一种液态金属电池的电压监测方法、状态估计方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种液态金属电池的电压监测方法、状态估计方法及检测装置，包括如下步骤：从N个串联的液态金属电池中选出L组第一相邻液态金属电池组，并获得L组第一相邻液态金属电池组的端电压；从N个串联的液态金属电池中选出K组第二相邻液态金属电池组，并获得K组第二相邻液态金属电池组的端电压；将上述L组第一相邻液态金属电池组的端电压和K组第二相邻液态金属电池组的端电压表示为每个液态金属电池电压的和，形成初始电压方程组；将初始电压方程组进行去冗余处理获得系数满秩的电压方程组；根据系数满秩的电压方程组计算获得每个液态金属电池电压。该方法能有效降低低电压、宽平台液态金属电池单体的电压测量误差，提高状态估计精度。

【技术实现步骤摘要】
一种液态金属电池的电压监测方法、状态估计方法及装置
本专利技术涉及二次电池应用
，更具体地，涉及一种液态金属电池的电压监测方法、状态估计方法及装置。
技术介绍
大规模储能是有效提高可再生能源发电入网的关键技术。液态金属电池作为新近发展起来的一类电化学储能技术，三层液态结构的设计，采用无机熔盐和液态金属作为电解质和正负极，具有成本低、容量大、效率高、寿命长等特点，在规模储能领域具有广阔的应用前景。然而由于电池单体容量和电压的限制，实际应用中电池单体通过串并联成组实现容量放大和电压提升，电池组单元通过电池管理系统(BatteryManagementSystem,BMS)进行统一的能量管理与控制，其主要功能包括：电池物理参数的实时监测，电池的状态估计，在线诊断与预警，充放电控制以及均衡管理和热管理等。这些功能的实现依赖于对电池物理量的精确测量，即电压和电流。对于新型液态金属电池而言，其单体电池电压平台低且宽特性，使得依赖于电压精度的状态估计和均衡控制陷入困难。在中国专利技术专利说明书CN106654413A中公开了一种液态金属电池组的多级均衡控制系统和方法，通过主、被动均衡相结合，提高了液态金属电池组均衡效率，也解决了液态金属电池单体电压平台低，主动均衡实施难的问题，但是其被动均衡采用监测电池单体电压进行荷电状态(StateofCharge,SOC)估计,并以SOC作为均衡变量，对于液态金属电池而言，单体电池电压平台平坦、数值低(0.9V)，电池电压测量误差对状态估计影响大，因此实际应用中效果不理想。由于存在上述缺陷与不足，本领域亟需做出进一步的完善和改进，针对液态金属电池低电压、宽平台的特点，设计一种有效减小电压测量误差的拓扑与方法，以提高状态估计和均衡控制的精度。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术提供了一种液态金属电池的电压监测方法、状态估计方法及装置，旨在解决现有的液态金属电池电压由于不能考虑到液态金属电池低电压、宽平台的特点导致的单体电池电压测量误差大，漂移严重的缺陷。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种液态金属电池的电压监测方法，包括如下步骤：从N个串联的液态金属电池中选出L组第一相邻液态金属电池组，并获得L组第一相邻液态金属电池组的端电压；从N个串联的液态金属电池中选出K组第二相邻液态金属电池组，并获得K组第二相邻液态金属电池组的端电压；将上述L组第一相邻液态金属电池组的端电压和K组第二相邻液态金属电池组的端电压表示为每个液态金属电池电压的和，形成初始电压方程组；将初始电压方程组进行去冗余处理获得系数满秩的电压方程组；根据系数满秩的电压方程组获得每个液态金属电池电压；其中，L+K≥N，2≤M≤(N+1)/2，第一相邻液态金属电池组为相邻M节液态金属电池，第二相邻液态金属电池组为相邻M+1节液态金属电池。优选地，根据公式获得电压方程组；其中，Ui为第i组第一相邻液态金属电池组的端电压，Ul为第l组第二相邻液态金属电池组的端电压，Xj为第j个液态金属电池的端电压，aij表示第i组第一相邻液态金属电池组的端电压是否包含第j个液态金属电池的端电压，alj表示第l组第二相邻液态金属电池组的端电压是否包含第j个液态金属电池的端电压，1≤j≤N，1≤i≤L，L+1≤l≤L+K。优选地，在本专利技术中，为了减小常规方法(直接测取低电压的单节液态金属电池端电压)造成的误差，实现本专利技术所述方法，电池组单元串联的液态金属电池单体数目N应满足，N≥3，且N为整数。优选地，第一相邻液态金属电池组的端电压的数量可以取L＝N-M+1；第二相邻液态金属电池组的端电压的数量可以取K＝M-1，通过选取L＝N-M+1和K＝M-1，构成的初始电压方程一般为满秩方程，即可满足要求，且所需资源最少。作为本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种液态金属电池的状态估计方法，包括如下步骤：根据上述电压检测方法获得搁置状态下液态金属电池单体电压；根据液态金属电池单体电压和液态金属电池荷电状态与开路电压关系获得液态金属电池单体当前初始荷电状态；根据液态金属电池单体当前初始荷电状态，利用安时积分法对液态金属电池荷电状态进行估计。优选地，根据公式获得液态金属电池荷电状态，其中，Cn为电池容量，i为电流(放电为正值，充电为负值)，SOC0为当前电池的初始荷电状态，当前电池的初始荷电状态根据液态金属电池单体电压和液态金属电池荷电状态与开路电压关系获得。作为本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种液态金属电池的电压监测系统，包括：电压获取模块，用于获取L组第一相邻液态金属电池组的端电压和K组第二相邻液态金属电池组的端电压；单体电压获取模块，其输入端与电压获取模块的输出端连接，用于根据L组第一相邻液态金属电池组的端电压和K组第二相邻液态金属电池组的端电压、相邻电压金属电池组的端电压测量结构获得电压方程组，根据电压方程组获得单个液态金属电池的端电压；其中，L+K≥N，2≤M≤(N+1)/2，第一相邻液态金属电池组为相邻M节液态金属电池，第二相邻液态金属电池组为相邻M+1节液态金属电池。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：1、本专利技术的液态金属电池的电压监测方法，通过获得L组M个相邻液态金属电池的端电压以及K组M+1个相邻液态金属电池的端电压，通过获得相邻液态金属电池的端电压的测量拓扑，构建初始电压方程组，对初始电压方程进行去冗余处理，获得系数矩阵满秩的电压方程，通过对系数矩阵满秩电压方程组求解，即可获得单体液态金属电池的电压，同时系数矩阵A是稀疏矩阵，计算量小，在测量系统固有精度的基础上，能有效降低低电压、宽平台液态金属电池单体的电压测量误差，从而提供状态估计精度，并易于在微处理器上应用。2、本专利技术的液态金属电池的电压监测方法，通过获得N-M+1组M个相邻液态金属电池的端电压以及M-1组M+1个相邻液态金属电池的端电压，通过获得相邻液态金属电池的端电压的测量拓扑，构建电压方程组，由于2≤M≤(N+1)/2，N-M+1组M个相邻液态金属电池的端电压形成的方程和M-1组M+1个相邻液态金属电池的端电压形成的方程不相关，能够保证电压方程组的系数矩阵为满秩，不需要对电压方程组进行去冗余处理。3、本专利技术对低电压平台的液态金属电池状态估计和均衡管理至关重要，在低电压平台下微小的电压测量误差可能会导致较大的状态估计误差，从而也会影响以状态变量为参考的均衡管理效率，因此本专利技术提供的荷电状态估计方法中，液态金属电池的端电压能够精确获得，使得液态金属电池的初始荷电状态更精确，进而提高状态估计的精度，将有效解决低电压平台的液态金属电池在电池管理方面遇到的困难。4、本专利技术的液态金属电池电压监测装置在不改变液态金属电池组单元结构的情况下进行电压测量，与传统直接测量单节电池电压的方法相比，没有增加测量系统的复杂性，同时由于本专利技术使用多节液态金属电池的端口电压作为测量，选取合适的M值即可，可以直接使用现有锂离子电池电压监测芯片，而不需要专门针对液态金属电池电压平台低且宽的特性再设计相应量程的电池电压监测芯片。附图说明图1为本专利技术提供的一种液态金属电池的电压监测方法的流程图；图2本专利技术提供的一种液态金属电池的电压监测方法的实施例的流程图；图3为本专利技术提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液态金属电池的电压监测方法，包括如下步骤：从N个串联的液态金属电池中选出L组第一相邻液态金属电池组，并获得L组第一相邻液态金属电池组的端电压；从N个串联的液态金属电池中选出K组第二相邻液态金属电池组，并获得K组第二相邻液态金属电池组的端电压；将上述L组第一相邻液态金属电池组的端电压和K组第二相邻液态金属电池组的端电压表示为每个液态金属电池电压的和，形成初始电压方程组；将初始电压方程组进行去冗余处理获得系数满秩的电压方程组；根据系数满秩的电压方程组获得每个液态金属电池电压；其中，L+K≥N，2≤M≤(N+1)/2，第一相邻液态金属电池组为相邻M节液态金属电池，第二相邻液态金属电池组为相邻M+1节液态金属电池。

【技术特征摘要】
1.一种液态金属电池的电压监测方法，包括如下步骤：从N个串联的液态金属电池中选出L组第一相邻液态金属电池组，并获得L组第一相邻液态金属电池组的端电压；从N个串联的液态金属电池中选出K组第二相邻液态金属电池组，并获得K组第二相邻液态金属电池组的端电压；将上述L组第一相邻液态金属电池组的端电压和K组第二相邻液态金属电池组的端电压表示为每个液态金属电池电压的和，形成初始电压方程组；将初始电压方程组进行去冗余处理获得系数满秩的电压方程组；根据系数满秩的电压方程组获得每个液态金属电池电压；其中，L+K≥N，2≤M≤(N+1)/2，第一相邻液态金属电池组为相邻M节液态金属电池，第二相邻液态金属电池组为相邻M+1节液态金属电池。2.如权利要求1所述的电压监测方法，其特征在于，根据公式获得电压方程组；其中，Ui为第i组第一相邻液态金属电池组的端电压，Ul为第l组第二相邻液态金属电池组的端电压，Xj为第j个液态金属电池的端电压，aij表示第i组第一相邻液态金属电池组的端电压是否包含第j个液态金属电池的端电压，alj表示第l组第二相邻液态金属电池组的端电压是否包含第j个液态金属电池的端电压，1≤j≤N，1≤i≤L，L+1≤l≤L+K。3.如权利要求1或2所述的电压监测方法，其特征在于，串联的液态金属电池的数量大于3。4.如权利要求1至3任一项所述的电压监测方法，其特征在于，第一相邻液态金属电池组的端电压的数量...

【专利技术属性】
技术研发人员：王康丽，徐成，蒋凯，张娥，程时杰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42