一种电力系统储能站中锂离子电池的剩余电量校正方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种电力系统储能站中锂离子电池的剩余电量校正方法，属于电网电 池储能管理技术领域。
【背景技术】
[0002] 大规模储能技术能够快速有效地储存或释放电能，发挥缓冲作用，改变了电网传 统的"发-输_配-用"运行模式。储能系统既可作为发电设备，也可作为用电设备，在电 力系统中具备削峰填谷、调峰调频、阻尼控制、电能质量治理、新能源配合并网等功能。锂离 子电池储能是近年来迅速发展的一项储能技术，已经在国内外实现工程应用。电池储能站 具有选址不受限、建设周期短、规模灵活可调等优点，但电池的成本仍然居高不下，成为制 约电池储能技术发展的关键因素。为了提高电池储能的性价比，一方面可通过优化降低电 池储能站的建设成本，尤其是电池的成本，另一方面应当提高电池储能站的运行效率，即在 电池的寿命周期内最大限度地提高其价值。充分利用电池、延长电池的使用寿命、降低电池 的维护成本是提高电池储能站运行效率的重要手段。为此，在电池运行过程中，必须实时监 测电池的运行状态，并根据电池的运行状态调整其工作方式。反映电池运行状态的主要指 标包括电池的电压、电流、温度、剩余电量（S0C)和健康状态（S0H)等。电池的电压、电流、 温度能够通过传感器直接实时采集测量，而S0C和S0H只能根据电池的其它状态指标及历 史数据进行估算。在电池充放电过程中，电池的S0C随着时间推移而快速变化，并且S0C需 要控制在安全范围内，而电池的S0H在短时间内基本不变。因此，S0C的准确估计十分重要， S0C估计算法是国内外相关科研机构的重点研究对象。
[0003] 目前，S0C估计算法的理论研究已经取得了显著成果，并在实验室或部分工程应用 中得到验证。但是，在大规模电池储能应用中，电池数量成千上万，电池的性能并不完全一 致，甚至可能存在较大差异，S0C估计结果会出现较大误差。通常对S0C进行定期标定或校 正，由此引出了如何制定电池S0C校正方法的问题。校正电池S0C主要包括确定电池S0C 的上下限所在位置以及电池的可用容量。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提出一种电力系统储能站中锂离子电池的剩余电量校正方法，对 已有技术进行改进、修正及完善，克服因电池异常老化或极度不均衡造成的剩余电量减小 的问题，并完成电池的可用容量、剩余电量上下限的标定，能够提高电池剩余电量估计结果 的准确度和可信度。
[0005] 本发明提出的电力系统储能站中锂离子电池的剩余电量校正方法，包括以下步 骤：
[0006] (1)对电力系统储能站中的由n个电池单体串联形成的电池组进行充电或放电， 充电功率或放电功率为储能站规定的电池组额定功率，使得电池组达到剩余电量S0C为 50%，利用电池厂家提供的电池充放电电压变化曲线和电池组的平均单体电压心、，按照负 载电压法，估计得到电池组剩余电量SOC:
[0007] S〇Coj> - /(itoj,!)>
[0008] 其中，S0C。.5表示电池组的剩余电量S0C为50 %，函数f?为电池厂家提供的电池充 放电电压变化曲线的函数表达式，i为与电池组额定功率相对应的电流；
[0009] (2)使上述步骤⑴中的电池组在S0CQ.5下静置，静置30分钟后对组成电池组 的n个电池单体进行电压均衡，使得所有电池单体的电压趋于一致，令均衡后电池单体的 最大电压为11_ |(15，按照负载电压法，计算得到具有最大电压的电池单体的剩余电量，记为 S〇Cmx|Q.5,并计算SOC^.5与电池组的剩余电量S0C。.5的差值AS0C_|0.5:
[0010] ASOCmax\0.5~SOC -SOC0.5=/(Wmax!〇.5, / = 0) - 0v5：si~Q}： |
[0011] (3)设定电池单体的充电截止电压，以储能站规定的电池组额定功率对步骤（2) 的电池组进行充电，直至电池组中有一个电池单体达到充电截止电压，停止对电池组充电， 按照负载电压法，分别计算停止充电时刻的电池组的剩余电量S0C及各电池单体的剩余电 量sock:
[0012]
[0013] 其中，S0Q为电池组在额定功率下充电至充电截止电压时的剩余电量S0C， S〇Ck|1为第k个电池单体在额定功率下充电至充电截止电压时的剩余电量，奶，为电池组在 额定功率下充电至充电截止电压时的平均单体电压，Uk|1为第k个电池单体在额定功率下 充电至充电截止电压时的电压，将S0Ck|1 (k=l~n)分别与50(^进行比较，若S0Ck|1(k= 1~n)与S0Q的差值大于20%，或该差值大于上述步骤（2)中的ASOC_|Q.5两者中的较 大者，则更换第k个电池单体，用于更换的电池单体满足以下要求：
[0014] S0CkU-SOQ| <5 % ；
[0015] 若S0Ck|1(k= 1~n)与S0Q的差值小于或等于20%，或该差值小于步骤⑵中 的△§0(：_|。. 5两者中的较大者，则不更换第k个电池单体；
[0016] (4)以储能站设定的电池组最小功率，对上述步骤（3)中的电池组进行充电，直至 电池组中有一个电池单体达到步骤（3)中的充电截止电压，停止对电池组充电，并在此状 态下进行静置，静置30分钟后对电池组中的n个电池单体进行电压均衡，均衡由电池管理 系统的均衡模块实现或通过外部均衡电路实现，使得所有电池单体的电压趋于一致，令均 衡后电池单体的最小电压为u_u，按照负载电压法，计算具有最小电压的电池单体的剩余 电量S0C_u，并计算S0C_u与电池组的剩余电量SOCi的差值AS0C_|1:
[0017] AS'OCminji-SOCmiBli-SOCl-f(llniB|1,0) -/"(Wl, 0)；
[0018] (5)设定电池单体的放电截止电压，以储能站规定的电池组额定功率对步骤（4) 的电池组进行放电，直至电池组中的有一个电池单体达到放电截止电压，停止对电池组放 电，按照负载电压法，分别计算停止放电时刻的电池组的剩余电量S0C及各电池单体的剩 余电量S0Ck::
[0019]
[0020] 其中，socvS电池组在额定功率下放电至放电截止电压时的剩余电量soc，sock|(]+ 为第k个电池单体在额定功率下放电至放电截止电压时的剩余电量，EfM为电池组在额定 功率下放电至放电截止电压时的平均单体电压，uk|(]+为第k个电池单体在额定功率下放电 至放电截止电压时的电压，将S0Ck|(]+分别与S0C。,对较，k= 1~n，若S0Ck|1与SOCi的差 值小于-20%，或改差值小于步骤（4)中的AS0C_u两者中的较小者，则更换第k个电池单 体，英语更换的电池单体满足以下要求：
[0021] SOCk|0+-SOC0+|<5% ；
[0022] 若S0Ck|1(k= 1~n)与S0Q的差值大于或等于-20%，或该差值大于或等于上 述步骤（4)中的AS0C_u两者中的较小者，则不更换第k个电池单体；
[0023] (6)以储能站规定的电池组额定功率进行对步骤（5)中的电池组进行充电，使得 电池组达到剩余电量S0C为50%，并在此状态下进行静置，静置30分钟后对组成电池组的 n个电池单体进行电压均衡，均衡由电池管理系统的均衡模块实现或通过外部均衡电路实 现，使得所有电池单体的电压趋于一致；
[0024] (7)以储能站规定的电池组额定功率进行对步骤（6)中的电池组进行充电，直至 电池组中的任意一个电池单体达到步骤（3)中的充电截止电压，停止对电池组充电，并在 此状态下进行静置10分钟，以储能站规定的电池组最小功率对电池组进行充电，直至电池 组中有一个电池单体达到步骤（3)中的充电截止电压，此时标定电池组的剩余电量S0C为 100% ；
[0025] (8)以储能站规定的电池组额定功率进行对步骤（7)中的电池组进行放电，直至 电池组中的任意一个电池单体达到步骤（5)中的放电截止电压，停止对电池组放电，并在 此状态下静置10分钟，以储能站规定的电池组最小功率对电池组进行放电，直至电池组中 有一个电池单体达到步骤（5)中的放电截止电压，此时标定电池组的剩余电量S0C为0% ;
[0026] (9)电池组在步骤（8)中的放电过程放出的电量累积值标定为电池组的可用容量 Qrenaln：
[0027]
[0028] 本发明提出的电力系统储能站中锂离子电池的剩余电量校正方法其优点是：本方 法充分考虑电池组中存在电池单体电压不均衡、电池单体老化而引起的容量衰减的问题， 并采取有效的电池单体均衡、更换措施，以此为基础对电池组进行两步充电以标定剩余电 量上限，进行两步放电以标定剩余电量下限，并计算得