电池组串一致性的确定方法及装置与流程

本发明涉及电池储能单元技术领域，特别涉及一种电池组串一致性的确定方法及装置。

背景技术：

锂电池储能单元由电池组串并联组成，当电池组串在直流侧并联时，如图1所示，由于电池组串之间存在环流，影响了电池组串之间的一致性，电池组串之间的一致性对储能单元运行效果有重要影响：电池组串一致性好，电池组串之间环流小，储能单元运行效果好，反之则运行效果差。因此，电池组串一致性是评估储能单元运行状态的重要依据。但是，现有技术中无法评估电池组串的一致性。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种电池组串一致性的确定方法，以解决现有技术中无法评估电池组串的一致性的技术问题。该方法包括：获取储能单元的每个电池组串在各个运行时刻的电压数据和电流数据；根据每个电池组串的电压数据和电流数据，计算每个电池组串在各个运行时刻的等效电压；根据每个电池组串在各个运行时刻的等效电压，计算每个电池组串在各个运行时刻的等效电压偏差值，该等效电压偏差值的大小表示所述储能单元中一个电池组串与所述储能单元中其他电池组串的一致性程度。

在一个实施例中，根据每个电池组串的电压数据和电流数据，计算每个电池组串在各个运行时刻的等效电压，包括：通过以下公式计算每个电池组串在一个运行时刻的等效电压：其中，U_t1是一个电池组串在t₁运行时刻的等效电压；u_t1是一个电池组串在t₁运行时刻的运行电压；i_t1是一个电池组串在t₁运行时刻的运行电流；u_t2是一个电池组串在t₂运行时刻的运行电压；i_t2是一个电池组串在t₂运行时刻的运行电流。

在一个实施例中，根据每个电池组串在各个运行时刻的等效电压，计算每个电池组串在各个运行时刻的等效电压偏差值，包括：通过以下公式计算每个电池组串在一个运行时刻的等效电压偏差值：其中，D_i是储能单元中第i个电池组串在所述一个运行时刻的等效电压偏差值；U_i是第i个电池组串在所述一个运行时刻的等效电压；是储能单元中所有电池组串在所述一个运行时刻的等效电压平均值。

在一个实施例中，还包括：根据每个电池组串在各个运行时刻的等效电压，计算所述储能单元中所有电池组串在各个运行时刻的等效电压标准差系数，该等效电压标准差系数的大小表示所述储能单元中所有电池组串之间的一致性程度。

在一个实施例中，根据每个电池组串在各个运行时刻的等效电压，计算所述储能单元中所有电池组串在各个运行时刻的等效电压标准差系数，包括：通过以下公式计算所述储能单元中所有电池组串在一个运行时刻的等效电压标准差系数：其中，δ是所述储能单元中所有电池组串在所述一个运行时刻的等效电压标准差系数；M是所述储能单元中电池组串的个数；U_i是第i个电池组串在所述一个运行时刻的等效电压；是储能单元中所有电池组串在所述一个运行时刻的等效电压平均值。

在一个实施例中，在根据每个电池组串的电压数据和电流数据，计算每个电池组串在各个运行时刻的等效电压之前，还包括：在获取的每个电池组串的电压数据和电流数据中，去除电流值为零的数据和相邻运行时刻电流值相等的数据。

本发明实施例还提供了一种电池组串一致性的确定装置，以解决现有技术中无法评估电池组串的一致性的技术问题。该装置包括：数据获取模块，用于获取储能单元的每个电池组串在各个运行时刻的电压数据和电流数据；第一计算模块，用于根据每个电池组串的电压数据和电流数据，计算每个电池组串在各个运行时刻的等效电压；第二计算模块，用于根据每个电池组串在各个运行时刻的等效电压，计算每个电池组串在各个运行时刻的等效电压偏差值，该等效电压偏差值的大小表示所述储能单元中一个电池组串与所述储能单元中其他电池组串的一致性程度。

在一个实施例中，所述第一计算模块，具体用于通过以下公式计算每个电池组串在一个运行时刻的等效电压：其中，U_t1是一个电池组串在t1运行时刻的等效电压；u_t1是一个电池组串在t1运行时刻的运行电压；i_t1是一个电池组串在t1运行时刻的运行电流；u_t2是一个电池组串在t2运行时刻的运行电压；i_t2是一个电池组串在t2运行时刻的运行电流。

在一个实施例中，所述第二计算模块，具体用于通过以下公式计算每个电池组串在一个运行时刻的等效电压偏差值：其中，D_i是储能单元中第i个电池组串在所述一个运行时刻的等效电压偏差值；U_i是第i个电池组串在所述一个运行时刻的等效电压；是储能单元中所有电池组串在所述一个运行时刻的等效电压平均值。

在一个实施例中，还包括：第三计算模块，用于根据每个电池组串在各个运行时刻的等效电压，计算所述储能单元中所有电池组串在各个运行时刻的等效电压标准差系数，该等效电压标准差系数的大小表示所述储能单元中所有电池组串之间的一致性程度。

在本发明实施例中，发明人发现由于电池组串是直流电源，当忽略电容和电感影响时，直流电源可以等效为电压源和电阻的串联电路，也就是直流电源的VCR特性，因此，通过计算每个电池组串在各个运行时刻的等效电压，进而计算每个电池组串在各个运行时刻的等效电压偏差值，根据每个电池组串在各个运行时刻的等效电压偏差值的大小，就可以实现评估储能单元中一个电池组串与储能单元中其他电池组串的一致性程度。因此，本发明实施例提出了一种基于直流电源的VCR(VCR表示电压、电流、阻抗关系)特性的电池组串一致性的确定方法，为电池组串运行状态评估提供依据，对于合理安排电池检修、提高电池使用效率具有指导意义。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是现有技术中的一种电池组串在直流侧并联时储能单元的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种电池组串一致性的确定方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种具体的锂电池组串一致性评价方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的一种各锂电池组串电压、电流的曲线图；

图5是本发明实施例提供的一种各锂电池组串去除无用数据的电压、电流曲线图；

图6是本发明实施例提供的一种各锂电池组串等效电压偏差值、等效电压标准差系数的曲线图；

图7是本发明实施例提供的一种电池组串一致性的确定装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在本发明实施例中，提供了一种电池组串一致性的确定方法，如图2所示，该方法包括：

步骤201：获取储能单元的每个电池组串在各个运行时刻的电压数据和电流数据；

步骤202：根据每个电池组串的电压数据和电流数据，计算每个电池组串在各个运行时刻的等效电压；

步骤203：根据每个电池组串在各个运行时刻的等效电压，计算每个电池组串在各个运行时刻的等效电压偏差值，该等效电压偏差值的大小表示所述储能单元中一个电池组串与所述储能单元中其他电池组串的一致性程度(例如，储能单元中一个电池组串的等效电压偏差值越大，表示该电池组串与储能单元中其他电池组串的一致性越差)。

由图2所示的流程可知，在本发明实施例中，发明人发现由于电池组串是直流电源，当忽略电容和电感影响时，直流电源可以等效为电压源和电阻的串联电路，也就是直流电源的VCR特性，因此，通过计算每个电池组串在各个运行时刻的等效电压，进而计算每个电池组串在各个运行时刻的等效电压偏差值，根据每个电池组串在各个运行时刻的等效电压偏差值的大小，就可以实现评估储能单元中一个电池组串与储能单元中其他电池组串的一致性程度。因此，本发明实施例提出了一种基于直流电源的VCR特性的电池组串一致性的确定方法，为电池组串运行状态评估提供依据，对于合理安排电池检修、提高电池使用效率具有指导意义。

具体实施时，在本实施例中，采用电压、电流法计算各电池组串在各个运行时刻的等效电压，例如，通过以下公式计算每个电池组串在一个运行时刻的等效电压：

其中，U_t1是一个电池组串在t₁运行时刻的等效电压；u_t1是一个电池组串在t₁运行时刻的运行电压；i_t1是一个电池组串在t₁运行时刻的运行电流；u_t2是一个电池组串在t₂运行时刻的运行电压；i_t2是一个电池组串在t₂运行时刻的运行电流。

具体实施时，为了进一步准确地计算每个电池组串在各个运行时刻的等效电压，在本实施例中，在根据每个电池组串的电压数据和电流数据，计算每个电池组串在各个运行时刻的等效电压之前，还包括：在获取的每个电池组串的电压数据和电流数据中，去除电流值为零的数据和相邻运行时刻电流值相等的数据。例如，由于当电流为零时，无法计算等效电阻，因此，应剔除电流为零的数据；从公式(1)可以看出，当i_t1-i_t2＝0时，电池组串的等效电压也无法计算，因此，应剔除前后时刻运行电流相等的数据。

在计算得到每个电池组串在各个运行时刻的等效电压后，就可以计算每个电池组串在各个运行时刻的等效电压偏差值了，进而根据等效电压偏差值的大小对各电池组串之间的一致性进行评价，例如，通过以下公式计算每个电池组串在一个运行时刻的等效电压偏差值：

其中，D_i是储能单元中第i个电池组串在所述一个运行时刻的等效电压偏差值；U_i是第i个电池组串在所述一个运行时刻的等效电压；是储能单元中所有电池组串在所述一个运行时刻的等效电压平均值。

具体实施时，得到每个电池组串在各个运行时刻的等效电压偏差值后，可以将电池组串的等效电压偏差值预先划分为不同的阈值，如下表1所示，当某个电池组串的等效电压偏差值达到不同阈值时，表示该电池组串的一致性分别被判定为不同等级，例如，等级可以分为优、良、中、差，不同等级对应着相应的电池组串运行状态，例如，运行状态可以为健康、亚健康、严重、恶劣，并在不同运行状态下执行相应的状态检修策略。

具体实施时，还可以通过等效电压标准差系数来评价储能单元中所有电池组串之间的一致性。例如，上述电池组串一致性的确定方法还包括：根据每个电池组串在各个运行时刻的等效电压，计算所述储能单元中所有电池组串在各个运行时刻的等效电压标准差系数，该等效电压标准差系数的大小表示所述储能单元中所有电池组串之间的一致性程度。例如，储能单元中所有电池组串的等效电压标准差系数越小，表示储能单元中所有电池组串之间的一致性越好。

具体实施时，通过以下公式计算所述储能单元中所有电池组串在一个运行时刻的等效电压标准差系数：

其中，δ是所述储能单元中所有电池组串在所述一个运行时刻的等效电压标准差系数；M是所述储能单元中电池组串的个数；U_i是第i个电池组串在所述一个运行时刻的等效电压；是储能单元中所有电池组串在所述一个运行时刻的等效电压平均值。

具体实施时，得到储能单元中所有电池组串在某个运行时刻的等效电压标准差系数后，如表1所示，可以将所有电池组串的等效电压标准差系数预先划分为不同的阈值，当所有电池组串的等效电压标准差系数达到不同阈值时，表示所有电池组串的一致性分别被判定为不同等级，例如，等级可以分为优、良、中、差，不同等级对应着相应的电池组串运行状态，例如，运行状态可以为健康、亚健康、严重、恶劣，并在不同运行状态下执行相应的状态检修策略。

表1

以下以锂电池组串为例，结合图3，详细描述上述电池组串一致性的确定方法。

某储能单元由10组锂电池组串在直流侧并联组成，输入各锂电池组串的运行电压和运行电流，各锂电池组串的运行电压和运行电流曲线如图4所示。对图4所示的电压、电流数据进行处理，剔除电流为零以及前后时刻运行电流相等的数据，处理完成后的电压、电流波形如图5所示。图5中细暗线为无用数据，黑粗线为可用数据，可以看出进行电池组串一致性评估时，需要剔除大量无用数据，否则会导则评估结果不准确。

各锂电池组串的运行电压和运行电流数据处理完之后，按公式(1)计算各锂电池组串在各运行时刻的等效电压，按公式(2)计算各锂电池组串在各运行时刻的等效电压偏差值，按公式(3)计算所有锂电池组串在各运行时刻的等效电压标准差系数，绘制10组锂电池组串的等效电压偏差值、等效电压标准差系数曲线，如图6所示(例如，等效电压标准差系数和1#锂电池组串的等效电压偏差值曲线用___表示)，可知，A时刻1#锂电池组串的等效电压偏差值最大，为6.2％，A时刻等效电压标准差系数最大，为2.3％。

结合表2，根据等效电压偏差值、等效电压标准差系数评估锂电池组串的一致性，由于1#锂电池组串在运行期间等效电压偏差值D达到6.2％，在5％～10％，同时10组锂电池组串的等效电压标准差系数δ达到2.3％，在2％～4％范围内。因此，该储能单元锂电池组串一致性为良，运行状态为亚健康，应在定期维护时将1#锂电池组串与其它锂电池组串进行SOE均衡。

表2

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种电池组串一致性的确定装置，如下面的实施例所述。由于电池组串一致性的确定装置解决问题的原理与电池组串一致性的确定方法相似，因此电池组串一致性的确定装置的实施可以参见电池组串一致性的确定方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图7是本发明实施例的电池组串一致性的确定装置的一种结构框图，如图7所示，该装置包括：

数据获取模块701，用于获取储能单元的每个电池组串在各个运行时刻的电压数据和电流数据；

第一计算模块702，用于根据每个电池组串的电压数据和电流数据，计算每个电池组串在各个运行时刻的等效电压；

第二计算模块703，用于根据每个电池组串在各个运行时刻的等效电压，计算每个电池组串在各个运行时刻的等效电压偏差值，该等效电压偏差值的大小表示所述储能单元中一个电池组串与所述储能单元中其他电池组串的一致性程度。

在一个实施例中，所述第一计算模块702，具体用于通过以下公式计算每个电池组串在一个运行时刻的等效电压：其中，U_t1是一个电池组串在t₁运行时刻的等效电压；u_t1是一个电池组串在t₁运行时刻的运行电压；i_t1是一个电池组串在t₁运行时刻的运行电流；u_t2是一个电池组串在t₂运行时刻的运行电压；i_t2是一个电池组串在t₂运行时刻的运行电流。

在一个实施例中，所述第二计算模块703，具体用于通过以下公式计算每个电池组串在一个运行时刻的等效电压偏差值：其中，D_i是储能单元中第i个电池组串在所述一个运行时刻的等效电压偏差值；U_i是第i个电池组串在所述一个运行时刻的等效电压；是储能单元中所有电池组串在所述一个运行时刻的等效电压平均值。

在一个实施例中，还包括：第三计算模块，用于根据每个电池组串在各个运行时刻的等效电压，计算所述储能单元中所有电池组串在各个运行时刻的等效电压标准差系数，该等效电压标准差系数的大小表示所述储能单元中所有电池组串之间的一致性程度。

在一个实施例中，第三计算模块，具体用于通过以下公式计算所述储能单元中所有电池组串在一个运行时刻的等效电压标准差系数：其中，δ是所述储能单元中所有电池组串在所述一个运行时刻的等效电压标准差系数；M是所述储能单元中电池组串的个数；U_i是第i个电池组串在所述一个运行时刻的等效电压；是储能单元中所有电池组串在所述一个运行时刻的等效电压平均值。

在一个实施例中，还包括：数据处理模块，用于在根据每个电池组串的电压数据和电流数据，计算每个电池组串在各个运行时刻的等效电压之前，在获取的每个电池组串的电压数据和电流数据中，去除电流值为零的数据和相邻运行时刻电流值相等的数据。

在本发明实施例中，发明人发现由于电池组串是直流电源，当忽略电容和电感影响时，直流电源可以等效为电压源和电阻的串联电路，也就是直流电源的VCR特性，因此，通过计算每个电池组串在各个运行时刻的等效电压，进而计算每个电池组串在各个运行时刻的等效电压偏差值，根据每个电池组串在各个运行时刻的等效电压偏差值的大小，就可以实现评估储能单元中一个电池组串与储能单元中其他电池组串的一致性程度。因此，本发明实施例提出了一种基于直流电源的VCR特性的电池组串一致性的确定方法，为电池组串运行状态评估提供依据，对于合理安排电池检修、提高电池使用效率具有指导意义。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。