CN114384432A - 一种储能系统及储能系统的检测方法 - Google Patents

一种储能系统及储能系统的检测方法 Download PDF

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CN114384432A CN202111503591.0A CN202111503591A CN114384432A CN 114384432 A CN114384432 A CN 114384432A CN 202111503591 A CN202111503591 A CN 202111503591A CN 114384432 A CN114384432 A CN 114384432A
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张晓立
李程远
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Abstract

本申请公开了一种储能系统及储能系统的检测方法，系统包括：控制器、多个电池簇和多个DC/DC变流器，多个DC/DC变流器与多个电池簇一一对应；多个电池簇中的每个电池簇通过对应的DC/DC变流器连接直流母线，多个电池簇包括作为被检测对象的目标电池簇和其余电池簇；控制器控制多个DC/DC变流器中与目标电池簇对应连接的DC/DC变流器向目标电池簇中输入检测电流，检测电流来源于多个电池簇中除目标电池簇以外的全部和部分其余电池簇；根据检测电流引起目标电池簇的电压变化，获得目标电池簇的参数，参数包括目标电池簇中电池的欧姆内阻、极化内阻和极化电容中的一项或多项，该方案准确全面检测电池的参数，实现在线评估。

Description

一种储能系统及储能系统的检测方法
技术领域
本申请涉及电池安全技术领域，尤其涉及一种储能系统及储能系统的检测方法。
背景技术
随着电池技术的不断发展，目前储能的应用越来越广，尤其是新能源的储能越来越受重视，例如光伏发电和风力发电。目前，储能系统包括多个电池簇，每个电池簇中包括多个电池，例如一个储能系统内包括数百至数千颗电池串并联在一起。
储能系统中的电池一般要求寿命大于10年，但是实际使用时可能出现电池内阻突变、容量下降等问题。尤其对于串联在一起的多个电池，只要一颗电池失效，则影响所有串联在一起的电池无法运行，如果继续使用可能触发电池爆燃等安全事故。因此，需要检测储能系统中电池的状态，在电池出现异常时，及时采取措施，以免发生严重事故。
传统对于电池状态的检测包括两种思路，一种属于材料级检测，另一种属于外特性检测。材料级检测需要将电池完全分解，拆解至极片、隔膜、电解液等电芯内部材料，进而开展深入的分析，这种方式属于破坏性检测，无法保留原有储能系统的功能，且成本极高。另一种外特性检测，外特性检测时，储能系统处于运行中，电池处于被动状态，运行工况受限于整个电站的功率调度，对于电池进行外特性检测时难以实现。
发明内容
为了解决以上技术问题，本申请提供一种储能系统及储能系统的检测方法，能够准确全面检测储能系统中电池的各个参数，对电池进行在线评估。
本申请提供一种储能系统，包括：控制器、多个电池簇和多个直流/直流DC/DC变流器，多个DC/DC变流器与多个电池簇一一对应，即一个DC/DC变流器连接一个电池簇；多个电池簇中的每个电池簇通过对应的DC/DC变流器连接直流母线，多个电池簇包括作为被检测对象的目标电池簇和其余电池簇；控制器，用于控制多个DC/DC变流器中与目标电池簇对应连接的DC/DC变流器向目标电池簇中输入检测电流，检测电流来源于多个电池簇中除目标电池簇以外的全部和部分其余电池簇；根据检测电流引起目标电池簇的电压变化，获得目标电池簇的参数，参数包括目标电池簇中电池的欧姆内阻、极化内阻和极化电容中的一项或多项。
当对目标电池簇中的电池进行检测时，控制器控制与目标电池簇对应连接的DC/DC变流器的功率，通过DC/DC变流器向被测的目标电池簇内产生检测电流，检测目标电池簇中各个电池的电压。应该理解，当电池通过电流时，电池的电压会产生变化，即检测该变化电压。其中检测电流的能量来源可以来源于其余电池簇中的一个电池簇，也可以来自于其余电池簇中的多个电池簇。
本申请实施例提供的储能系统，不需要添加新的设备，进而可以节省成本；而且也不需要外部能量源便可以对电池簇的电池进行性能检测，例如不需要从交流电网侧取电来进行电池检测，可以避免对交流电网产生干扰；也不需要另外设置新的外部的能量源，仅是从电池簇内部取电即可。另外，本申请实施例提供的储能系统，不仅能够获得电池的欧姆内阻，还能获得电池的极化内阻和极化电容，从而更全面地综合反应电池的性能。当电池出现问题时可以及时报警，便于采取措施，以免造成更大损坏。
在一种可能的实现方式中，目标电池簇的参数为目标电池簇的电池模型的参数；变化电压包括目标电池簇中电池的开路电压和端口电压；控制器，具体用于检测电流消失前或消失后，根据目标电池簇中电池的开路电压的多个变化值和端口电压的多个变化值获得电池模型的参数。
在一种可能的实现方式中，控制器，具体用于根据目标电池簇中电池的开路电压的多个变化值和端口电压的多个变化值进行曲线拟合，根据拟合得到的曲线获得电池模型的参数；曲线通过遗传算法或最小二乘法进行拟合。
在一种可能的实现方式中，电池模型根据目标电池簇对应的模拟电路获得，电池模型用于表示目标电池簇中电池的电压、电流和时间之间的关系。
本申请不限定电池模型的具体类型，只要可以根据电池模型中的参数获得电池的欧姆内阻、极化内阻和极化电容即可。例如，电池模型可以包括以下任意一种：Rint模型、Thevenin模型、PNGV模型或二阶RC电路模型。应该理解，电池模型是包括波动电压的方程，通过检测电流引起的电压变化便可以获得电池模型的参数，进而可以根据电池模型中的参数获得电池的欧姆内阻、极化内阻和极化电容。
由于储能系统中的电池一般采用磷酸铁锂电池，因此，可以采用二阶等效电路模型，该电路模型包括两个RC电路串联，模拟锂电池的电化学极化和浓差极化现象。电池模型为二阶RC电路模型时，极化内阻包括电化学极化内阻和浓差极化内阻；极化电容包括电化学极化电容和浓差极化电容。该电路模型可以准确反映电池的动静态特性，且RC阶数不高，求解实时性好、参数辨识较易实现，便于工程应用。
本申请实施例中获得电池模型的参数后可以对电池的性能进行判断，具体的方式可以包括多种，例如可以与预设阈值进行比较，判断电池是否损坏；另外，还可以与新电池的参数进行比较，根据偏差判断电池是否损坏；另外还可以与储能系统中所有电池簇的参数平均值进行比较，判断电池是否损坏。下面介绍四种具体的实现方式。
在一种可能的实现方式中，控制器，还用于将本次获得的电池模型的参数与前次获得的电池模型的参数进行比较，如果本次获得的电池模型的参数与前次获得的电池模型的参数的偏差在预设范围内，则更新目标电池簇的电池模型的参数；如果本次获得的电池模型的参数与前次获得的电池模型的参数的偏差大于预设范围，则对目标电池簇的电池模型对应的电池进行报警。
在一种可能的实现方式中，控制器，还用于将本次获得的电池模型的参数与本次目标电池簇的电池模型的参数平均值进行比较，如果本次电池模型的参数与参数平均值的偏差在预设范围内，则更新目标电池簇的电池模型的参数；如果本次电池模型的参数与参数平均值的偏差大于预设范围，则对目标电池簇的电池模型对应的电池进行报警。
在一种可能的实现方式中，控制器，还用于将本次获得的电池模型的参数与前次获得的电池模型的参数进行比较，且将将本次获得的电池模型的参数与目标电池簇的电池模型的参数平均值进行比较，如果本次获得的电池模型的参数与前次获得的电池模型的参数的偏差大于预设范围，且本次获得的电池模型的参数与参数平均值的偏差大于预设范围，则目标电池簇的电池模型对应的电池进行报警。
应该理解，以上参数比较的偏差可以为具体的数值，也可以为对应的百分比，例如偏差在2％，5％等。
在一种可能的实现方式中，控制器，具体用于储能系统进行调峰且目标电池簇处于满电或空电的空闲期，控制目标电池簇对应连接的DC/DC变流器向目标电池簇注入检测电流；目标电池簇处于满电时，检测电流为放电电流；目标电池簇处于空电时，检测电流为充电电流。
在一种可能的实现方式中，控制器，具体用于储能系统进行调频且处于空闲期补充目标电池簇的电量至预设荷电状态，控制目标电池簇对应连接的DC/DC变流器向目标电池簇注入检测电流。
基于以上提供的一种储能系统，本申请还提供一种储能系统的检测方法，以上储能系统对应的方案带来的优点同样适用于方法，在此不再赘述。储能系统包括：多个电池簇和多个直流/直流DC/DC变流器，多个DC/DC变流器与多个电池簇一一对应；多个电池簇中的每个电池簇通过对应的DC/DC变流器连接直流母线，多个电池簇包括作为被检测对象的目标电池簇和其余电池簇；该方法包括：控制多个DC/DC变流器中与目标电池簇对应连接的DC/DC变流器向目标电池簇中注入检测电流，检测电流来源于多个电池簇中除目标电池簇以外的全部或部分其余电池簇；根据检测电流引起目标电池簇的电压变化获得目标电池簇的参数，参数至少包括目标电池簇中电池的欧姆内阻、极化内阻和极化电容中的一项或多项。
在一种可能的实现方式中，目标电池簇的参数为目标电池簇的电池模型的参数；电压变化包括目标电池簇中电池的开路电压的变化和端口电压的变化；根据检测电流引起的变化电压获得目标电池簇的电池模型的参数，具体包括：检测电流消失前或消失后，根据目标电池簇中电池的开路电压的多个变化值和端口电压的多个变化值获得电池模型的参数。
在一种可能的实现方式中，根据目标电池簇中电池的开路电压的多个变化值和端口电压的多个变化值获得电池模型的参数，具体包括：根据目标电池簇中电池的开路电压的多个变化值和端口电压的多个变化值进行曲线拟合，根据拟合得到的曲线获得电池模型的参数；曲线通过遗传算法或最小二乘法进行拟合。
在一种可能的实现方式中，电池模型包括以下任意一种：Rint模型、Thevenin模型、PNGV模型或二阶RC电路模型。
本申请实施例中获得电池模型的参数后可以对电池的性能进行判断，具体的方式可以包括多种，例如可以与预设阈值进行比较，判断电池是否损坏；另外，还可以与新电池的参数进行比较，根据偏差判断电池是否损坏；另外还可以与储能系统中所有电池簇的参数平均值进行比较，判断电池是否损坏。下面介绍几种具体的实现方式。
在一种可能的实现方式中，还包括：将本次获得的电池模型的参数与前次获得的电池模型的参数进行比较，如果本次获得的电池模型的参数与前次获得的电池模型的参数的偏差在预设范围内，则更新目标电池簇的电池模型的参数；如果本次获得的电池模型的参数与前次获得的电池模型的参数的偏差大于预设范围，则对目标电池簇的电池模型对应的电池进行报警；
或，
将本次获得的电池模型的参数与本次目标电池簇的电池模型的参数平均值进行比较，如果本次电池模型的参数与参数平均值的偏差在预设范围内，则更新目标电池簇的电池模型的参数；如果本次电池模型的参数与参数平均值的偏差大于预设范围，则对目标电池簇的电池模型对应的电池进行报警；
或，
将本次获得的电池模型的参数与前次获得的电池模型的参数进行比较，且将将本次获得的电池模型的参数与目标电池簇的电池模型的参数平均值进行比较，如果本次获得的电池模型的参数与前次获得的电池模型的参数的偏差大于预设范围，且本次获得的电池模型的参数与参数平均值的偏差大于预设范围，则目标电池簇的电池模型对应的电池进行报警。
在一种可能的实现方式中，控制多个DC/DC变流器中与目标电池簇对应连接的DC/DC变流器向目标电池簇中注入检测电流，具体包括：储能系统进行调峰且目标电池簇处于满电或空电的空闲期，控制目标电池簇对应连接的DC/DC变流器向目标电池簇注入检测电流；目标电池簇处于满电时，检测电流为放电电流；目标电池簇处于空电时，检测电流为充电电流。
在一种可能的实现方式中，控制多个DC/DC变流器中与目标电池簇对应连接的DC/DC变流器向目标电池簇中注入检测电流，具体包括：储能系统进行调频且处于空闲期补充目标电池簇的电量至预设荷电状态，控制目标电池簇对应连接的DC/DC变流器向目标电池簇注入检测电流。
本申请至少具有以下优点：
该储能系统包括：控制器、多个电池簇和多个直流/直流DC/DC变流器，每个电池簇通过对应的DC/DC变流器连接直流母线；控制器控制多个DC/DC变流器中连接的目标电池簇的对应DC/DC变流器向目标电池簇中注入检测电流，检测电流来源于多个电池簇中除目标电池簇以外的全部或部分其余电池簇；根据检测电流引起的电压变化获得目标电池簇的参数，参数至少获得目标电池簇中电池的欧姆内阻、极化内阻和极化电容中的一项或多项。本申请实施例提供的储能系统，不需要添加新的设备，进而可以节省成本；而且也不需要外部能量源便可以对电池簇的电池进行性能检测，例如不需要从交流电网侧取电来进行电池检测，可以避免对交流电网产生干扰；也不需要另外设置新的外部的能量源，仅是从电池簇内部取电即可。另外，本申请实施例提供的储能系统，当获得多项参数时，不仅能够获得电池的欧姆内阻，还能获得电池的极化内阻和极化电容，从而更全面地综合反应电池的性能。当电池出现问题时可以及时报警，便于采取措施，以免造成更大损坏。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种储能系统的示意图；
图2为本申请实施例提供的又一种储能系统的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种电池模型对应的模拟电路示意图；
图4为本申请实施例提供的一种电池的HPPC的示意图；
图5为本申请实施例提供的满电工况时检测电流的示意图；
图6为本申请实施例提供的空电工况时检测电流的示意图；
图7为本申请实施例提供的一种储能系统的检测方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
以下说明中的“第一”、“第二”等用词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。此外，术语“耦接”可以是实现信号传输的电性连接的方式。“耦接”可以是直接的电性连接，也可以通过中间媒介间接电性连接。
为了使本领域技术人员更好地理解本申请实施例提供的技术方案，下面先结合附图介绍该技术方案的应用场景。
本申请实施例不限定储能系统中电池簇的能量来源，可以来源于太阳能，例如光伏发电；也可以来源于风能，例如风力发电。本申请仅对于储能系统中电池的检测进行介绍，下面结合附图进行介绍。
系统实施例
参见图1，该图为本申请实施例提供的一种储能系统的示意图。
储能系统一般包括多个电池簇，本申请实施例不限定电池簇的具体数量，电池簇的数量可以根据实际需要来设置。另外，电站一般包括多个储能系统来提高电站容量。电站在需要时可以控制储能系统并网运行。储能系统并网运行时需要输出交流电进行并网，因此，储能系统一般还包括储能变流器(图中未示出)，本申请不具体限定储能变流器的具体拓扑。
由于电池簇输出的为直流电，因此，多个电池簇均连接直流母线。多个DC/DC变流器与多个电池簇一一对应，如图1所示，本申请实施例中每个电池簇对应一个DC/DC变流器，例如图1中包括m个电池簇和m个DC/DC变流器，m为大于1的整数；多个电池簇中的每个电池簇通过对应的DC/DC变流器连接直流母线，例如第一电池簇经过第一DC/DC变流器101连接直流母线，第m电池簇经过第mDC/DC变流器10m连接直流母线。本申请实施例不限定每个电池簇中包括的电池模组的数量，图中以每个电池簇包括n个电池模组串联为例，即第一电池模组201、第二电池模组202、第三电池模组203直至第n电池模组20n串联在一起形成第一电池簇，其余电池簇类似，在此不再一一赘述。本实施例中以每个电池模组对应一个电池控制单元(BMU，Battery Management Unit)为例进行介绍，BMU可以实现对于电池的电压的监控、电流的监控以及温度的监控等。由于每个电池簇之间不直接相连而是通过各自对应的DC/DC变流器连接直流母线，因此可以避免电池簇之间出现环流。
本申请实施例提供的储能系统为了在检测电池时不对交流侧产生影响，可以在直流母线上产生检测电流，该检测电流可以注入被检测的电池簇，应该理解，该检测电流可以为充电电流，也可以为放电电流。因此，当检测电流为充电电流时，检测电流的方向为从直流母线流入被检测的电池簇，后续为了描述方便，称为目标电池簇。当检测电流为放电电流时，检测电流的方向为从目标电池簇流向直流母线。
另外，本申请实施例提供的储能系统对于电池检测，虽然是对整个目标电池簇一起注入检测电流，但是具体检测时为检测电池簇中单个电池的性能，由于电池簇中电池均串联在一起，因此检测电流相等，实际检测时检测电流为已知参数。只要一个电池出现问题便进行报警。由于实际使用过程中，电池的个体差异，有的电池可能完好，而有的电池出现问题，因此，需要对于每个电池进行检测。
参见图2，该图为本申请实施例提供的又一种储能系统的示意图。
本申请实施例提供的储能系统，包括：控制器300、多个电池簇和多个DC/DC变流器。如图2所示，为了方便介绍，下面以储能系统包括三个电池簇为例进行介绍，应该理解，可以包括两个电池簇，也可以包括更多数量的电池簇。第一电池簇BAT1通过第一DC/DC变流器101连接直流母线；第二电池簇BAT2通过第二DC/DC变流器102连接直流母线；第三电池簇BAT3通过第三DC/DC变流器103连接直流母线。控制器300连接第一DC/DC变流器101、第二DC/DC变流器102和第三DC/DC变流器103。多个电池簇包括作为被检测对象的目标电池簇和其余电池簇。
控制器300，用于控制多个DC/DC变流器中与目标电池簇对应连接的DC/DC变流器向目标电池簇中注入检测电流，检测电流来源于多个电池簇中除目标电池簇以外的全部或部分其余电池簇，其中，检测电流可以为母线电池簇的充电电流或放电电流；根据检测电流引起的电压变化获得目标电池簇的参数，所述参数至少包括目标电池簇中电池的欧姆内阻、极化内阻和极化电容中的一项或多项。例如，当检测电流为充电电流时，除目标电池簇以外的其余电池簇作为能量源；当检测电流为放电电流时，除目标电池簇以外的其余电池簇作为负载。
其中，目标电池簇的参数可以为目标电池簇中电池的电池模型的参数。电池模型可以根据电池等效的模拟电路来建立，电池模型根据目标电池簇对应的模拟电路获得，电池模型用于表示目标电池簇中电池的电压、电流和时间之间的关系。
本申请实施例中不限定电池模型的具体类型，只要可以根据电池模型中的参数获得电池的欧姆内阻、极化内阻和极化电容即可。例如，电池模型可以包括以下任意一种：Rint模型、Thevenin模型、PNGV模型或二阶RC电路模型。应该理解，电池模型是包括波动电压的方程，通过检测电流引起的电压变化便可以获得电池模型的参数，进而可以根据电池模型中的参数获得电池的欧姆内阻、极化内阻和极化电容。
具体地，当对目标电池簇中的电池进行检测时，控制器控制与目标电池簇对应连接的DC/DC变流器的功率，通过DC/DC变流器向被测的目标电池簇内产生检测电流，检测目标电池簇中各个电池的电压。应该理解，当电池通过电流时，电池的电压会产生变化，即检测该变化电压。其中检测电流的能量来源可以来源于其余电池簇中的一个电池簇，也可以来自于其余电池簇中的多个电池簇。
例如，当检测第一电池簇BAT1中的电池时，以检测电流为充电电流为例，第一电池簇BAT1为目标电池簇，控制器300控制第一DC/DC变流器101向第一电池簇BAT1注入检测电流，即以检测电流为第一电池簇BAT1进行充电，该检测电流的能量来源于第二电池簇BAT2和第三电池簇BAT3，即检测电流来源于储能系统内部的电池簇，而不是来自于外部，例如不是来自于电网，因此对于交流侧没有任何影响。例如储能系统应用场景为光伏时，检测电流也不来自于光伏阵列，对于光伏系统也不产生影响。
本申请实施例提供的储能系统，不需要添加新的设备，进而可以节省成本；而且也不需要外部能量源便可以对电池簇的电池进行性能检测，例如不需要从交流电网侧取电来进行电池检测，可以避免对交流电网产生干扰；也不需要另外设置新的外部的能量源，仅是从电池簇内部取电即可。另外，本申请实施例提供的储能系统，不仅能够获得电池的欧姆内阻，还能获得电池的极化内阻和极化电容，从而更全面地综合反应电池的性能。当电池出现问题时可以及时报警，便于采取措施，以免造成更大损坏。
本申请实施例不具体限定具体的检测时间，例如可以在调峰或调频的工况下主动设置检测时间，尽量不影响储能系统的正常运行。例如，注入检测电流的时间长度可以设置在分钟级别，检测数据的采样和电池模型的参数获取可以在1小时内完成，例如采样端口电压和开路电压。
下面以电池模型为二阶RC电路模型进行介绍。
参见图3，该图为本申请实施例提供的一种电池模型对应的模拟电路示意图。
本实施例中以电池模型为二阶RC电路模型为例进行介绍，由于储能系统中的电池一般采用磷酸铁锂电池，因此，可以采用二阶等效电路模型，该电路模型包括两个RC电路串联，模拟锂电池的电化学极化和浓差极化现象。电池模型为二阶RC电路模型时，极化内阻包括电化学极化内阻和浓差极化内阻；极化电容包括电化学极化电容和浓差极化电容。该电路模型可以准确反映电池的动静态特性，且RC阶数不高，求解实时性好、参数辨识较易实现，便于工程应用。
其中每个RC电路中的电阻和电容并联。如图3所示，第一RC电路包括第一电阻RP和第一电容CP，第二RC电路包括第二电阻Re和第二电容Ce，两个RC电阻串联后与欧姆内阻RΩ串联。其中，第一电容CP两端的电压用VP表示，第二电容Ce两端的电压用Ve表示。
图3中Uoc表示电池的开路电压，UL表示电池的端口电压。从图3中可以看出，端口电压UL等于Uoc、VP、Ve和RΩ上的电压Vr之和，即UL＝Uoc+VP+Ve+Vr。应该理解，对于电池来说，Uoc和UL可以采样获得。
由于电池的特性，当电池进行充电或放电时，即通过检测电流时电池的电压会产生变化，而且当电流消失后，电池的电压也会继续存在变化。本申请实施例不限定变化电压是检测电流存在时产生的电压，还是检测电流消失后产生的变化电压。即变化电压包括目标电池簇中电池的开路电压和端口电压；控制器，具体用于检测电流消失前或消失后，根据目标电池簇中电池的开路电压的多个变化值和端口电压的多个变化值获得电池模型的参数。由于电池模型中包括多个参数，因此，需要变化电压的多个变化值才可以获得多个参数。
为了更准确地获得电路模型的参数，可以进行曲线拟合，例如控制器，具体用于根据目标电池簇中电池的开路电压的多个变化值和端口电压的多个变化值进行曲线拟合，根据拟合得到的曲线获得电池模型的参数；本申请实施例不限定曲线拟合的具体算法，例如通过遗传算法或最小二乘法进行曲线拟合。拟合的曲线可以为检测电流产生时的电压突变曲线，；例如检测电流出现的5s内；也可以为检测电流消失后的回弹曲线；也可以为检测电流稳定时的去极化曲线，本申请实施例中均不做具体限定。
本申请实施例中获得电池模型的参数后可以对电池的性能进行判断，具体的方式可以包括多种，例如可以与预设阈值进行比较，判断电池是否损坏；另外，还可以与新电池的参数进行比较，根据偏差判断电池是否损坏；另外还可以与储能系统中所有电池簇的参数平均值进行比较，判断电池是否损坏。下面介绍几种具体的实现方式。
第一种：
将本次获得的所述电池模型的参数与前次获得的所述电池模型的参数进行比较，如果本次获得的所述电池模型的参数与前次获得的所述电池模型的参数的偏差在预设范围内，则更新所述目标电池簇的电池模型的参数，即参数的改变是由电池的正常老化带来的改变，而不是出现故障带来的改变；如果本次获得的所述电池模型的参数与前次获得的所述电池模型的参数的偏差大于所述预设范围，则对所述目标电池簇的电池模型对应的电池进行报警，偏差太大说明电池出现了问题，需要报警及时更换或维修；
第二种：
将本次获得的所述电池模型的参数与本次所述目标电池簇的电池模型的参数平均值进行比较，如果本次所述电池模型的参数与所述参数平均值的偏差在预设范围内，则更新所述目标电池簇的电池模型的参数，即参数的改变是由电池的正常老化带来的改变，而不是出现故障带来的改变；如果本次所述电池模型的参数与所述参数平均值的偏差大于所述预设范围，则对所述目标电池簇的电池模型对应的电池进行报警，偏差太大说明电池出现了问题，需要报警及时更换或维修；
第三种：
将本次获得的所述电池模型的参数与前次获得的所述电池模型的参数进行比较，且将将本次获得的所述电池模型的参数与所述目标电池簇的电池模型的参数平均值进行比较，如果本次获得的所述电池模型的参数与前次获得的所述电池模型的参数的偏差大于预设范围，且本次获得的所述电池模型的参数与所述参数平均值的偏差大于预设范围，则所述目标电池簇的电池模型对应的电池进行报警，偏差太大说明电池出现了问题，需要报警及时更换或维修。
第四种：
将电池模型的参数与新电池的参数进行比较：
根据检测电流获得的电池的参数与新电池的参数进行比较，如果电池的参数与新电池的参数的偏差在预设范围内，则更新目标电池簇的电池模型的参数，即参数的改变是由电池的正常老化带来的改变，而不是出现故障带来的改变；如果本次电池模型的参数与新电池的参数的偏差大于预设范围，则对目标电池簇的电池模型对应的电池进行报警，偏差太大说明电池出现了问题，需要报警及时更换或维修。
应该理解，以上参数比较的偏差可以为具体的数值，也可以为对应的百分比，例如偏差在2％，5％等。
针对新电池可采用混合脉冲功率特性(HPPC，Hybrid Pulse PowerCharacteristic)工况进行电池的参数标定，以恒电流(恒功率)分别将电池调节至预设数目的荷电状态(SOC，State of Charge)，例如SOC以10％或者15％等为间隔进行变化，记录每个SOC对应的电池的端口电压和开路电压的变化情况，拟合得到新电池的电池模型的参数。
参见图4，该图为本申请实施例提供的一种电池的HPPC的示意图。
图4中横坐标为时间，单位为分(min)；左侧纵坐标为电流，单位为A；右侧纵坐标为SOC。
图4以SOC的10％为间隔进行标定，标定新电池的11个SOC点(0，10％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，90％，100％)为了进行介绍。应该理解，也可以标定更多数量的SOC点，从而可以获取新电池的更高密度的标定参数，比如以5％为间隔，共21个SOC点。通过记录新电池在各个SOC点的端口电压和开路电压的变化值，来拟合曲线。
下面结合附图介绍本申请实施例提供的储能系统在调峰和调频两种典型工况下进行电池检测的过程。下面先介绍调峰工况对于电池的检测。
参见图5，该图为本申请实施例提供的满电工况时检测电流的示意图。
图5中横坐标代表时间，单位为分(min)，纵坐标代表电流，单位为(A)。其中负数的检测电流表示放电电流，正数的检测电流表示充电电流。
控制器，具体用于储能系统进行调峰且目标电池簇处于满电的空闲期，控制目标DC/DC变流器向目标电池簇注入检测电流；由于目标电池簇处于满电，不必充电，因此，此时对应的检测电流为放电电流，该放电电流可以为比较大的脉冲放电电流，图5中以注入的检测电流为-300A为例，应该理解，由于检测电流为放电电流，因此，用负数来表示。
另外，还有一种可能的实现方式，在满电状态，以较大脉冲电流放电的同时，还可以存在较小脉冲电流在充电。其中，较大脉冲电流放电可以为额定电流放电。
为了不影响储能系统的正常调峰工作，可以在调峰的空闲期对目标电池簇进行检测。
以上介绍的是储能系统的目标电池簇处于调峰满电时的检测，下面介绍目标电池簇处于调峰空电时的检测。
参见图6，该图为本申请实施例提供的空电工况时检测电流的示意图。
图6中横坐标代表时间，单位为分(min)，纵坐标代表电流，单位为(A)。其中负数的检测电流表示放电电流，正数的检测电流表示充电电流。
控制器，具体用于储能系统进行调峰且目标电池簇处于空电的空闲期，控制目标DC/DC变流器向目标电池簇注入检测电流；由于目标电池簇处于空电时需要充电，因此检测电流为充电电流，此时该充电电流可以为较大的脉冲充电电流。图6所示的较大充电电流为320A，应该理解，在较大充电电流为电池充电时，电池可能存在较小的放电电流，图6中-160A表示较小的放电电流。即电池处于空电时，检测电流可以为较大的充电电流，但是同时可能存在较小的放电电流。图6中仅是示意性说明，放电电流可以不存在，或者更小，在此不再赘述。较大电流充电可以为额定电流充电。
实际的储能系统，尽管在所有电池簇均为新电池时，新电池的性能差别不大，但是随着时间的推移，个别电池可能老化严重，引起异常。因此，在同样的检测电流下，各个电池对应的变化电压的曲线不一致，即电压和时间的关系曲线，例如横坐标可以为时间，纵坐标为电压。因此，可以通过拟合曲线来获得电池模型的参数，从而根据参数判断电池是否出现问题。
以上介绍的是储能系统在调峰时对电池的检测，下面介绍储能系统在调频时对电池的检测。
为了不影响储能系统的正常调频工作，可以在调频的空闲期对目标电池簇进行检测。
控制器，具体用于储能系统进行调频且处于空闲期补充目标电池簇的电量至预设荷电状态SOC，控制目标DC/DC变流器向目标电池簇注入检测电流。本申请实施例不限定预设SOC的大小，例如可以为50％，也可以为40％或60％等。例如在调频的空闲期将SOC补电至中段后，例如50％左右，主动进行电池检测，向目标电池簇的电池注入检测电流，此时的检测电流可以为额定充电电流或额定放电电流。
另外，本申请实施例还可以对于长期搁置后上电的场景，例如，储能系统正常工作前可以进行双向脉冲状态检测，例如，先利用检测电流对电池充电检测电池的端口电压和开路电压，再利用检测电流对电池放电检测电池的端口电压和开路电压，只要电池充电或放电时检测的参数异常，则对电池进行报警。
下面结合电池的具体参数进行介绍，如下表1，表1中的数据仅是一种示例。
表1
Figure BDA0003402578560000101
Figure BDA0003402578560000111
表1中列举了目标电池簇中的两个电池A和B，应该理解，电池A和B均是指目标电池簇中的单颗电芯。以上表1中仅列举了电池A前次检测的状态参数，电池B的未进行具体列举。
从表1可以看出，将电池本次的参数与前次的参数进行比较，且将电池本次的参数与目标电池簇的参数平均值进行比较，如果本次的参数与前次的参数的偏差大于预设范围，且本次的参数与目标电池簇的参数平均值的偏差也大于预设范围，则对电池进行报警，说明电池出现问题；以上两个判断条件均成立才报警，避免对电池造成误检，影响储能系统的正常运行；例如，如果电池检测的频率较低，很久才检测一次，则电池的自然老化也会造成本次检测获得的参数与前次检测获得的检测之间的偏差较大，这样如果本次的参数和前次的参数的偏差大于预设范围，便进行报警，显然不合理。
应该理解，预设范围相对于偏差来说是绝对值，只要偏差的绝对值在预设范围内即可，例如预设范围为5％，以上表1中电池A的各个参数的偏差均正常，而电池B的欧姆内阻的偏差的绝对值大于5％，即本次电池B与前次电池B的参数偏差为-6％，本次电池B与本次目标电池簇的参数平均值的偏差为-8％，则对电池B进行报警，虽然电池B的浓差极化内阻、电化学极化内阻、浓差极化电容、电化学极化电容均正常，但是多项参数中只要有一项存在异常则对该电池进行报警。
根据电池模型的参数可以获得的电池的浓差极化内阻、电化学极化内阻、浓差极化电容、电化学极化电容和欧姆内阻。
本申请实施例提供的储能系统，可以通过二阶RC电路等效出电池模型，该电池模型便于工程应用；利用该电池模型的参数可以获得电池的欧姆内阻、极化电容和极化电阻多个参数，从而全面评估电池的状态；而且利用其余电池簇对目标电池簇产生检测电流，不需要外部提供能量源，因此，可以节省成本，而且不会对交流侧产生影响。该储能系统可以在调频和调峰等典型工况的空闲期对电池进行检测，尽量不影响储能系统的正常工作。
方法实施例
基于以上实施例提供的一种储能系统，本申请实施例还提供一种储能系统的检测方法，下面结合附图进行详细介绍。
参见图7，该图为本申请实施例提供的一种储能系统的检测方法的流程图。
本实施例提供的储能系统的检测方法，其中，储能系统包括：多个电池簇和多个直流/直流DC/DC变流器，多个DC/DC变流器与多个电池簇一一对应；多个电池簇中的每个电池簇通过对应的DC/DC变流器连接直流母线；多个电池簇包括作为被检测对象的目标电池簇和其余电池簇；
该方法包括：
S701：控制多个DC/DC变流器中与目标电池簇对应连接的DC/DC变流器向目标电池簇中注入检测电流，检测电流来源于多个电池簇中除目标电池簇以外的部分或全部其余电池簇；
由于每个电池簇之间不直接相连而是通过各自对应的DC/DC变流器连接直流母线，因此可以避免电池簇之间出现环流。
S702：根据检测电流引起的变化电压获得目标电池簇的参数，参数至少包括目标电池簇中电池的欧姆内阻、极化内阻和极化电容中的一项或多项。
其中，目标电池簇的参数可以为目标电池簇中电池的电池模型的参数，电池模型可以根据电池等效的模拟电路来建立，电池模型根据目标电池簇对应的模拟电路获得，电池模型用于表示目标电池簇中电池的电压、电流和时间之间的关系。
本申请实施例中不限定电池模型的具体类型，只要可以根据电池模型中的参数获得电池的欧姆内阻、极化内阻和极化电容即可。例如，电池模型可以包括以下任意一种：Rint模型、Thevenin模型、PNGV模型或二阶RC电路模型。应该理解，电池模型是包括变化电压的方程，通过检测电流引起的变化电压便可以获得电池模型的参数，进而可以根据电池模型中的参数获得电池的欧姆内阻、极化内阻和极化电容中的至少一项。
本申请实施例提供的储能系统的检测方法，为了在检测电池时不对交流侧产生影响，可以在直流母线上产生检测电流，该检测电流可以注入被检测的目标电池簇，应该理解，该检测电流可以为目标电池簇的充电电流，也可以为放电电流。因此，当检测电流为充电电流时，检测电流的方向为从直流母线流入被检测的目标电池簇。当检测电流为放电电流时，检测电流的方向为从目标电池簇流向直流母线。
另外，本申请实施例提供的储能系统的检测方法对于电池簇中的电池进行检测，虽然是对整个目标电池簇一起注入检测电流，但是具体检测时为检测电池簇中单个电池的性能，由于电池簇中电池均串联在一起，因此检测电流相等，实际检测时检测电流为已知参数。只要一个电池出现问题便进行报警。有个实际使用过程中，电池的个体差异，有的电池可能完好，而有的电池出现问题，因此，需要对于每个电池进行检测。
其中，变化电压包括目标电池簇中电池的开路电压和端口电压；根据检测电流引起的变化电压获得目标电池簇的电池模型的参数，具体包括：
检测电流消失前或消失后，根据目标电池簇中电池的开路电压的多个变化值和端口电压的多个变化值获得电池模型的参数。
根据目标电池簇中电池的开路电压的多个变化值和端口电压的多个变化值获得电池模型的参数，具体包括：
根据目标电池簇中电池的开路电压的多个变化值和端口电压的多个变化值进行曲线拟合，根据拟合得到的曲线获得电池模型的参数；曲线通过遗传算法或最小二乘法进行拟合。拟合的曲线可以为检测电流产生时的电压突变曲线，；例如检测电流出现的5s内；也可以为检测电流消失后的回弹曲线；也可以为检测电流稳定时的去极化曲线，本申请实施例中均不做具体限定。
本申请实施例提供的储能系统的检测方法，还包括：将本次获得的所述电池模型的参数与前次获得的所述电池模型的参数进行比较，如果本次获得的所述电池模型的参数与前次获得的所述电池模型的参数的偏差在预设范围内，则更新所述目标电池簇的电池模型的参数；如果本次获得的所述电池模型的参数与前次获得的所述电池模型的参数的偏差大于所述预设范围，则对所述目标电池簇的电池模型对应的电池进行报警；
或，
将本次获得的所述电池模型的参数与本次所述目标电池簇的电池模型的参数平均值进行比较，如果本次所述电池模型的参数与所述参数平均值的偏差在预设范围内，则更新所述目标电池簇的电池模型的参数；如果本次所述电池模型的参数与所述参数平均值的偏差大于所述预设范围，则对所述目标电池簇的电池模型对应的电池进行报警；
或，
将本次获得的所述电池模型的参数与前次获得的所述电池模型的参数进行比较，且将将本次获得的所述电池模型的参数与所述目标电池簇的电池模型的参数平均值进行比较，如果本次获得的所述电池模型的参数与前次获得的所述电池模型的参数的偏差大于预设范围，且本次获得的所述电池模型的参数与所述参数平均值的偏差大于预设范围，则所述目标电池簇的电池模型对应的电池进行报警。
另外，还有一种可能的实现方式，将电池模型的参数与新电池的参数进行比较：
根据检测电流获得的电池的参数与新电池的参数进行比较，如果电池的参数与新电池的参数的偏差在预设范围内，则更新目标电池簇的电池模型的参数，即参数的改变是由电池的正常老化带来的改变，而不是出现故障带来的改变；如果本次电池模型的参数与新电池的参数的偏差大于预设范围，则对目标电池簇的电池模型对应的电池进行报警，偏差太大说明电池出现了问题，需要报警及时更换或维修。
应该理解，以上参数比较的偏差可以为具体的数值，也可以为对应的百分比，例如偏差在2％，5％等。
其中，控制多个DC/DC变流器中与目标电池簇连接的DC/DC变流器向目标电池簇中注入检测电流，具体包括：
储能系统进行调峰且目标电池簇处于满电或空电的空闲期，控制与目标电池簇连接的DC/DC变流器向目标电池簇注入检测电流；目标电池簇处于满电时，检测电流为放电电流；目标电池簇处于空电时，检测电流为充电电流。
其中，控制多个DC/DC变流器中与目标电池簇连接的DC/DC变流器向目标电池簇中注入检测电流，具体包括：
储能系统进行调频且处于空闲期补充目标电池簇的电量至预设荷电状态，控制目标DC/DC变流器向目标电池簇注入检测电流。
本申请实施例不限定预设SOC的大小，例如可以为50％，也可以为40％或60％等。例如在调频的空闲期将SOC补电至中段后，例如50％左右，主动进行电池检测，向目标电池簇的电池注入检测电流，此时的检测电流可以为额定充电电流或额定放电电流。
本申请实施例提供的储能系统的检测方法，可以通过二阶RC电路等效出电池模型，该电池模型便于工程应用；利用该电池模型的参数可以获得电池的欧姆内阻、极化电容和极化电阻多个参数，从而全面评估电池的状态；而且利用其余电池簇对目标电池簇产生检测电流，不需要外部提供能量源，因此，可以节省成本，而且不会对交流侧产生影响。该储能系统可以在调频和调峰等典型工况的空闲期对电池进行检测，尽量不影响储能系统的正常工作。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (17)

1.一种储能系统，其特征在于，包括：控制器、多个电池簇和多个直流/直流DC/DC变流器，所述多个DC/DC变流器与所述多个电池簇一一对应；所述多个电池簇中的每个电池簇通过对应的DC/DC变流器连接直流母线，所述多个电池簇包括作为被检测对象的目标电池簇和其余电池簇；
所述控制器，用于控制所述多个DC/DC变流器中与所述目标电池簇对应连接的DC/DC变流器向所述目标电池簇中输入检测电流，所述检测电流来源于所述多个电池簇中除所述目标电池簇以外的全部和部分其余电池簇；根据所述检测电流引起所述目标电池簇的电压变化，获得所述目标电池簇的参数，所述参数包括所述目标电池簇中电池的欧姆内阻、极化内阻和极化电容中的一项或多项。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述目标电池簇的参数为所述目标电池簇的电池模型的参数；
所述变化电压包括所述目标电池簇中电池的开路电压和端口电压；
所述控制器，具体用于所述检测电流消失前或消失后，根据所述目标电池簇中电池的开路电压的多个变化值和端口电压的多个变化值获得所述电池模型的参数。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器，具体用于根据所述目标电池簇中电池的开路电压的多个变化值和端口电压的多个变化值进行曲线拟合，根据拟合得到的曲线获得所述电池模型的参数；所述曲线通过遗传算法或最小二乘法进行拟合。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述电池模型根据所述目标电池簇对应的模拟电路获得，所述电池模型用于表示所述目标电池簇中电池的电压、电流和时间之间的关系。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述电池模型包括以下任意一种：Rint模型、Thevenin模型、PNGV模型或二阶RC电路模型。
6.根据权利要求2-5任一项所述的系统，其特征在于，所述控制器，还用于将本次获得的所述电池模型的参数与前次获得的所述电池模型的参数进行比较，如果本次获得的所述电池模型的参数与前次获得的所述电池模型的参数的偏差在预设范围内，则更新所述目标电池簇的电池模型的参数；如果本次获得的所述电池模型的参数与前次获得的所述电池模型的参数的偏差大于所述预设范围，则对所述目标电池簇的电池模型对应的电池进行报警。
7.根据权利要求2-5任一项所述的系统，其特征在于，所述控制器，还用于将本次获得的所述电池模型的参数与本次所述目标电池簇的电池模型的参数平均值进行比较，如果本次所述电池模型的参数与所述参数平均值的偏差在预设范围内，则更新所述目标电池簇的电池模型的参数；如果本次所述电池模型的参数与所述参数平均值的偏差大于所述预设范围，则对所述目标电池簇的电池模型对应的电池进行报警。
8.根据权利要求2-5任一项所述的系统，其特征在于，所述控制器，还用于将本次获得的所述电池模型的参数与前次获得的所述电池模型的参数进行比较，且将将本次获得的所述电池模型的参数与所述目标电池簇的电池模型的参数平均值进行比较，如果本次获得的所述电池模型的参数与前次获得的所述电池模型的参数的偏差大于预设范围，且本次获得的所述电池模型的参数与所述参数平均值的偏差大于预设范围，则所述目标电池簇的电池模型对应的电池进行报警。
9.根据权利要求1-6任一项所述的系统，其特征在于，所述控制器，具体用于所述储能系统进行调峰且所述目标电池簇处于满电或空电的空闲期，控制所述目标电池簇对应连接的DC/DC变流器向所述目标电池簇注入所述检测电流；所述目标电池簇处于满电时，所述检测电流为放电电流；所述目标电池簇处于空电时，所述检测电流为充电电流。
10.根据权利要求1-7任一项所述的系统，其特征在于，所述控制器，具体用于所述储能系统进行调频且处于空闲期补充所述目标电池簇的电量至预设荷电状态，控制所述目标电池簇对应连接的DC/DC变流器向所述目标电池簇注入所述检测电流。
11.一种储能系统的检测方法，其特征在于，所述储能系统包括：多个电池簇和多个直流/直流DC/DC变流器，所述多个DC/DC变流器与所述多个电池簇一一对应；所述多个电池簇中的每个电池簇通过对应的DC/DC变流器连接直流母线，所述多个电池簇包括作为被检测对象的目标电池簇和其余电池簇；
该方法包括：
控制所述多个DC/DC变流器中与所述目标电池簇对应连接的DC/DC变流器向所述目标电池簇中注入检测电流，所述检测电流来源于所述多个电池簇中除所述目标电池簇以外的全部或部分其余电池簇；
根据所述检测电流引起所述目标电池簇的电压变化获得所述目标电池簇的参数，所述参数至少包括所述目标电池簇中电池的欧姆内阻、极化内阻和极化电容中的一项或多项。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述目标电池簇的参数为所述目标电池簇的电池模型的参数；所述电压变化包括所述目标电池簇中电池的开路电压的变化和端口电压的变化；
所述根据所述检测电流引起的变化电压获得所述目标电池簇的电池模型的参数，具体包括：
所述检测电流消失前或消失后，根据所述目标电池簇中电池的开路电压的多个变化值和端口电压的多个变化值获得所述电池模型的参数。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标电池簇中电池的开路电压的多个变化值和端口电压的多个变化值获得所述电池模型的参数，具体包括：
根据所述目标电池簇中电池的开路电压的多个变化值和端口电压的多个变化值进行曲线拟合，根据拟合得到的曲线获得所述电池模型的参数；所述曲线通过遗传算法或最小二乘法进行拟合。
14.根据权利要求11-13任一项所述的方法，其特征在于，所述电池模型包括以下任意一种：Rint模型、Thevenin模型、PNGV模型或二阶RC电路模型。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：
将本次获得的所述电池模型的参数与前次获得的所述电池模型的参数进行比较，如果本次获得的所述电池模型的参数与前次获得的所述电池模型的参数的偏差在预设范围内，则更新所述目标电池簇的电池模型的参数；如果本次获得的所述电池模型的参数与前次获得的所述电池模型的参数的偏差大于所述预设范围，则对所述目标电池簇的电池模型对应的电池进行报警；
或，
将本次获得的所述电池模型的参数与本次所述目标电池簇的电池模型的参数平均值进行比较，如果本次所述电池模型的参数与所述参数平均值的偏差在预设范围内，则更新所述目标电池簇的电池模型的参数；如果本次所述电池模型的参数与所述参数平均值的偏差大于所述预设范围，则对所述目标电池簇的电池模型对应的电池进行报警；
或，
将本次获得的所述电池模型的参数与前次获得的所述电池模型的参数进行比较，且将将本次获得的所述电池模型的参数与所述目标电池簇的电池模型的参数平均值进行比较，如果本次获得的所述电池模型的参数与前次获得的所述电池模型的参数的偏差大于预设范围，且本次获得的所述电池模型的参数与所述参数平均值的偏差大于预设范围，则所述目标电池簇的电池模型对应的电池进行报警。
16.根据权利要求11-15任一项所述的方法，其特征在于，所述控制所述多个DC/DC变流器中与所述目标电池簇对应连接的DC/DC变流器向所述目标电池簇中注入检测电流，具体包括：
储能系统进行调峰且所述目标电池簇处于满电或空电的空闲期，控制所述目标电池簇对应连接的DC/DC变流器向所述目标电池簇注入检测电流；所述目标电池簇处于满电时，所述检测电流为放电电流；所述目标电池簇处于空电时，所述检测电流为充电电流。
17.根据权利要求11-16任一项所述的方法，其特征在于，所述控制所述多个DC/DC变流器中与所述目标电池簇对应连接的DC/DC变流器向所述目标电池簇中注入检测电流，具体包括：
储能系统进行调频且处于空闲期补充所述目标电池簇的电量至预设荷电状态，控制所述目标电池簇对应连接的DC/DC变流器向所述目标电池簇注入检测电流。
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