一种电池组串能量状态运行区间测量方法与流程

本发明涉及一种电池状态检测领域，具体涉及一种电池组串能量状态运行区间测量方法。

背景技术：

随着风电、光伏工程的不断增加，储能技术作为抑制新能源发电波动性、间歇性的有效手段，也得到了迅速发展。储能单元是组成储能电站的基本单位，储能单元多个电池组串并联组成，如图15所示。

SOE(State Of Energy，能量状态，以下简称SOE)运行区间是储能单元的重要运行参数，SOE运行范围越宽，储能单元可以提供的充放电容量就越多，SOE运行范围越窄，可以提供的充放电容量就越少。由于储能单元由多个电池组串组成，储能单元SOE运行区间由电池组串SOE决定，因此测量电池组串SOE运行区间是确定储能单元SOE运行范围，评估储能单元运行能力的重要参数。同时，由于不同充放电功率对应不同的SOE运行区间，因此本发明提出一种针对恒定充放电功率的储能锂电池组串SOE运行区间测量方法，为测量储能锂电池组串SOE运行区间提供参考。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电池组串SOE运行区间测量方法，通过分析在一恒定功率条件下对测量电池组串进行充放电的电压曲线和电池电压极差曲线，得出该功率下电池组串的SOE运行区间，为评估电池组串可用功率的SOE运行区间和掌握电池组串充放电能力提供技术支持。

本发明的技术方案是提供一种电池组串SOE运行区间测量方法，包括如下步骤：

对电池组串进行一恒功率放电试验，根据电池组串电压变化率和电池电压极差确定所述恒功率的能量状态运行下限值；

对所述电池组串进行所述恒功率充电试验，根据电池组串电压变化率和电池电压极差确定所述恒功率的能量状态运行上限值；

通过所述能量状态运行下限值和所述能量状态运行上限值，确定电池组串能量状态的运行区间。

通过测量电池组串充放电时电压和电池电压极差，可以分析得出某一功率下的电池组串SOE运行区间，为评估储能单元可用功率的SOE运行区间，掌握储能单元充放电能力提供了技术手段，该参数(SOE运行区间)的提供对于储能单元以及储能电站的精确控制具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明中SOE运行区间测量方法的流程图。

图2为本发明中恒功率放电时电池组串电压和电压变化率曲线。

图3为本发明中PNGV模型电池结构。

图4为本发明中恒功率放电时电池电压极差曲线。

图5为本发明中恒功率充电时电池组串电压和电压变化率曲线。

图6为本发明中恒功率充电时电池电压极差曲线。

图7为本发明实施例中42kW恒功率充电时电池组串电压-功率曲线。

图8为本发明实施例中42kW恒功率充电时电池组串电压-SOE曲线。

图9为本发明实施例中42kW恒功率充电时电池组串电压-变化率曲线。

图10为本发明实施例中42kW恒功率放电时电池电压极差-SOE曲线。

图11为本发明实施例中42kW恒功率放电时电池组串电压-功率曲线。

图12为本发明实施例中42kW恒功率放电时电池组串电压-SOE曲线。

图13为本发明实施例中42kW恒功率放电时电池组串电压-电压变化率曲线。

图14为本发明实施例中42kW恒功率充电时电池电压极差-SOE曲线。

图15为现有技术中储能单元组成示意图。

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明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

图1为本发明提供一种电池组串SOE运行区间测量方法流程图，包括如下步骤：

S101；对电池组串进行一恒功率放电试验，根据电池组串电压变化率和电池电压极差确定所述恒功率的能量状态运行下限值；

S102；对所述电池组串进行所述恒功率充电试验，根据电池组串电压变化率和电池电压极差确定所述恒功率的能量状态运行上限值；

S103；通过所述能量状态运行下限值和所述能量状态运行上限值，确定电池组串能量状态的运行区间。

本发明一实施例中，所述对电池组串进行一恒功率放电试验，根据电池组串电压和电池电压极差确定所述恒功率的SOE运行下限值，包括：在放电平台期求得该时间段内电压变化率平均值ΔUdis，当放电末期电池组串的电压变化率达到2×ΔUdis所对应的SOE值，确定该放电功率时SOE运行下限值SOEmin1。

本发明一实施例中，所述对电池组串进行一恒功率放电试验，根据电池组串电压和电池电压极差确定所述恒功率的SOE运行下限值，还包括：当放电末期电池电压极差达到限值URdis时，此时电池电压极差URdis所对应的SOE值，确定该放电功率时SOE运行下限值SOEmin2。

本发明一实施例中，若SOEmin1<SOEmin2，则SOE运行下限值为SOEmin2。

若SOEmin1>SOEmin2，则SOE运行下限值为SOEmin1。

本发明一实施例中，所述对所述电池组串进行所述恒功率充电试验，根据电池组串电压和电池电压极差确定所述恒功率的SOE运行上限值，包括：在充电平台期求得该时间段内电压变化率平均值ΔUch，当充电末期电池组串的电压变化率达到2×ΔUch所对应的SOE值，确定该充电功率时能量状态运行上限值SOEmax1。

本发明一实施例中，所述对所述电池组串进行所述恒功率充电试验，根据电池组串电压和电池电压极差确定所述恒功率的SOE运行上限值，还包括：当放电末期电池电压极差达到限值URch时，此时电池电压极差URch所对应的SOE值，确定该充电功率时能量状态运行上限值SOEmax2。

本发明一实施例中，若SOEmax1<SOEmax2，则SOE运行上限值为SOEmax1。

若SOEmax1>SOEmax2，则SOE运行上限值为SOEmax2。

通过测量电池组串充放电时电压和电池电压极差，可以分析得出某一功率下的电池组串SOE运行区间，为评估储能单元可用功率的SOE运行区间，掌握储能单元充放电能力提供了技术手段，该参数(SOE运行区间)的提供对于储能单元以及储能电站的精确控制具有重要意义。

以下将通过分别详细描述充电和放电过程计算SOE运行上下限值。

(1)电池组串恒功率P放电时SOE运行下限的确定

a)根据电池组串电压确定SOE运行下限

以恒功率P对电池组串进行放电试验，根据电池组串电压，计算电池组串电压变化率，并绘制电池组串电压和电压变化率曲线如图2所示。

图3为本发明中PNGV模型电池结构。如图3所示，UOC为理想电压源，表示电池开路电压，只与电池SOE有关，而与电池充放电状态无关；R0为电池欧姆内阻，只与电池极柱等金属部件有关；RP为电池极化电阻，CP电池极化电容，与电池在充放电过程中极化情况有关；Cb主要用来描述电池在充电或放电初始阶段电压的变化。由图3可知，在电池组串放电过程中，电池端电压UI由电池开路电压UOC、欧姆电压U0、电容电压Ub以及极化电压UP组成，如1式所示。

UI＝UOC-U0-Ub-UP (1)

结合图3和1式可以看出，在放电过程的末期，由于SOE变化很小，UOC基本不变，同时在恒功率充电模式下放电电流变化很小，U0在放电末期也没有明显变化，另外Cb的能量在放电初始阶段已释放，Ub在放电末期为0，因此在放电末期端电压UI的变化主要体现的是极化电压UP的变化。在放电末期由于电池活性物质已基本反应完毕，放电能力减弱，极化现象加剧，导致极化电压UP急剧增加，从而引起端电压UI迅速下降，因此在以恒功率进行充放电过程中，当端电压UI迅速下降时，电池已难以放电，此时对应的SOE即为该功率的放电SOE运行下限。

从图2可以看出，在放电平台期电池状态稳定，电池组串电压在单位时间内的电压变化相对稳定，从而可以求得该时间段内电压变化率的平均值ΔUdis。当放电末期电池组串的电压变化率达到2×ΔUdis，既认为此时电池组串的端电压开始迅速下降，电压变化率限值2ΔUdis所对应的SOE，既为由电池组串电压所确定的该功率的SOE运行下限SOEmin1。

在实际测量过程中，电压变化率曲线会出现如图2中的噪声，妨碍平台期电压变化率ΔUdis数值的确定，以及电压变化率限值2ΔUdis在电压变化率曲线上位置的确定。可对电压变化率数据进行滤波，剔除曲线上的噪声，并对曲线进行分段拟合，得到光滑的电压变化率曲线，从而确定ΔUdis的大小，以及电压变化率限值2ΔUdis出现的位置。

b)根据电池电压极差确定SOE运行下限

以恒功率P对电池组串进行放电试验，根据电池电压极差，计算电池电压极差变化率，并绘制电池电压极差和变化率曲线如图4所示。

由于电池组串单体电池放电性能存在差异，在放电末期，性能差的电池极化效应会较其它电池更明显，电压下降也会较其它电池更快，从而增大电池电压极差。当电池电压极差快速变化时，由于电压最低的单体电池活性物质已反应完毕，难以继续放电，影响了整组电池组串放电的放电性能，此时对应的SOE即为该功率的放电SOE运行下限。

从图4可以看出，当放电末期电池电压极差达到限值URdis时，既为最低电压电池活性物质已基本反应完毕的时刻，此时电池电压极差URdis所对应的SOE，既为由电池电压极差所确定的该功率的SOE运行下限SOEmin2，电池电压极差限值URdis由厂家提供，不同厂家的电池电压极差限值URdis不同。

在实际电池电压极差测量过程中，如电池电压极差曲线出现“毛刺”，也可采用对电压变化率数据处理的方式，得到平滑的电池电压极差曲线，从而确定电池电压极差限值URdis在曲线上出现的位置。

c)电池组串SOE运行下限的确定

取SOEmin1和SOEmin2中较大的值，即为该功率下电池组串SOE的运行下限SOEmin。

(2)电池组串恒功率P充电时SOE运行上限的确定

a)根据电池组串电压确定SOE运行上限

以恒功率P对电池组串进行充电，根据试验过程中电池组串电压，计算电池组串电压变化率，并绘制电池组串电压和电压变化率曲线如图5所示。

与放电过程类似，根据图5可以求得充电平台期电压变化率平均值ΔUch，以2×ΔUch作为充电末期电池组串电压变化率限值，此时所对应的SOE既为由电池电压极差所确定的该充电功率下的SOE运行上限SOEmax1。

b)根据电池电压极差确定SOE运行上限

以恒功率P对电池组串进行充电，根据试验过程中电池电压极差，数据计算电池电压极差变化率，并绘制电池电压极差和变化率曲线如图6所示。

与放电过程类似，以URch作为充电电池电压极差限值，此时所对应的SOE既为由电池电压极差所确定的该充电功率下的SOE运行上限SOEmax2。一般情况下，放电过程中电池电压极差限值URdis与充电过程中电池电压极差限值URch相同。

c)电池组串SOE运行上限的确定

取SOEmax1和SOEmax2中较小的值，即为该功率下电池组串SOE的运行上限SOEmax。

综上所述，通过所述SOE运行下限值和所述SOE运行上限值，确定电池组串SOE的运行区间。

下面结合一个具体的实施例对本发明进行具体描述，然而值得注意的是该具体实施例仅是为了更好地描述本发明，并不构成对本发明的不当限定。

以某一电池组串为例，说明该电池组串SOE运行区间的确定，电池组串的主要参数如表1。

表1电池组串参数

(1)42kW恒功率放电时SOEmin的确定

a)根据电池组串电压确定SOEmin1

以42kW恒功率对该电池组串进行放电，电池组串电压-功率曲线如图7，电池组串电压-SOE曲线如图8，电池组串电压-变化率如图9。如图9所示，放电平台期电压变化率平均值ΔUdis为-0.3V/s，放电末期电池组串电压变化率限值2ΔUdis为-0.6V/s，此时电池组串电压Udis为634V，对应的电池组串运行下限SOEmin1为12％。

b)根据电池组串电压确定SOEmin2

以42kW恒功率对该电池组串进行放电，电池电压极差-SOE曲线如图10。放电末期，电池电压极差限值URdis为100mV，此时对应的电池组串运行下限SOEmin2为17％。

c)电池组串SOEmin的确定

取SOEmin1＝12％和SOEmin2＝17％中较大的值，42kW功率下电池组串SOEmin为17％。

(2)42kW恒功率充电时SOEmax的确定

a)根据电池组串电压确定SOEmax1

以42kW恒功率对该电池组串进行充电，电池组串电压-功率曲线如图11，电池组串电压-SOE曲线如图12，电池组串电压-变化率如图13。如图13所示，充电平台期电压变化率平均值ΔUch为0.3V/s，充电末期电池组串电压变化率限值2ΔUch为0.6V/s，此时电池组串电压Uch为701V，对应的电池组串运行上限SOEmax1为87％。

b)根据电池组串电压确定SOEmax2

以42kW恒功率对该电池组串进行充电，电池电压极差-SOE曲线如图14。充电末期，电池电压极差限值URch为100mV，此时对应的电池组串运行上限SOEmax2为87％。

c)电池组串SOEmax的确定

取SOEmax1＝87％和SOEmax2＝87％中较小的值，42kW功率下电池组串SOEmax为87％。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。