一种准二维电化学模型的计算装置及方法、储能管理系统与流程

本发明涉及储能，尤其涉及一种准二维电化学模型的计算装置及方法、储能管理系统。

背景技术：

1、目前在整个储能领域，以锂离子电池为主体的储能电站占据着主体地位。如何安全使用锂离子电池，以及其剩余寿命估算一直是储能领域重点关注的问题。为了解决这些问题，储能电站配备了一整套完善的充放电控制及保护系统，在此系统之上，再结合已知的电池模型对锂电池剩余容量、老化程度等进行估算。

2、已提出的锂离子电池模型有等效电路模型(ecm)、单粒子模型(spm)，准二维电化学模型(p2d，pseudotwo-dimensional)。其中等效电路模型，模型简单，容易实现，应用范围最为广泛，但其存在一定误差，且误差会随着时间积累，也无法对电池老化程度及安全性进行评估。单粒子模型和准二维电化学模型是基于机理的模型，是对锂离子电池内部的电化学状态量进行估算，真正实现了对电池老化程度和安全性的评估及预测。相对于单粒子模型，准二维电化学模型的计算更为复杂，但模型精度有了较大的提高，应用场景也更广泛，比如p2d模型可用于大倍率充放电的工况，而单粒子模型仅对1c以下充放电倍率的工况适用。

3、目前，电化学模型的建模及运算主要由云平台服务器上的软件实现，进行一次电池数据分析需要储能电站将采集的电池数据传输给远端的云平台，云平台进行数据分析，再反馈结果给储能电站。兆瓦级的大型储能电站，电池采集节点数据巨大，数据传输时间长；完全采用软件进行数据处理，处理速度慢；这样导致电池数据分析的效率低。若通过提高传输线路的带宽来缩短传输时间，通过提高服务器的处理能力来提高处理速度，则提高了系统成本。因此有必要提供一种性价比较高的应用于储能电站侧的准二维电化学模型的计算装置与方法。

技术实现思路

1、本发明的目的之一是为了克服现有技术中存在的至少部分不足，提供了一种准二维电化学模型的计算装置及方法、储能管理系统。

2、本发明提供了一种准二维电化学模型的计算装置，包括：

3、电化学计算模块，用于根据准二维电化学模型算法对储能电站内待分析电池组的电池数据进行分析以得到所述待分析电池组中各个电池对应的电池模型的电化学参数；

4、性能评估模块，与所述电化学计算模块相连，用于根据所述待分析电池组中各个电池对应的电池模型的电化学参数得到对应的电池性能；

5、通信接口模块，与所述电化学计算模块和所述性能评估模块相连，用于向所述电化学计算模块传入所述待分析电池组的电池数据，并将所述性能评估模块输出的所述待分析电池组的电池性能传出。

6、在一些实施例中，所述电化学计算模块配置于fpga可编程器件中，所述性能评估模块配置于cpu中。

7、在一些实施例中，所述电化学计算模块包括：

8、液相计算单元，用于根据液相传质方程计算一待分析电池对应的电池模型的液相电化学参数；

9、固相计算单元，用于根据固相传质方程计算所述待分析电池对应的电池模型的固相电化学参数；

10、多个电解耦计算单元，每个电解耦计算单元分别与所述液相计算单元和所述固相计算单元相连，用于根据所述液相电化学参数、所述固相电化学参数，以及butler-volmer方程、固相电势控制方程、液相电势控制方程，计算所述待分析电池对应的电池模型的电解耦电化学参数。

11、在一些实施例中，所述液相计算单元、所述固相计算单元和多个所述电解耦计算单元被分别设计为独立的算法ip核；所述液相计算单元和所述固相计算单元并行运算。

12、在一些实施例中，所述多个电解耦计算单元按预设顺序和预设间隔依次串行启动。

13、在一些实施例中，所述预设间隔等于所述液相计算单元和所述固相计算单元的最大计算时长。

14、本发明还提供一种准二维电化学模型的计算方法，包括：

15、配置一电化学计算模块，所述电化学计算模块根据准二维电化学模型算法对储能电站内待分析电池组的电池数据进行分析以得到所述待分析电池组中各个电池对应的电池模型的电化学参数；

16、配置一性能评估模块，所述性能评估模块根据所述待分析电池组中各个电池对应的电池模型的电化学参数得到对应的电池性能；

17、配置一通信接口模块，所述通信接口模块向所述电化学计算模块传入所述待分析电池组的电池数据，并将所述性能评估模块输出的所述待分析电池组的电池性能传出。

18、在一些实施例中，所述电化学计算模块根据准二维电化学模型算法对储能电站内待分析电池组的电池数据进行分析以得到所述待分析电池组中各个电池对应的电池模型的电化学参数，包括：

19、根据液相传质方程计算一待分析电池对应的电池模型的液相电化学参数；

20、根据固相传质方程计算所述待分析电池对应的电池模型的固相电化学参数；

21、根据所述液相电化学参数、所述固相电化学参数，以及butler-volmer方程、固相电势控制方程、液相电势控制方程，计算所述待分析电池对应的电池模型的电解耦电化学参数。

22、本发明还提供一种储能管理系统，包括：

23、储能电站和与所述储能电站相连的云平台；所述储能电站包括前述的准二维电化学模型的计算装置和与所述计算装置相连的储能电站主系统；

24、所述云平台，确定待分析电池组，并经所述储能电站主系统向所述计算装置发起启动计算指令以启动所述待分析电池组的电池数据分析；

25、所述储能电站主系统，向所述计算装置发送所述待分析电池组的电池数据；

26、所述计算装置，根据所述待分析电池组的电池数据得到所述待分析电池组的电池性能，并经所述储能电站主系统向所述云平台反馈计算结果。

27、在一些实施例中，所述储能电站主系统还用于在监测到异常情况时确定待分析电池组，并向所述计算装置发起启动计算指令以启动所述待分析电池组的电池数据分析。

28、与现有技术相比，本发明所提供的一种准二维电化学模型的计算装置及方法、储能管理系统具有以下至少一条有益效果：

29、1、本发明通过在储能电站侧设置基于准二维的锂离子电化学模型的计算装置，规避了云平台获取电池数据延迟大的弊端，并可根据电站规模进行相应的计算装置的配置，可实现大规模的本地计算，增强边缘计算能力，减轻云平台计算压力。

30、2、本发明提供的计算装置基于准二维电化学模型进行电池性能评估，评估更准确，可适用于各种工况，应用场景广泛。

31、3、本发明通过采用fpga和cpu相结合的方式以及流水化设计实现了复杂的p2d电化学模型算法的计算，提高了电池数据分析的效率，节省了资源，降低了成本。

技术特征：

1.一种准二维电化学模型的计算装置，位于储能电站侧，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的准二维电化学模型的计算装置，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的准二维电化学模型的计算装置，其特征在于，所述电化学计算模块包括：

4.根据权利要求3所述的准二维电化学模型的计算装置，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的准二维电化学模型的计算装置，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的准二维电化学模型的计算装置，其特征在于，

7.一种准二维电化学模型的计算方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的准二维电化学模型的计算方法，其特征在于，所述电化学计算模块根据准二维电化学模型算法对储能电站内待分析电池组的电池数据进行分析以得到所述待分析电池组中各个电池对应的电池模型的电化学参数，包括：

9.一种储能管理系统，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的储能管理系统，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种准二维电化学模型的计算装置及方法、储能管理系统，所述计算装置包括：电化学计算模块，用于根据准二维电化学模型算法对储能电站内待分析电池组的电池数据进行分析以得到待分析电池组中各个电池对应的电池模型的电化学参数；性能评估模块，用于根据待分析电池组中各个电池对应的电池模型的电化学参数得到对应的电池性能；通信接口模块，用于向电化学计算模块传入待分析电池组的电池数据，并将性能评估模块输出的待分析电池组的电池性能传出。本发明对储能电站内电池性能评估更准确，提高了对储能电站内电池数据的分析效率。

技术研发人员：宋佩,魏琼,严晓,赵恩海,周国鹏,蔡宗霖,赵健,吴运凯,马妍,冯洲武
受保护的技术使用者：上海玫克生储能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15