1.本發(fā)明屬于電池簇的性能評估技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多尺度下電池簇的性能評估方法。

背景技術(shù)：

2.隨著新能源行業(yè)的快速發(fā)展，儲能技術(shù)作為支持可再生能源并網(wǎng)，提高傳統(tǒng)電力效率、安全性、可靠性和經(jīng)濟性，支撐分布式能源、能源互聯(lián)網(wǎng)、區(qū)域能源管理系統(tǒng)以及電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)，對改變傳統(tǒng)供電模式、實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型以及可再生能源高比例接入、保證能源安全、實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)具有重要意義。
3.電池已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于儲能領(lǐng)域，在大規(guī)模儲能應(yīng)用中，為了滿足能量和容量需求，電池系統(tǒng)一般由多個電池簇并聯(lián)組成；每個電池簇由多個電池組串聯(lián)組成，同時電池簇還配置了接觸器和斷路器，實現(xiàn)電池簇的電氣保護；每個電池組由多個單體電池經(jīng)過并聯(lián)和串聯(lián)組成。
4.電池簇作為一個電化學(xué)系統(tǒng)，在實際運行與維護的過程中，承擔(dān)著需量控制、削峰填谷、功率跟隨等功能。因此電池簇的性能對內(nèi)部電芯的安全、壽命，電池簇的控制策略，電氣元器件的響應(yīng)、壽命，乃至整體儲能電站的成本與經(jīng)濟性都有著直接的影響。因此，對電池簇性能的精確評估，是儲能項目控制策略和運維方案的基礎(chǔ)與根本目的。
5.專利cn113589189a提出了一種基于充放電數(shù)據(jù)特征的鋰電池健康狀況預(yù)測方法。通過建立長短期的記憶網(wǎng)絡(luò)模型，對電池健康指標(biāo)數(shù)據(jù)集進行訓(xùn)練、驗證與測試，從而對實際電池系統(tǒng)的健康狀況進行預(yù)測。同時，算法中也引入了改進的遺傳算法，對網(wǎng)絡(luò)模型參數(shù)尋優(yōu)，提升了預(yù)測的準(zhǔn)確性。
6.專利cn113657360a提出了一種根據(jù)電芯實際充放電運行的電流、電壓數(shù)據(jù)來預(yù)測電芯健康狀態(tài)的方法。通過將電壓數(shù)據(jù)進行區(qū)間劃分，根據(jù)不同區(qū)間內(nèi)的電流計算出電量變化量，再根據(jù)高斯過程回歸訓(xùn)練獲得的預(yù)測模型得到鋰電池的健康狀態(tài)參數(shù)。
7.專利cn113625172a提出了一鐘鋰電池儲能運營效益影響因子的分析方法。以電池健康度、系統(tǒng)能量損耗率、放電深度作為影響運營效益的關(guān)鍵指標(biāo)，通過控制變量法找出核心因子，指導(dǎo)電池儲能系統(tǒng)的運維工作，帶來經(jīng)濟效益。
8.專利cn113589189a中提到的健康狀況預(yù)測方法，需要制定較為準(zhǔn)確的電池健康評價指標(biāo)，同時有大量與健康狀況相關(guān)的電池數(shù)據(jù)積累，難以適應(yīng)電池簇快速投入運行，進行健康評估的情況。
9.專利cn113657360a中提出的健康狀態(tài)參數(shù)預(yù)測方法，在實際的電芯工況下，電芯電壓變化頻繁，很難通過電芯電壓進行區(qū)間劃分，從而準(zhǔn)確的預(yù)測對應(yīng)的電量變化量。
10.專利cn113625172a提出的分析電池儲能運營效益影響因子的方法，對于電池系統(tǒng)的默認工況、理論損耗、循環(huán)次數(shù)等關(guān)鍵信息需要較為精確的前期預(yù)測，在實際運營中會受到很大的誤差影響。
11.儲能用電池系統(tǒng)作為電網(wǎng)中進行能量存儲與供給的電化學(xué)器件，性能指標(biāo)一直是
用戶側(cè)與電網(wǎng)側(cè)很關(guān)心的一個問題。一個儲能系統(tǒng)能夠提供多少能量，能夠搭載多少負載，能夠在什么樣的環(huán)境條件下工作，往往意味著整個局部電網(wǎng)的可靠與否，同時也是實現(xiàn)各種精確調(diào)度、快速響應(yīng)的基礎(chǔ)，為電站帶來經(jīng)濟收益。
12.當(dāng)前，絕大多數(shù)針對儲能系統(tǒng)的性能評估往往集中與電池系統(tǒng)的健康狀態(tài)評估，這其中主要涉及電池的容量與電池的循環(huán)使用壽命；但是儲能系統(tǒng)在實際應(yīng)用中，負載能力、環(huán)境適應(yīng)能力、動態(tài)工況響應(yīng)能力等，都是上層控制單元及電網(wǎng)關(guān)心的指標(biāo)，而關(guān)于這些指標(biāo)的評估與討論較少。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

13.本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中儲能電池性能評估的準(zhǔn)確性較低的缺陷，提供一種多尺度下電池簇的性能評估方法。
14.本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題：
15.本發(fā)明提供一種多尺度下電池簇的性能評估方法，包括以下步驟：
16.獲取電池簇的可用容量參數(shù)、充放電能力參數(shù)、溫升特性參數(shù)、自放電參數(shù)、電池簇的電芯的剩余壽命；
17.根據(jù)可用容量參數(shù)、充放電能力參數(shù)、溫升特性參數(shù)、自放電參數(shù)、剩余壽命的加權(quán)和得到電池簇的性能參數(shù)，
18.其中，性能參數(shù)property
cluster
＝α1·khealth
+α2·kdiscrepancy
+α3·kload
+α4·kheat
+α5·kicr
，k
health
表征剩余壽命，k
discrepancy
表征可用容量參數(shù)，k
load
表征充放電能力參數(shù)，k
heat
表征溫升特性參數(shù)，k
icr
表征自放電參數(shù)，0《αi《1，且
19.較佳地，
20.其中，c
cluster
表征電池簇的容量，soci表征電池簇的單體電芯soc值，ci表征電池簇的單體電芯的容量，ncluster表征電池簇內(nèi)的單體電芯個數(shù)。
21.較佳地，
[0022][0023]
其中，p
cluster
＝f(t,soc)，p
cluster
表征電池簇的最大充放電功率，pi表征電池簇的單體電芯的最大充放電功率，ncluster表征電池簇內(nèi)的單體電芯個數(shù)，t表征環(huán)境溫度。
[0024]
較佳地，
[0025]
其中，t
cluster
表征實際應(yīng)用中電池簇的溫升特性，表征電池簇的單體電芯的溫升特性，ncluster表征電池簇內(nèi)的單體電芯個數(shù)。
[0026]
較佳地，
[0027]
其中，k
icr
表征電池簇的
電芯的自放電k值，ocv1表征靜置初期的電芯開路電壓，ocv2表征靜置末期的電芯開路電壓，t1表征靜置初期的相對時刻，t2表征靜置末期的相對時刻，k
cluster
表征電池簇的預(yù)期正常自放電k值，ncluster表征電池簇內(nèi)的單體電芯個數(shù)。
[0028]
較佳地，獲取剩余壽命，包括：
[0029]
對與電芯同型號的電芯樣本進行電芯老化測試，以得到剩余壽命與電流倍率、環(huán)境溫度、放電深度、循環(huán)次數(shù)的耦合關(guān)系。
[0030]
較佳地，獲取充放電能力參數(shù)，包括：
[0031]
對與電芯同型號的電芯樣本進行電芯充放電功率能力測試，根據(jù)電池簇實際極限工況得到實際充放電能力。
[0032]
較佳地，實際極限工況包括電芯截止電壓時的電池簇總電流、達到最高截止溫度時的歷史平均工況。
[0033]
較佳地，獲取溫升特性參數(shù)，包括：
[0034]
對與電芯同型號的電芯樣本在恒溫恒濕的環(huán)境箱內(nèi)進行電芯不同工況的溫升特性測試以得到溫升特性t
heat
。
[0035]
較佳地，性能評估方法還包括：
[0036]
根據(jù)電池簇設(shè)置的環(huán)境設(shè)置與環(huán)境對應(yīng)的αi。
[0037]
本發(fā)明的積極進步效果在于：本發(fā)明基于多尺度對電池簇性能進行評估，使得電池簇的各項性能能夠得到綜合性的評估，提高了電池簇性能評估的準(zhǔn)確性，為進一步的調(diào)度與分析提供精確的數(shù)據(jù)與指標(biāo)。
附圖說明
[0038]
圖1為本發(fā)明的一較佳實施例的多尺度下電池簇的性能評估方法的流程圖。
具體實施方式
[0039]
下面通過一較佳實施例的方式進一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。
[0040]
本實施例提供一種多尺度下電池簇的性能評估方法。參照圖1，該多尺度下電池簇的性能評估方法包括以下步驟：
[0041]
步驟s1、獲取電池簇的可用容量參數(shù)、充放電能力參數(shù)、溫升特性參數(shù)、自放電參數(shù)、電池簇的電芯的剩余壽命。
[0042]
步驟s2、根據(jù)可用容量參數(shù)、充放電能力參數(shù)、溫升特性參數(shù)、自放電參數(shù)、剩余壽命的加權(quán)和得到電池簇的性能參數(shù)。
[0043]
其中，性能參數(shù)property
cluster
＝α1·khealt
h+α2·kdiscrepancy
+α3·kload
+α4·kheat
+α5·kicr
，k
health
表征剩余壽命，k
discrepancy
表征可用容量參數(shù)，k
load
表征充放電能力參數(shù)，k
heat
表征溫升特性參數(shù)，k
icr
表征自放電參數(shù)，0《αi《1，且
[0044]
具體實施時，獲取剩余壽命，包括：對與電芯同型號的電芯樣本進行電芯老化測試，以得到剩余壽命與電流倍率、環(huán)境溫度、放電深度、循環(huán)次數(shù)的耦合關(guān)系。
[0045]
單體電芯的剩余使用壽命受到電芯循環(huán)使用壽命決定，同時也決定于電芯的實際使用工況，直接影響電池簇的可使用容量。通常的電芯剩余壽命估計的方法有循環(huán)日歷壽
命表格、粒子濾波等方法，通過對電芯電壓、電流數(shù)據(jù)的直接處理，可以得到電芯的實際剩余使用壽命估計。
[0046]
獲取充放電能力參數(shù)，包括：對與電芯同型號的電芯樣本進行電芯充放電功率能力測試，根據(jù)電池簇實際極限工況得到實際充放電能力。其中，實際極限工況包括電芯截止電壓時的電池簇總電流、達到最高截止溫度時的歷史平均工況。
[0047]
電池簇對外會輸出功率帶動負載。而電池簇的充放電能力除了受到電池簇額定功率的限制之外，還與電池簇的荷電狀態(tài)，外部環(huán)境溫度等因素有關(guān)，即：
[0048][0049]
其中，p
cluster
＝f(t,soc)，p
cluster
表征所述電池簇的最大充放電功率，pi表征所述電池簇的單體電芯的最大充放電功率，ncluster表征所述電池簇內(nèi)的所述單體電芯個數(shù)，t表征環(huán)境溫度。
[0050]
電池簇的實際可用容量除了受電芯的剩余使用壽命影響之外，還收到電池簇內(nèi)電芯的一致性影響。過大的一致性差異往往會導(dǎo)致電池簇在實際使用工況中，由于最高電壓電芯、最低電壓電芯率先達到單體電芯的安全使用電壓閾值從而導(dǎo)致電池簇?zé)o法繼續(xù)輸出功率。因此，電池簇的可用容量是由所有電芯可充入電量的最小值與可放出電量的最大值相加決定的，即：
[0051][0052][0053]
其中，c
cluster
表征電池簇的容量，soci表征電池簇的單體電芯soc值，ci表征電池簇的單體電芯的容量，ncluster表征電池簇內(nèi)的單體電芯個數(shù)。
[0054]
獲取溫升特性參數(shù)，包括：對與電芯同型號的電芯樣本在恒溫恒濕的環(huán)境箱內(nèi)進行電芯不同工況的溫升特性測試以得到溫升特性t
heat
。得到的溫升特性t
heat
作為輸入。實際應(yīng)用中電池簇的溫升特性為t
cluster
。那么溫升特性參數(shù)計算公式為：
[0055]
其中，t
cluster
表征實際應(yīng)用中電池簇的溫升特性，表征電池簇的單體電芯的溫升特性。
[0056]
由于電池是一個電化學(xué)系統(tǒng)，當(dāng)外界溫度過高、運行工況過于劇烈或者電池系統(tǒng)熱涉及不合理時，會導(dǎo)致電池簇溫度過高，從而影響電池的使用壽命，嚴重時還會導(dǎo)致熱失控等安全問題。單體電芯的溫升往往可以看作電芯內(nèi)部內(nèi)阻產(chǎn)熱及電化學(xué)產(chǎn)熱與電芯金屬外殼外面的環(huán)境溫度進行的熱交換，從而進行溫度場的建模；而電池簇的溫升特性往往還受到電池簇的電芯結(jié)構(gòu)所決定，電芯的排列方式，散熱結(jié)構(gòu)的布局，連接器件的阻抗等，都是電池簇溫度場建模需要考慮的因素。
[0057]
其中，表征所述電池簇的單體電芯的kicr
，k
icr
表征所述電池簇的電芯的自放電k值，ocv1表征靜置初期的電芯開路電壓，ocv2表征靜置末期的電芯開路電壓，t1表征靜置初期的相對時刻，t2表征靜置末期的相對時刻，k
cluster
表征所述電池簇的預(yù)期正常自放電k值。
[0058]
電芯在制造缺陷、并聯(lián)內(nèi)部環(huán)流過大、過充過放、循環(huán)老化等因素的影響下，電芯也有出現(xiàn)內(nèi)短路、自放電等現(xiàn)象的概率。這些電化學(xué)現(xiàn)象也會對電池簇的性能，比如充入電量與放出電量比值的充放電效率，產(chǎn)生直接影響。自放電現(xiàn)象一般是通過靜置一段時間的k值進行評價，同時也可以采用健康電芯與內(nèi)短路電芯特制值比較的方式對運行工況的電壓電流數(shù)據(jù)進行評估，篩選出內(nèi)短路電芯。
[0059]
本實施例的性能評估方法還包括：根據(jù)電池簇設(shè)置的環(huán)境設(shè)置與環(huán)境對應(yīng)的αi。
[0060]
在一些具體應(yīng)用場景中，property
cluster
＝α1·khealth
+α2·kdiscrepancy
+α3·kload
+α4·kheat
+α5·kicr
，
[0061]
該計算表達式中的αi(i∈[1,5])可以根據(jù)實際項目的盈利關(guān)注點進行調(diào)整。例如相較于通常電站儲能，海上光伏儲能系統(tǒng)往往處于孤島的狀態(tài)，島上的電器、空調(diào)、通訊設(shè)備等都需要儲能單元進行供電。那么往往該應(yīng)用場景中，關(guān)于電池簇的自放電參數(shù)的關(guān)注程度更高，即相對應(yīng)的權(quán)重αi越高。
[0062]
例如，某孤島光伏儲能系統(tǒng)，設(shè)定α1＝0.4，α2＝0.2，α3＝0.05，α4＝0.05，α5＝0.3。
[0063]
那么在系統(tǒng)剛組建好時，由于工藝差異等一致性因素，會得到k
health
＝1、k
discrepancy
＝0.99、k
load
＝1、k
heat
＝1、k
icr
＝1。計算得到property
cluster
＝0.998。
[0064]
經(jīng)過一段時間的運行，收到海水侵蝕、晝夜溫差、長時間靜置等因素的影響，k
health
＝0.95、k
discrepancy
＝0.9、k
load
＝0.98、k
heat
＝1、k
icr
＝0.8。計算得到property
cluster
＝0.899。
[0065]
在此應(yīng)用場景中，相比較通常的儲能系統(tǒng)健康程度k
health
＝0.95，顯然property
cluster
＝0.899，更能準(zhǔn)確地反應(yīng)出儲能系統(tǒng)的性能。
[0066]
電池簇在電網(wǎng)的并網(wǎng)端口通常只體現(xiàn)在簇總壓、簇總電流與簇的功率輸出，往往從電網(wǎng)側(cè)很難直接識別電池簇的狀態(tài)與各項性能，因此需要電池簇對自己的性能進行評估并進行信息上送，進而使得電網(wǎng)側(cè)對電池簇的運維進行指導(dǎo)。
[0067]
電池簇的性能除了通常所關(guān)心的健康狀態(tài)外，在實際電站的運行當(dāng)中，功率跟隨特性也十分重要，而輸出功率的能力往往還決定于電池簇的剩余壽命、充放電能力等。同時，電池簇的電化學(xué)性能，比如自放電等特性，也直接決定了電池簇的性能與安全。因此，在對電池簇的性能評估時，需要在多尺度下，針對電池簇的不同性能進行分別評估，從而可以得到電池簇的綜合性能指標(biāo)。
[0068]
雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這僅是舉例說明，本發(fā)明的保護范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護范圍。

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