1；5)判断最后累计的连接异常计数是否达到设定值，若达到则判断为连接异常。本发明能够快速侦测出储能系统中电芯电压采样线是否存在断开、不牢和虚接的情况，保证储能系统的运行安全。

Description

一种储能系统中电芯电压采样线连接异常的检测方法
【技术领域】
本发明属于储能系统线路检测技术领域，特别是涉及一种储能系统中电芯电压采样线连接异常的检测方法。
【背景技术】
近年来，锂电池储能系统得到了快速发展，而其中电池簇电压通常达到几百伏甚至上千伏，这通常是由多个电池模组串联而实现，而电池模组内又由多个电芯串联组成，整个电池簇的串联电芯数量会达到几十个甚至几百个。为了安全运行，在使用过程中，电池管理系统对每个串联结构的锂电池电芯电压会进行实时检测，这就要求在每个串联的电芯正负极均须引出一根采样线到电池管理系统，采样线数量也会达到几十上百根。
结合图1所示，锂电池储能系统中电池簇电芯电压采样线数量众多，若其中出现连接断开、不牢或虚接的情况，会影响电池管理系统的检测和判定，进而影响储能系统的稳定运行。尤其是其中虚接的情况，其时而连接时而断开，由于电子采样线路的输入端不可避免的有滤波电容的存在，电池管理系统很难将此情况侦测出来。
由于电池内阻和极化现象的存在，电芯端电压在充放电过程中瞬时电压与电芯实际电压会产生一定的偏差。充电时，电芯瞬时端电压略高于实际电压，充电结束后极化消失，电压回落；放电时，瞬时端电压略低于实际电压，放电结束后极化消失，电压回升。这一极化电压的变化十分复杂，为电池自身的内部参数受环境温度、充放电电流、运行工况等条件的影响所致。而在储能系统应用里，电池簇内的电芯都经过筛选一致性差异较小，安装地点也相对集中，故各电芯受环境温度、充放电电流、运行工况等条件的影响而产生变化的一致性也相对较小。
因此，有必要提供一种新的储能系统中电芯电压采样线连接异常的检测方法来解决上述技术问题。
【发明内容】
本发明的主要目的在于提供一种储能系统中电芯电压采样线连接异常的检测方法，能够快速侦测出储能系统中电芯电压采样线是否存在断开、不牢和虚接的情况，从而避免储能系统在没有可靠的电芯电压采样监控下仍然运行，保证储能系统的运行安全。
本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种储能系统中电芯电压采样线连接异常的检测方法，其中，所述储能系统包括电池簇、与电池簇电连接的电池管理系统、与电池管理系统电连接的储能变流器、与储能变流器电连接的负载、以及能源管理系统，所述能源管理系统与电池管理系统、储能变流器信号连通，所述检测方法包括以下步骤：
1)让储能系统控制储能变流器对电池簇按照设定的不同放电电流进行短时放电，再使所述储能系统按照设定的不同充电电流进行短时充电，如此循环进行设定次数Q1，且放电1次，放电计数X加1，充电一次，充电计数Y加1；
2)在每次放电/充电时，判断此次放电/充电前后所述电池管理系统检测到的所有电芯瞬时端电压的变化方向与设定的放电/充电所对应电芯电压的变化方向是否具有一致性，若此次放电/充电前后所述电池管理系统检测到的所有电芯中有一个或多个电芯瞬时端电压的变化方向与设定的放电/充电所对应电芯电压的变化方向不一致，则电池管理系统的电芯采样线连接异常计数F加1，电池管理系统的电芯采样线连接正常计数T清零；
3)若此次放电/充电前后所述电池管理系统检测到的所有电芯瞬时端电压的变化方向与设定的放电/充电所对应电芯电压的变化方向一致，则进一步判断此次放电/充电前后所述电池管理系统检测到的所有电芯瞬时端电压的变化值是否在设定的放电/充电电流所对应的电芯电压变化阈值M[ΔU负,ΔU正]限定的范围内，若此次放电/充电前后所述电池管理系统检测到的一个或多个电芯瞬时端电压的变化值不在设定的放电/充电电流所对应的电芯电压变化阈值M[ΔU负,ΔU正]限定的范围内，则电池管理系统的电芯采样线连接异常计数F加1，电池管理系统的电芯采样线连接正常计数T清零；
4)若此次放电/充电前后所述电池管理系统检测到的所有电芯瞬时端电压的变化方向与设定的放电/充电所对应电芯电压的变化方向一致，且此次放电/充电前后所述电池管理系统检测到的所有电芯瞬时端电压的变化值在设定的放电/充电电流所对应的电芯电压变化阈值M[ΔU负,ΔU正]限定的范围内，则电池管理系统的电芯采样线连接正常计数T加1；
5)最终电池管理系统的电芯采样线连接异常计数F连续累加至设定值Q2时，则将所述电池管理系统的电芯采样线连接状态判断为连接异常。
进一步的，所述设定次数Q1大于或等于3，优选为3次，也可以为4次、5次。
进一步的，所述设定值Q2＝(X+Y)*40％。
进一步的，在放电/充电开始前，先检测所有电芯电压的初始电压，判断是否有接近放电截止电压的电芯，若没有，则检测过程从放电开始；若有；则进一步判断是否有接近充电截止电压的电芯，若没有，则检测过程从充电开始，若有，则返回。
进一步的，上述检测过程中，每次放电/充电过程的电流均逐渐对应增大，这样每次放电/充电时电芯电压变化量也逐渐增大。即每次放电电流为Id1,Id2,Id3，每次充电电流为Ic1,Ic2,Ic3，Id1＝-Ic1，Id2＝-Ic2，Id2＝-Ic3，Id1＜Id2＜Id3,Ic1＜Ic2＜Ic3。
进一步的，所述电芯瞬时端电压变化阈值M[ΔU负,ΔU正]的设置与电芯性能和放电/充电电流相关。瞬时端电压变化阈值M[ΔU负,ΔU正]具体采用的方式和参数可根据电芯实际情况调整。具体的，
1)可以设定为各电芯初始电压的某一比例，如：
电芯1在第1次放电时的端电压变化阈值设定为其自身当前电压附近某一范围：
Mcell-1-d1[ΔU负,ΔU正]＝[-5％*Ucell-1,-1％*Ucell-1]，
Ucell-1为电芯1在放电/充电前的端电压；
电芯1在第1次充电时的端电压变化阈值设定为其自身当前电压附近某一范围：
Mcell-1-c1[ΔU负,ΔU正]＝[1％*Ucell-1,5％*Ucell-1]，
电芯1在第2次放电时的端电压变化阈值设定为其自身当前电压附近某一范围：
Mcell-1-d2[ΔU负,ΔU正]＝[-6％*Ucell-1,-2％*Ucell-1]，
电芯1在第2次充电时的端电压变化阈值设定为其自身当前电压附近某一范围：
Mcell-1-c2[ΔU负,ΔU正]＝[2％*Ucell-1,6％*Ucell-1]；
电芯1在第3次放电时的端电压变化阈值设定为其自身当前电压附近某一范围：
Mcell-1-d3[ΔU负,ΔU正]＝[-7％*Ucell-1,-3％*Ucell-1]，
电芯1在第3次充电时的端电压变化阈值设定为其自身当前电压附近某一范围：
Mcell-1-c3[ΔU负,ΔU正]＝[3％*Ucell-1,7％*Ucell-1]；
与此类似的，电芯2在第1次放电时的端电压变化阈值设定为其自身当前电压附近某一范围：
Mcell-2-d1[ΔU负,ΔU正]＝[-5％*Ucell-2,-1％*Ucell-2]，
Ucell-2为电芯1在放电/充电前的端电压，
电芯2在第1次充电时的端电压变化阈值设定为其自身当前电压附近某一范围：
Mcell-2-c1[ΔU负,ΔU正]＝[1％*Ucell-2,5％*Ucell-2]；
以此类推到所有电芯；
2)也可以设定为以所有电芯电压变化平均值为中心值的某一范围，如：
Id对应的端电压变化阈值为：
Ic对应的端电压变化阈值为：
N为电池簇内电芯总数量，ΔUcell-N为各电芯电压变化量。
与现有技术相比，本发明一种储能系统中电芯电压采样线连接异常的检测方法的有益效果在于：能够快速侦测出储能系统中电芯电压采样线是否存在断开、不牢和虚接的情况，从而避免储能系统在没有可靠的电芯电压采样监控下仍然运行，保证储能系统的运行安全；能对电芯电压采样线进行自动检查，快速准确的判断及定位每个电芯电压采样线的连接情况，协助使用者很好的定位问题点位置，并排除故障，从而解决了电芯电压采样线连接不牢或断开给储能系统正常工作带来的干扰。
【附图说明】
图1为本发明电池管理系统与对应电池模组中的电芯线路连接结构示意图；
图2为本发明实施例中储能系统的结构框图；
图3为本发明实施例的控制流程图。
【具体实施方式】
实施例：
请参照图2-图3，本实施例一种储能系统中电芯电压采样线连接异常的检测方法，其中，所述储能系统包括电池簇、与电池簇电连接的电池管理系统、与电池管理系统电连接的储能变流器、与储能变流器电连接的负载、以及能源管理系统，所述能源管理系统与电池管理系统、储能变流器信号连通，所述检测方法包括以下步骤：
步骤1：储能系统处于待机模式，进入步骤2；
步骤2：确认电池管理系统的通信是否正常，若正常，则进入步骤3；若不正常，则提示电池管理系统通信异常，并返回；
步骤3：储能变流器充放电电流归零，即Id1＝Ic1＝0，且将放电计数与充电计数均归零，即放电计数X＝0，充电计数Y＝0，进入步骤4；
步骤4：读取所有电芯当前电压读数Ucell-n，n＝1,2,…N，进入步骤5；
步骤5：判断是否有电芯电压接近放电截止电压，若没有，则进入步骤6，若有，则进一步判断是否有电芯电压接近充电截止电压，若没有，则进入步骤13，若有，则返回；
步骤6：判断是否X＜3，若是则进入步骤7，若否则进入步骤20；
步骤7：放电计数X增加1，即X++；储能变流器放电电流设置为IdX，进入步骤8；本实施例中，Id2＝-4A，Id3＝-6A；在其他实施例中，也可以设置为其他电流值；
步骤8：放电状态保持5s，并记录所有电芯电压的变化量ΔUcell-nX，n＝1,2,...N，进入步骤9；
步骤9：判断是否所有电芯电压的变化量ΔUcell-nX＜0，n＝1,2,...N，若是则进入步骤10，若否则进入步骤12；
步骤10：进一步判断是否所有电芯电压的变化量ΔUcell-nX均在该电流所对应的放电电压变化阈值内，即ΔUcell-nX∈Md[ΔU负,ΔU正],n＝1,2,...N，若是则进入步骤11，若否则进入步骤12；
本实施例中，在其他实施例中，可以根据实际情况灵活设置；
步骤11：电芯采样线连接正常计数T++，并进入步骤13；
步骤12：电芯采样线连接异常计数F++，电芯采样线连接正常计数T＝0，并进入步骤13；
步骤13：判断是否Y＜3，若是则进入步骤14，若否则进入步骤20；
步骤14：充电计数Y增加1，即Y++；储能变流器充电电流设置为IcY，进入步骤15；本实施例中，Ic2＝4A，Ic3＝6A；在其他实施例中，也可以设置为其他电流值；
步骤15：充电状态保持5s，并记录所有电芯电压的变化量ΔUcell-nY，n＝1,2,...N，进入步骤16；
步骤16：判断是否所有电芯电压的变化量ΔUcell-nY＞0，n＝1,2,...N，若是则进入步骤17，若否则进入步骤19；
步骤17：进一步判断是否所有电芯电压的变化量ΔUcell-nY均在该电流所对应的充电电压变化阈值内，即ΔUcell-nY∈Mc[ΔU负,ΔU正]，n＝1,2,...N，若是则进入步骤18，若否则进入步骤19；
本实施例中在其他实施例中，可以根据实际情况灵活设置；
步骤18：电芯采样线连接正常计数T++，并进入步骤6；
步骤19：电芯采样线连接异常计数F++，电芯采样线连接正常计数T＝0，并进入步骤6；
步骤20：判断电芯采样线连接异常计数F是否大于阈值，即F＞(X+Y)*40％，若是则进入步骤21，若否则进入步骤22；
步骤21：判定电芯采样线连接异常，设置X＝0，Y＝0，F＝0，T＝0，并返回；
步骤22：判定电芯采样线连接正常，设置X＝0，Y＝0，F＝0，T＝0，并返回。
本实施例一种储能系统中电芯电压采样线连接异常的检测方法，1)通过控制储能变流器对电池簇按照设定的不同放电电流进行短时放电，再使所述储能系统按照设定的不同充电电流进行短时充电，如此循环进行，放电1次，X加1；充电1次，Y加1，X、Y为大于等于3的正整数；2)在每次放电/充电时，判断此次放电/充电前后所述电池管理系统检测到的所有电芯瞬时端电压的变化方向与设定的放电/充电所对应电芯电压的变化方向是否具有一致性；若此次放电/充电前后所述电池管理系统检测到的所有电芯瞬时端电压的变化方向与设定的放电/充电所对应电芯电压的变化方向一致，则进一步判断此次放电/充电前后所述电池管理系统检测到的所有电芯瞬时端电压的变化值是否在设定的放电/充电电流所对应的电芯变化阈值M[ΔU负,ΔU正]限定的范围内；若上述两个判断均为否，则电芯采样线连接异常计数F加1；4)最终电池管理系统的电芯采样线连接异常计数连续累加至设置值，如若超过(X+Y)*40％，则将所述电池管理系统的电芯采样线连接状态判断为连接异常；5)上述检测过程中，每次放电/充电过程的电流均逐渐对应增大，这样每次放电/充电时电芯电压变化量也逐渐增大；根据极化电压随充电电电流大小变化而变化的特点，通过调整电流的充放电流向和大小，来改变电芯极化电压变化的方向和大小，从而更精确的判断电芯采样线连接是否异常；6)上述各电芯瞬时端电压变化阈值M[ΔU负,ΔU正]设置，与电芯性能和放电/充电电流相关；端电压变化阈值M[ΔU负,ΔU正]具体采用的方式和参数可根据电芯实际情况调整。
本实施例一种储能系统中电芯电压采样线连接异常的检测方法，能够快速侦测出储能系统中电芯电压采样线是否存在断开、不牢和虚接的情况，从而避免储能系统在没有可靠的电芯电压采样监控下仍然运行，保证储能系统的运行安全；能对电芯电压采样线进行自动检查，快速准确的判断及定位每个电芯电压采样线的连接情况，协助使用者很好的定位问题点位置，并排除故障，从而解决了电芯电压采样线连接不牢或断开给储能系统正常工作带来的干扰。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种储能系统中电芯电压采样线连接异常的检测方法，其特征在于：其应用于储能系统，其包括：
1)对电池簇按照设定的不同放电电流进行短时放电，再按照设定的不同充电电流进行短时充电，如此循环进行设定次数Q 1 ，且放电1次，放电计数X加1，充电一次，充电计数Y加1；
2)在每次放电/充电时，判断此次放电/充电前后所有电芯瞬时端电压的变化方向与设定的放电/充电所对应电芯电压的变化方向是否一致，若有一个或多个电芯瞬时端电压的变化方向与设定的放电/充电所对应电芯电压的变化方向不一致，则电池管理系统的电芯采样线连接异常计数F加1，电芯采样线连接正常计数T清零；
3)若此次放电/充电前后的所有电芯瞬时端电压的变化方向与设定的放电/充电所对应电芯电压的变化方向一致，则进一步判断此次放电/充电前后所有电芯瞬时端电压的变化值是否在设定的放电/充电电流所对应的电芯电压变化阈值M[ΔU 负 ,ΔU 正 ]限定的范围内，若有一个或多个电芯的瞬时端电压的变化值不在设定的放电/充电电流所对应的电芯电压变化阈值M[ΔU 负 ,ΔU 正 ]限定的范围内，则电芯采样线连接异常计数F加1，电芯采样线连接正常计数T清零；
4)若此次放电/充电前后所有电芯瞬时端电压的变化方向与设定的放电/充电所对应电芯电压的变化方向一致，且所有电芯瞬时端电压的变化值在设定的放电/充电电流所对应的电芯电压变化阈值M[ΔU 负 ,ΔU 正 ]限定的范围内，则电芯采样线连接正常计数T加1；
5)循环完设定次数后，判断电芯采样线连接异常计数F是否累加至设定值Q 2 时，若是，则将电芯采样线连接状态判断为连接异常；否则，电芯采样线连接正常，Y、X、T、F均归零。
2.如权利要求1所述的储能系统中电芯电压采样线连接异常的检测方法，其特征在于：所述设定次数Q 1 大于或等于3。
3.如权利要求1所述的储能系统中电芯电压采样线连接异常的检测方法，其特征在于：所述设定值Q 2 ＝(X+Y)*40％。
4.如权利要求1所述的储能系统中电芯电压采样线连接异常的检测方法，其特征在于：在放电/充电开始前，先检测所有电芯电压的初始电压，判断是否有接近放电截止电压的电芯，若没有，则检测过程从放电开始；若有；则进一步判断是否有接近充电截止电压的电芯，若没有，则检测过程从充电开始，若有，则返回。
5.如权利要求1所述的储能系统中电芯电压采样线连接异常的检测方法，其特征在于：所述检测方法中，每次放电/充电过程的电流均逐渐递增。
6.如权利要求1所述的储能系统中电芯电压采样线连接异常的检测方法，其特征在于：所述设定的放电/充电电流所对应的电芯电压变化阈值M[ΔU 负 ,ΔU 正 ]的设置方法有两种：
第一)设定为各电芯初始电压的一个设定比例；
第二)设定为以所有电芯电压变化平均值为中心值的一个设定范围。
7.如权利要求1所述的储能系统中电芯电压采样线连接异常的检测方法，其特征在于：所述储能系统包括电池簇、与电池簇电连接的电池管理系统、与电池管理系统电连接的储能变流器、与储能变流器电连接的负载、以及能源管理系统，所述能源管理系统与电池管理系统、储能变流器信号连通。
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Denomination of invention: A Detection Method for Abnormal Connection of Cell Voltage Sampling Lines in Energy Storage Systems

Effective date of registration: 20231122

Granted publication date: 20230718

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Pledgor: Hangzhou Xuda New Energy Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2023330002717

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