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CN114400738A - 一种储能电站电池预警方法和系统 - Google Patents

一种储能电站电池预警方法和系统 Download PDF

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CN114400738A
CN114400738A CN202210013275.3A CN202210013275A CN114400738A CN 114400738 A CN114400738 A CN 114400738A CN 202210013275 A CN202210013275 A CN 202210013275A CN 114400738 A CN114400738 A CN 114400738A
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China
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battery
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voltage
current
power station
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CN202210013275.3A
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曹晓东
蔡顺
斯元海
曹攀
吴贤章
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Zhejiang Narada Power Source Co Ltd
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Zhejiang Nandu Energy Internet Co ltd
Zhejiang Narada Power Source Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种储能电站电池预警方法和系统，方法包括：获取电池堆电压和电流数据、电池组电流数据、单体电池电压、电流和SOC数据，建立电站电池预警模型；生成电站电池堆、电池组和单体电池的标准充放电曲线；根据获取的电池堆电压和电流数据、电池组电流数据、单体电池电压、电流和SOC数据生成实际电站电池堆、电池组和单体电池充放电曲线；根据实际充放电曲线判断是否存在非电池因素故障，若不存在非电池因素的故障则通过所述电站电池预警模型判断故障原因。所述方法和系统将储能电池中的电池堆、电池组和单体电池的关键数据生成标准的充放电曲线，通过充放电曲线建立不同层级的电池预警模型，可以判断储能电站中的不同层级的电池的健康程度。

Description

一种储能电站电池预警方法和系统
技术领域
本发明涉及储能技术领域，特别涉及一种储能电站电池预警方法和系统。
背景技术
目前主站BMS上设定的固定阀值进行预警，将预警结果上报至平台，通过本身的运维经验去判断电池处于什么状态，是否存在隐患。然而现有技术中存在如下技术问题：1、通过本地实时上传数据进行预警，结合某一时刻的数据，不能真实反映储能电池的内在问题。2、上述现有技术方法目前计算动力电池容量时随着时间推移会出现误差，且会越来越大，无法精确体现电池容量。3、上述现有技术方法无法进行跨时间宽度进行储能电池预警及未来电池运行情况。4、上述方法无法给出电池预警之后的维护指导及更换电池后的运行情况跟踪，并且无法判断电池的健康状态。
发明内容
本发明其中一个发明目的在于提供一种储能电站电池预警方法和系统，所述方法和系统将储能电池中的电池堆、电池组和单体电池的关键数据生成标准的充放电曲线，通过充放电曲线建立不同层级的电池预警模型，可以判断储能电站中的不同层级的电池的健康程度。
本发明另一个发明目的在于提供一种储能电站电池预警方法和系统，所述方法和系统通过实际的电池堆、电池组和单体电池的充放电曲线和标准曲线做对比，并根据对比结果判断是否存在出现故障，并判断故障的原因，从而可以实现电池故障的快速预警和跟踪，降低电站电池的维护压力。
本发明另一个发明目的在于提供一种储能电站电池预警方法和系统，所述方法和系统通过纵向分析表电池充放电起始电压与SOC的关系模型，所述方法和系统设置预警阈值，当电池充放电起始电压与SOC达到预警阈值时进行重新标定，并进行容量预警，在标定后的SOC更新于所述SOC模型中，从而可以提高SOC模型的准确性。
为了实现至少一个上述发明目的，本发明进一步提供一种储能电站电池预警方法，所述方法包括如下步骤：
获取电池堆电压和电流数据、电池组电流数据、单体电池电压、电流和SOC数据，建立电站电池预警模型；
生成电站电池堆、电池组和单体电池的标准充放电曲线；
根据获取的电池堆电压和电流数据、电池组电流数据、单体电池电压、电流和SOC数据生成实际电站电池堆、电池组和单体电池充放电曲线；
根据实际充放电曲线判断是否存在非电池因素故障，若不存在非电池因素的故障则通过所述电站电池预警模型判断故障原因。
根据本发明其中一个较佳实施例，所述电站电池预警模型包括设置电池堆电流和电压偏差阈值、当向电站的预警模型输入电站电池堆实际电流和电压后，将实际电站电池堆实际电流和标准模型电流对比，实际电压和标准模型电压对比，并分别计算电压差和电流差，若电压差和电流差中的至少一个分别大于所述电压偏差阈值和电流偏差阈值，则生成对应的电池堆预警信息。
根据本发明另一个较佳实施例，在达到电池堆或电池组的预警阈值后，获取对应预警的电池堆或电池组下的单体电池的电压数据，并计算对应的所有单体电池电压的最大值和最小值的差值，设置单体电池电压一致性阈值，若所述单体电池电压最大值和最小值的差值大于所述电池电压一致性阈值，则输出电压预警信息。
根据本发明另一个较佳实施例，所述电站电池预警模型包括设置电池组电流和电压偏差阈值，计算各个电池组的电流和电压的实际值，并将电池组的电流和电压实际值分别和电池组标准充放电模型进行对比计算电流差值和电压差值，若电流差值、电压差值中的至少一个大于对应的电池组电流和电压偏差阈值，则生成电池组的预警信息。
根据本发明另一个较佳实施例，在获取到电池堆或电池组的预警信息后，进一步计算对应电池堆和电池组中单体电池的温度，并计算对应的所有单体电池温度最大值和最小值的差值，设置温度一致阈值，若单体电池中最大值和最小值的差值大于所述温度一致性曲线，则输出温度预警信息。
根据本发明另一个较佳实施例，所述预警方法还包括：建立单体电池充放电的起始电压和电池SOC的关系模型，计算单电池充放电起始电压和电池SOC的耦合度差值，设置耦合度阈值，当单电池充放电起始电压和电池SOC的耦合度差值大于所述耦合度阈值，则结合OVC标准模型对单体电池SOC进行重新标定，并设置容量阈值，根据所述起始电压和电池SOC的关系模型获取当前单体电池的容量，若容量小于所述容量阈值则生成容量预警信息。
根据本发明另一个较佳实施例，所述预警方法还包括：建立单体电池充放电电压、时间和SOC之间的关系模型OVC-T模型，当检测电压达到电池过充、过放阀值进行电池过充过放预警，或达到容量衰减预警阀值时进行容量衰减预警同时预测电池可放电时长及未来衰减程度。
根据本发明另一个较佳实施例，所述预警方法还包括：设置单位测量时间测量电池组的输出电流，计算每一测量时间下的电池组输出电流，计算相邻单位测量时间的输出电流的差值，计算一个测量周期下所有单位测量时间测量电流的标准差，预设电池组的电流差值阈值和标准差阈值，若输出电流的差值大于所述电流差值阈值则生成过充预警，若所述测量电流的标准差大于预设的电池组的标准差阈值则生成过放预警信息。
为了实现至少一个上述发明目的，本发明进一步提供一种储能电站电池预警系统，所述系统执行上述一种储能电站电池预警方法。
本发明进一步提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行所述一种储能电站电池预警方法。
附图说明
图1显示的是本发明一种储能电站电池预警方法的流程示意图。
图2显示的是本发明一种储能电站电池预警方法详细流程示意图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
请结合图1-图2，本发明公开了一种储能电站电池预警方法和系统，所述方法包括如下步骤：首先电站采集设备采集储能电池的数据，其中所述储能电池包括电池堆、电池组和单体电池，其中多个单体电池构成一个电池组，多个电池组构成一个电池堆，本发明需要分别采集单体电池的充放电数据、不同电池组的充放电数据和不同电池堆的充放电数据，并建立所述单体电池、电池组和电池堆的实际充放电-IV曲线，并建立单体电池、电池组和电池堆的标准充放电-IV曲线，将实际充放电IV曲线和标准充放电-IV曲线进行差异对比，根据对比结果判断单体电池、电池组或电池堆是否存在问题，并进一步根据问题数量和大小提供维护建议。
具体的，所述方法包括如下步骤：首先需要将电站中BMS数据的电池堆电压、电流，电池组电流，单体电池电压、SOC等电池相关数据上报至云。根据所述电站的电池堆个数、电池组个数、单体电池类型以及连接方式，结合预先设置的充放电策略构建对应电池堆、电池组和单电池的标准充放电IV曲线。
本发明基于电池堆、电池组、单体电池的标准充放电IV曲线、单电池SOC构建电站电池预警模型，当获取电站电池堆、电池组和单体电池的实时电压、电流和单体电池电压、SOC后输入到所述电站电池预警模型中进行判断，计算相同电流下实际电压和标准电压的差值，或者在相同电压下计算实际电流和标准电流的差值，本发明所述的电池预警模型中设置电池堆的电压差值阈值、电池对电流差值阈值；电池组电压差值阈值、电池组电压差值阈值，单电池电压差值阈值、单体电池电流差值阈值。通过分层对比的方式得出电池故障的原因和位置，从而可以实现电站电池故障的快速定位。需要说明的是，在获取到电池电流或电压和标准电压之间的差值大于对应的阈值时，需要判断是否存在非电池因素引起的外部原因导致电压或电流波动，比如电机故障导致电流突然升高，因此需要排除这些外部的非电池因素后才能输入到电站电池预警模型中判断电池故障的层级和原因。
举例来说，在获取到电站电池堆的实时电压和实时电流后，根据预设的电池堆的标准充放电曲线策略计算在相同电流下电池堆实时电压和标准电压的差值，若所述电池堆实时电压和标准电压的差值大于预设的电池堆电压差值阈值，则可以判断该电池堆存在故障；或者根据预设的电池堆的标准充放电曲线策略计算在相同电压下电池堆实时电流和标准电流的差值，若该差值大于电池预警模型中预设的电池堆电流差值阈值，则生成电池堆的预警信息。在本发明另一个较佳实施例中，计算电池堆的充放电起始电压和电流，并计算所述电池堆的充放电实际起始电压和标准起始电压对比计算差值，计算电池堆的充放电实际起始电流和标准起始电流对比计算差值，若电池堆的充放电实际起始电压和标准起始电压的差值大于预设的电池堆的电压差值阈值，则生成电池堆的预警信息。若电池堆的充放电实际起始电流和标准起始电流的差值大于预设的电池堆的电流差值阈值，则同样生成电池堆的预警信息。
在获取到电站电池组的实时电压和实时电流后，根据预设的电池组的标准重复曲线策略计算在相同电流下电池组实时电压和标准电压的差值，若所述电池组的实时电压和电池组标准电压的差值大于预设的电池堆电压差值阈值，则可以判断该电池组存在故障；或者根据预设的电池组的标准充放电曲线策略计算在相同电压下电池组实时电流和标准电流的差值，若该差值大于电池预警模型中预设的电池组电流差值阈值，则生成电池组的预警信息。
进一步的，当电池组或电池堆出现预警信息后，获取对应电池组或电池堆下每个单电池的温度数据，并计算对应电池组或电池堆下单体电池温度的最大值和最小值之差，所述电池预警模型中设置有温度一致性阈值，若对应电池组或电池堆下单体电池温度的最大值和最小值之差大于预设的温度一致性阈值，则生成对应的电池组或电池堆的温度一致性预警信息。
当获取电池组或电池堆出现预警信息后，获取对应电池组或电池对下每个单体电池的输出电压数据，计算所有单体电池电压的最大值和最小值之差，所述电池预警模型中设置有电压一致性阈值，当所述所有单体电池电压的最大值和最小值之差大于预设的电压一致性阈值，则生成对应电池组或电池堆的电压一致性预警信息。
本发明所述的电池预警模型进一步分析单体电池充放电起始电压和SOC的关系模型，其中SOC模型可以根据电池的型号类型预先确定，用于分析单体电池容量和单体电池充放电起始电压之间的关系。本发中所述的电池预警模型设置单体电池的容量预警阈值，其中当充放电起始电压与SOC随着时间的推移两者耦合关系越来越小及电压和SOC的关系横向扩散并达到预警阀值时结合OVC标准模型对单体电池SOC进行重新标定，其中重新标定的过程为：当达到容量预警时根据标准OVC模型将电压相对应的标准SOC替换到当前电压值上。达到容量预警阀值时进行容量预警，并将标定后的单体SOC数据更新在电压与SOC的关系模型中，更新电池SOC提高准确性，形成闭环。
所述电池预警模型进一步分析单体电池充放电电压、时间和SOC之间的关系，建立OVC-T模型，其中所述OVC-T模型为电压与SOC的标准对应关系随着充放电次数的增多而产生的变化模型，对所述OVC-T模型进行纵向累积对比，获取容量衰减值，所述电池预警模型设置容量衰减阈值，当容量衰减值大于预设的容量衰减阈值时生成容量衰减预警信息，并预测电池可放电时长及未来衰减程度。并且通过分析检测到的单体电池充放电电压可以判断电池过充过放。
本发明进一步计算对应电池组内所有单体电池的电流平滑性，其中所述电流平滑性的计算方法包括：设置单位检测时间，所述单位检测时间可以是每隔1秒或10秒，在单位检测时间下检测对应电池组内单体电池的充放电电流，将整个检测周期内的充放电电流组成电流随时间变化的数据，计算整个检测周期内的充放电电流的最大值和最小值，计算检测电流最大和最小值的差值，所述电池预警模型设置电流平滑性阈值，若检测电流最大和最小值的差值大于所述电池预警模型设置的电流平滑性阈值，则生成电流平滑性预警信息。本发明进一步可以对单体电池温度进行单位检测时间下进行检测，并计算温度平滑性，通过设置温度平滑性阈值判断是否满足要求，对此本发明不再赘述。
进一步结合电池预警模型中对电池的温度、电压、电流、SOC、循环次数、放电深度及参数平滑性转化为具体的分值，进行健康程度评估(SOH)分为100≥优≥80、80≥良≥50、50≥差≥0三个等级，其中在本发明另一个较佳实施例中可以换对温度、电压、电流SOC、循环次数、放电深度及参数平滑性对电池健康程度分别配置权重，从而可以更好地评估电池组、电池堆和单电池的健康程度。
根据上述的预警结果输出处理建议：储能站整体是否需要执行大保养措施，电池堆是否需要进行小保养措施，单体电池是否需要进行补充电措施及单独放电措施，及是否需要进行电芯电压手动均衡措施同时评估该单体电池是否需要进行更换，及在这些措施当中应做好哪些安全防护措施及实施步骤参考。
特别地，根据本发明公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)执行时，执行本申请的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本申请上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线段、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线段的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线段、电线段、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明，本发明的目的已经完整并有效地实现，本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (10)

1.一种储能电站电池预警方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
获取电池堆电压和电流数据、电池组电流数据、单体电池电压、电流和SOC数据，建立电站电池预警模型；
生成电站电池堆、电池组和单体电池的标准充放电曲线；
根据获取的电池堆电压和电流数据、电池组电流数据、单体电池电压、电流和SOC数据生成实际电站电池堆、电池组和单体电池充放电曲线；
根据实际充放电曲线判断是否存在非电池因素故障，若不存在非电池因素的故障则通过所述电站电池预警模型判断故障原因。
2.根据权利要求1所述的一种储能电站电池预警方法，其特征在于，所述电站电池预警模型包括设置电池堆电流和电压偏差阈值、当向电站的预警模型输入电站电池堆实际电流和电压后，将电站电池堆实际电流和标准模型电流对比，实际电压和标准模型电压对比，并分别计算电压差和电流差，若电压差和电流差中的至少一个分别大于所述电压偏差阈值和电流偏差阈值，则生成对应的电池堆预警信息。
3.根据权利要求1所述的一种储能电站电池预警方法，其特征在于，在达到电池堆或电池组的预警阈值后，获取对应预警的电池堆或电池组下的单体电池的电压数据，并计算对应的所有单体电池电压的最大值和最小值的差值，设置单体电池电压一致性阈值，若所述单体电池电压最大值和最小值的差值大于所述电池电压一致性阈值，则输出电压预警信息。
4.根据权利要求1所述的一种储能电站电池预警方法，其特征在于，所述电站电池预警模型包括设置电池组电流和电压偏差阈值，计算各个电池组的电流和电压的实际值，并将电池组的电流和电压实际值分别和电池组标准充放电模型进行对比计算电流差值和电压差值，若电流差值、电压差值中的至少一个大于对应的电池组电流和电压偏差阈值，则生成电池组的预警信息。
5.根据权利要求1所述的一种储能电站电池预警方法，其特征在于，在获取到电池堆或电池组的预警信息后，进一步计算对应电池堆和电池组中单体电池的温度，并计算对应的所有单体电池温度最大值和最小值的差值，设置温度一致阈值，若单体电池中最大值和最小值的差值大于所述温度一致性曲线，则输出温度预警信息。
6.根据权利要求1所述的一种储能电站电池预警方法，其特征在于，所述预警方法还包括：建立单体电池充放电的起始电压和电池SOC的关系模型，计算单电池充放电起始电压和电池SOC的耦合度差值，设置耦合度阈值，当单电池充放电起始电压和电池SOC的耦合度差值大于所述耦合度阈值，则结合OVC标准模型对单体电池SOC进行重新标定，并设置容量阈值，根据所述起始电压和电池SOC的关系模型获取当前单体电池的容量，若容量小于所述容量阈值则生成容量预警信息。
7.根据权利要求6所述的一种储能电站电池预警方法，其特征在于，所述预警方法还包括：建立单体电池充放电电压、时间和SOC之间的关系模型OVC-T模型，当检测电压达到电池过充、过放阀值进行电池过充过放预警，或达到容量衰减预警阀值时进行容量衰减预警同时预测电池可放电时长及未来衰减程度。
8.根据权利要求1所述的一种储能电站电池预警方法，其特征在于，所述预警方法还包括：设置单位测量时间测量电池组的输出电流，计算每一测量时间下的电池组输出电流，计算相邻单位测量时间的输出电流的差值，计算一个测量周期下所有单位测量时间测量电流的标准差，预设电池组的电流差值阈值和标准差阈值，若输出电流的差值大于所述电流差值阈值则生成过充预警，若所述测量电流的标准差大于预设的电池组的标准差阈值则生成过放预警信息。
9.一种储能电站电池预警系统，其特征在于，所述系统执行权利要求1-8中任意一项所述的一种储能电站电池预警方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行权利要求1-8中任意一项所述的一种储能电站电池预警方法。
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