适于参数不一致性明显的大规模电池组建模方法

摘要

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。

说明书

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 Power  Characteristic，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 Management  System,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 of  Vehicle)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n_i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r_o、极化内阻r_p以及极化电容c_p随SOC的关系函数，对第j个单体，分别记 为：OCV(SOC)r_oj(SOC)r_pj(SOC)c_pj(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r_os(SOH)r_ps(SOH) c_ps(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r_o，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。