一种基于荷电状态的容量寿命损耗计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于荷电状态的容量寿命损耗计算方法，该方法不但可以基于实际运行得到的荷电状态数据计算电池的容量寿命损耗情况；同时还可以利用仿真模型在特定运行工况下模拟得到的荷电状态数据分析预测电池的容量寿命损耗。这能够有效地指导电池储能电站的规划投资建设、运行控制策略，减少不必要的电池寿命损耗，以提高电池储能电站的经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于荷电状态的容量寿命损耗计算方法
本专利技术涉及电力系统中电池储能电站的运行寿命问题，尤其涉及一种基于荷电状态的容量寿命损耗计算方法。
技术介绍
新能源的装机容量的持续增长，一方面引入了一系列诸如风电平抑、光伏消纳等问题，另一方面又挤占了常规机组的并网容量因此对电力系统的安全运行提出了更高的要求。储能技术被认为是解决新能源并网问题的关键技术，近年来得到了快速的发展。相较于其他类型的储能技术，电池储能具备更加优异的调节特性、更加灵活的配置方式。但是，投建电池储能电站需要的成本较高，若强度高、频次大、经常深充深放的使用电池储能装置还会早层电池寿命的快速衰减。电池寿命损耗计算是电池储能电站经济性分析的重要依据。合理计算电池寿命损耗，可以有效地指导电池储能电站的投资规划和控制运行。电池寿命可分为功率寿命和容量寿命，其中功率寿命衰减不明显，一般情况下，当容量寿命衰减度达到20％时可认为电池寿命结束。此外，循环充放电动作和待机动作均会引起电池寿命衰减，而循环充放电动作是电池寿命损耗的关键。国内外对电池寿命损耗计算方法已有许多研究，电池寿命损耗计算方法可大致分为两类。其一为模型分析法，能够反应电池的物理、化学特点，但存在模型复杂、模型参数识别困难的问题；其二为数据分析法，基于实验数据和状态监测数据可以较为简便的计算电池寿命损耗，更加适用于电力系统分析。循环深度和荷电状态均会影响电池的容量寿命损耗。而现有的数据法主要考虑电池的循环深度，对实际循环状态下的平均荷电状态考虑较少，导致电池寿命损耗计算精度不高；同时，长时间尺度下产生的大量运行数据也需要进行适当简化，以降低计算时间、提高计算效率。综上，现有的数据分析法计算电池寿命存在以下两方面问题：(1)影响因素考虑较少，计算精度低；(2)数据简化程度较低，计算时间长。
技术实现思路
根据现有技术存在的问题，本专利技术公开了一种基于荷电状态的容量寿命损耗计算方法，具体包括以下步骤：S1：根据加速老化测试实验结果或电池厂商给定的测试数据拟合得到电池容量寿命损耗模型，其中实验数据包括电池容量寿命损耗数据、循环深度信息、平均荷电状态以及循环次数信息；S2：根据电池在一段时间内运行产生的荷电状态数据变化序列，采用雨流计数法计算划分电池运行的各个循环状态，得到雨流计数矩阵，再将雨流计数矩阵中平均荷电状态及循环深度相似的循环状态进行简化合并，并统计各循环类型下的循环次数，由此得到雨流统计矩阵；S3：获取初始电池容量寿命损耗：如果时间ΔT之前的电池已经产生容量寿命损耗，则将已产生的电池容量寿命损耗记为初始电池容量寿命损耗若时间ΔT之前电池容量寿命损耗为0，则将初始电池容量寿命损耗记为0；S4：选取雨流统计矩阵中下一个循环状态：任意选取雨流统计矩阵中的其他尚未被计算过容量寿命损耗的循环状态Ai,j，作为下一个需要计算的循环状态；S5：根据电池容量寿命损耗模型计算电池容量寿命在下一个循环状态产生的容量寿命损耗：依据S1中得到的电池容量寿命损耗模型以及电池在当前容量寿命损耗情况下的实际衰减速度，计算循环状Ai,j产生的实际容量寿命损耗S6：计算电池的总容量寿命损耗：若已经选取并计算了雨流统计矩阵中全部的循环状态，则令总容量寿命损耗等于当前容量寿命损耗否则返回S4继续选取下一个循环状态并计算该循环状态产生的容量寿命损耗。进一步的，根据电池容量寿命损耗模型计算电池容量寿命在下一个循环状态产生的容量寿命损耗采用如下方式：设循环状态Ai,j在当前容量寿命损耗下的等效循环次数nci′,j的计算公式如下：循环状态Ai,j产生的实际容量寿命损耗的计算公式如下：上式中，Ccf(Ai,j，nc′i,j)表示电池容量寿命损耗模型函数，自变量为循环状态Ai,j，包含循环深度cd以及平均荷电状态Soc.ave、循环次数ai,j以及等效循环次数nc′i,j；当前电池容量寿命损耗修正计算公式如下：其中：为当前容量寿命损耗，为循环状态Ai,j产生电池容量寿命损耗。由于采用了上述技术方案，本专利技术提供的一种基于荷电状态的容量寿命损耗计算方法，该方法不但可以基于实际运行得到的荷电状态数据计算电池的容量寿命损耗情况；同时还可以利用仿真模型在特定运行工况下模拟得到的荷电状态数据分析预测电池的容量寿命损耗。这能够有效地指导电池储能电站的规划投资建设、运行控制策略，减少不必要的电池寿命损耗，以提高电池储能电站的经济效益。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术方法的流程图；图2为本专利技术中不同循环深度下的磷酸锂铁电池容量寿命损耗曲线示意图；图3为本专利技术中不同荷电状态下的磷酸锂铁电池容量寿命损耗曲线示意图；图4为本专利技术中雨流计数矩阵示意图；图5为本专利技术中雨流统计矩阵示意图；图6为本专利技术中循环状态Ai，j产生的容量寿命损耗算法原理示意图；图7为本专利技术中荷电状态数据示意图；图8为本专利技术中循环深度概率密度示意图；图9为本专利技术中雨流统计矩阵示意图；图10为本专利技术中不同计算顺序下电池容量寿命损耗示意图。具体实施方式为使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：如图1所示的一种基于荷电状态的容量寿命损耗计算方法，具体步骤为：S1:建立电池容量寿命损耗模型根据加速老化测试实验结果或电池厂商给定的测试数据，利用MATLAB等数学工具，进行曲线拟合得到电池容量寿命损耗模型。各项数据包括不同的循环深度、平均荷电状态以及循环次数产生的电池容量寿命损耗数据。通过曲线拟合可以得到如下的电池容量寿命损耗模型：公式中，Ccf表示电池容量寿命损耗，单位为％；Soc.ave为单次充放电动作的平均荷电状态，单位为％；cd表示单次充放电动作的循环深度，单位为％；nc表示充放电动作次数；u1、u2、u3、u4均为拟合参数。以某种磷酸锂铁电池为例，可以得到容量寿命损耗曲线，如图2和图3所示。在图2中，平均荷电状态Soc.ave保持为50％，仅改变循环深度cd；图3中，循环深度cd保持为30％，仅改变平均荷电状态Soc.ave。不同种类的电池均可得到类似的容量寿命损耗模型。S2:根据电池在一段时间内运行产生的荷电状态数据变化序列，采用雨流计数法计算划分电池运行的各个循环状态，得到雨流计数矩阵，再将雨流计数矩阵中平均荷电状态及循环深度相似的循环状态进行简化合并，并统计各循环类型下的循环次数，由此得到雨流统计矩阵。电池长期运行得到的荷电状态数据，具有数量庞大、类型繁复的特点。因此，为了节省计算时间、简化计算流程，需要对繁杂的荷电状态数据进行简化整合处理。首先获取确定时长ΔT的荷电状态数据，该荷电状态数据是ΔT时间内荷电状态的变化序列。在Matlab中，荷电状态数据可表示为一个包含P个元素的向量。然后利用上述荷电状态数据，基于雨流计数法，计算电池的循环深度。Matlab中的rainflow工具箱可以将荷电状态数据向量转化为雨流计数矩阵，计算电池的循环深度。雨流计数矩阵是一个3×Q本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于荷电状态的容量寿命损耗计算方法,其特征在于：包括以下步骤：S1：根据加速老化测试实验结果或电池厂商给定的测试数据拟合得到电池容量寿命损耗模型，其中实验数据包括电池容量寿命损耗数据、循环深度信息、平均荷电状态以及循环次数信息；S2：根据电池在一段时间内运行产生的荷电状态数据变化序列，采用雨流计数法计算划分电池运行的各个循环状态，得到雨流计数矩阵，再将雨流计数矩阵中平均荷电状态及循环深度相似的循环状态进行简化合并，并统计各循环类型下的循环次数，由此得到雨流统计矩阵；S3：获取初始电池容量寿命损耗：如果时间ΔT之前的电池已经产生容量寿命损耗，则将已产生的电池容量寿命损耗记为初始电池容量寿命损耗

【技术特征摘要】
1.一种基于荷电状态的容量寿命损耗计算方法,其特征在于：包括以下步骤：S1：根据加速老化测试实验结果或电池厂商给定的测试数据拟合得到电池容量寿命损耗模型，其中实验数据包括电池容量寿命损耗数据、循环深度信息、平均荷电状态以及循环次数信息；S2：根据电池在一段时间内运行产生的荷电状态数据变化序列，采用雨流计数法计算划分电池运行的各个循环状态，得到雨流计数矩阵，再将雨流计数矩阵中平均荷电状态及循环深度相似的循环状态进行简化合并，并统计各循环类型下的循环次数，由此得到雨流统计矩阵；S3：获取初始电池容量寿命损耗：如果时间ΔT之前的电池已经产生容量寿命损耗，则将已产生的电池容量寿命损耗记为初始电池容量寿命损耗若时间ΔT之前电池容量寿命损耗为0，则将初始电池容量寿命损耗记为0；S4：选取雨流统计矩阵中下一个循环状态：任意选取雨流统计矩阵中的其他尚未被计算过容量寿命损耗的循环状态Ai,j，作为下一个需要计算的循环状态；S5：根据电池容量寿命损耗模型计算电池容量寿命在下一个循环状态产生的容量寿命损耗：依据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卫东，赵嵩，巴宇，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21