CN118117715A - 一种储能单元的全生命周期管理系统 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种储能单元的全生命周期管理系统，包括采集模块、库存管控模块、质量管控模块、储能电池生产模块、生命周期分析模块、能源管控模块、环境监测模块、报废处理模块和数据分析模块；采集模块用于采集库存管控模块、质量管控模块、储能电池生产模块、生命周期分析模块、能源管控模块、环境监测模块和报废处理模块的质量信息；数据分析模块获取采集模块采集的质量信息，用于对储能电池的质量信息进行整理和分析，并生成报告。本公开的系统不仅实现了对储能电池全方位、精细化的管理，更在提升电池利用效率与可靠性方面发挥了关键作用，相较于仅局限于部分功能的管理系统，该系统更有利于实现电池的智能化管理、性能优化和资源最大化利用。
Description
技术领域
本公开涉及储能电池技术领域，具体涉及一种储能单元的全生命周期管理系统。
背景技术
随着可再生能源技术的飞速发展，储能技术已经崛起为能源存储与调度领域中的核心支柱。然而，储能电池的寿命管理与性能优化问题逐渐浮现，成为阻碍其更广泛应用的重要障碍。目前，大多数储能电池管理系统功能相对单一，仅限于实现某些局部功能，缺乏对电池从生产到报废全生命周期的综合管理与优化，这种局限性不仅影响了储能系统的整体性能，也制约了可再生能源的可持续利用。因此，我们迫切需要深入研究并改进储能电池管理系统，以实现电池全生命周期的综合管理与优化，推动可再生能源的进一步发展。
经检索可知，现有技术中，例如专利CN201911303456.4公开了一种电池生命周期管理系统及方法，电池全生命周期管理系统包括：登录模块、数据管理模块、系统管理模块、消息管理模块、其他功能模块、资源管理模块、告警管理模块、工单管理模块、报表管理模块、运营管理模块；所述的登录模块分别与数据管理模块、系统管理模块、消息管理模块以及其他功能模块相连接；所述的数据管理模块与资源管理模块、告警模块相连接；所述的告警模块与工单管理模块相连接；所述的工单管理模块分别与报表管理模块、运营管理模块相连接。上述电池全生命周期管理系统在实际应用中还存在以下缺陷：
虽然包含了多个模块，但是在生产环节的管理上可能较为薄弱，缺少专门针对模组生产过程的模块，可能导致对模组生产过程中的质量控制和工艺优化不够精细；并且对于电池的报废处理和再利用缺乏详细的策略和方案，随着电池报废量的增加，如何有效地回收和处理报废电池，以及实现资源的再利用，成为越来越重要的问题。
进一步的，还例如专利CN202211138423.0公开了一种基于容量增量法的动力电池全生命周期管理系统，包括数据筛选模块用于对采集的动力电池数据进行数据清洗，从持续的电压电流曲线中，截取出慢充片段作为后续容量增量法的基础数据；数据整理模块用于获取清洗后的动力电池数据并转化成容量增量曲线；本发明采用容量增量法对电池健康值实现在线监控；基于机器学习建模，获得电池健康度衰减的趋势信息；基于大数据分析的方法，引入电池静态信息与用户驾驶习惯等因素，最后分离出决定动力电池健康度与衰减趋势的决定性因素，对动力电池的真实健康度及估值进行修正，并相应提出维护保养的建议与价值评估；进一步提高电池生命周期管理效率。上述基于容量增量法的动力电池全生命周期管理系统在实际应用中还存在以下缺陷：
容量增量法可能对不同类型和结构的动力电池具有不同的适用性，某些特定类型的电池可能由于化学性质或结构特点，使得容量增量法的应用受到限制。因此，该系统的通用性和可扩展性可能受到一定限制，需要针对不同类型的电池进行定制和优化。
综上，全面管理储能电池从生产到报废的全生命周期管理系统不能仅仅局限于部分功能，要涵盖整个周期，并且对于部分功能还需要有合适的方法去实现，否则不利于实现电池的智能化管理、性能优化和资源最大化利用。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本公开目的在于提供一种储能单元的全生命周期管理系统。储能单元的全生命周期管理系统包括采集模块、库存管控模块、质量管控模块、储能电池生产模块、生命周期分析模块、能源管控模块、环境监测模块、报废处理模块和数据分析模块，使得该系统不仅实现了对储能电池全方位、精细化的管理，更在提升电池利用效率与可靠性方面发挥了关键作用，相较于仅局限于部分功能的管理系统，该系统更有利于实现电池的智能化管理、性能优化和资源最大化利用。
本公开所述的一种储能单元的全生命周期管理系统，包括采集模块、库存管控模块、质量管控模块、储能电池生产模块、生命周期分析模块、能源管控模块、环境监测模块、报废处理模块和数据分析模块；
所述采集模块用于采集所述库存管控模块、所述质量管控模块、所述储能电池生产模块、所述生命周期分析模块、所述能源管控模块、所述环境监测模块和所述报废处理模块的质量信息；
所述数据分析模块获取所述采集模块采集的质量信息，用于对储能电池的质量信息进行整理和分析，并生成报告。
优选地，所述库存管控模块对储能电池和电芯的库存情况进行管理，根据库存的变化设置库存预警，所述库存预警包括如下步骤：
设定高库存预警阈值和低库存预警阈值，所述高库存预警阈值和所述低库存预警阈值按照下列方式选取：
获取仓库内单个储能电池的体积V1和单个电芯的体积V2，储能电池的数量M1和电芯的数量M2，以及仓库的容积V3；
库存电池和电芯的总体积：Vz = M1*V1+M2*V2；
DH = X1*（V3*K1）
DL = X2*（V3*K1）
其中，X1和X2分别为高库存风险系数和低库存风险系数；K1为仓库空间最大可储存系数；
若DL ≤ Vz ≤ DH，则库存正常，维持原有状态；
若Vz ＞ DH，则库存为高库存状态，发出告警信息；
若Vz ＜ DL，则库存为低库存状态，发出告警信息。
优选地，所述质量管控模块包括对仓库内的电芯进行合格性测试，测试合格的电芯则进行分组放置于仓库内，测试不合格的电芯则移出仓库进行处理；
电芯的所述合格性测试包括以下步骤：
获取电芯的实际容量值Cs、实际内阻值RX和实际开路电压值OCVX，根据下列公式计算合格性系数H：
H = (RL-RX)*(OCVL-OCVX)
若Cs≥CL且H = [0，Hmax]，则电芯测试合格，并按照电芯Cs的值进行分组放置，将具有相同Cs值的电芯分成一组，以组的形式将测试合格的电芯放置于仓库内；
若Cs＜CL和/或H ≠[0，Hmax]，则电芯测试不合格，将该电芯移出仓库进行处理；
其中，CL为电芯额定容量值；RL为理论内阻值；OCVL为理论开路电压值。
优选地，所述质量管控模块还包括对仓库内的储能电池进行质量抽检，所述质量抽检包括对储能电池的原材料质量检测、储能电池的生产工艺质量检测、以及储能电池的质量检测。
优选地，所述储能电池生产模块用于将多个电芯组装成储能电池，设置组装成储能电池所需的电芯数量为△N，储能电池的组装包括如下方式：
获取仓库内每一组电芯的数量N，根据每一组电芯的数量判断是否满足组装成储能电池数量；
若N ≥ △N，则满足组装储能电池的数量，以每△N个电芯进行储能电池组装；
若N ＜ △N，则不满足组装储能电池的数量，该组电芯不进行储能电池的组装。
优选地，所述储能电池生产模块还包括对组装完成的储能电池进行性能测试，所述性能测试包括以下步骤：
获取储能电池内每个电芯的电压值U1，以及所述性能测试过程中温度最高值WH和温度最低值WD;
设定储能电池内每个电芯的理论电压值范围为UL= [OCVC-△U，OCVC+△U]，以及储能电池的理论温差值范围为△WL = [0,△W];
若U1 =UL 且WH-WD= △WL，则该储能电池性能测试合格；
若U1 ≠UL 和/或WH-WD≠ △WL，则该储能电池性能测试不合格；
其中，OCVC为初始状态下电芯的开路电压值。
优选地，所述生命周期分析模块用于对储能电池的使用性能进行评估，性能评估包括以下步骤：
设定储能电池的单次使用周期为T和性能评估系数阈值△BPI，获取储能电池的实时内阻值RS、实时电流值is、实时温度值WS，以及在每一个时间间隔△t的开路电压值OCVS；
根据下列公式计算储能电池的性能评估系数BPI:
BPI = [α*HS+β*CDE+γ*TS]/HPS*（α+β+γ）
HS = b1*[100*(1-SocvS/Socvmax）]+b2*[100*（1-|Rs-RL|/△Rmax]+b3*[100*（1-|is-iL|/△imax）]
CDE = b4*[100*CES/CEL]+b5*[100*DES/DEL]
TS = 100*(1-△WS/△Wmax)
DES = 100%*Ef/EL
CES = 100% *EC/EL
其中，HS表示储能电池的健康状态得分值；CDE表示储能电池的充放电效率得分值；TS表示储能电池的温度稳定性得分值；HPS表示储能电池理论得分值；SocvS表示开路电压标准差；Socvmax表示开路电压最大标准差；RL表示理论内阻值；△Rmax表示最大内阻差值；iL表示理论电流值；△imax表示最大电流差值；CES表示实际充电效率；CEL表示理论充电效率；DES表示实际放电效率；DEL表示理论放电效率；△WS表示充放电过程中最大温度值和最小温度值的差；△Wmax表示最大温度差值；Ef表示放电电量；EL表示储能电池额定电量；EC表示充电电量；α、β、γ、b1、b2、b3、b4和b5均为权重系数，满足α+β+γ=1、b1+b2+b3=1和b4+b5= 1；△t＜T；
若BPI ＞ △BPI，则判断该储能电池性能为优；
若BPI = △BPI，则判断该储能电池性能为中等；
若BPI ＜ △BPI，则判断该储能电池性能为差。
优选地，所述报废处理模块对储能电池进行报废等级评估，所述报废等级评估包括以下步骤：
获取储能电池的实际循环次数Y，循环Y次后的内阻值RN，循环Y次后的容量值CN，循环Y次后的开路电压值OCVN，以及第Y次循环计算的性能评估系数BPI；
根据下列公式计算储能电池的报废等级评估系数BGI：
BGI = Q1*[1-Y/YL]+Q2*[1-CFR]+Q3*（R0/RN）+Q4*（OCVN/OCV0）+Q5*（BPI/△BPI）
CFR = 100%*（1-CN/C0）
其中，CFR表示储能电池容量衰减率；YL表示理论循环次数；R0表示储能电池初始的内阻值；OCV0表示储能电池初始的开路电压值；△BPI表示性能评估系数阈值；C0表示储能电池初始的容量值；Q1、Q2、Q3、Q4和Q5均为权重系数，满足Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=1；
若BGI ≥ 0.9，则该储能电池的报废等级为1级，表示各项性能良好，将该储能电池进行再利用处理；
若0.75≤BGI ＜ 0.9，则该储能电池的报废等级为2级 ，表示各项性能较好，将该储能电池进行回收处理；
若0.60≤BGI ＜ 0.75 ，则该储能电池的报废等级为3级 ，表示各项性能一般，将该储能电池进行回收处理；
若BGI ＜ 0.60；则该储能电池的报废等级为4级 ，表示各项性能差，将该储能电池进行安全报废处置。
优选地，所述能源管控模块用于对存在储能电池制定循环充放电策略、充放电限制策略和温度管控策略；
所述循环充放电策略包括深度充放电和浅充浅放电；
所述深度充放电用于存在容量降低的储能电池，以提高储能电池的容量；
所述浅充浅放电用于存在放电截止电压高于理论截止电压范围或者充电截止电压低于理论截止电压范围的储能电池，以控制充放电时的截止电压在理论截止电压范围内；
所述充放电限制策略包括过充限制保护和过放限制保护；
所述过充限制保护用于储能电池的充电过程，以防止储能电池过度充电；
所述过放限制保护用于储能电池的放电过程，以防止储能电池过度放电；
所述温度管控策略包括高温充放电限制保护和低温充放电限制保护，所述温度管控策略包括以下步骤：
设定储能电池在充放电过程的理论安全温度范围WQ=[WZD，WZH]，获取储能电池充电和放电过程的实时温度WCF；
若WCF＞WZH，则判断该储能电池的温度超过理论安全温度范围，并采用所述高温充放电限制保护控制储能电池的充电或者放电；
若WCF＜WZD，则判断该储能电池的温度低于理论安全温度范围，并采用所述低温充放电限制保护控制储能电池的充电或者放电。
优选地，所述环境监测模块包括对存储时储能电池的表面温度、表面湿度和重量进行实时监测，并通过所述采集模块采集所述环境监测模块监测到的电池温度数据W1、电池湿度数据H1和电池重量数据G1；
所述环境监测模块还包括对储能电池存储的环境进行温度和湿度实时监测，并通过所述采集模块采集所述环境监测模块监测到的环境温度数据W2和环境湿度数据H2；
设定存储时电池的表面温度理论最大值为a1*W2和理论最小值为a2*W2，电池的表面湿度理论最大值为a3*H2和理论最小值为a4*H2，电池的重量理论变化范围为[G0-△G,G0+△G]；
若a2*W2≤W1≤a1*W2，则该储能电池存储温度正常；
若W1＜a2*W2或W1＞a1*W2，则该储能电池存储温度异常，并发出告警信息，将该储能电池取出进行处理；
若a4*H2≤H1≤a3*H2，则该储能电池存储湿度正常；
若H1＜a4*H2或H1＞a3*H2，则该储能电池存储湿度异常，并发出告警信息，将该储能电池取出进行处理；
若G1=[G0-△G,G0+△G]，则该储能电池存储重量处于正常范围；
若G1≠[G0-△G,G0+△G]，则该储能电池存储重量变化异常，并发出告警信息，将该储能电池取出进行处理；
其中，G0为储能电池的理论重量；△G为储能电池的理论重量的偏差值；a1、a2、a3和a4均为修正系数。
本公开所述的一种储能单元的全生命周期管理系统，其优点在于：
1、本公开所述的一种储能单元的全生命周期管理系统包括采集模块、库存管控模块、质量管控模块、储能电池生产模块、生命周期分析模块、能源管控模块、环境监测模块、报废处理模块和数据分析模块；采集模块用于采集库存管控模块、质量管控模块、储能电池生产模块、生命周期分析模块、能源管控模块、环境监测模块和报废处理模块的质量信息；数据分析模块获取采集模块采集的质量信息，用于对储能电池的质量信息进行整理和分析，并生成报告。该系统不仅实现了对储能电池全方位、精细化的管理，更在提升电池利用效率与可靠性方面发挥了关键作用，相较于仅局限于部分功能的管理系统，该系统更有利于实现电池的智能化管理、性能优化和资源最大化利用。
2、本公开所述的一种储能单元的全生命周期管理系统通过设有的生命周期分析模块能对储能电池的使用性能进行评估，根据储能电池的各项参数计算储能电池的性能评估系数BPI，并根据BPI判断储能电池的性能。通过对储能电池性能的评估，可以及时发现潜在的性能问题，从而采取相应措施进行预防或修复，这不仅可以延长电池的使用寿命，提高利用效率，还可以减少因电池性能下降导致的系统故障和安全隐患，提高整个系统的可靠性；并且通过评估储能电池性能，可以避免不必要的电池更换和维修成本，及时发现并处理电池性能问题，还可以减少因电池故障导致的生产中断或设备损坏等额外成本。
3、本公开所述的一种储能单元的全生命周期管理系统通过设置的报废处理模块对储能电池进行报废等级评估，根据储能电池的不同情况划分等级，通过等级进行再利用、回收或者报废安全处理，这样能够最大化资源利用、降低成本、保护环境、降低安全风险，并推动储能电池产业的可持续发展。
附图说明
图1是本公开所述一种储能单元的全生命周期管理系统的原理框架图。
附图标记说明：
10-采集模块；
20-库存管控模块；
30-质量管控模块；
40-储能电池生产模块；
50-生命周期分析模块；
60-能源管控模块；
70-环境监测模块；
80-报废处理模块；
90-数据分析模块。
具体实施方式
如图1所示，本公开所述的一种储能单元的全生命周期管理系统，包括采集模块10、库存管控模块20、质量管控模块30、储能电池生产模块40、生命周期分析模块50、能源管控模块60、环境监测模块70、报废处理模块80和数据分析模块90；
采集模块10用于采集库存管控模块20、质量管控模块30、储能电池生产模块40、生命周期分析模块50、能源管控模块60、环境监测模块70和报废处理模块80的质量信息；
数据分析模块90获取采集模块10采集的质量信息，用于对储能电池的质量信息进行整理和分析，并生成报告。
进一步的，本实施例中，库存管控模块20对储能电池和电芯的库存情况进行管理，根据库存的变化设置库存预警，所述库存预警包括如下步骤：
设定高库存预警阈值和低库存预警阈值，高库存预警阈值和所述低库存预警阈值按照下列方式选取：
获取仓库内单个储能电池的体积V1和单个电芯的体积V2，储能电池的数量M1和电芯的数量M2，以及仓库的容积V3；
库存电池和电芯的总体积：Vz = M1*V1+M2*V2；
DH = X1*（V3*K1）
DL = X2*（V3*K1）
其中，X1和X2分别为高库存风险系数和低库存风险系数；K1为仓库空间最大可储存系数；
若DL ≤ Vz ≤ DH，则库存正常，维持原有状态；
若Vz ＞ DH，则库存为高库存状态，发出告警信息，并不再往该仓库放入储能电池和电芯；
若Vz ＜ DL，则库存为低库存状态，发出告警信息，并对于下一批次需要入库的储能电池和电芯优先放入该仓库内；
示例如下：
单个储能电池的体积V1=0.4（m3），单个电芯的体积V2=0.025（m3），仓库的容积V3 =20（m3），储能电池的数量M1=30，电芯的数量M2=100，X1=0.98，X2=0.08，K1=0.85；
则Vz =30*0.4+100*0.025=12+2.5=12.5；
DH =0.98*（20*0.85）= 16.66；
DL =0.08*（20*0.85）= 1.36；
所以DL= 1.36 ≤ Vz=12.5 ≤ DH= 16.66，则库存正常，维持原有状态。
进一步的，本实施例中，质量管控模块30包括对仓库内的电芯进行合格性测试，测试合格的电芯则进行分组放置于仓库内，测试不合格的电芯则移出仓库进行处理；
电芯的所述合格性测试包括以下步骤：
获取电芯的实际容量值Cs、实际内阻值RX和实际开路电压值OCVX，根据下列公式计算合格性系数H：
H = (RL-RX)*(OCVL-OCVX)
若Cs≥CL且H = [0，Hmax]，则电芯测试合格，并按照电芯Cs的值进行分组放置，将具有相同Cs值的电芯分成一组，以组的形式将测试合格的电芯放置于仓库内；
若Cs＜CL和/或H ≠[0，Hmax]，则电芯测试不合格，将该电芯移出仓库进行处理；
其中，CL为电芯额定容量值；RL为理论内阻值；OCVL为理论开路电压值；
示例如下：
电芯的实际容量值Cs=281（Ah），实际内阻值RX=5（Ω），开路电压值OCVX=3.1（V）；
电芯额定容量值CL=280（Ah），理论内阻值RL=5.2（Ω），理论开路电压值OCVL=3.2（V），Hmax=0.05；
H =（5.2-5）*（3.2-3.1）=0.02
则Cs=281（Ah）＞CL=280（Ah），且H=0.02 =[0，0.05]，则该电芯测试合格，并按照电芯Cs的值进行分组放置，将具有相同Cs值的电芯分成一组，以组的形式将测试合格的电芯放置于仓库内。
进一步的，本实施例中，质量管控模块30还包括对仓库内的储能电池进行质量抽检，质量抽检包括对储能电池的原材料质量检测、储能电池的生产工艺质量检测、以及储能电池的质量检测。
进一步的，本实施例中，储能电池生产模块40用于将多个电芯组装成储能电池，设置组装成储能电池所需的电芯数量为△N，储能电池的组装包括如下方式：
获取仓库内每一组电芯的数量N，根据每一组电芯的数量判断是否满足组装成储能电池数量；
若N ≥ △N，则满足组装储能电池的数量，以每△N个电芯进行储能电池组装；
若N ＜ △N，则不满足组装储能电池的数量，该组电芯不进行储能电池的组装；
组装成储能电池所需的电芯数量△N最优选择为△N=16，例如N=35，则每16个电芯组装成一个储能电池，35个电芯可组装成2个储能电池，多出的3个电芯则放回仓库储存。
进一步的，本实施例中，储能电池生产模块40还包括对组装完成的储能电池进行性能测试，所述性能测试包括以下步骤：
获取储能电池内每个电芯的电压值U1，以及性能测试过程中温度最高值WH和温度最低值WD;
设定储能电池内每个电芯的理论电压值范围为UL= [OCVC-△U，OCVC+△U]，以及储能电池的理论温差值范围为△WL = [0,△W];
若U1 =UL 且WH-WD= △WL，则该储能电池性能测试合格；
若U1 ≠UL 和/或WH-WD≠ △WL，则该储能电池性能测试不合格；性能测试不合格后续需要找出不合格的原因并进行处理，不合格的原因更多的是焊接异常，即电芯与采集板的焊接，如果是焊接异常，就会导致采集的电压有问题，对于焊接不良的电芯，需要重新补焊，补焊还不行的话，此储能电池就要进入维修流程了；
其中，OCVC为初始状态下电芯的开路电压值；
△U的最优取值为10（mV），△W的最优取值为2.5（℃)，初始状态下电芯的开路电压值OCVC=200（mV），例如储能电池内每个电芯的电压值U1均为205（mV），性能测试过程中温度最高值WH=38（℃）和温度最低值WD=36（℃）；
则UL= [190，210]，△WL = [0,2.5]；
U1 =205= [190，210] 且WH-WD=2= [0,2.5]，则该储能电池性能测试合格。
进一步的，本实施例中，生命周期分析模块50用于对储能电池的使用性能进行评估，性能评估包括以下步骤：
设定储能电池的单次使用周期为T和性能评估系数阈值△BPI，获取储能电池的实时内阻值RS、实时电流值is、实时温度值WS，以及在每一个时间间隔△t的开路电压值OCVS；
根据下列公式计算储能电池的性能评估系数BPI:
BPI = [α*HS+β*CDE+γ*TS]/HPS*（α+β+γ）
HS = b1*[100*(1-SocvS/Socvmax）]+b2*[100*（1-|Rs-RL|/△Rmax]+b3*[100*（1-|is-iL|/△imax）]
CDE = b4*[100*CES/CEL]+b5*[100*DES/DEL]
TS = 100*(1-△WS/△Wmax)
DES = 100%*Ef/EL
CES = 100% *EC/EL
其中，HS表示储能电池的健康状态得分值；CDE表示储能电池的充放电效率得分值；TS表示储能电池的温度稳定性得分值；HPS表示储能电池理论得分值；SocvS表示开路电压标准差；Socvmax表示开路电压最大标准差；RL表示理论内阻值；△Rmax表示最大内阻差值；iL表示理论电流值；△imax表示最大电流差值；CES表示实际充电效率；CEL表示理论充电效率；DES表示实际放电效率；DEL表示理论放电效率；△WS表示充放电过程中最大温度值和最小温度值的差；△Wmax表示最大温度差值；Ef表示放电电量；EL表示储能电池额定电量；EC表示充电电量；α、β、γ、b1、b2、b3、b4和b5均为权重系数，满足α+β+γ=1、b1+b2+b3=1和b4+b5= 1；△t＜T；
若BPI ＞ △BPI，则判断该储能电池性能为优；
若BPI = △BPI，则判断该储能电池性能为中等；
若BPI ＜ △BPI，则判断该储能电池性能为差；
示例如下：
周期T = 5（h），△t=0.5（h），性能评估系数阈值△BPI=1，储能电池理论得分值HPS=60，实时内阻值RS中最大内阻值RSmax=5（Ω），一个周期T的每一个时间间隔△t获得的OCVS值分别为：3.3（V）、3.2（V）、3.1（V）、3.1（V）、3.3（V）、3.1（V）、3.3（V）、3.2（V）、3.2（V）、3.3（V），实时电流值is中最大电流值ismax=2.8（A），实时温度值WS中最大温度值WSmax=38（℃）和最小温度值WSmin=36（℃），放电电量Ef=9.6（kW），充电电量EC=9.5（kW），α= 0.35，β=0.35，γ=0.3，b1=0.4，b2=0.3，b3=0.3，b4=0.5，b5=0.5；
开路电压最大标准差Socvmax=0.1，理论内阻值RL=5.5（Ω），最大内阻差值△Rmax=1（Ω），理论电流值iL=3（A），最大电流差值△imax=0.5（A），理论充电效率CEL=97%，理论放电效率DEL=97%，最大温度差值△Wmax=2.5（℃），储能电池额定电量EL=10（kW）；
SocvS的计算如下：
；
计算偏差：，则d1=0.09、d2=-0.01、d3=-0.11、d4=-0.11、d5=0.09、d6=-0.11、d7=0.09、d8=-0.01、d9=-0.01、d10=0.09；
计算偏差平方：d1 2=0.0081、d2 2=0.0001、d3 2=0.0121、d4 2=0.0121、d5 2=0.0081、d6 2=0.0121、d7 2=0.0081、d8 2=0.0001、d9 2=0.0001、d10 2=0.0081；
则，/>，计算得SOCVS=0.083；
HS =0.4*[100*（1-0.083/0.1）]+0.3*[100*（1-|5-5.5|/1）]+0.3*[100*（1-|2.8-3|/0.5）]=36.68+15+18=69.68；
DES = 100%*Ef/EL=100%*9.6/10=96%；
CES = 100% *EC/ELC=100%*9.5/10=95%；
CDE = 0.5*[100*95%/97%]+0.5*[100*96%/97%]=48.97+49.48=98.45;
△WS=WSmax-WSmin=38-36 = 2（℃）
TS = 100*(1-2/2.5)=20
则BPI=[0.35*69.68+0.35*98.45+0.3*20]/60*1=1.08
因此该储能电池的BPI＞ △BPI，则判断该储能电池性能为优。
进一步的，本实施例中，报废处理模块80对储能电池进行报废等级评估，报废等级评估包括以下步骤：
获取储能电池的实际循环次数Y，循环Y次后的内阻值RN，循环Y次后的容量值CN，循环Y次后的开路电压值OCVN，以及第Y次循环计算的性能评估系数BPI；
根据下列公式计算储能电池的报废等级评估系数BGI：
BGI = Q1*[1-Y/YL]+Q2*[1-CFR]+Q3*（R0/RN）+Q4*（OCVN/OCV0）+Q5*（BPI/△BPI）
CFR = 100%*（1-CN/C0）
其中，CFR表示储能电池容量衰减率；YL表示理论循环次数；R0表示储能电池初始的内阻值；OCV0表示储能电池初始的开路电压值；△BPI表示性能评估系数阈值；C0表示储能电池初始的容量值；Q1、Q2、Q3、Q4和Q5均为权重系数，满足Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=1；
若BGI ≥ 0.9，则该储能电池的报废等级为1级，表示各项性能良好，将该储能电池进行再利用处理；
若0.75≤BGI ＜ 0.9，则该储能电池的报废等级为2级 ，表示各项性能较好，将该储能电池进行回收处理；
若0.60≤BGI ＜ 0.75 ，则该储能电池的报废等级为3级 ，表示各项性能一般，将该储能电池进行回收处理；
若BGI ＜ 0.60；则该储能电池的报废等级为4级 ，表示各项性能差，将该储能电池进行安全报废处置；
对于计算储能电池的报废等级评估系数BGI中选择了循环次数、内阻、容量衰减率、开路电压和性能评估系数进行计算；
电池的循环次数是一个重要的评估参数，循环次数过多可能导致电池容量下降、内阻增加等问题，影响电池的性能和安全性；
电池容量随着使用时间的增加会逐渐衰减，容量衰减率可以用来评估电池的使用寿命和性能状况；
电池的内阻影响其放电性能和稳定性，内阻过高可能导致电池放电时产生过多热量，甚至引发安全问题；
开路电压反映了电池的电荷状态，随着电池使用时间的增加，开路电压可能会逐渐降低；
性能评估系数能反映储能电池的性能情况，使用过久的储能电池可能无法满足使用要求或行业标准；
对于报废等级分为4级，每一级的说明如下：
报废等级1级：储能电池性能良好，循环次数少，容量衰减率低，内阻稳定，开路电压正常，性能良好；
报废等级2级：储能电池性能较好，循环次数较多但仍在设计寿命范围内，容量衰减率适中，内阻略有增加，开路电压略有下降，性能仍可接受；
报废等级3级：储能电池性能一般，循环次数较多已接近或超过设计寿命，容量衰减率较高，内阻显著增加，开路电压较低，性能有所下降；
报废等级4级：储能电池性能较差，循环次数过多已超过设计寿命，容量衰减率严重，内阻大幅增加，开路电压大幅下降，性能严重受损；
示例如下：
储能电池的实际循环次数Y = 80（次），循环Y次后的内阻值RN=6（Ω），循环Y次后的容量值CN=260（Ah），循环Y次后的开路电压值OCVN=2.8（V），第Y次循环计算的性能评估系数BPI=0.90；
理论循环次数YL=100（次），储能电池初始的内阻值R0=5.5（Ω），储能电池初始的开路电压值OCV0=3.2（V），储能电池初始的容量值C0=280（Ah），评估系数阈值△BPI=1，Q1=0.2，Q2=0.2，Q3=0.2，Q4=0.2，Q5=0.2；
CFR = 100%*（1-260/280）=7.14%；
BGI=0.2*[1-80/100]+0.2*[1-7.14%]+0.2*(5.5/6)+0.2*(2.8/3.2)+0.2*(0.90/1)=0.04+0.19+0.18+0.18+0.18=0.77;
0.9＞BGI=0.77＞0.75，则该储能电池的报废等级为2级 ，表示各项性能较好，将该储能电池进行回收处理。
进一步的，本实施例中，能源管控模块60用于对储能电池制定循环充放电策略、充放电限制策略和温度管控策略；
循环充放电策略包括深度充放电和浅充浅放电；
深度充放电用于存在容量降低的储能电池，以提高储能电池的容量；
浅充浅放电用于存在放电截止电压高于理论截止电压范围或者充电截止电压低于理论截止电压范围的储能电池，以控制充放电时的截止电压在理论截止电压范围内；
对储能电池定期进行深度充放电，能够恢复储能电池的容量和性能，因为在储能电池正常的寿命期间，当存在容量降低的情况时，使用深度充放电，能激活储能电池内部长期没有参与反应的物质，提高容量；浅充浅放就是正常情况下使用时，储能电池存在放电截止电压高于理论截止电压范围或者充电截止电压低于截止电压范围，这时就控制充放电的截止电压，例如理论的截止电压为2.5-3.65（V），则使用时控制截止电压的范围就在2.7–3.5（V）；
充放电限制策略包括过充限制保护和过放限制保护；
过充限制保护用于储能电池的充电过程，以防止储能电池过度充电；
过放限制保护用于储能电池的放电过程，以防止储能电池过度放电；
具体的，过充限制保护用于限制储能电池的充电电流和电压，以防止储能电池过充；过放限制保护用于限制储能电池的放电深度，以防止储能电池过度放电而损坏；
温度管控策略包括高温充放电限制保护和低温充放电限制保护，温度管控策略包括以下步骤：
设定储能电池在充放电过程的理论安全温度范围WQ=[WZD，WZH]，获取储能电池充电和放电过程的实时温度WCF；
若WCF＞WZH，则判断该储能电池的温度超过理论安全温度范围，并采用高温充放电限制保护控制储能电池的充电或者放电；高温充电限制保护具体为对储能电池的温度进行实时监测，当充电或放电时温度超出安全范围时采取相应措施，如减少充电/放电电流或停止充电/放电
若WZF＜WZD，则判断该储能电池的温度低于理论安全温度范围，并采用低温充放电限制保护控制储能电池的充电或者放电；低温放电限制保护具体为对储能电池的温度进行实时监测，当充电或放电温度过低时，限制充电电流或者放电电流，以防止低温下储能电池性能下降或损坏；
WQ=[WZD，WZH]的最优取值为WQ=[-10，55]，单位℃。
进一步的，本实施例中，环境监测模块70包括对存储时储能电池的表面温度、表面湿度和重量进行实时监测，并通过采集模块10采集环境监测模块70监测到的电池温度数据W1、电池湿度数据H1和电池重量数据G1；
环境监测模块70还包括对储能电池存储的环境进行温度和湿度实时监测，并通过采集模块10采集环境监测模块70监测到的环境温度数据W2和环境湿度数据H2；
设定存储时电池的表面温度理论最大值为a1*W2和理论最小值为a2*W2，电池的表面湿度理论最大值为a3*H2和理论最小值为a4*H2，电池的重量理论变化范围为[G0-△G,G0+△G]；
若a2*W2≤W1≤a1*W2，则该储能电池存储温度正常；
若W1＜a2*W2或W1＞a1*W2，则该储能电池存储温度异常，并发出告警信息，将该储能电池取出进行处理；
若a4*H2≤H1≤a3*H2，则该储能电池存储湿度正常；
若H1＜a4*H2或H1＞a3*H2，则该储能电池存储湿度异常，并发出告警信息，将该储能电池取出进行处理；
若G1=[G0-△G,G0+△G]，则该储能电池存储重量处于正常范围；
若G1≠[G0-△G,G0+△G]，则该储能电池存储重量变化异常，并发出告警信息，将该储能电池取出进行处理；
其中，G0为储能电池的理论重量；△G为储能电池的理论重量的偏差值；a1、a2、a3和a4均为修正系数；
示例如下：
在t1时刻，电池温度W1=25（℃），电池湿度H1=21%，电池重量G1=5.36(kg），环境温度W2=27（℃），环境湿度H2=23%，储能电池的理论重量G0=5.34(kg），储能电池的理论重量的偏差值△G=0.3(kg），a1=1.2，a2=0.8，a3=1.1，a4=0.9；
则a2*W2=21.6≤W1=25≤a1*W2=32.4，则该储能电池存储温度正常；
a4*H2 = 20.7 ≤ H1=20% ≤ a3*H2=25.3%，则该储能电池存储湿度正常；
G1=5.36 = [5.34-0.3,5.34+0.3]= [5.14,5.64]，则该储能电池存储重量处于正常范围；
上述温度、湿度和重量变化均为正常的情况下，该储能电池保持原始状态存储在仓库内。
综上，储能单元的全生命周期管理系统包括采集模块、库存管控模块、质量管控模块、储能电池生产模块、生命周期分析模块、能源管控模块、环境监测模块、报废处理模块和数据分析模块，使得该系统不仅实现了对储能电池全方位、精细化的管理，更在提升电池利用效率与可靠性方面发挥了关键作用，相较于仅局限于部分功能的管理系统，该储能单元的全生命周期管理系统更有利于实现电池的智能化管理、性能优化和资源最大化利用。
在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本公开权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种储能单元的全生命周期管理系统，其特征在于，包括采集模块、库存管控模块、质量管控模块、储能电池生产模块、生命周期分析模块、能源管控模块、环境监测模块、报废处理模块和数据分析模块；
所述采集模块用于采集所述库存管控模块、所述质量管控模块、所述储能电池生产模块、所述生命周期分析模块、所述能源管控模块、所述环境监测模块和所述报废处理模块的质量信息；
所述数据分析模块获取所述采集模块采集的质量信息，用于对储能电池的质量信息进行整理和分析，并生成报告。
2.根据权利要求1所述储能单元的全生命周期管理系统，其特征在于，所述库存管控模块对储能电池和电芯的库存情况进行管理，根据库存的变化设置库存预警，所述库存预警包括如下步骤：
设定高库存预警阈值和低库存预警阈值，所述高库存预警阈值和所述低库存预警阈值按照下列方式选取：
获取仓库内单个储能电池的体积V1和单个电芯的体积V2，储能电池的数量M1和电芯的数量M2，以及仓库的容积V3；
库存电池和电芯的总体积：Vz = M1*V1+M2*V2；
DH = X1*（V3*K1）
DL = X2*（V3*K1）
其中，X1和X2分别为高库存风险系数和低库存风险系数；K1为仓库空间最大可储存系数；
若DL ≤ Vz ≤ DH，则库存正常，维持原有状态；
若Vz ＞ DH，则库存为高库存状态，发出告警信息；
若Vz ＜ DL，则库存为低库存状态，发出告警信息。
3.根据权利要求1所述储能单元的全生命周期管理系统，其特征在于，所述质量管控模块包括对仓库内的电芯进行合格性测试，测试合格的电芯则进行分组放置于仓库内，测试不合格的电芯则移出仓库进行处理；
电芯的所述合格性测试包括以下步骤：
获取电芯的实际容量值Cs、实际内阻值RX和实际开路电压值OCVX，根据下列公式计算合格性系数H：
H = (RL-RX)*(OCVL-OCVX)
若Cs≥CL且H = [0，Hmax]，则电芯测试合格，并按照电芯Cs的值进行分组放置，将具有相同Cs值的电芯分成一组，以组的形式将测试合格的电芯放置于仓库内；
若Cs＜CL和/或H ≠[0，Hmax]，则电芯测试不合格，将该电芯移出仓库进行处理；
其中，CL为电芯额定容量值；RL为理论内阻值；OCVL为理论开路电压值。
4.根据权利要求1所述储能单元的全生命周期管理系统，其特征在于，所述质量管控模块还包括对仓库内的储能电池进行质量抽检，所述质量抽检包括对储能电池的原材料质量检测、储能电池的生产工艺质量检测、以及储能电池的质量检测。
5.根据权利要求3所述储能单元的全生命周期管理系统，其特征在于，所述储能电池生产模块用于将多个电芯组装成储能电池，设置组装成储能电池所需的电芯数量为△N，储能电池的组装包括如下方式：
获取仓库内每一组电芯的数量N，根据每一组电芯的数量判断是否满足组装成储能电池数量；
若N ≥ △N，则满足组装储能电池的数量，以每△N个电芯进行储能电池组装；
若N ＜ △N，则不满足组装储能电池的数量，该组电芯不进行储能电池的组装。
6.根据权利要求5所述储能单元的全生命周期管理系统，其特征在于，所述储能电池生产模块还包括对组装完成的储能电池进行性能测试，所述性能测试包括以下步骤：
获取储能电池内每个电芯的电压值U1，以及所述性能测试过程中温度最高值WH和温度最低值WD;
设定储能电池内每个电芯的理论电压值范围为UL = [OCVC-△U，OCVC+△U]，以及储能电池的理论温差值范围为△WL = [0,△W];
若U1 =UL 且WH-WD = △WL，则该储能电池性能测试合格；
若U1 ≠UL 和/或WH-WD ≠ △WL，则该储能电池性能测试不合格；
其中，OCVC为初始状态下电芯的开路电压值。
7.根据权利要求1所述储能单元的全生命周期管理系统，其特征在于，所述生命周期分析模块用于对储能电池的使用性能进行评估，性能评估包括以下步骤：
设定储能电池的单次使用周期为T和性能评估系数阈值△BPI，获取储能电池的实时内阻值RS、实时电流值is、实时温度值WS，以及在每一个时间间隔△t的开路电压值OCVS；
根据下列公式计算储能电池的性能评估系数BPI:
BPI = [α*HS+β*CDE+γ*TS]/HPS*（α+β+γ）
HS = b1*[100*(1-SocvS/Socvmax）]+b2*[100*（1-|Rs-RL|/△Rmax]+b3*[100*（1-|is-iL|/△imax）]
CDE = b4*[100*CES/CEL]+b5*[100*DES/DEL]
TS = 100*(1-△WS/△Wmax)
DES = 100%*Ef/EL
CES = 100% *EC/EL
其中，HS表示储能电池的健康状态得分值；CDE表示储能电池的充放电效率得分值；TS表示储能电池的温度稳定性得分值；HPS表示储能电池理论得分值；SocvS表示开路电压标准差；Socvmax表示开路电压最大标准差；RL表示理论内阻值；△Rmax表示最大内阻差值；iL表示理论电流值；△imax表示最大电流差值；CES表示实际充电效率；CEL表示理论充电效率；DES表示实际放电效率；DEL表示理论放电效率；△WS表示充放电过程中最大温度值和最小温度值的差；△Wmax表示最大温度差值；Ef表示放电电量；EL表示储能电池额定电量；EC表示充电电量；α、β、γ、b1、b2、b3、b4和b5均为权重系数，满足α+β+γ=1、b1+b2+b3=1和b4+b5 = 1；△t＜T；
若BPI ＞ △BPI，则判断该储能电池性能为优；
若BPI = △BPI，则判断该储能电池性能为中等；
若BPI ＜ △BPI，则判断该储能电池性能为差。
8.根据权利要求7所述储能单元的全生命周期管理系统，其特征在于，所述报废处理模块对储能电池进行报废等级评估，所述报废等级评估包括以下步骤：
获取储能电池的实际循环次数Y，循环Y次后的内阻值RN，循环Y次后的容量值CN，循环Y次后的开路电压值OCVN，以及第Y次循环计算的性能评估系数BPI；
根据下列公式计算储能电池的报废等级评估系数BGI：
BGI = Q1*[1-Y/YL]+Q2*[1-CFR]+Q3*（R0/RN）+Q4*（OCVN/OCV0）+Q5*（BPI/△BPI）
CFR = 100%*（1-CN/C0）
其中，CFR表示储能电池容量衰减率；YL表示理论循环次数；R0表示储能电池初始的内阻值；OCV0表示储能电池初始的开路电压值；△BPI表示性能评估系数阈值；C0表示储能电池初始的容量值；Q1、Q2、Q3、Q4和Q5均为权重系数，满足Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=1；
若BGI ≥ 0.9，则该储能电池的报废等级为1级，表示各项性能良好，将该储能电池进行再利用处理；
若0.75≤BGI ＜ 0.9，则该储能电池的报废等级为2级 ，表示各项性能较好，将该储能电池进行回收处理；
若0.60≤BGI ＜ 0.75 ，则该储能电池的报废等级为3级 ，表示各项性能一般，将该储能电池进行回收处理；
若BGI ＜ 0.60；则该储能电池的报废等级为4级 ，表示各项性能差，将该储能电池进行安全报废处置。
9.根据权利要求1所述储能单元的全生命周期管理系统，其特征在于，所述能源管控模块用于对储能电池制定循环充放电策略、充放电限制策略和温度管控策略；
所述循环充放电策略包括深度充放电和浅充浅放电；
所述深度充放电用于存在容量降低的储能电池，以提高储能电池的容量；
所述浅充浅放电用于存在放电截止电压高于理论截止电压范围或者充电截止电压低于理论截止电压范围的储能电池，以控制充放电时的截止电压在理论截止电压范围内；
所述充放电限制策略包括过充限制保护和过放限制保护；
所述过充限制保护用于储能电池的充电过程，以防止储能电池过度充电；
所述过放限制保护用于储能电池的放电过程，以防止储能电池过度放电；
所述温度管控策略包括高温充放电限制保护和低温充放电限制保护，所述温度管控策略包括以下步骤：
设定储能电池在充放电过程的理论安全温度范围WQ=[WZD，WZH]，获取储能电池充电和放电过程的实时温度WCF；
若WCF＞WZH，则判断该储能电池的温度超过理论安全温度范围，并采用所述高温充放电限制保护控制储能电池的充电或者放电；
若WCF＜WZD，则判断该储能电池的温度低于理论安全温度范围，并采用所述低温充放电限制保护控制储能电池的充电或者放电。
10.根据权利要求1所述储能单元的全生命周期管理系统，其特征在于，所述环境监测模块包括对存储时储能电池的表面温度、表面湿度和重量进行实时监测，并通过所述采集模块采集所述环境监测模块监测到的电池温度数据W1、电池湿度数据H1和电池重量数据G1；
所述环境监测模块还包括对储能电池存储的环境进行温度和湿度实时监测，并通过所述采集模块采集所述环境监测模块监测到的环境温度数据W2和环境湿度数据H2；
设定存储时电池的表面温度理论最大值为a1*W2和理论最小值为a2*W2，电池的表面湿度理论最大值为a3*H2和理论最小值为a4*H2，电池的重量理论变化范围为[G0-△G,G0+△G]；
若a2*W2≤W1≤a1*W2，则该储能电池存储温度正常；
若W1＜a2*W2或W1＞a1*W2，则该储能电池存储温度异常，并发出告警信息，将该储能电池取出进行处理；
若a4*H2≤H1≤a3*H2，则该储能电池存储湿度正常；
若H1＜a4*H2或H1＞a3*H2，则该储能电池存储湿度异常，并发出告警信息，将该储能电池取出进行处理；
若G1=[G0-△G,G0+△G]，则该储能电池存储重量处于正常范围；
若G1≠[G0-△G,G0+△G]，则该储能电池存储重量变化异常，并发出告警信息，将该储能电池取出进行处理；
其中，G0为储能电池的理论重量；△G为储能电池的理论重量的偏差值；a1、a2、a3和a4均为修正系数。
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| CN202410509487.XA CN118117715A (zh) | 2024-04-26 | 2024-04-26 | 一种储能单元的全生命周期管理系统 |
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