CN109884532A - 一种电网储能电池检测装置和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电网储能电池检测装置和检测方法，检测方法包括如下步骤：检测各单体电池的端电压、负载电流和表面温度；向各单体电池注入不同频率的激励电流，得到响应电压，进而计算多个频率交流阻抗及其相角；通过多频点交流阻抗及相角计算各个单体电池阳极、阴极、电解质温度；计算电池包各支路电压和差和各支路的支路电压差、支路阻抗差、支路相角差、阳极内温差、阴极内温差、电解质温差；将各支路电压差、支路阻抗差、支路相角差、阳极内温差、阴极内温差、电压和差和电解质温差与相应的阈值相比对，如果有大于相应阈值的，则发出相应的报警信号。本发明提供的技术方案，检测储能电池中各单体电池的运行参数，能够提供对电网储能电池检测的准确性。

Description

一种电网储能电池检测装置和检测方法

技术领域

本发明属于电网储能电池检测技术领域，具体涉及一种电网储能电池检测装置和检测方法。

背景技术

随着电网技术的发展，大规模储能电站近年来得到了发展。锂离子电池具备良好的能量密度和充放电次数，是发展大规模储能电站的优质载体。但锂离子电池自1991年首次商业应用以来，容易发生热失控的特性以及充放电过程的滥用等给应用带来了一定危险，也阻碍了锂离子电池在大规模储能电站中的应用。

目前常见的BMS(电池管理系统)只监测锂电池的电压、电流和外部温度指标，由于电池工作的复杂性，该种类型的BMS无法准确通过电压得知电池SOC(电池荷电状态)和健康状况。对于一个单体电池而言，在热失控发生之前，首先是电池内部电解质、阳极和阴极温度的增加，进而引起单体电池外部表面温度的增加，大量实验证明，内外温之间的变化存在大的时延，只测量外温，丧失了预警电池发生热失控的时间空间，靠测量外部温度无法及时捕捉热失控的危险。进一步，电池各频点的内阻抗是反映电池健康状况、匹配度等信息的重要指标，传统的BMS不能对电池进行有效的维护管理，亦不能对异常情况做出准确的预警和灾害处理措施。更进一步，对于发生热失控的电池而言，其表现并不仅仅是温度的升高，甚至在特定的条件下会发生吸热反应导致温度的短暂下降，从而产生温度测量的错误表现。

现有技术中对电网储能系统的检测结果准确性较低，不能满足对其中储能电池性能判断的需求。

发明内容

本发明提供一种电网储能电池检测装置和检测方法，用于解决现有技术中对电网储能系统中储能电池检测结果准确性较低的问题。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：

一种电网储能电池检测方法，包括如下步骤：

采集各单体电池的端电压、负载电流、表面温度和交流阻抗，通过交流阻抗计算内部温度，内部温度包括单体电池的阳极温度、电池阴极温度和电解质温度；

计算电池包各支路电压和差和各支路的支路电压差、支路阻抗差、支路相角差、阳极内温差、阴极内温差、电解质温差；

将各支路电压差、支路阻抗差、支路相角差、阳极内温差、阴极内温差、电压和差和电解质温差与相应的阈值相比对，如果有支路电压差、支路阻抗差、支路相角差、阳极内温差、阴极内温差、电压和差和电解质温差大于相应的阈值，则发出相应的报警信号；

所述支路电压差为该支路各单体电池中的最大端电压值与该支路各单体电池中的最小端电压值之差；所述支路阻抗差为该支路各单体电池中的最大阻抗值与该支路各单体电池中的最小阻抗值；所述支路相角差为该支路中单体电池中的最大相角值与该支路中单体电池中的最小相角值；所述阳极内温差为该电池包内单体电池的最高阳极内温值与该电池包内单体电池的阳极最低内温值；所述阴极内温差为该电池包内单体最高阴极内温值与该电池包内单体阴极最低内温值；所述电解质温差为该电池包内单体最高电解质温度值与该电池包内最低电解质温度值；各支路电压和为各支路中所有单体电池的端电压之和，支路电压和差为电池包内两条支路的电压和之差。

进一步的，所述支路电压差、支路阻抗差、支路相角差、阳极内温差、阴极内温差、电压和差和电解质温差的阈值通过标定实验得到。

一种电网储能电池检测装置，包括处理器，处理器连接有电压检测单元、电流检测单元、表面温度检测单元、多频率阻抗及相角检测单元，电压检测单元用于检测各单体电池的端电压，电流检测单元用于检测各支路的负载电流，多频率阻抗及相角检测单元用于向各单体电池注入不同频率的激励电流，得到响应电压，进而计算多个频率交流阻抗及其相角；所述处理器用于执行如下的电网储能电池检测方法：

采集各单体电池的端电压、负载电流、表面温度和交流阻抗，通过交流阻抗计算内部温度，内部温度包括单体电池的阳极温度、电池阴极温度和电解质温度；

计算电池包各支路电压和差和各支路的支路电压差、支路阻抗差、支路相角差、阳极内温差、阴极内温差、电解质温差；

将各支路电压差、支路阻抗差、支路相角差、阳极内温差、阴极内温差、电压和差和电解质温差与相应的阈值相比对，如果有支路电压差、支路阻抗差、支路相角差、阳极内温差、阴极内温差、电压和差和电解质温差大于相应的阈值，则发出相应的报警信号；

所述支路电压差为该支路各单体电池中的最大端电压值与该支路各单体电池中的最小端电压值之差；所述支路阻抗差为该支路各单体电池中的最大阻抗值与该支路各单体电池中的最小阻抗值；所述支路相角差为该支路中单体电池中的最大相角值与该支路中单体电池中的最小相角值；所述阳极内温差为该电池包内单体电池的最高阳极内温值与该电池包内单体电池的阳极最低内温值；所述阴极内温差为该电池包内单体最高阴极内温值与该电池包内单体阴极最低内温值；所述电解质温差为该电池包内单体最高电解质温度值与该电池包内最低电解质温度值；各支路电压和为各支路中所有单体的端电压之和，支路电压和差为电池包内两条支路的电压和之差。

进一步的，所述支路电压差、支路阻抗差、支路相角差、阳极内温差、阴极内温差、电压和差和电解质温差的阈值通过标定实验得到。

附图说明

图1为电网储能系统的结构示意图；

图2为电网储能电池检测装置的结构示意图。

具体实施方式

装置实施例：

本实施例提供一种电网储能电池检测装置，用于对电网储能系统中的电池检测，当其中有电池出现异常时发出报警信号，以提高电网储能电池的可靠性。

本实施例所提供的电网储能电池检测装置，其用于检测的电网储能系统的结构如图1所示，包括电池包，电池包内设置有n条并联设置的支路，每条支路中包括m个串联设置的单体电池。

本实施例所提供的电网储能电池检测装置，其结构如图2所示，其中包括处理器，处理器连接有电压检测单元、电流检测单元、多频点阻抗及相角检测单元，电压检测单元用于检测各单体电池的端电压U，电流检测单元用于检测各支路的负载电流I，表面温度检测个单体电池的表面温度T_sur，多频率阻抗及相角检测单元用于检测多频率阻抗及相角检测单元用于向各单体电池注入不同频率的激励电流i_exc，取一个周期序列计算得到响应电压u_rsp，将i_exc和u_rsp经过带通FIR滤波器得到单一频率的时域信号，然后得到激励电流有效值I_exc、响应电压U_rsp、交流阻抗有功功率P和无功功率Q，最后计算多个频率交流阻抗R及其相角

其中，相关量计算公式如下：

处理器根据电压检测单元、电流检测单元、多频点阻抗及相角检测单元检测到的数据，采用电网储能电池检测方法对电网储能系统中的电池进行检测，以判断电池是否出现异常。

电网储能电池检测方法包括如下步骤：

采集各单体电池的端电压、负载电流、表面温度和交流阻抗，通过交流阻抗计算内部温度，内部温度包括单体电池的阳极温度、电池阴极温度和电解质温度；

在运行中，充放电会引起电池阳极、阴极、电解质温度的变化，而这些温度变化会导致所在位置的处于活性状态的Li离子含量的变化，引起所谓Li⁺-C相变，进而引起交流阻抗、相位的变化；多频点阻抗、相位检测即是通过注入不同频率的激励电流产生响应电压，对两者做FIR滤波和频谱分析得到交流阻抗和相角，特定频率下的交流阻抗、相角能够反映电池的内部参数变化，如某种电池10Hz相角随阴极温度增大，70Hz相角随阳极温度增大、500Hz阻抗随电解质温度增大而减小；可以通过大量实验得到同一型号电池阻抗、相角与各部位温度之间的曲线，通过曲线对应关系就能在电池运行过程中实时检测电池阳极的温度、阴极的温度及电解质的温度。

计算电池包各支路电压和差和各支路的支路电压差、支路阻抗差、支路相角差、阳极内温差、阴极内温差、电解质温差，计算的方法为：

支路电压差为该支路各单体电池中的最大端电压值与该支路各单体电池中的最小端电压值之差；

支路阻抗差为该支路各单体电池中的最大阻抗值与该支路各单体电池中的最小阻抗值；

支路相角差为该支路中单体电池中的最大相角值与该支路中单体电池中的最小相角值；

阳极内温差为该电池包内单体电池的最高阳极内温值与该电池包内单体电池的阳极最低内温值；

阴极内温差为该电池包内单体最高阴极内温值与该电池包内单体阴极最低内温值；

电解质温差为该电池包内单体最高电解质温度值与该电池包内最低电解质温度值；

各支路电压和为各支路中所有端电压之和，支路电压和差为电池包内两条支路的电压和之差；

将各支路电压差、支路阻抗差、支路相角差、阳极内温差、阴极内温差、电压和差和电解质温差分别与对应的阈值相比对，如果有支路电压差、支路阻抗差、支路相角差、阳极内温差、阴极内温差、电压和差和电解质温差大于相应的阈值，则发出相应的报警信号。

各支路电压差、支路阻抗差、支路相角差、阳极内温差、阴极内温差、电压和差和电解质温差所对应的阈值根据标定实验得到，即在实验环境下对电池进行实验，如对于支路电压差的阈值，如果实验时当支路电压差大于某值时电池不能正常运行，则改值即为支路电压差的阈值；同样，按照该标定实验得到支路阻抗差、支路相角差、阳极内温差、阴极内温差、电压和差或电解质温差的阈值。

本实施例所提供的电网储能电池检测装置，其中的处理器还用于根据各单体电池电压和电流计算各单体电池的荷电状态，并根据各单体电池的核电状态计算整个电网储能系统的核电状态。

方法实施例：

本实施例提供一种电网储能电池检测方法，与上述装置实施例中处理器执行的电网储能电池检测方法相同。

Claims (3)

1.一种电网储能电池检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

采集各单体电池的端电压、负载电流、表面温度和交流阻抗，通过交流阻抗计算内部温度，内部温度包括单体电池的阳极温度、电池阴极温度和电解质温度；

计算电池包各支路电压和差和各支路的支路电压差、支路阻抗差、支路相角差、阳极内温差、阴极内温差、电解质温差；

将各支路电压差、支路阻抗差、支路相角差、阳极内温差、阴极内温差、电压和差和电解质温差与相应的阈值相比对，如果有支路电压差、支路阻抗差、支路相角差、阳极内温差、阴极内温差、电压和差和电解质温差大于相应的阈值，则发出相应的报警信号；

所述支路电压差为该支路各单体电池中的最大端电压值与该支路各单体电池中的最小端电压值之差；所述支路阻抗差为该支路各单体电池中的最大阻抗值与该支路各单体电池中的最小阻抗值；所述支路相角差为该支路中单体电池中的最大相角值与该支路中单体电池中的最小相角值；所述阳极内温差为该电池包内单体电池的最高阳极内温值与该电池包内单体电池的阳极最低内温值；所述阴极内温差为该电池包内单体最高阴极内温值与该电池包内单体阴极最低内温值；所述电解质温差为该电池包内单体最高电解质温度值与该电池包内最低电解质温度值；各支路电压和为各支路中所有单体电池的端电压之和，支路电压和差为电池包内两条支路的电压和之差。

2.根据权利要求1所述的电网储能电池检测方法，其特征在于，所述支路电压差、支路阻抗差、支路相角差、阳极内温差、阴极内温差、电压和差和电解质温差的阈值通过标定实验得到。

3.一种电网储能电池检测装置，其特征在于，包括处理器，处理器连接有电压检测单元、电流检测单元、表面温度检测单元、多频率阻抗及相角检测单元，电压检测单元用于检测各单体电池的端电压，电流检测单元用于检测各支路的负载电流，多频率阻抗及相角检测单元用于向各单体电池注入不同频率的激励电流，得到响应电压，进而计算多个频率交流阻抗及其相角；所述处理器用于执行如权利要求1或2所述的电网储能电池检测方法。