CN104931893A - 适于参数不一致性明显的大规模电池组建模方法 - Google Patents
适于参数不一致性明显的大规模电池组建模方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104931893A CN104931893A CN201510374644.1A CN201510374644A CN104931893A CN 104931893 A CN104931893 A CN 104931893A CN 201510374644 A CN201510374644 A CN 201510374644A CN 104931893 A CN104931893 A CN 104931893A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- battery
- parameter
- monomer
- model
- test result
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 45
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 57
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims description 6
- OKUGPJPKMAEJOE-UHFFFAOYSA-N S-propyl dipropylcarbamothioate Chemical compound CCCSC(=O)N(CCC)CCC OKUGPJPKMAEJOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000011017 operating method Methods 0.000 claims description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001453 impedance spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本发明公开了一种适用于参数不一致性明显的大规模电池组建模方法，包括：对电池组的各个单体进行HPPC测试，得到电池组各个单体的在HPPC测试条件下的电压电流曲线；进行循环寿命测试，得到老化测试结果；建立电池参数与SOC及SOH的二维表格等步骤。本发明有效防止个别单体的过充或过放的发生，充分考虑各个单体参数差异，对电池组电压估计更加准确，可以方便扩展为在线监测，适合大规模电池储能系统的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池储能建模技术领域，尤其涉及一种适用于参数不一致性明显的大规模电池组建模方法。
背景技术
随着电池技术的发展与电池成本的降低，以电池为储能介质的大规模储能系统正在逐渐应用于电力系统当中。随着电池系统规模的增大，电池储能系统的管理与控制难度提高，需要一种适用于大规模储能系统的建模方法。
现有的储能系统建模中，往往忽略系统内部的参数差异，将整个系统简化为一个单元进行等效。但是，由于电池生产工艺的复杂，电池组中各个单体难以做到参数的完全相同。随着系统规模的增大，不一致性对电池系统的控制影响也会增大。这需要一种能够考虑到电池内部参数差异，并且适合于大规模电池系统的建模方法。
发明内容
为解决大规模电池储能系统中不一致性对系统控制与电池管理的影响，本发明提出一种适于参数不一致性明显的大规模电池组建模方法。该方法能够对大规模电池储能系统在考虑不一致性情况下建模，建模精度高，并且操作方式简单，适合于大规模电池系统的应用。
本发明的解决解决方案如下：
一种适用于参数不一致性明显的大规模电池组建模方法，包括如下步骤：
步骤①：对电池组的各个单体进行HPPC测试，得到电池组各个单体的在HPPC测试条件下的电压电流曲线；
步骤②：采用电池加速老化方法对电池组的典型单体进行循环寿命测试，得到老化测试结果；
所述的典型单体是指在由k种规格的电池单体构成的电池储能系统中，参考HPPC测试结果，在每一个规格的电池单体中选择一个性能处于平均水平的单体，该单体即为典型单体；
步骤③：对电池单体HPPC测试结果进行参数识别，得到电池参数与SOC关系；认为每种规格的电池在老化过程中个，参数变化的比例与典型单体相同，得到典型单体参数与SOH的关系；结合步骤①及步骤②的测试结果，建立电池参数与SOC及SOH的二维表格；
步骤④：参考步骤②中老化测试结果、应用对建模精度的要求及电池储能系统的运行特点，设定电池参数的更新周期；
步骤⑤：在电池储能系统未启动时，通过电池管理系统读取当前各个单体的开路电压，通过所述的步骤①HPPC测试结果，得到当前各个单体的初始SOC；
步骤⑥：对每个单体使用等效电路模型建模，将各个单体的等效电路模型按照电池组中实际连接方式连接，用于对整个储能系统电压或电流的估计；
步骤⑦：当运行时间达到步骤④的更新周期时，通过在线监测或离线检测测定当前电池储能系统新的运行参数，则返回步骤⑥；
当运行时间没有达到步骤④的更新周期时，不更新电池参数，继续运行步骤⑥；
所述的等效电路模型建模是内阻模型、戴维南模型、PNGV模型或GNL模型。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)该模型可以为电池储能系统的控制提供更详细的参考。当前的电池系统模型忽略电池组内部参数差异，容易造成个别单体的过充或过放，这会造成电池储能系统的寿命缩短，老化加快。而本发明提出的电池组模型考虑每个单体参数差异，有效防止个别单体的过充或过放的发生。
2)该模型可以为电池储能系统的优化设计提供依据。在忽略电池组内部参数差异的情况下，电池组电压估计并不准确，当前模型容易造成控制系统偏差。而本发明提出的电池组模型充分考虑各个单体参数差异，对电池组电压估计更加准确。
3)当前电池组建模测试复杂，需要进行多种测试过程，耗时长，不适合大规模电池储能系统的应用。而本发明提出的电池模型测试方法简单，可以方便扩展为在线监测，适合大规模电池储能系统的应用。
附图说明
图1是本发明适用于参数不一致性明显的大规模电池组建模方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施过程进行详细说明。
本发明一共包括两个阶段：
阶段一：参数测试阶段。在本阶段中，将对电池组的中参数特性进行测试与标定，为下一阶段建模提供数据支持。
步骤①：对电池组各个单体进行混合脉冲功率特性测试(Hybrid Pulse PowerCharacteristic，HPPC)测试。HPPC测试可以确定电池组各个参数与荷电状态(State of Charge,SOC)的关系，为电池组动态特性的描述提供数据参考。虽然整个电池系统规模较大，但单次HPPC测试用时较短，故整个储能系统的测试时间可以接受。
步骤②：对电池组典型单体进行循环寿命测试。假定该储能系统由k种规格的电池单体构成。在每一个规格的电池中取一个性能接近平均水平的单体(具体数据由上一步HPPC测试可以得到)，该单体即为典型单体。并对k种规格的典型单体进行循环寿命测试。循环寿命测试时间较长，但由于该过程只需要对少量单体进行测试，故而可以采用电池加速老化方法进行测试，加速老化方法为行业公知，不再赘述。
步骤③：对电池单体HPPC结果进行参数识别，得到电池参数与SOC关系。参数识别过程为行业公知，不在赘述。认为每种规格的电池老化速度与典型单体相同，可以得到典型单体参数与电池健康程度(State of Health,SOH)的关系。结合步骤①及步骤②的测量结果，建立k种规格的电池参数与SOC及SOH的二维表格。
阶段二：电池系统建模阶段。基于上一阶段对电池组参数的测试结果，建立考虑不一致性的大规模电池系统模型。
步骤④：在电池储能系统未启动时，通过电池管理系统(Battery ManagementSystem,BMS)读取当前各个单体的开路电压，通过所述的步骤①HPPC测试结果，得到当前各个单体的初始SOC。
步骤⑤：对每个单体使用等效电路模型建模，将等效电路模型按照电池组中有连接方式连接，用于对整个储能系统电压或电流的估计。在此处所述的等效电路包括但不限于内阻模型、戴维南模型、PNGV(Partnership for a New Generation ofVehicle)模型、GNL模型等。等效电路模型建模的方法属于行业公知，不再赘述。
步骤⑥：参考步骤②中老化测试结果、应用对建模精度的要求及电池储能系统的运行特点，设定电池参数的更新周期。当运行时间达到更新周期时，通过在线监测或离线检测测定当前电池储能系统新的运行参数。在线监测或离线检测通常只能对电池模型中部分参数进行测定，比如欧姆内阻，通过步骤③中得到的电池参数与SOC及SOH的二维表，可以估计其他参数的数值。
步骤⑦：使用步骤⑥中更新后的参数，重复步骤⑤，建立整个电池系统的模型。
假设某电池系统由k种规格的电池单体组成，第i种电池单体的数量为ni个，单体总数量为N个。首先，对所有电池进行HPPC测试，每一个电池的参数与SOC的关系。假定建立的等效电路模型为戴维南模型，则需要得到开路电压OCV、欧姆内阻ro、极化内阻rp以及极化电容cp随SOC的关系函数，对第j个单体，分别记为：OCV(SOC)roj(SOC)rpj(SOC)cpj(SOC)，其中j＝1,2,…,N。从k种规格单体中，参考HPPC测试结果，对每一规格单体均选择出一个性能处于平均是水平的单体，称为典型单体。对k个典型单体进行循环寿命测试，测定每一规格单体的参数随SOH的关系函数，对第s个规格的单体，关系函数记为ros(SOH)rps(SOH)cps(SOH)，其中，s＝1,2,…,k由于一般开路电压主要受到SOC影响，故不进行OCV与SOC的关系的标定。认为在每一个规格的电池单体符合相同的老化规律，将典型单体的参数随SOH变化按比例折算到其他单体，生成参数与SOC及SOH的二维表格，以备查询。
参考循环寿命测试结果、应用对建模精度的要求及电池储能系统的运行特点，设定电池参数的更新周期。这一步骤较为灵活，视系统的运行要求与运行特点而定。比如对容量估计误差要求在5％以内，则参考循环寿命测试结果，设定参数更新周期内，容量衰减应小于5％。或参考系统运行特点，当储能系统检修周期为三个月时，在满足建模精度要求情况下，参考检修周期进行参数更新工作。
当运行时间达到更新周期时，通过在线监测或离线检测测定当前电池储能系统新的运行参数。所述检测手段包括但不限于阻抗谱测试等，参考实际运行要求，比如建模精度要求、监测时间限定、是否允许离线检测等因素安排检测手段。通常快速检测无法检测电池所有参数，只能对某些参数进行，如欧姆内阻ro，通过查询之前建立的参数与SOC及SOH的二维表格，估计各个电池单体当前的容量、极化内阻与极化电容。
在得到当前运行参数估计之后，按照等效电路模型对每个单体建模，即可估计出每个单体的运行参数，如电压、电流等。将单体按照实际连接方式，对电压、电流等参数进行组合，即可估计出电池组整体运行参数。组合方法为串联电池电压加和、并联电池电流加和，在此不再赘述。
Claims (2)
1.一种适用于参数不一致性明显的大规模电池组建模方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤①：对电池组的各个单体进行HPPC测试，得到电池组各个单体的在HPPC测试条件下的电压电流曲线；
步骤②：采用电池加速老化方法对电池组的典型单体进行循环寿命测试，得到老化测试结果；
所述的典型单体是指在由k种规格的电池单体构成的电池储能系统中，参考HPPC测试结果，在每一个规格的电池单体中选择一个性能处于平均水平的单体，该单体即为典型单体；
步骤③：对电池单体HPPC测试结果进行参数识别，得到电池参数与SOC关系；认为每种规格的电池在老化过程中个，参数变化的比例与典型单体相同，得到典型单体参数与SOH的关系；结合步骤①及步骤②的测试结果，建立电池参数与SOC及SOH的二维表格；
步骤④：参考步骤②中老化测试结果、应用对建模精度的要求及电池储能系统的运行特点，设定电池参数的更新周期；
步骤⑤：在电池储能系统未启动时，通过电池管理系统读取当前各个单体的开路电压，通过所述的步骤①HPPC测试结果，得到当前各个单体的初始SOC；
步骤⑥：对每个单体使用等效电路模型建模，将各个单体的等效电路模型按照电池组中实际连接方式连接，用于对整个储能系统电压或电流的估计；
步骤⑦：当运行时间达到步骤④的更新周期时，通过在线监测或离线检测测定当前电池储能系统新的运行参数，则返回步骤⑥；
当运行时间没有达到步骤④的更新周期时，不更新电池参数，继续运行步骤⑥。
2.根据权利要求1所述的适用于参数不一致性明显的大规模电池组建模方法，其特征在于，所述的等效电路模型建模是内阻模型、戴维南模型、PNGV模型或GNL模型。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510374644.1A CN104931893B (zh) | 2015-06-30 | 2015-06-30 | 适于参数不一致性明显的大规模电池组建模方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510374644.1A CN104931893B (zh) | 2015-06-30 | 2015-06-30 | 适于参数不一致性明显的大规模电池组建模方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104931893A true CN104931893A (zh) | 2015-09-23 |
| CN104931893B CN104931893B (zh) | 2018-02-13 |
Family
ID=54119146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510374644.1A Expired - Fee Related CN104931893B (zh) | 2015-06-30 | 2015-06-30 | 适于参数不一致性明显的大规模电池组建模方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104931893B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105717459A (zh) * | 2016-02-05 | 2016-06-29 | 北京长城华冠汽车科技股份有限公司 | 一种分布计算动力电池的荷电状态的方法及系统 |
| CN105866698A (zh) * | 2016-05-11 | 2016-08-17 | 安徽锐能科技有限公司 | 考虑电池一致性的电池的健康状态估计方法 |
| CN106021738A (zh) * | 2016-05-23 | 2016-10-12 | 山东大学 | 非均一多个体混联的电池组分布式模型建立系统及方法 |
| CN109031145A (zh) * | 2018-08-10 | 2018-12-18 | 山东大学 | 一种考虑不一致性的串并联电池组模型及实现方法 |
| CN110707374A (zh) * | 2018-07-10 | 2020-01-17 | 加百裕工业股份有限公司 | 并联电池管理系统及方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110264381A1 (en) * | 2010-04-22 | 2011-10-27 | Battelle Energy Alliance, Llc | Systems, methods and computer readable media to model kinetic performance of rechargeable electrochemical devices |
| CN102914745A (zh) * | 2012-07-02 | 2013-02-06 | 北京工业大学 | 车用动力电池性能状态的评定方法 |
| CN103544330A (zh) * | 2012-07-13 | 2014-01-29 | 北汽福田汽车股份有限公司 | 锂离子电池的等效电路模型构建方法 |
| CN103632018A (zh) * | 2013-12-24 | 2014-03-12 | 山东大学 | 一种基于Simscape平台的电池建模方法 |
| CN103983920A (zh) * | 2014-05-26 | 2014-08-13 | 北京理工大学 | 一种建立电动车辆的动力电池的模型的方法 |
| CN104614676A (zh) * | 2015-01-07 | 2015-05-13 | 王金全 | 考虑储能电池脉冲电流响应特性的等效电路模型建模方法 |
-
2015
- 2015-06-30 CN CN201510374644.1A patent/CN104931893B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110264381A1 (en) * | 2010-04-22 | 2011-10-27 | Battelle Energy Alliance, Llc | Systems, methods and computer readable media to model kinetic performance of rechargeable electrochemical devices |
| CN102914745A (zh) * | 2012-07-02 | 2013-02-06 | 北京工业大学 | 车用动力电池性能状态的评定方法 |
| CN103544330A (zh) * | 2012-07-13 | 2014-01-29 | 北汽福田汽车股份有限公司 | 锂离子电池的等效电路模型构建方法 |
| CN103632018A (zh) * | 2013-12-24 | 2014-03-12 | 山东大学 | 一种基于Simscape平台的电池建模方法 |
| CN103983920A (zh) * | 2014-05-26 | 2014-08-13 | 北京理工大学 | 一种建立电动车辆的动力电池的模型的方法 |
| CN104614676A (zh) * | 2015-01-07 | 2015-05-13 | 王金全 | 考虑储能电池脉冲电流响应特性的等效电路模型建模方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 郑岳久: "车用锂离子动力电池组的一致性研究", 《2014年硕士论文集》 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105717459A (zh) * | 2016-02-05 | 2016-06-29 | 北京长城华冠汽车科技股份有限公司 | 一种分布计算动力电池的荷电状态的方法及系统 |
| CN105717459B (zh) * | 2016-02-05 | 2019-11-29 | 北京长城华冠汽车科技股份有限公司 | 一种分布计算动力电池的荷电状态的方法及系统 |
| CN105866698A (zh) * | 2016-05-11 | 2016-08-17 | 安徽锐能科技有限公司 | 考虑电池一致性的电池的健康状态估计方法 |
| CN105866698B (zh) * | 2016-05-11 | 2018-11-20 | 安徽锐能科技有限公司 | 考虑电池一致性的电池的健康状态估计方法 |
| CN106021738A (zh) * | 2016-05-23 | 2016-10-12 | 山东大学 | 非均一多个体混联的电池组分布式模型建立系统及方法 |
| CN110707374A (zh) * | 2018-07-10 | 2020-01-17 | 加百裕工业股份有限公司 | 并联电池管理系统及方法 |
| CN110707374B (zh) * | 2018-07-10 | 2022-09-09 | 加百裕工业股份有限公司 | 并联电池管理系统及方法 |
| CN109031145A (zh) * | 2018-08-10 | 2018-12-18 | 山东大学 | 一种考虑不一致性的串并联电池组模型及实现方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104931893B (zh) | 2018-02-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106291372B (zh) | 一种新的锂离子动力电池剩余寿命预测方法 | |
| Vasebi et al. | A novel combined battery model for state-of-charge estimation in lead-acid batteries based on extended Kalman filter for hybrid electric vehicle applications | |
| CN104181470B (zh) | 一种基于非线性预测扩展卡尔曼滤波的电池soc估计方法 | |
| CN103163480B (zh) | 锂电池健康状态的评估方法 | |
| Nemes et al. | Modeling and simulation of first-order Li-Ion battery cell with experimental validation | |
| CN106646256B (zh) | 电池容量计算方法 | |
| CN104502859A (zh) | 电池荷电量及电池健康状态的检测、诊断方法 | |
| CN104965179A (zh) | 一种锂离子蓄电池的温度组合电路模型及其参数识别方法 | |
| CN102944849A (zh) | 一种锂离子电池的电池容量快速检测方法 | |
| CN112147530A (zh) | 一种电池状态评价方法及装置 | |
| CN104931893B (zh) | 适于参数不一致性明显的大规模电池组建模方法 | |
| CN107861075A (zh) | 一种确定动力电池sop的方法 | |
| CN109061505A (zh) | 一种锂电池soh的检测方法 | |
| EP3594705B1 (en) | Method and device for estimating service capacity and state of health of minimum battery cell and battery system | |
| CN110426639B (zh) | 一种基于动态阻抗谱的锂离子电池寿命预测方法及系统 | |
| CN104577226B (zh) | 一种提高动力电池组循环使用寿命的配组方法 | |
| KR20150045600A (ko) | 배터리 시험기 및 그 제어방법 | |
| CN109975715B (zh) | 一种电动汽车锂离子电池模组剩余电量的获得方法 | |
| CN102520365A (zh) | 快速电池剩余电量估计系统及其方法 | |
| CN106772104A (zh) | 一种动力电池soc值估算方法 | |
| CN106597288A (zh) | 一种电源soc估算方法 | |
| Li et al. | The open-circuit voltage characteristic and state of charge estimation for lithium-ion batteries based on an improved estimation algorithm | |
| CN104833917A (zh) | 用于锂蓄电池中荷电状态实时估算的标称电池电阻的确定 | |
| CN105093125A (zh) | 镍氢电池单体一致性评测系统与方法 | |
| CN106597295A (zh) | 一种锂电池soh的估算方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20170907 Address after: 200240 Dongchuan Road, Shanghai, No. 800, No. Applicant after: SHANGHAI JIAO TONG University Applicant after: STATE GRID SHANGHAI MUNICIPAL ELECTRIC POWER Co. Address before: 200240 Dongchuan Road, Shanghai, No. 800, No. Applicant before: Shanghai Jiao Tong University |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180213 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |