CN117705196A - 一种储能空调温度故障诊断方法及储能设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于储能设备技术领域，尤其涉及一种储能空调温度故障诊断方法以及储能设备。本发明的方法根据储能堆簇与空调的空间分布，取样一部分单体电池，在电池管理系统端获取单体温度与电压数据，再获取电压一致性较好的单体，在特定工况下计算单体电池温度下降的速率，温降速率如果不满足设定条件，认为该储能单元内空调故障。该方法操作便捷、诊断结果可信度高。

Description

一种储能空调温度故障诊断方法及储能设备

技术领域

本发明属于储能设备技术领域，尤其涉及一种储能空调温度故障诊断方法以及储能设备。

背景技术

储能系统中空调的作用是对储能电池（组）进行散热，防止电池在充放电过程中产生的焦耳热对电池性能造成不可逆损害，或在较低的环境温度下制热，使锂电池在相对适宜的温度区内间工作。空调状态的良好性对储能安全及电池使用寿命具有重要意义，因此空调制温性能诊断是储能必要的诊断功能。传统的储能空调故障诊断主要基于空调各组件参数，判断相关参数在否偏离合理区间，如偏离则认为空调该组件产生故障。这种诊断方式效果不佳，因为空调内部组件相互关联，参数复杂，且不易准确获取。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种储能空调温度故障诊断方法，该方法，该方法具有操作便捷、诊断结果可信度高的特点。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种储能空调温度故障诊断方法，该方法包括以下的步骤：

1）取样

根据储能堆簇与空调的空间分布，在一个空间内一个取样簇中取一部分单体电池，在电池管理系统端获取这些单体电池的单体温度与电压数据，获取电压一致性良好的单体电池；

2）对电压一致性良好的单体电池进行温降速率分析

以单体电池满充瞬间时刻的温度为初始温度，分析单体电池搁置状态期间，在空调的作用下温度降至平衡温度所历经的时间；单体温降速率α如下定义：

；

上式中T_beg表示初始温度、T_end平衡温度、t表示初始温度降至平衡温度历经时间；

3）判断

设定一个温降速率阈值；若/>，诊断空调正常；否则诊断空调异常，应立即对空调检测、维护。

作为优选，在取样簇的不同层每个pack中随机抽取一节单体电池，抽中m节单体电池分别记为D1、D2、D3、D4……Dm；确定以上m节单体电池在相同工况电流下簇SOC从某一低点充到某一高点，或某一高点放至某一低点，并在充放电结束后转搁置、且搁置至电池温度不再发生变化的任一工况；记录各单体从满充瞬间到温度平衡期间温度与时长数据各单体温度数据形式如下：

T_list = [t1,t2,…,tn]。

作为优选，采用1C倍率对该储能充电，SOC低点为0，高点为100%，充电结束搁置4h工况。

作为优选，该方法还包括对以上m节单体电池进行电压一致性检测，剔除电压一致性差的单体；该方法包括以下的步骤：

1）从BMS获取以上单体电池在上述工况下SOC从0到满充期间内的电压数据，单位为毫伏，采样间隔为1秒钟，各单体电压数据如下：

V_list = [v1,v2,…,vn]

2）将V_list中数据10等分；记录每个等分点m个单体电池的电压采集值，不计SOC为0、100%时刻的点，第i（i=1,2,…9）个点电压采集值分别为

Ni = [n1,n2,n3,n4……nm]；

3）在第1个等分点n1处，对6节单体电池电压求平均电压，表示第1个等分点的单体平均电压

；

再将n1中各单体电压与作差并取绝对值，分别记为

n1 = [a1,a2,a3,a4……am]；

其他节点重复如上步骤得到9组数据，再对n1—n9列表同位置元素求和，得到电压差异列表v_dif

V_dif = [d1,d2,d3,d4……dm]；

4）根据单体电池差异性设置一个差异阈值d_c，V_dif中大于该阈值的元素的序号，即为要剔除的电压一致性较差的单体电池Di（i=1,…,m），否则不剔除。

作为优选，m为6-10。

作为优选，d_c为100mv或200mv。

作为优选，温降速率阈值取/>，/>表示/>中最小值，作为该簇对空调制温的响应。

进一步，本发明还公开了一种储能设备，该设备包括储能系统、储能空调和电池管理系统，所述的储能空调采用所述方法进行温度故障诊断。

进一步，本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现所述方法。

进一步，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或指令，该计算机程序或指令被处理器执行时实现所述方法。

本发明由于采用了上述的技术方案，根据储能堆簇与空调的空间分布，取样一部分单体电池，在电池管理系统端获取单体温度与电压数据，再获取电压一致性较好的单体，在特定工况下计算单体电池温度下降的速率，温降速率如果不满足设定条件，认为该储能单元内空调故障。该方法操作便捷、诊断结果可信度高。

附图说明

图1 本发明诊断方法流程图。

图2 本发明具体实施方式储能空间分布图。

具体实施方式

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查、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。给予本发明中的实施例，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。

本发明的设备需求：储能系统、性能良好的储能空调、电池管理系统（BMS）。本发明诊断方法流程如图1所示。

步骤1：以方体储能空间为例，空间内空调与电池簇、簇内电池pack的分布如图2所示。该储能空间内置一台空调A、9个电池簇B1-B9，簇与簇等间隔放置，每个簇有14个电池包P1-P14，电池包按垂直方向堆叠放置。

假定选择B1簇，在该簇的第1、4、7层每个pack中随机抽取一节单体电池，抽中6节单体电池分别记为D1、D2、D3、D4、D5、D6。确定以上6节单体电池在相同工况电流下（例如1C充电、0.5C放电等），簇SOC从某一低点充到某一高点，或某一高点放至某一低点，并在充放电结束后转搁置、且搁置至电池温度不再发生变化的任一工况。

这里以1C倍率对该储能充电，SOC低点为0，高点为100%，充电结束搁置4h工况为例。记录各单体从满充瞬间到温度平衡期间温度与时长数据（本实施例数据举例见表1，由于单体电池温度数据较多，且完整数据不进入计算，故本部份仅摘要显示作为说明），精度保留小数点后1位、采样间隔为1秒钟，各单体温度数据形式如下

T_list = [t1,t2,…,tn]。

步骤2：对以上6节单体电池进行电压一致性检测，剔除电压一致性较差的单体，以免对诊断结果产生不利影响，从BMS获取以上单体电池在上述工况下SOC从0到满充期间内的电压数据，单位为毫伏，采样间隔为1秒钟，各单体电压数据（本实施例数据举例见表2，由于单体电池温度数据较多，且完整数据不进入计算，仅Ni进入计算，故本部份仅摘要显示作为说明）如下

V_list = [v1,v2,…,vn]；

将V_list中数据10等分，记录每个等分点（不计SOC为0、100%时刻的点）6个单体电池的电压采集值，第i（i=1,2,…9）个点电压采集值（本实施例数据举例见表3）分别为

Ni = [n1,n2,n3,n4.n5,n6]；

在第1个等分点N1处，对6节单体电池电压求平均电压，表示第1个等分点的单体平均电压（本实施例数据举例见表4，即表3数据的各SOC时刻点内各单体电池电压数据平均值）

；

再将N1中各单体电压与作差并取绝对值，分别记为（本实施例数据举例见表4，即表3数据的各SOC时刻点内各单体电池电压数据平均值与各单体电池电压数据的绝对值）

n1 = [a1,a2,a3,a4,a5,a6]；

其他节点重复如上步骤得到9组数据，再对n1—n9列表同位置元素求和（对本实施例数据举例见表4中n1数组，按列求和），得到电压差异列表v_dif

V_dif = [d1,d2,d3,d4,d5,d6]；

根据单体电池差异性设置一个差异阈值d_c（例如d_c可取100mv、200mv等），V_dif中大于该阈值的元素的序号，即为要剔除的电压一致性较差的单体电池Di（i=1,…,6），否则不剔除。

步骤3：对上一步骤电压一致性良好的单体电池进行温降速率分析：以单体电池满充瞬间时刻的温度为初始温度，分析单体电池搁置状态期间，在空调的作用下温度降至平衡温度，即电池温度充分冷却，不再下降，所历经的时间。

假设上一步骤检测到5节单体电池电压一致性良好，分析这5节单体的温降速率（本实施例数据举例见表5，初始温度与表1相同），单体温降速率α如下定义

上式中T_beg表示初始温度、T_end平衡温度、t表示初始温度降至平衡温度历经时间。得到一个电池簇B1中5节单体的温降速率，再设定一个温降速率阈值/>，通常取/>，/>表示/>中最小值，作为该簇对空调制温的响应。认为其他空间中，与B1簇位置相同的簇所有单体电池的温降速率应不小于温降速率阈值，若满足此条件，诊断该单元空间空调正常；否则诊断空调异常，应立即对空调检测、维护。

基于以上技术对某储能电站空调进行制温性能诊断。测试对象：以储能A单元性能良好的空调温降速率数据为基准，检测其他5个单元同类型空调的故障状况（本实施例数据举例见表6，按照上述步骤计算获得，由于计算过程一致，故计算过程中数据省略，仅结果作为显示说明）。

该储能所有单元电池簇、簇内电池包、空调的分布与图1一致，在单元A内，选取B1簇的第1、4、7层每个pack随机抽取一节单体电池，分别记为D1、D2、D3、D4、D5、D6（详情步骤参考技术内容）。以下为数据带入公式过程。

表1温度与时长数据

表2 6节单体在上述工况的电压曲线数据

表3每10%SOC对应下各单体电压数据如下

表4计算各SOC点单体电压平均值、与均值的绝对差值

再将同一SOC点下偏差累加求和，即对n1数组按列求和，得到偏差列表

V_dif = [219.9,66.9,193.9,101.5,271.1,116.5]

将d_c设为240，剔除第5节电压一致性差的单体，用剩余5节单体电池D1、D2、D3、D4、D6的温度数据计算温降速率。

表5

步骤4：判断。温降速率阈值=0.0022，诊断其他5个单元室的储能空调，计算方式不变，温降速率与诊断结果如下表6。其中单元3中温降速率0.0020<0.0022，判断为异常，其他单元为正常。

表6

以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种储能空调温度故障诊断方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：

1）取样

根据储能堆簇与空调的空间分布，在一个空间内一个取样簇中取一部分单体电池，在电池管理系统端获取这些单体电池的单体温度与电压数据，获取电压一致性良好的单体电池；

2）对电压一致性良好的单体电池进行温降速率分析

以单体电池满充瞬间时刻的温度为初始温度，分析单体电池搁置状态期间，在空调的作用下温度降至平衡温度所历经的时间；单体温降速率α如下定义：

；

上式中T_beg表示初始温度、T_end平衡温度、t表示初始温度降至平衡温度历经时间；

3）判断

设定一个温降速率阈值；若/>，诊断空调正常；否则诊断空调异常，应立即对空调检测、维护。

2.根据权利要求1所述的一种储能空调温度故障诊断方法，其特征在于，在取样簇的不同层每个pack中随机抽取一节单体电池，抽中m节单体电池分别记为D1、D2、D3、D4……Dm；确定以上m节单体电池在相同工况电流下簇SOC从某一低点充到某一高点，或某一高点放至某一低点，并在充放电结束后转搁置、且搁置至电池温度不再发生变化的任一工况；记录各单体从满充瞬间到温度平衡期间温度与时长数据各单体温度数据形式如下：

T_list = [t1,t2,…,tn]。

3.根据权利要求1所述的一种储能空调温度故障诊断方法，其特征在于，所述温降速率阈值取/>，/>表示/>中最小值，作为该簇对空调制温的响应。

4.根据权利要求2所述的一种储能空调温度故障诊断方法，其特征在于，采用1C倍率对该储能充电，SOC低点为0，高点为100%，充电结束搁置4h工况。

5.根据权利要求2所述的一种储能空调温度故障诊断方法，其特征在于，该方法还包括对所述m节单体电池进行电压一致性检测，剔除电压一致性差的单体；该方法包括以下的步骤：

1）从BMS获取以上单体电池在上述工况下SOC从0到满充期间内的电压数据，单位为毫伏，采样间隔为1秒钟，各单体电压数据如下：

V_list = [v1,v2,…,vn]

2）将V_list中数据10等分；记录每个等分点m个单体电池的电压采集值，不计SOC为0、100%时刻的点，第i（i=1,2,…9）个点电压采集值分别为

Ni = [n1,n2,n3,n4……nm]；

3）在第1个等分点n1处，对6节单体电池电压求平均电压，表示第1个等分点的单体平均电压

；

再将n1中各单体电压与作差并取绝对值，分别记为

n1 = [a1,a2,a3,a4……am]；

其他节点重复如上步骤得到9组数据，再对n1—n9列表同位置元素求和，得到电压差异列表v_dif

V_dif = [d1,d2,d3,d4……dm]；

4）根据单体电池差异性设置一个差异阈值d_c，V_dif中大于该阈值的元素的序号，即为要剔除的电压一致性较差的单体电池Di（i=1,…,m），否则不剔除。

6.根据权利要求2或5所述的一种储能空调温度故障诊断方法，其特征在于，所述m的取值范围为6-10。

7.根据权利要求5所述的一种储能空调温度故障诊断方法，其特征在于，所述差异阈值d_c为100mv或200mv。

8.一种储能设备，该设备包括储能系统、储能空调和电池管理系统，其特征在于，所述的储能空调采用权利要求1-7任意一项所述的储能空调温度故障诊断方法进行温度故障诊断。