CN116718942A - 储能锂电池衰减程度估算方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供储能锂电池衰减程度估算方法及系统，方法包括：包括：在不同温度环境下，对测试锂电池进行加速寿命测试和压压差测试，得到测试锂电池不同衰减程度对应的压差；根据测试锂电池不同衰减程度对应的压差值，建立衰减程度‑压差模型；根据采集的待检锂电池的压差和待检锂电池工作环境的温度，利用所述衰减程度‑压差模型估算待检锂电池的衰减程度。通过分析不同衰减程度的储能锂电池的压差曲线及压差的数据，建立衰减程度‑压差模型，在不破坏电池结构的前提下，利用待检锂电池的压差即可估算待检锂电池的衰减程度。本发明解决了衰减程度检测效率低，导致结果实时性较差的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及储能电池技术领域，具体涉及储能锂电池衰减程度估算方法及系统。
背景技术
随着储能领域的快速增长，储能锂电池衰减问题日益受到人们的关注。对储能锂电池衰减程度的监控和测试是一个非常复杂的过程，目前，储能锂电池衰减程度估算的一般过程是：首先通过得到锂电池的容量参数和寿命的递减规律，然后根据锂电池的容量参数和寿命的递减规律计算出锂电池当前的衰减程度。公布号为CN116381541A的现有发明专利申请文献《一种储能锂电池系统的健康评估方法及系统》，该方法包括：采集目标储能锂电池的指标参数信息；获取储能锂电池使用日志；建立电池健康评估模型；基于所述储能锂电池使用日志与储能锂电池老化机理，设置循环使用老化指标集；使用Simulink，构建老化仿真模型；进行老化程度模拟，获取电池老化模拟评估结果；判断是否跳入充放电循环；若跳入充放电循环，将所述电池老化模拟评估结果作为约束信息，导入所述电池健康评估模型；进行电池健康评估，获取电池健康评估结果。以及公布号为CN116068446A的现有发明专利申请文献《锂电池健康状态估算方法》该方法包括如下步骤：获取t时刻及t-1时刻下的电池的荷电状态；计算Δt时间内K值与评价系数m，当m<0时，当m>0时，Δt为t时刻与t-1时刻之间的时间差，Δy为Δt内电池的荷电状态变化量；判断K＞n是否成立，若成立，则说明存在锂电池健康问题。该现有方案中，该现有申请文献中的测算模型的构建方法为：获取电池的寿命衰减数据；根据寿命衰减数据构建电池的特征变量并计算容量数据序列；基于最小二乘法拟合所述容量数据序列和特征变量，构建相关模型。其中，充放电数据和寿命衰减数据包括以下参数：充放电过程中，电池的电压、电流、内阻和温度。前述现有的估算方法存在着严重的缺陷：由于需要长时间的循环寿命测试才能得到锂电池的容量，使得无法实时有效的估算锂电池衰减程度，因此利用锂电池容量来估算电池的衰减程度具有很大的局限性。
综上，现有技术存在衰减程度检测效率低，导致结果实时性较差的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有技术中衰减程度检测效率低，导致结果实时性较差的技术问题。
本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：储能锂电池衰减程度估算方法包括：
S1、在不同温度环境下，对待检测锂电池进行加速寿命测试以及压差测试，得到在不同衰减程度下，待检测锂电池对应的压差值，据以构建锂电池压差曲线数据库；
S2、根据锂电池压差曲线数据库中，不同衰减程度对应的压差值，建立衰减-压差模型；
S3、根据采集的待检测锂电池的压差和待检测锂电池工作环境的温度，利用衰减程度-压差模型，估算待检测锂电池的衰减程度。
本发明通过分析不同衰减程度的储能锂电池的压差曲线及压差的数据，建立衰减程度-压差模型，在不破坏电池结构的前提下，利用待检锂电池的压差即可估算待检锂电池的衰减程度，具有普适性和实施性，适于大力推广使用。
在更具体的技术方案中，步骤S1中，采用浮充搁置+大倍率充放特定充放策略，加速测试锂电池的衰减，得到不同温度及循环周数的电压曲线，据以构建锂电池压差曲线数据库。
在更具体的技术方案中，步骤S1中，在不同温度环境下，对至少3个测试锂电池，进行加速寿命测试以及压差测试，以得到至少3个待检测锂电池的不同衰减程度对应的压差曲线。
在更具体的技术方案中，压差曲线对应不少于2种衰减程度。
在更具体的技术方案中，步骤S1中，通过分析电压差曲线进行分析，得到测试锂电池在不同衰减程度下，对应的压差值。
在更具体的技术方案中，步骤S1包括：
S11、计算不同温度及循环周数下，待检测电池的充电电压V1、放电电压V2；
S12、根据充电电压V1、放电电压V2，处理得到不同温度和循环周数的压差曲线；
S13、将不同衰减程度的待检测锂电池的压差曲线，作为基础压差曲线谱，放入预置压差曲线数据库，据以建立不同衰减程度的锂电池压差曲线数据库。
在更具体的技术方案中，步骤S11中，利用下述逻辑，处理得到充电电压及放电电压的压差曲线包括：
V1＝E1/C1
V2＝E2/C2
式中，E1为充电能量、C1为充电容量，E2为放电电能量、C2为放电容量。
在更具体的技术方案中，步骤S12中，利用下述逻辑，处理得到压差曲线：
λ＝V1-V2。
在更具体的技术方案中，步骤S2中，利用下述逻辑建立衰减程度-压差模型：
式中，Qloss为衰减程度，λ为压差，T为待检锂电池工作环境的温度，A为待检锂电池压差的初始值，B、C、D为拟合得到的常数。
本发明相对于背景技术中的现有技术，储能系统运行过程中压差、温度数据可以实时通过BMS监测到的，有了衰减-压差模型后，可以随时计算出锂离子电池衰减的程度，可以实时监控，提升了电池衰减程度检测的时效性。
在更具体的技术方案中，储能锂电池衰减程度估算系统包括：
压差曲线数据库构建模块，用以在不同温度环境下，对待检测锂电池进行加速寿命测试以及压差测试，得到在不同衰减程度下，待检测锂电池对应的压差值，据以构建锂电池压差曲线数据库；
模型构建模块，用以根据锂电池压差曲线数据库中，不同衰减程度对应的压差值，建立衰减-压差模型，模型构建模块与压差曲线数据库构建模块连接；
衰减程度估算模块，用以根据采集的待检测锂电池的压差和待检测锂电池工作环境的温度，利用衰减程度-压差模型，估算待检测锂电池的衰减程度，衰减程度估算模块与模型构建模块连接。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明通过分析不同衰减程度的储能锂电池的压差曲线及压差的数据，建立衰减程度-压差模型，在不破坏电池结构的前提下，利用待检锂电池的压差即可估算待检锂电池的衰减程度，具有普适性和实施性，适于大力推广使用。
本发明相对于背景技术中的现有技术，储能系统运行过程中压差、温度数据可以实时通过BMS监测到的，有了衰减-压差模型后，可以随时计算出锂离子电池衰减的程度，可以实时监控，提升了电池衰减程度检测的时效性。
本发明解决了现有技术中存在的衰减程度检测效率低，导致结果实时性较差的技术问题。
附图说明
图1为本发明实施例1的储能锂电池衰减程度估算方法基本步骤示意图；
图2为本发明实施例1的储能锂电池衰减程度估算方法数据流处理示意图；
图3为本发明实施例2的储能锂电池衰减程度估算方法基本实施步骤示意图；
图4为本发明实施例2的容量标定具体步骤示意图；
图5为本发明实施例2的充放电循环具体步骤示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1及图2所示，本发明提供的储能锂电池衰减程度估算方法，包括以下基本步骤：
S1、在不同温度环境下，对待检测锂电池进行加速寿命测试和压差测试，得到待检测锂电池不同衰减程度对应的压差值；
在本实施例中，根据测试锂电池的循环寿命测试标准，加速测试锂电池的衰减。
在本实施例中，采用浮充搁置+大倍率充放加速测试锂电池的衰减，得到不同温度和循环周数的电压曲线。
在本实施例中，在不同温度环境下对至少三个测试锂电池进行加速寿命测试和压差测试，得到不同温度环境下至少三个测试锂电池不同衰减程度对应的压差曲线。对测试锂电池不同衰减程度的电压差曲线进行分析，得到测试锂电池不同衰减程度对应的压差值。在本实施例中，前述不同温度包括但不限于：25℃，45℃以及55℃；
在本实施例中，计算不同温度下和循环周数下充电电压V1和放电电压V2,通过λ＝V1-V2得到不同温度和循环周数的压差曲线。
在本实施例中，前述压差曲线包括：V1＝E1/C1,V2＝E2/C2。其中，E1：充电能量、C1:充电容量，E2：放电电能量、C2:放电容量。
在本实施例中，将不同衰减程度的储能锂电池的压差曲线作为基础压差曲线谱，放入压差曲线数据库，建立不同衰减程度的锂电池压差曲线数据库。
S2、根据待检测锂电池不减程度对应的压差值，建立衰减-压差模型；
在本实施例中，衰减-压差模型的数理逻辑原理是锂离子电池衰减过程中充放电曲线的平均电压会发生变化，充电平均电压增大，放电平均电压减小。
在本实施例中，衰减程度-压差模型具体为：
其中，Qloss为衰减程度，λ为压差，T为待检锂电池工作环境的温度，A为待检锂电池压差的初始值，B、C、D为拟合得到的常数；
S3、根据采集的待检测锂电池的压差和待检测锂电池工作环境的温度，利用所述衰减程度-压差模型估算待检测锂电池的衰减程度。
本实施例中结合加速寿命试验和压差测试对锂电池进行测试的具体过程是指：根据锂电池的循环寿命测试标准，加速测试锂电池的衰减过程，并在锂电池的衰减过程中，对不同衰减程度的锂电池进行压差测试，采集不同衰减程度的锂电池的压差谱图。
实施例2
如图3所示，在本实施例中，以对磷酸铁锂LiFePO4锂电池进行循环寿命测试和压差测试为例，实施本发明提供的储能锂电池衰减程度估算方法：
S1’、选取待检测锂电池；
在本实施例中，选择3只102Ah的LiFePO4锂电池；
S2’、进行容量标定操作；
如图4所示，在本实施例中，容量标定操作的步骤S2’还包括以下具体步骤：
S21’、在25℃室温环境中，电池先以循环倍率为1C即102A的电流放电至2.5V，搁置1个小时，然后以51A电流恒流充电至3.65V，转恒压充电，至充电电流降至0.65A后停止充电,充电结束后进行浮充72小时；
S22’、在25℃室温环境中，电池以102A电流恒流放电至2.5V；
S23’、计算放电容量，以Ah计算，然后重复前述操作三次，取三次放电容量的平均值作为该电池的初始容量Q0。
S3’、压差测试；
S4’、不同温度环境下，进行1C充放电循环，循环N周；
如图5所示，在本实施例中，充放电循环的步骤S4’中，把三只LiFePO4锂电池放置在三个不同温度即25℃，45℃，55℃的恒温箱内，进行循环寿命测试，其具体步骤包括：
S41’、电池以102A电流恒流放电至2.5V；
S42’、以102A电流恒流充电至3.65V，转恒压充电，至充电电流降至0.65A后停止充电，浮充72小时；
S43’、重复步骤d～e，循环N周，计算放电容量QN，以Ah计。
S5’、计算容量变化率(Change Rate)，CR％＝(Q0－QN)/Q0，以容量保持率变化5％为步长，重复前述步骤S3’及步骤S4’。
S6、判断容量保持率是否大于80％，大于80％，则重复前述步骤S3’及步骤S5’，小于80％，则结束实验。
如此，便可采集到三只LiFePO4锂电池在不同衰减程度时对应的压差谱图，计算不同温度下和循环周数下充电电压V1和放电电压V2,通过λ＝V1-V2得到不同温度和循环周数的压差曲线，具体包括：V1＝E1/C1,V2＝E2/C2,其中E1：充电能量、C1:充电容量，E2：放电电能量、C2:放电容量，得到不同温度环境下锂电池不同衰减程度时的压差值，如表1所示：
表1
根据表1中的数据，建立衰减程度-压差模型为：
将采集到的待检锂电池的压差和工作环境温度代入公式即可计算出待检锂电池的衰减程度。
综上，本发明通过分析不同衰减程度的储能锂电池的压差曲线及压差的数据，建立衰减程度-压差模型，在不破坏电池结构的前提下，利用待检锂电池的压差即可估算待检锂电池的衰减程度，具有普适性和实施性，适于大力推广使用。
本发明相对于背景技术中的现有技术，储能系统运行过程中压差、温度数据可以实时通过BMS监测到的，有了衰减-压差模型后，可以随时计算出锂离子电池衰减的程度，可以实时监控，提升了电池衰减程度检测的时效性。
本发明解决了现有技术中存在的衰减程度检测效率低，导致结果实时性较差的技术问题。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.储能锂电池衰减程度估算方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、在不同温度环境下，对待检测锂电池进行加速寿命测试以及压差测试，得到在不同衰减程度下，所述待检测锂电池对应的压差值，据以构建锂电池压差曲线数据库；
S2、根据所述锂电池压差曲线数据库中，所述不同衰减程度对应的压差值，建立衰减-压差模型；
S3、根据采集的待检测锂电池的压差和待检测锂电池工作环境的温度，利用所述衰减程度-压差模型，估算待检测锂电池的衰减程度。
2.根据权利要求1所述的储能锂电池衰减程度估算方法，其特征在于，所述步骤S1中，采用浮充搁置+大倍率充放特定充放策略，加速测试锂电池的衰减，得到不同温度及循环周数的电压曲线，据以构建锂电池压差曲线数据库。
3.根据权利要求1所述的储能锂电池衰减程度估算方法，其特征在于，所述步骤S1中，在所述不同温度环境下，对至少3个测试锂电池，进行所述加速寿命测试以及所述压差测试，以得到至少3个待检测锂电池的不同衰减程度对应的压差曲线。
4.根据权利要求3所述的储能锂电池衰减程度估算方法，其特征在于，所述压差曲线对应不少于2种衰减程度。
5.根据权利要求1所述的储能锂电池衰减程度估算方法，其特征在于，所述步骤S1中，通过分析所述电压差曲线进行分析，得到所述测试锂电池在不同衰减程度下，对应的压差值。
6.根据权利要求1所述的储能锂电池衰减程度估算方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
S11、计算不同温度及循环周数下，所述待检测电池的充电电压V1、放电电压V2；
S12、根据所述充电电压V1、放电电压V2，处理得到所述不同温度和所述循环周数的压差曲线；
S13、将不同衰减程度的所述待检测锂电池的所述压差曲线，作为基础压差曲线谱，放入预置压差曲线数据库，据以建立不同衰减程度的所述锂电池压差曲线数据库。
7.根据权利要求6所述的储能锂电池衰减程度估算方法，其特征在于，所述步骤S11中，利用下述逻辑，处理得到所述充电电压及所述放电电压的压差曲线包括：
V1＝E1/C1
V2＝E2/C2
式中，E1为充电能量、C1为充电容量，E2为放电电能量、C2为放电容量。
8.根据权利要求6所述的储能锂电池衰减程度估算方法，其特征在于，所述步骤S12中，利用下述逻辑，处理得到所述压差曲线：
λ＝V1-V2。
9.根据权利要求1所述的储能锂电池衰减程度估算方法，其特征在于，所述步骤S2中，利用下述逻辑建立所述衰减程度-压差模型：
式中，Qloss为衰减程度，λ为压差，T为待检锂电池工作环境的温度，A为待检锂电池压差的初始值，B、C、D为拟合得到的常数。
10.储能锂电池衰减程度估算系统，其特征在于，所述系统包括：
压差曲线数据库构建模块，用以在不同温度环境下，对待检测锂电池进行加速寿命测试以及压差测试，得到在不同衰减程度下，所述待检测锂电池对应的压差值，据以构建锂电池压差曲线数据库；
模型构建模块，用以根据所述锂电池压差曲线数据库中，所述不同衰减程度对应的压差值，建立衰减-压差模型，所述模型构建模块与所述压差曲线数据库构建模块连接；
衰减程度估算模块，用以根据采集的待检测锂电池的压差和待检测锂电池工作环境的温度，利用所述衰减程度-压差模型，估算待检测锂电池的衰减程度，所述衰减程度估算模块与所述模型构建模块连接。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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