一种评估储能电池健康状态的方法和系统与流程

本发明涉及储能技术领域,并且更具体地，涉及一种评估储能电池健康状态的方法和系统。

背景技术

储能作为电力系统中的重要构成部分，可在大规模可再生能源发电、传统发电侧、输配电侧、用电侧、辅助服务等方面发挥重要作用。根据最新的统计数据显示，截至2017年底，全球范围内投运电化学储能电站累计装机2926.6mw，其中，锂离子电池储能的装机占比最大，为75％以上，其次为钠硫电池储能、铅蓄电池储能、液流电池储能等，主要应用于集中式可再生能源并网、电力系统辅助服务、用户侧、电网侧及电源侧等。使用寿命是决定储能系统能否推广应用的关键参量之一，与储能系统自身技术特性、工况运行曲线等因素有关，使用寿命的评估通常以储能电池健康状态(stateofhealth，soh)为指标，当储能电池健康状态低于设置的退出条件时，储能系统寿命终止。储能电池健康状态定义为电池剩余的可用容量与投运时新电池初始可放电量的比值。储能系统运营期内，其剩余的可用容量逐步衰减，影响电池容量衰减速度的主要因素为充放电深度(depthofdischarge，dod)、循环次数、储能电站内的环境温度等。储能电站内的环境温度受电站自身温控装置实时精确控制，通常忽略储能电站内的环境温度对电池容量衰减的影响。因此，实际上影响电池容量衰减速度的主要因素为充放电深度(depthofdischarge，dod)和循环次数，故如何根据储能电池的dod和循环次数来确定储能电池的健康状态就成为一个急需解决的问题。

技术实现要素：

为了解决如何根据储能电池的dod和循环次数来确定储能电池的健康状态soh的技术问题，本发明提供了一种评估储能电池健康状态的方法，所述方法包括：

步骤1、调用储能电池测试数据库中的数据，数值拟合形成储能系统充放电深度dod在已划分的i个区间上的储能电池健康状态soh与循环次数关系n的曲线sohi＝f(n，dodi)，对于第i个dod区间，sohi取dodi为第一设置值的测试数据拟合曲线，其中，所述soh为电池剩余的可用容量与投运时新电池初始可放电量的比值，i为自然数，1≤i≤i；

步骤2、针对储能复杂运行工况下的soc＝g(t)线，以g′(t)＝0且g″(t)≤0的时刻为起始时刻，分析g′(t)＝0的时刻，形成时间序列tj,1≤j≤n；

步骤3、根据soc＝g(t)曲线，计算时间序列tj对应的soc序列socj；

步骤4、根据soc序列socj形成dod序列dodk，其中，j、k为自然数，1≤j≤n，1≤k≤[n/2]；

步骤5、根据dodk所在dod区间的soh与循环次数曲线，计算循环次数为1时的sohk，令k＝1；

步骤6、根据dodk+1所在dod区间的soh与循环次数曲线，计算sohk对应的充放电循环次数nk，计算nk+1作用后的sohk+1，令k＝k+1，重复步骤6，当k+1＝[n/2]时，转至步骤7；

步骤7、当k+1＝[n/2]时，计算得出dod[n/2]作用后的soh[n/2]值，所述soh[n/2]值即为该工况曲线作用后的储能电池健康状态值。

进一步地，所述在数值拟合形成储能系统充放电深度dod在已划分的i个区间上的储能电池健康状态soh与循环次数关系n的曲线之前还包括：

建立储能电池测试数据库，所述数据库中包括不同dod时，储能电池的健康状态soh与循环次数关系n的数据；

将dod的值划分i个区间，其中，在第i个dod区间中，dodi的取值范围为(i-1/i，i/i]，i为自然数，1≤i≤i。

进一步地，所述对于第i个dod区间，sohi取dodi为第一设置值的测试数据拟合曲线是指对于第i个dod区间，sohi取dodi为(i-0.5)/i的测试数据拟合曲线，记为：

进一步地，所述根据soc序列socj形成dod序列dodk，其计算公式为：

dodk＝socj-socj+1＝soc2k-1-soc2k

式中，j、k为自然数，j＝2k-1，1≤j≤n，，1≤k≤[n/2]。

进一步地，所述方法评估的储能电池的soh的精度与dod划分的区间数有关，i越大，区间越多，储能电池soh的评估结果精度越高。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种评估储能电池健康状态的系统，所述系统包括：

soh曲线确定单元，其用于调用储能电池测试数据库中的数据，数值拟合形成储能系统充放电深度dod在已划分的i个区间上的储能电池健康状态soh与循环次数关系n的曲线sohi＝f(n，dodi)，对于第i个dod区间，sohi取dodi为第一设置值的测试数据拟合曲线，其中，所述soh为电池剩余的可用容量与投运时新电池初始可放电量的比值，i为自然数，1≤i≤i；

时间序列确定单元，其用于针对储能复杂运行工况下的soc＝g(t)线，以g′(t)＝0且g″(t)≤0的时刻为起始时刻，分析g′(t)＝0的时刻，形成时间序列tj,1≤j≤n；

soc序列确定单元，其用于根据soc＝g(t)曲线，计算时间序列tj对应的soc序列socj；

dod序列确定单元，其用于根据soc序列socj形成dod序列dodk，其中，j、k为自然数，1≤j≤n，1≤k≤[n/2]；

初始soh确定单元，其用于根据dodk所在dod区间的soh与循环次数曲线，计算循环次数为1时的sohk，令k＝1；

soh循环计算单元，其用于根据dodk+1所在dod区间的soh与循环次数曲线，计算sohk对应的充放电循环次数nk，计算nk+1作用后的sohk+1，令k＝k+1，soh循环计算单元进行循环计算，当k+1＝[n/2]时，转至soh确定单元；

soh确定单元，其用于当k+1＝[n/2]时，计算得出dod[n/2]作用后的soh[n/2]值，所述soh[n/2]值即为该工况曲线作用后的储能电池健康状态值。

进一步地，所述系统还包括：

数据库单元，其用于建立储能电池测试数据库，所述数据库中包括不同dod时，储能电池的健康状态soh与循环次数关系n的数据；

dod区间划分单元，其用于将dod的值划分i个区间，其中，在第i个dod区间中，dodi的取值范围为(i-1/i，i/i]，i为自然数，1≤i≤i。

进一步地，所述soh曲线确定单元中，sohi取dodi为(i-0.5)/i的生成测试数据拟合曲线，记为：

进一步地，所述dod序列确定单元根据soc序列socj形成dod序列dodk，其计算公式为：

dodk＝socj-socj+1＝soc2k-1-soc2k

式中，j、k为自然数，j＝2k-1，1≤j≤n，1≤k≤[n/2]。

进一步地，所述dod区间划分单元设置的i越大，区间越多，所述系统评估储能电池soh的评估结果精度越高。

本发明技术方案提供的评估储能电池的健康状况的方法和系统，通过复杂运行工况下的soc曲线，采用求导方法，得到dod时间序列，并基于不同dod区间中的soh衰减特性，根据dod序列所在区间的soh与循环次数曲线，循环求解，得到复杂运行工况下soc曲线作用后的储能电池健康状况。本方法和系统从储能系统技术特性和储能电池的容量衰减特性出发，根据不同充放电深度dod下储能电池健康状态soh与循环次数的关系，采用求导方法确立储能电池复杂运行工况下的dod序列，用以评估储能电池工况曲线作用后的剩余可用容量，定量计算储能电池复杂运行工况曲线作用下的寿命周期，为储能系统容量配置和全寿命周期经济性评估问题的研究提供了基础。现有技术多基于定性方法预判储能寿命周期，本发明提出了dod序列的确立方法，以及多dod序列下的复杂工况曲线作用的soh评估方法，有利于提高储能电池健康状态评估的准确性。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的评估储能电池健康状态的方法的流程图；

图2为根据本发明优选实施方式的评选储能电池健康状态的系统的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明优选实施方式的评估储能电池健康状态的方法的流程图。如图1所示，本优选实施方式所述的评估储能电池健康状态的方法从步骤101开始。

在步骤101，建立储能电池测试数据库，所述数据库中包括不同dod时，储能电池的健康状态soh与循环次数关系n的数据；

在步骤102，将dod的值划分i个区间，其中，在第i个dod区间中，dodi的取值范围为(i-1/i，i/i]，i为自然数，1≤i≤i。

在步骤103，调用储能电池测试数据库中的数据，数值拟合形成储能系统充放电深度dod在已划分的i个区间上的储能电池健康状态soh与循环次数关系n的曲线sohi＝f(n，dodi)，对于第i个dod区间，sohi取dodi为第一设置值的测试数据拟合曲线，其中，所述soh为电池剩余的可用容量与投运时新电池初始可放电量的比值，i为自然数，1≤i≤i；

在步骤104，针对储能复杂运行工况下的soc＝g(t)线，以g′(t)＝0且g″(t)≤0的时刻为起始时刻，分析g′(t)＝0的时刻，形成时间序列tj,1≤j≤n；

在步骤105，根据soc＝g(t)曲线，计算时间序列tj对应的soc序列socj；

在步骤106，根据soc序列socj形成dod序列dodk，其中，j、k为自然数，1≤j≤n，1≤k≤[n/2]；

在步骤107，根据dodk所在dod区间的soh与循环次数曲线，计算循环次数为1时的sohk，令k＝1；

在步骤108，根据dodk+1所在dod区间的soh与循环次数曲线，计算sohk对应的充放电循环次数nk，计算nk+1作用后的sohk+1，令k＝k+1，重复步骤108，当k+1＝[n/2]时，转至步骤109；

在步骤109，当k+1＝[n/2]时，计算得出dod[n/2]作用后的soh[n/2]值，所述soh[n/2]值即为该工况曲线作用后的储能电池健康状态值。

优选地，所述对于第i个dod区间，sohi取dodi为第一设置值的测试数据拟合曲线是指对于第i个dod区间，sohi取dodi为(i-0.5)/i的测试数据拟合曲线，记为：

优选地，所述根据soc序列socj形成dod序列dodk，其计算公式为：

dodk＝socj-socj+1＝soc2k-1-soc2k

式中，j、k为自然数，j＝2k-1，1≤j≤n，，1≤k≤[n/2]。

优选地，所述方法评估的储能电池的soh的精度与dod划分的区间数有关，i越大，区间越多，储能电池soh的评估结果精度越高。

图2为根据本发明优选实施方式的评选储能电池健康状态的系统的结构示意图。如图2所示，本优选实施方式所述的评估储能电池健康状态的系统200包括：

数据库单元201，其用于建立储能电池测试数据库，所述数据库中包括不同dod时，储能电池的健康状态soh与循环次数关系n的数据；

dod区间划分单元202，其用于将dod的值划分i个区间，其中，在第i个dod区间中，dodi的取值范围为(i-1/i，i/i]，i为自然数，1≤i≤i。

soh曲线确定单元203，其用于调用储能电池测试数据库中的数据，数值拟合形成储能系统充放电深度dod在已划分的i个区间上的储能电池健康状态soh与循环次数关系n的曲线sohi＝f(n，dodi)，对于第i个dod区间，sohi取dodi为第一设置值的测试数据拟合曲线，其中，所述soh为电池剩余的可用容量与投运时新电池初始可放电量的比值，i为自然数，1≤i≤i；

时间序列确定单元204，其用于针对储能复杂运行工况下的soc＝g(t)线，以g′(t)＝0且g″(t)≤0的时刻为起始时刻，分析g′(t)＝0的时刻，形成时间序列tj,1≤j≤n；

soc序列确定单元205，其用于根据soc＝g(t)曲线，计算时间序列tj对应的soc序列socj；

dod序列确定单元206，其用于根据soc序列socj形成dod序列dodk，其中，j、k为自然数，1≤j≤n，1≤k≤[n/2]；

初始soh确定单元207，其用于根据dodk所在dod区间的soh与循环次数曲线，计算循环次数为1时的sohk，令k＝1；

soh循环计算单元208，其用于根据dodk+1所在dod区间的soh与循环次数曲线，计算sohk对应的充放电循环次数nk，计算nk+1作用后的sohk+1，令k＝k+1，soh循环计算单元208进行循环计算，当k+1＝[n/2]时，转至soh确定单元209；

soh确定单元209，其用于当k+1＝[n/2]时，计算得出dod[n/2]作用后的soh[n/2]值，所述soh[n/2]值即为该工况曲线作用后的储能电池健康状态值。

优选地，所述soh曲线确定单元203中，sohi取dodi为(i-0.5)/i的生成测试数据拟合曲线，记为：

优选地，所述dod序列确定单元206根据soc序列socj形成dod序列dodk，其计算公式为：

dodk＝socj-socj+1＝soc2k-1-soc2k

式中，j、k为自然数，j＝2k-1，1≤j≤n，1≤k≤[n/2]。

优选地，所述dod区间划分单元202设置的i越大，区间越多，所述系统评估储能电池soh的评估结果精度越高。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。