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1、(19)國家知識產(chǎn)權(quán)局 (12)發(fā)明專利申請 (10)申請公布號 (43)申請公布日 (21)申請?zhí)?202210628695.2 (22)申請日 2022.06.06 (71)申請人 北京西清能源科技有限公司 地址 100083 北京市順義區(qū)龍灣屯鎮(zhèn)府前 街13號東樓472 (72)發(fā)明人 梁惠施周奎趙嘉莘史梓男 林俊孫愛春貢曉旭胡東辰 楊一飛 (74)專利代理機構(gòu) 北京一枝筆知識產(chǎn)權(quán)代理事 務所(普通合伙) 11791 專利代理師 張慶瑞 (51)Int.Cl. G01R 31/367(2019.01) G01R 31/392(2019.01) (54)發(fā)明名稱 一種評估電池安全狀態(tài)的技術(shù)。

2、方法 (57)摘要 本發(fā)明屬于評估電池安全技術(shù)領(lǐng)域， 尤其是 一種評估電池安全狀態(tài)的技術(shù)方法， 其包括以下 步驟： S1： 基于電池安全狀態(tài)與濫用程度成反比 的事實， 將電池安全狀態(tài)表述為濫用程度函數(shù)的 倒數(shù)； S2： 并根據(jù)電池接受的濫用邊界值得出電 池安全狀態(tài)函數(shù)中的參數(shù)； S3： 對儲能系統(tǒng)中每 個電池組定義一個安全狀態(tài)子函數(shù)， 將這些子函 數(shù)連乘在一起， 得到整個儲能系統(tǒng)的電池安全狀 態(tài)值。 本發(fā)明定義的電池安全狀態(tài)評估函數(shù)通過 多個子函數(shù)來反映各種濫用情況對電池安全風 險的影響， 其中每個子函數(shù)分別描述一種特定的 濫用情況， 具有一個或多個變量， 包括電壓、 溫度 或機械變形等可以被。

3、傳感器檢測或被計算出來 的量。 權(quán)利要求書2頁 說明書5頁 CN 115792623 A 2023.03.14 CN 115792623 A 1.一種評估電池安全狀態(tài)的技術(shù)方法， 其特征在于， 包括以下步驟： S1： 基于電池安全狀態(tài)與濫用程度成反比的事實， 將電池安全狀態(tài)表述為濫用程度函 數(shù)的倒數(shù)； S2： 并根據(jù)電池接受的濫用邊界值得出電池安全狀態(tài)函數(shù)中的參數(shù)； S3： 對儲能系統(tǒng)中每個電池組定義一個安全狀態(tài)子函數(shù)， 將這些子函數(shù)連乘在一起， 得 到整個儲能系統(tǒng)的電池安全狀態(tài)值。 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種評估電池安全狀態(tài)的技術(shù)方法， 其特征在于， 所述S1中， 根 據(jù)電 池 安 全 狀。

4、 態(tài) 與 濫 用 程 度 成 反 比 的 事 實 ， 電 池 安 全 狀 態(tài) 可 以 表 示 為 ： 其中fSOS表示電池的安全狀態(tài)， fabuse表示電池濫用情況的程度， x表示電池的各種狀態(tài) 量和外部控制變量。 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種評估電池安全狀態(tài)的技術(shù)方法， 其特征在于， 所述S1中， 將SOS限制在合理的工作值， 將其數(shù)值范圍定義在(01)， 其分為以下兩種情況： 第一， 濫用程度的絕對值無窮大時， 電池安全的值趨近于0， 即完全不安全； 第二， 濫用不存在或為0時， 安全的值為1， 即完全安全； 上述可用公式表示為： 其中h(x)表示濫用函數(shù)， 可以取任意值， m和d是常數(shù)；。

5、 此處采用二次函數(shù)的倒數(shù)來計算 SOS值， 是為了引入兩個控制常數(shù)m和d， 用來控制曲線的形狀和衰減速率。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種評估電池安全狀態(tài)的技術(shù)方法， 其特征在于， 所述S2中， 電池容量只能達到初始容量的80或0.8 時， 就被認定為達到壽命終點， 而在正常情況下， 容量為100或1.0； 因此， 使用0.8作為電池可接受的濫用邊界值； 表示為： 從而求出m和d的值為：dh(x100)； 其中， x100和x80表示電池在容量為100和80時的狀態(tài)量的值； 此時安全狀態(tài)函數(shù)可以表示為： 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種評估電池安全狀態(tài)的技術(shù)方法， 其特征在于， 所述S2中， 用代 。

6、替 0 .8 代 表 電 池 的 濫 用 邊 界 ， 此 時 電 池 的 安 全 狀 態(tài) 函 數(shù) 可 以 表 示 為 6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種評估電池安全狀態(tài)的技術(shù)方法， 其特征在于， 所述電池安 全狀態(tài)函數(shù)還可以通過其他概率分布函數(shù)進行改進， 從而增強該函數(shù)的普適性； 用該函數(shù) 表示連續(xù)隨機變量的柯西分布函數(shù)的另一種形式： 權(quán)利要求書 1/2 頁 2 CN 115792623 A 2 其中x0為位置參數(shù)， 為尺度參數(shù)， 通過與電池安全狀態(tài)函數(shù)進行比較可以得知， 1， m 2。 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種評估電池安全狀態(tài)的技術(shù)方法， 其特征在于， 所述S3中， 在公式中濫用函數(shù)h(x)考。

7、慮所有可能影響儲能系統(tǒng)電池安全狀態(tài)的變量； 對于電池組k， 可定義子函數(shù)其中xk表示第k個電池 組的狀態(tài)變量和與該濫用相關(guān)的控制變量， xk, 和xk,100表示對應的安全邊界。 8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種評估電池安全狀態(tài)的技術(shù)方法， 其特征在于， 所述S3中， fk (xk)作為fSOS(x)的一個子函數(shù)， 將它與其它這樣的子函數(shù)通過乘積連接在一起時， 可表示 整個儲能系統(tǒng)電池安全狀態(tài)的特征值， 如下所示： fSOS(x)f1(x1)f2(x2).fn(xn)， 其中n表示子函數(shù)的個數(shù)。 權(quán)利要求書 2/2 頁 3 CN 115792623 A 3 一種評估電池安全狀態(tài)的技術(shù)方法 技術(shù)領(lǐng)域。

8、 0001 本發(fā)明涉及評估電池安全技術(shù)領(lǐng)域， 尤其涉及一種評估電池安全狀態(tài)的技術(shù)方 法。 背景技術(shù) 0002 為緩解能源短缺與環(huán)境污染的雙重危機， 國家大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)。 但由于太陽 能、 風能具有間歇性、 波動性大等特點， 新能源的大量接入會對電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性和安全性 造成影響。 而儲能系統(tǒng)作為以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的重要組成部分， 可以通過削 峰填谷、 功率平抑等提高電力系統(tǒng)對新能源的消納能力。 近年來， 隨著電池技術(shù)的不斷提 升， 鋰離子電池由于具備轉(zhuǎn)換效率高、 環(huán)境友好、 循環(huán)壽命長等優(yōu)異性能， 成為電化學儲能 系統(tǒng)的首要選擇。 0003 在實際應用中， 電池單體往往不能達到儲。

9、能系統(tǒng)容量和電壓的要求， 通常采用由 多個電池單體連接構(gòu)成的電池模組或電池包。 由數(shù)量繁多的電池單體構(gòu)成的儲能系統(tǒng)能量 巨大， 若發(fā)生過充、 過放、 過流等電池濫用情況， 容易引發(fā)電池熱失控， 嚴重時會引發(fā)儲能電 站爆炸等重大安全事故， 造成巨大的經(jīng)濟損失和社會影響。 為了確保儲能系統(tǒng)的安全穩(wěn)定 運行， 通常需要借助電池管理系統(tǒng) (BatteryManagementSystem,BMS)對電池進行合理的管 控。 對電池的狀態(tài)進行準確評估是電池管理系統(tǒng)的主要功能之一， 評估指標主要是電池的 荷電狀態(tài)(Stateofcharge,SOC)， 有的BMS還會評估電池健康度(Stateofhealth。

10、,SOH)。 電池 的安全狀態(tài) (Stateofsafety,SOS)是反映電池安全風險的指標， 然而在目前的儲能系統(tǒng) 中， 還缺乏對儲能系統(tǒng)進行全面準確的評估。 0004 目前國內(nèi)外對于電池安全狀態(tài)評估的研究， 主要集中于找出電池運行的安全區(qū) 域， 通過分析電池運行點在安全區(qū)域中的位置確定電池的安全風險等級， 這種方法雖然可 以較為直觀地評估安全風險等級， 但是對電池的安全狀態(tài)只能進行定性的描述， 缺乏對電 池的安全狀態(tài)進行量化評估的方法。 發(fā)明內(nèi)容 0005 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的對電池的安全狀態(tài)只能進行定性的描述， 缺 乏對電池的安全狀態(tài)進行量化評估的缺點， 而提出的一種評估電。

11、池安全狀態(tài)的技術(shù)方法。 0006 為了實現(xiàn)上述目的， 本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案： 0007 一種評估電池安全狀態(tài)的技術(shù)方法， 包括以下步驟： 0008 S1： 基于電池安全狀態(tài)與濫用程度成反比的事實， 將電池安全狀態(tài)表述為濫用程 度函數(shù)的倒數(shù)； 0009 S2： 并根據(jù)電池接受的濫用邊界值得出電池安全狀態(tài)函數(shù)中的參數(shù)； 0010 S3： 對儲能系統(tǒng)中每個電池組定義一個安全狀態(tài)子函數(shù)， 將這些子函數(shù)連乘在一 起， 得到整個儲能系統(tǒng)的電池安全狀態(tài)值。 0011 優(yōu)選的， 所述S1中， 根據(jù)電池安全狀態(tài)與濫用程度成反比的事實， 電池安全狀態(tài)可 說明書 1/5 頁 4 CN 115792623 A 4。

12、 以表示為：其中fSOS表示電池的安全狀態(tài)， fabuse表示電池濫用情況的 程度； 0012 x表示電池的各種狀態(tài)量和外部控制變量； 如電壓、 溫度、 充放電電流、 電池內(nèi)部阻 抗、 電池變形、 電池膨脹等。 0013 優(yōu)選的， 所述S1中， 將SOS限制在合理的工作值， 將其數(shù)值范圍定義在(01)， 其分 為以下兩種情況： 0014 第一， 濫用程度的絕對值無窮大時， 電池安全的值趨近于0， 即完全不安全； 0015 第二， 濫用不存在或為0時， 安全的值為1， 即完全安全； 0016上述可用公式表示為：其中 h(x)表示濫 用函數(shù)， 可以取任意值， m和d是常數(shù)； 此處采用二次函數(shù)的倒數(shù)。

13、來計算SOS值， 是為了引入兩 個控制常數(shù)m和d， 用來控制曲線的形狀和衰減速率。 0017 優(yōu)選的， 所述S2中， 電池容量只能達到初始容量的80或0.8 時， 就被認定為達到 壽命終點， 而在正常情況下， 容量為100或 1.0； 因此， 使用0.8作為電池可接受的濫用邊 界值； 0018表示為：從而求出m 和d的值為： dh(x100)； 0019 其中， x100和x80表示電池在容量為100和80時的狀態(tài)量的值； 此時安全狀態(tài)函 數(shù)可以表示為： 0020 優(yōu)選的， 所述S2中， 用 代替0.8代表電池的濫用邊界， 此時電池的安全狀態(tài)函數(shù)可 以表示為運維人員可根據(jù)實際情況通過調(diào)整 值來。

14、設(shè) 定電池可接受的濫用邊界值； 0021 所述電池安全狀態(tài)函數(shù)還可以通過其他概率分布函數(shù)進行改進， 從而增強該函數(shù) 的普適性； 用該函數(shù)表示連續(xù)隨機變量的柯西分布函數(shù)的另一種形式： 0022其中x0為位置參數(shù)， 為尺度參 數(shù)， 通過與電池安全狀態(tài)函數(shù)進行比較可以得知， 1， m 2。 0023 優(yōu)選的， 所述S3中， 在公式中濫用函數(shù)h(x)考慮所有可能影響儲能系統(tǒng)電池安全 狀態(tài)的變量； 0024對于電池組k， 可定義子函數(shù)其中xk表示第k個 電池組的狀態(tài)變量和與該濫用相關(guān)的控制變量， xk, 和xk,100表示對應的安全邊界； 說明書 2/5 頁 5 CN 115792623 A 5 002。

15、5 fk(xk)作為fSOS(x)的一個子函數(shù)， 將它與其它這樣的子函數(shù)通過乘積連接在一起 時， 可表示整個儲能系統(tǒng)電池安全狀態(tài)的特征值， 如下所示： 0026 fSOS(x)f1(x1)f2(x2)fn(xn)， 其中n表示子函數(shù)的個數(shù)。 0027 與現(xiàn)有技術(shù)相比， 本發(fā)明的優(yōu)點在于： 0028 本發(fā)明定義的電池安全狀態(tài)評估函數(shù)通過多個子函數(shù)來反映各種濫用情況對電 池安全風險的影響， 其中每個子函數(shù)分別描述一種特定的濫用情況， 具有一個或多個變量， 包括電壓、 溫度或機械變形等可以被傳感器檢測或被計算出來的量； 0029 本發(fā)明對電池安全狀態(tài)的評估框架， 可以通過添加新的子函數(shù)或者改進現(xiàn)有的。

16、子 函數(shù)使本技術(shù)具有更強的普適性。 具體實施方式 0030 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中， 對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、 完整地描 述， 顯然， 所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例， 而不是全部的實施例。 0031 一種評估電池安全狀態(tài)的技術(shù)方法， 包括以下步驟： 0032 S1， 基于電池安全狀態(tài)與濫用程度成反比的事實， 將電池安全狀態(tài)表述為濫用程 度函數(shù)的倒數(shù)， 并根據(jù)電池可接受的濫用邊界值得出電池安全狀態(tài)函數(shù)中的參數(shù)； 具體步 驟包括： 0033 第一、 根據(jù)電池安全狀態(tài)與濫用程度成反比的事實， 電池安全狀態(tài)可以表示為： 其中fSOS表示電池的安全狀態(tài)， fabuse表示電池濫用。

17、情況的程度。 x表 示電池的各種狀態(tài)量和外部控制變量， 如電壓、 溫度、 充放電電流、 電池內(nèi)部阻抗、 電池變 形、 電池膨脹等。 0034 第二、 為了將SOS限制在合理的工作值， 本發(fā)明將其數(shù)值范圍定義在(01)， 當濫 用程度的絕對值無窮大時， 電池安全的值趨近于0， 即完全不安全； 0035 具體的， 當濫用不存在或為0時， 安全的值為1， 即完全安全。 上述可用公式表示為： 其中h(x) 表示濫用函數(shù)， 可以取任意值， m和d是 常數(shù)。 此處采用二次函數(shù)的倒數(shù)來計算SOS值， 是為了引入兩個控制常數(shù)m和d， 可以用來控 制曲線的形狀和衰減速率。 0036 第三、 通常當電池容量只能達。

18、到初始容量的80或0.8時， 就被認定為達到壽命終 點， 而在正常情況下， 容量為100或1.0。 0037 具 體 的 ，使 用 0 . 8 作 為 電 池 可 接 受 的 濫 用 邊 界 值 。表 示 為 ： 從而求出m和d的值為： 其中， x100和x80表示電池在容量為100和80 時的狀態(tài)量的值。 此時安全狀態(tài)函數(shù)可以表示為： 0038 第四、 為了使本發(fā)明更具普適性， 可用 代替0.8代表電池的濫用邊界， 此時電池的 說明書 3/5 頁 6 CN 115792623 A 6 安全狀態(tài)函數(shù)可以表示為 0039 具體的， 運維人員可根據(jù)實際情況通過調(diào)整 值來設(shè)定電池可接受的濫用邊界值。。

19、 0040 此外， 第四步驟中的電池安全狀態(tài)函數(shù)還可以通過其他概率分布函數(shù)進行改進， 從而增強該函數(shù)的普適性。 如可以用該函數(shù)表示連續(xù)隨機變量的柯西分布函數(shù)的另一種形 式： 0041其中x0為位置參數(shù)， 為尺度參 數(shù)， 通過與電池安全狀態(tài)函數(shù)進行比較可以得知， 1， m 2。 0042 S2、 對儲能系統(tǒng)中每個電池組定義一個安全狀態(tài)子函數(shù)， 將這些子函數(shù)連乘在一 起， 得到整個儲能系統(tǒng)的電池安全狀態(tài)值； 具體步驟包括： 0043 第一、 在公式中濫用函數(shù)h(x)考慮所有可能影響儲能系統(tǒng)電池安全狀態(tài)的變量。 對于電池組k， 可定義子函數(shù)其中xk表示第k個電池組的 狀態(tài)變量和與該濫用相關(guān)的控制變量。

20、， xk, 和xk,100表示對應的安全邊界。 0044 第二、 fk(xk)可作為fSOS(x)的一個子函數(shù)， 將它與其它這樣的子函數(shù)通過乘積連接 在一起時， 可表示整個儲能系統(tǒng)電池安全狀態(tài)的特征值， 如下所示： 0045 fSOS(x)f1(x1)f2(x2)fn(xn)， 其中n表示子函數(shù)的個數(shù)。 0046 本實施例中， 針對不同的濫用情況， 函數(shù)的變量參數(shù)也不同， 結(jié)合電池實際的濫用 情況， 這里主要列舉過電池在電流濫用和電壓濫用這兩種情況下的應用。 電池過電流充放 電時容易造成電池內(nèi)短路， 從而帶來較大的安全風險， 因此， 需要對電池的過電流情況進行 監(jiān)控， 具體包括以下步驟： 00。

21、47 第一， 首先根據(jù)電池廠商給出的電池檢測數(shù)據(jù)， 獲得電池最大連續(xù)放電電流Imax,c 和最大峰值放電電流Imax,p， 則有x100 0048 Imax,c,x Imax,p。 0049第二， 計算dI和mI的值， 得到從而可以 推出在大電流條件下電池安全狀態(tài)的子函數(shù)為： 其中I為流過電池的電流； 0050 電壓濫用主要包括高電壓(過充)或低電壓(過放)； 根據(jù)電池的工作電壓范圍為 Vmin,cVmax,c， 在過充條件下， 取充電電壓的上限， 即x100Vmax,c。 0051 第三， 通過對電池進行充放電測試試驗， 測量在過充條件下最大安全電壓， 標記為 V m a x ,p， 則取x。

22、Vm a x ,p。 計算出過電 壓情況下 dH V和mH V的值 ， dH Vh (x1 0 0) , 0052 同樣地， 過放濫用的下限為充電電壓的下限， 即x100Vmin,c。 說明書 4/5 頁 7 CN 115792623 A 7 0053 第四， 通過對電池進行充放電測試試驗， 測量在過放條件下最低安全電壓， 標記為 V m i n , p ， 則 x V m i n , p 。 計 算 出 過 放 條 件 下 d L V 和 m L V的 值 ： dL V h (x 1 0 0) , 0054 高電壓和低電壓濫用可以分別用兩個子函數(shù)fHV和fLV表示， 也可以結(jié)合兩個子函 數(shù)綜合考慮高電壓和低電壓兩種情況， 表達式如下： 0055 0056 根據(jù)本發(fā)明對電池安全狀態(tài)的評估框架， 可以通過添加新的子函數(shù)或者改進現(xiàn)有 的子函數(shù)使本技術(shù)具有更強的普適性。 0057 以上所述， 僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式， 但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)， 根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其 發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變， 都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。 說明書 5/5 頁 8 CN 115792623 A 8 。

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