一种储能电池响应能力的工况评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于储能电池技术领域，具体涉及一种储能电池响应能力的工况评价方 法。
【背景技术】
[0002] 各类储能技术中，以电池为装置载体的电池储能技术以其技术更新快、易于模块 化、配置灵活等突出特点成为最具发展和应用潜力的方向。
[0003]目前，储能电池共有5大类17种应用，储能电池性能和寿命受使用条件的影响，主 要因素有工作负荷、工作温度、放电深度、荷电状态（SOC)，动态响应时间等，因此，需要针对 特定的储能电池应用场合的实际运行工况，对储能电池进行评价。
[0004] 现有技术中对电动汽车的动力电池的评价方法研宄较多。申请号为 201310436713. 8的发明专利提供一种电动汽车车载动力电池性能评价方法，抽取不同厂家 进行比较的批次的电池组，将同一厂家同一批次的电池分别分组运行特定情境下的工况测 试，记录各类电池在各类情境下的续驶里程数据。该方法重点解决了采用层次结构模型进 行数据分析，确定最优电池性能方案的电池。但未明显涉及，对一种实际工况依据能量、功 率、响应时间等评估性能类别去分别提取评估工况曲线，进而从储能电池的基本性能评估 工况适用性。
[0005]申请号为201110146609. 6的发明专利提供一种寿命工况强度评估方法，包括：1、确定电池寿命实验循环工况；2、采样电池充放电过程中的电流和电压，计算出电池的充放 电功率；3、利用统计方法得出电池充放电功率的使用频率直方图，利用直方图中的充放电 功率所占比重得出电池寿命工况强度。该方法重点解决了由电池充放电功率的使用频率直 方图，利用电池整个寿命实验工况中的充放电功率所占比重来判断电池寿命工况强度。未 明显涉及，对一种实际工况依据评估重点类别提取不同的评估工况曲线，从能量、功率、响 应时间等评估性能类别去评估储能电池的工况适用性的评估方法。
【发明内容】
[0006] 为了能够快速、准确、有针对性的评估储能电池工况适用性，本发明提供一种储能 电池响应能力的工况评价方法，从实际应用所关注的重点性能类别出发，基于储能系统实 际运行数据，能够全面、准确、有针对性的开展储能电池的工况适用性评价。
[0007] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0008]本发明提供一种储能电池响应能力的工况评价方法，所述方法包括：
[0009] 1)选取储能电池的实际运行工况，确定储能电池工况响应能力的评价类别；
[0010] 2)依据评价类别的数量N，从不同厂家分别抽样选取待评价的储能电池；
[0011] 3)通过因子分析和聚类分析，对储能电池的实际运行工况进行重构，制定实验测 试工况；
[0012] 4)待评价的储能电池执行实验测试工况，并记录当前的实验测试数据；
[0013] 5)判断N个评价类别是否全部执行实验测试工况，若是返回3)，若否则整合记录 的实验测试数据，对比不同厂家储能电池在同一种实验测试工况下储能电池性能指标，完 成工况评价。
[0014] 所述储能电池工况响应能力的评价类别包括能量响应能力、功率响应能力和动态 响应能力。
[0015] 所述能量响应能力包括充放电总能量、充电平均能量、放电平均能量、最大充电能 量和最大放电能量。
[0016] 所述功率响应能力包括充放电平均功率、充电平均功率、放电平均功率、最大充电 功率和最大放电功率。
[0017] 所述动态响应能力包括充电平均功率变化率、放电平均功率变化率、最大充电功 率变化率、最大放电功率变化率。
[0018] 根据各类评价类别和评价类别的任意组合确定评价类别的数量。
[0019] 制定实验测试工况具体过程包括：
[0020] 确定储能电池的实际运行工况性能参数矩阵；
[0021] 确定因子分析数学模型，并求解因子负荷矩阵；
[0022] 通过欧氏距离计算任意两个工况片段的因子得分之间的距离，并按照相关性大小 将工况片段逐一归类；
[0023] 对储能电池的实际运行工况进行重构，制定实验测试工况。
[0024] 确定储能电池的实际运行工况性能参数矩阵的具体过程包括：
[0025] 将储能电池的实际运行工况划分为m个工况片段；
[0026] 通过采用定性分析和定量分析的方法从每个工况片段中选择n个性能参数Xl、 x2、…、xn，构成每个工况片段的n维性能参数向量X= {xpx2、…、xn};
[0027] 构造mXn储能电池的实际运行工况性能参数矩阵。
[0028] 确定因子分析数学模型过程如下：
[0029] XpX2、…、x#k个因子fl,f2,…，fk表示为线性组合，有：
【主权项】
1. 一种储能电池响应能力的工况评价方法，其特征在于：所述方法包括： 1) 选取储能电池的实际运行工况，确定储能电池工况响应能力的评价类别； 2) 依据评价类别的数量N，从不同厂家分别抽样选取待评价的储能电池； 3) 通过因子分析和聚类分析，对储能电池的实际运行工况进行重构，制定实验测试工 况； 4) 待评价的储能电池执行实验测试工况，并记录当前的实验测试数据； 5) 判断N个评价类别是否全部执行实验测试工况，若是返回3)，若否则整合记录的实 验测试数据，对比不同厂家储能电池在同一种实验测试工况下储能电池性能指标，完成工 况评价。
2. 根据权利要求1所述的储能电池响应能力的工况评价方法，其特征在于：所述储能 电池工况响应能力的评价类别包括能量响应能力、功率响应能力和动态响应能力。
3. 根据权利要求2所述的储能电池响应能力的工况评价方法，其特征在于：所述能量 响应能力包括充放电总能量、充电平均能量、放电平均能量、最大充电能量和最大放电能 量。
4. 根据权利要求2所述的储能电池响应能力的工况评价方法，其特征在于：所述功率 响应能力包括充放电平均功率、充电平均功率、放电平均功率、最大充电功率和最大放电功 率。
5. 根据权利要求2所述的储能电池响应能力的工况评价方法，其特征在于：所述动态 响应能力包括充电平均功率变化率、放电平均功率变化率、最大充电功率变化率、最大放电 功率变化率。
6. 根据权利要求2所述的储能电池响应能力的工况评价方法，其特征在于：根据各类 评价类别和评价类别的任意组合确定评价类别的数量。
7. 根据权利要求1所述的储能电池响应能力的工况评价方法，其特征在于：制定实验 测试工况具体过程包括： 确定储能电池的实际运行工况性能参数矩阵； 确定因子分析数学模型，并求解因子负荷矩阵； 通过欧氏距离计算任意两个工况片段的因子得分之间的距离，并按照相关性大小将工 况片段逐一归类； 对储能电池的实际运行工况进行重构，制定实验测试工况。
8. 根据权利要求7所述的储能电池响应能力的工况评价方法，其特征在于：确定储能 电池的实际运行工况性能参数矩阵的具体过程包括： 将储能电池的实际运行工况划分为m个工况片段； 通过采用定性分析和定量分析的方法从每个工况片段中选择n个性能参数Xl、x2、…、xn，构成每个工况片段的n维性能参数向量X= {xi、x2、…、xn}; 构造mXn储能电池的实际运行工况性能参数矩阵。
9. 根据权利要求7所述的储能电池响应能力的工况评价方法，其特征在于：确定因子 分析数学模型过程如下： 叉1、叉2、"'111由1^个因子;^，€2，"％€1^表示为线性组合，有 ： (1) 其中，ei，h，…，￡n为特殊因子，均值为〇; 利用矩阵形式将式（1)表示为： X=AF+e (2) 其中，F为因子向量，e为特殊因子向量，A为因子负荷矩阵，其元素％为因子负荷，i =1，2,…，n，j = 1，2,…，k〇
10. 根据权利要求7所述的储能电池响应能力的工况评价方法，其特征在于：因子负荷 矩阵A的相关系数矩阵用R表示，A表示为：
(3) 其中，L、A2、…、入为相关系数矩阵R的特征值，qq2，…，％为相关系数矩阵R的特征向量； 选取特征值大于1的因子或被选出因子贡献率不低于80%的因子，从原始的k个因子 中找出能够表达原始因子信息的公因子f\，f2，…，f\，l〈k，并用公因子代替原始因子信息， 即可求出各工况片段的因子得分。
11. 根据权利要求7所述的储能电池响应能力的工况评价方法，其特征在于：设任意两 个工况片段用&和yq表示，y5和yq的因子得分之间的距离用d(yp，yq)表示，有： d(yp,yq) =IIyp-yqII= [ (yp-yq)T ? (yp-yq) ] °'5 (6) 其中，1 <p<m，l<q<m; d(yp,y)越大，表明yp和y,之间的相关性越小，反之，表明yp和y,之间的相关性越大。
12. 根据权利要求7所述的储能电池响应能力的工况评价方法，其特征在于：确定各 类工况片段中储能电池的实际运行工况的质心，并将距质心距离最近的工况片段作为该类 的代表工况片段，依据每类工况片段数的比例，代表工况片段重构，完成实验测试工况的制 定。
13. 根据权利要求1所述的储能电池响应能力的工况评价方法，其特征在于：储能电池 性能指标包括容量衰减率、效率和内阻。
【专利摘要】本发明提供一种储能电池响应能力的工况评价方法，包括：1)选取储能电池的实际运行工况，确定储能电池工况响应能力的评价类别；2)从不同厂家分别抽样选取待评价的储能电池；3)对储能电池的实际运行工况进行重构，制定实验测试工况；4)待评价的储能电池执行实验测试工况，并记录当前的实验测试数据；5)判断N个评价类别是否全部执行实验测试工况，若是返回3)，若否则对比不同厂家储能电池在同一种实验测试工况下储能电池性能指标，完成工况评价。本发明从实际应用所关注的重点性能类别出发，基于储能系统实际运行数据，能够全面、准确、有针对性的开展储能电池的工况适用性评价。
【IPC分类】G01R31-36
【公开号】CN104614684
【申请号】CN201510079501
【发明人】陈继忠, 李又宁, 王坤洋, 苏涛, 毛海波, 李相俊, 贾学翠, 王立业, 胡娟, 侯朝勇, 许守平, 范红家
【申请人】国家电网公司, 中国电力科学研究院
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月13日