一种适合液流电池SOC-OCV曲线标定的方法技术

适合液流电池SOC-OCV曲线标定的方法，1)按照恒流恒压充电方式将电池充满电，并对其进行放电，2)采用小电流放电，参考用于钒电池旋转热备用工作时的负载大小选择小电流；3)室温下采用恒流恒压方式对钒电池进行充电，使电池处于满充状态，然后采用上述的小电流放电，4)将电池管理系统采集的放电数据，导入MATLAB进行处理，并对其放电能量十等分，获取每放十分之一能量时间点；5)再按照恒流恒压充电方式将电池充满，充满后断开充电电源，保持钒电池处于旋转热备用状态M分钟后，记录其开路电压OCV0；6)再次将电池管理系统采集的放电数据进行分段处理，7)汇出表格得到SOC-OCV实验数据。

【技术实现步骤摘要】
一种适合液流电池SOC-OCV曲线标定的方法
本专利技术涉及液流电池荷电状态SOC(stateofcharge)-开路电压OCV(opencircuitvoltage)曲线的标定，特别是一种基于工程实践进行液流电池SOC-OCV曲线的标定方法。
技术介绍
随着全球环境的急剧恶化和能源的日趋紧张，可再生能源发电的微电网形式将在未来电力系统中扮演着越来越重要的角色。然而，可再生能源因其存在间歇性、波动性、随机性等问题，供电质量低，难以并网或直接向用电设备提供稳定可靠的电能。为有效解决可再生能源发电利用率不高、供电质量差等问题，将储能电池和可再生能源发电单元组合，形成供需可控的独立电网，不仅能够实现孤网运行，还可以与电网进行并网，实现能量的双向流动。可再生能源发电规模的增大，需要集成更大容量和更大功率的储能单元。而能够实现规模化利用的储能设备主要包括物理储能和化学储能。物理储能单元，如抽水蓄能、压缩空气储能等往往需要苛刻的地理条件和地质环境，在实际工程中往往无法满足。目前，适宜规模化的化学储能主要包括铅酸电池、锂电池、钠硫电池和钒电池等等，前三类电池规模化时都存在或多或少的问题，特别是需要较为苛刻的工作状态，否则会出现寿命短和安全性等问题。因此，钒电池作为可规模化利用的储能单元因其环境友好、安全性高、全生命周期成本低等优势，适宜作为可再生能源规模发电时的储能单元。虽然钒电池作为规模储能时优选的化学储能无需考虑单电池一致性等问题，但仍需要实时检测和利用剩余容量去指导钒电池充放电控制策略，建立高效合理的钒电池管理系统。其中，钒电池的荷电状态SOC(Stateofcharge)估计精度是建立钒电池管理系统的关键，目前针对钒电池的SOC估计多采用外接单电池的开路电压进行估计电池组的SOC，该方法虽然能够实现对钒电池的SOC估计，但由于钒电池在运行时存在极化电压，采用单电池的开路电压进行SOC估计时需要校正，否则误差较大，而且在建立SOC-OCV曲线时通常采用线性，进一步增加了SOC估计的误差。目前普通蓄能电池进行SOC估算的方法较多，能够在线检测的有AH法、神经网络法、状态观测器法和卡尔曼滤波法等，在实际应用中，特别是电流波动严重时，基于模型的卡尔曼滤波法用于估计SOC时效果较好，但该方法仍需要对SOC-OCV曲线进行标定。对钒电池电堆进行SOC-OCV曲线进行标定时需对钒电池电堆进行混合脉冲功率性能测试(HybridPulsePowerCharacterization，HPPC)。随着钒电池电堆的功率不断增大，用于标定SOC-OCV曲线的电池测试设备成本投入更高，很不适合工程实践，尤其是在钒电池使用过程中需要对SOC-OCV曲线定期标定。
技术实现思路
本专利技术的目的是,利用钒电池系统在实际工程中的应用条件，提出了一种适合液流电池SOC-OCV曲线标定的方法。本专利技术的技术方案是：适合液流电池(尤其是钒电池)SOC-OCV曲线标定的方法,是基于钒电池SOC的定义和能斯特方程，建立开路电压OCV(约等于电池电动势)与荷电状态SOC的关系时发现：钒电池的SOC-OCV曲线仅与温度有关，与充电或放电及其电流大小无关。因此可以采用普通负载而非严格的HPPC进行测试和校正SOC-OCV曲线。具体实施方法是：1)按照恒流恒压充电方式将电池充满电，并对其进行放电，首先采用大电流放电，比额定电流高，放电一段时间后停止放电，记录电压上升到趋于稳定的时间N分钟,则认为在全SOC区间带不同负载时其极化时间为M＝1.5N分钟；2)进行SOC-OCV曲线标定实验时通常采用小电流放电，参考用于钒电池旋转热备用工作时的负载大小选择小电流；3)室温下采用恒流恒压方式对钒电池进行充电，使电池处于满充状态，然后采用上述的小电流放电，以电池管理系统记录放电电压、电流和时间等数据；4)将电池管理系统采集的放电数据，导入MATLAB进行处理，并对其放电能量十等分，获取电池每放十分之一能量的时间点；5)再按照恒流恒压充电方式将电池充满，充满后断开充电电源，保持钒电池处于旋转热备用状态M分钟后，记录其开路电压OCV0；然后按照相同放电负载进行放电，并在4)计算的放出十分之一能量时间点断开负载，保持钒电池处于旋转热备用状态M分钟后，记录其开路电压，以此类推，直到钒电池放电结束。6)再次将电池管理系统采集的放电数据进行分段处理，利用MATLAB中的Simulink库搭建的模块，分别计算每段放电的能量ki；然后用每段放出的能量除以总的放电能量，即每段放出能量的比，则有7)汇出表格得到SOC-OCV实验数据；8)利用MATLAB等处理软件进行拟合，可以拟合成线性和多项式以及其他函数形式；9)本专利技术进行的实验是基于以下公式，因此在进行数据拟合时，选择了(其中k0，k1，k2，k3，k4为待拟合参数，无具体含义)进行拟合，效果比线性和相同阶数的多项式拟合时更好，进一步证明了本专利技术的可行性。本专利技术的有益效果是：采用本实验方法能够利用系统现有设备，不必采用专业的电池测试设备进行HPPC测试，减少了设备进行HPPC测试的成本；方法简单实用，尤其是钒电池规模化后进行标定时，现有的电池设备可能无法实现；本专利技术在利用现有设备的同时，仅依靠了MATLAB软件(可以是其他能够进行数值计算的软件)实现能量的计算，但避免了容量或能量记录表，而且利用MATLAB软件时效果更好，计算更准确。附图说明图1是钒电池系统两种(图1a、1b)主结构应用系统形式；图2是基于MATLAB进行能量计算的模块；图3是某规格的钒电池的SOC-OCV曲线标定的示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作详细说明。如图1所示，是目前钒电池应用时的两种不同的主结构形式，图1a是钒电池应用系统,本实施例需以右图(图1b)的主结构建立合理的钒电池应用实验平台，此平台可以基于现有系统。主要包括：用于控制液流电池处于旋转热备用的外部电源、AC/DC充电器、普通负载(即认为负载不存在瞬时功率波动大等特性或功率波动比较缓慢，如电阻负载)和钒电池管理系统(具备检测和记录电池电流、电压、电解液温度等相关数据)。按照恒流恒压充电方式将电池充满电，并对其进行放电，首先采用大电流放电，通常比额定电流高，放电一段时间后停止放电，记录电压上升到趋于稳定的时间N分钟,可以认为在全SOC区间带不同负载时其极化时间为M＝1.5N分钟。进行SOC-OCV曲线标定实验时通常采用小电流放电，大小可以参考用于钒电池旋转热备用工作时的负载大小选择。室温下采用恒流恒压方式对钒电池进行充电，使电池处于满充状态，然后采用上述3中的小电流放电，记录放电电压、电流和时间等数据。将电池管理系统采集的放电数据，导入MATLAB进行处理，并对其放电能量十等分，获取电池每放十分之一能量的时间点；再按照恒流恒压充电方式将电池充满，充满后断开充电电源，保持钒电池处于旋转热备用状态M分钟后，记录其开路电压OCV0。然后按照相同放电负载进行放电，并在理论计算的放出十分之一能量时间点断开负载，保持钒电池处于旋转热备用状态M分钟后，记录其开路电压，以此类推，直到钒电池放电结束。再次将电池管理系统采集的放电数据进行分段处理，利用MATLAB中的Simulink库搭建的模块，分别计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
适合液流电池(尤其是钒电池)SOC‑OCV曲线标定的方法,其特征是具体步骤是：1)按照恒流恒压充电方式将电池充满电，并对其进行放电，首先采用大电流放电，比额定电流高，放电一段时间后停止放电，记录电压上升到趋于稳定的时间N分钟,则认为在全SOC区间带不同负载时其极化时间为M＝1.5N分钟；2)进行SOC‑OCV曲线标定实验时通常采用小电流放电，参考用于钒电池旋转热备用工作时的负载大小选择小电流；3)室温下采用恒流恒压方式对钒电池进行充电，使电池处于满充状态，然后采用上述的小电流放电，以电池管理系统记录放电电压、电流和时间等数据；4)将电池管理系统采集的放电数据，导入MATLAB进行处理，并对其放电能量十等分，获取电池每放十分之一能量的时间点；5)再按照恒流恒压充电方式将电池充满，充满后断开充电电源，保持钒电池处于旋转热备用状态M分钟后，记录其开路电压OCV0；然后按照相同放电负载进行放电，并在步骤4)计算的放出十分之一能量时间点断开负载，保持钒电池处于旋转热备用状态M分钟后，记录其开路电压，以此类推，直到钒电池放电结束；6)再次将电池管理系统采集的放电数据进行分段处理，利用MATLAB中的Simulink库搭建的模块，分别计算每段放电的能量ki；然后用每段放出的能量除以总的放电能量，即每段放出能量的比，则有SOC0＝1，SOCn=1-Σ1nknΣki,(n=1,2,...10);]]>7)汇出表格得到SOC‑OCV实验数据。...

【技术特征摘要】
1.适合液流电池SOC-OCV曲线标定的方法,具体步骤是：1)按照恒流恒压充电方式将电池充满电，并对其进行放电，首先采用大电流放电，比额定电流高，放电一段时间后停止放电，记录电压上升到趋于稳定的时间N分钟,则认为在全SOC区间带不同负载时其极化时间为M＝1.5N分钟；2)进行SOC-OCV曲线标定实验时采用小电流放电，参考用于钒电池旋转热备用工作时的负载大小选择小电流；3)室温下采用恒流恒压方式对钒电池进行充电，使电池处于满充状态，然后采用上述的小电流放电，以电池管理系统记录放电电压、电流和时间数据；4)将电池管理系统采集的放电数据，导入MATLAB进行处理，并对其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金全，方建华，徐晔，张海涛，韩航星，严鋆，邵亚来，刘松，陈凯，严豪杰，
申请(专利权)人：王金全，江苏镇安电力设备有限公司，江苏镇安欣润电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32