一种电芯放电方法、电池全生命周期放电方法和系统技术方案

一种电芯放电方法、电池全生命周期放电方法和系统，属于电池管理领域。电芯放电方法包括对负载进行脉冲形式放电，放电脉冲经电流滤波形成负载所需电流波形；放电脉冲的脉冲幅度为电芯的放电电流，放电脉冲的脉冲宽度不大于恢复时间tc，放电脉冲的脉冲间隙不小于弛豫时间tr；恢复时间为电芯最长持续放电时间，在此时间内导致的电极结构畸变，能在后续的弛豫时间中得以消除。本发明专利技术适合各种电化学电池放电智能化控制，使得负载(工况)、放电和电池管理充分匹配优化，使得每个电芯均工作在健康运行区域，延长电池使用寿命。

A cell discharge method, battery life cycle discharge method and system

【技术实现步骤摘要】
一种电芯放电方法、电池全生命周期放电方法和系统
本专利技术涉及电池管理
，尤其涉及一种电芯放电方法、电池全生命周期放电方法和系统。
技术介绍
电化学储能技术是目前分布式储能主流技术，是大比例使用可再生能源的保障。电化学储能建设周期及投资回报周期短，对环境要求低，可分布式建造，适合分布式可再生能源储存。电池是电化学储能的核心，也是电动汽车的核心部件。安全、经济、环保及可复制的电池系统，是电化学储能的核心。由于电池产品具有鲜明的生命特征，健康安全的使用电池系统需对其做好全生命周期的控制管理，其中放电技术是健康安全使用电池系统的关键之一。不合理的放电方法，特别是经常性的过放电，会大幅缩短电池寿命，严重的甚至会引起安全隐患。最近频发的锂电池电动汽车自燃及储能电站爆燃事故，有部分直接与电池电芯的长期过放电有关。对于铅酸电池而言，经常过放电可以加速电池硫化，从而严重缩短电池使用寿命。对于大电池系统而言，一般有多个电芯并联而成。尽管成组时新电芯一致性可以保证，但随着电池的老化，一致性会变差，这样放电过程中有些电芯不可避免的发生过放，从而引起电池系统失效。为此，有效延缓或控制电池系统失效的放电方法具有重大意义。放电控制的复杂性来自于其放电负载的不可控性，随着电动系统的广泛使用，放电行为很大程度取决于电动系统的工况、负载，如电动汽车的使用、电网系统的调频调峰，负载是由外在环境及使用工况决定的。电动及储能系统在使用过程中，如何在不影响完成工作任务的前提下，保证各电芯的健康放电，是智能放电控制系统必须面对的问题。r>专利技术专利CN201310317219.X，一种锂离子电池容量估计及剩余循环寿命预测方法，该方法将采集到的电池的充放电周期次数x、每个充放电周期的放电电压及电池容量和每次充放电后的电池的剩余容量数据z的a/n和剩余的(n-a)/n的数据作为测试数据，利用分段三次Hermite插值法对训练数据进行扩展，利用扩展后获得的不同插值点的训练数据进行建模，利用获得具有不同参数的GPR模型进行外推预测，对锂电池的下N次充放电循环周期后的电池剩余容量预测，获得N次充放电周期后的电池剩余容量。虽然该方法能够解决了无法实现锂电池的容量估计及剩余寿命的预测的问题，但此方法是基于电池事后状态的判断。而在有些负载情况下，过放已经发生，长期过放可能会导致电池健康状态的衰退。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的问题，提出了一种电芯放电方法、电池全生命周期放电方法和系统，通过对电池进行全生命周期管理，随时掌握电池中各电芯的运行及健康状况，根据可能的负载、工况预测电池放电对各电芯产生的不一致压力，提前进行平衡各电芯的荷电状态（SoC)及功率状态（SoP),保证在复杂负载、工况下，电芯均未有不可恢复之过放，从而可大幅提升电池使用安全性，延长电池使用寿命。本专利技术是通过以下技术方案得以实现的：一种电芯放电方法，包括：对负载进行脉冲形式放电，放电脉冲经电流滤波形成负载所需电流波形；其中，放电脉冲的脉冲度为电芯的放电电流，放电脉冲的脉冲宽度不大于恢复时间tc，放电脉冲的脉冲间隙不小于弛豫时间tr；所述恢复时间为电芯最长持续放电时间，在此时间内导致的电极结构畸变，能在后续的弛豫时间中得以消除；所述弛豫时间为电极结构畸变恢复原状所需的时间。本专利技术提出一种脉冲形式的放电方法。在单个脉冲结束后，有一个间隙，使在脉冲期的畸变积累可以降低或消除，则无疑可以降低老化程度。作为优选，所述恢复时间tc随电芯的放电电流、温度、电池健康状态SOH、荷电状态SOC、电池放电深度DoD变化。作为优选，所述恢复时间tc与电芯的放电电流呈反比，且所述恢复时间tc与电池放电深度DoD呈反比。作为优选，所述弛豫时间tr随电芯的放电电流、温度、电池健康状态SOH、荷电状态SOC、电池放电深度DoD变化。作为优选，所述弛豫时间tr的最小值与电芯放电电流成正比。作为优选，方法还包括：放电过程直到负载充电完毕或电芯放到截止状态为止。一种电池全生命周期放电方法，包括：监测在当前时刻的放电脉冲下，放电的电池实时数据及负载实时数据；根据负载实时数据、电池实时数据、及恢复时间tc与弛豫时间tr的变化信息，计算下一时刻的放电脉冲；通过控制电流滤波，将放电脉冲形成负载所需的下一时刻的电流波形；采用计算后的放电脉冲放电，采用计算后的电流波形对负载充电，放电过程直到负载充电完毕或电池放到截止状态为止；其中，所述电池实时数据包括电池的电压、电流、温度数据；所述负载实时数据包括负载的电压、电流、温度数据；所述恢复时间为电池最长持续放电时间，在此时间内导致的电极结构畸变，能在后续的弛豫时间中得以消除；所述恢复时间tc随电芯的放电电流、温度、电池健康状态SOH、荷电状态SOC、电池放电深度DoD变化；所述弛豫时间tr为电极结构畸变恢复原状所需的时间，所述弛豫时间tr随电芯的放电电流、温度、电池健康状态SOH、荷电状态SOC、电池放电深度DoD变化；所述放电脉冲包括电芯的放电电流、恢复时间tc、弛豫时间tr。本专利技术通过对电池进行全生命周期管理，随时掌握电池中各电芯的运行及健康状况，根据可能的负载、工况预测电池放电对各电芯产生的不一致压力，提前进行平衡各电芯的荷电状态（SoC)及功率状态（SoP),保证在复杂负载、工况下，电芯均未有不可恢复之过放。作为优选，所述根据负载实时数据、电池实时数据、及恢复时间tc与弛豫时间tr的变化信息，计算下一时刻的放电脉冲的步骤包括：根据负载实时数据，确定预测的负载曲线；根据电池实时数据，对照每个电芯的恢复时间tc、弛豫时间tr随电芯的放电电流、温度、电池健康状态SOH、荷电状态SOC、电池放电深度DoD变化的曲线，并结合预测的负载曲线，确定每个电芯下一时刻的放电脉冲；取所有电芯中的放电电流最小值、恢复时间最小值和弛豫时间最大值构成下一时刻的电池放电脉冲。作为优选，当电池包括串联电芯时，所述根据负载实时数据、电池实时数据、及恢复时间tc与弛豫时间tr的变化信息，计算下一时刻的放电脉冲的步骤还包括：在确定每个电芯下一时刻的放电脉冲前，若多个电芯中至少一个电芯接近放电截止状态时，利用其它电芯对接近放电截止状态的电芯进行充电；之后，根据电池实时数据，对照每个电芯的恢复时间tc、弛豫时间tr随电芯的放电电流、温度、电池健康状态SOH、荷电状态SOC、电池放电深度DoD变化的曲线，并结合预测的负载曲线，确定每个电芯下一时刻的放电脉冲。作为优选，所述通过控制电流滤波，将电池放电脉冲形成负载所需的下一时刻的电流波形的步骤包括：进行滤波计算，计算获得的负载曲线与预测负载曲线一致时，进行滤波处理，将放电脉冲滤波形成电流波形。作为优选，所述计算下一时刻放电脉冲和电流波形的方法适用于多个电芯串联构成的电池，或由多个电芯并联构成的电池，或由多个电芯串并联构成的电池。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电芯放电方法，其特征在于，包括：/n对负载进行脉冲形式放电，放电脉冲经电流滤波形成负载所需电流波形；/n其中，放电脉冲的脉冲幅度为电芯的放电电流，放电脉冲的脉冲宽度不大于恢复时间tc，放电脉冲的脉冲间隙不小于弛豫时间tr；/n所述恢复时间为电芯最长持续放电时间，在此时间内导致的电极结构畸变，能在后续的弛豫时间中得以消除；/n所述弛豫时间为电极结构畸变恢复原状所需的时间。/n

【技术特征摘要】
20200109 CN 202010020015X1.一种电芯放电方法，其特征在于，包括：
对负载进行脉冲形式放电，放电脉冲经电流滤波形成负载所需电流波形；
其中，放电脉冲的脉冲幅度为电芯的放电电流，放电脉冲的脉冲宽度不大于恢复时间tc，放电脉冲的脉冲间隙不小于弛豫时间tr；
所述恢复时间为电芯最长持续放电时间，在此时间内导致的电极结构畸变，能在后续的弛豫时间中得以消除；
所述弛豫时间为电极结构畸变恢复原状所需的时间。


2.根据权利要求1所述的一种电芯放电方法，其特征在于，所述恢复时间tc随电芯的放电电流、温度、电池健康状态SOH、荷电状态SOC、电池放电深度DoD变化。


3.根据权利要求1所述的一种电芯放电方法，其特征在于，所述恢复时间tc与电芯的放电电流呈反比，且所述恢复时间tc与电池放电深度DoD呈反比。


4.根据权利要求1所述的一种电芯放电方法，其特征在于，所述弛豫时间tr随电芯的放电电流、温度、电池健康状态SOH、荷电状态SOC、电池放电深度DoD变化。


5.根据权利要求1所述的一种电芯放电方法，其特征在于，所述弛豫时间tr的最小值与电芯放电电流成正比。


6.根据权利要求1所述的一种电芯放电方法，其特征在于，还包括：放电过程直到负载充电完毕或电芯放到截止状态为止。


7.一种电池全生命周期放电方法，其特征在于，包括：
监测在当前时刻的放电脉冲下，放电的电池实时数据及负载实时数据；
根据负载实时数据、电池实时数据、及恢复时间tc与弛豫时间tr的变化信息，计算下一时刻的放电脉冲；
通过控制电流滤波，将放电脉冲形成负载所需的下一时刻的电流波形；
采用计算后的放电脉冲放电，采用计算后的电流波形对负载充电，放电过程直到负载充电完毕或电池放到截止状态为止；
其中，所述电池实时数据包括电池的电压、电流、温度数据；所述负载实时数据包括负载的电压、电流、温度数据；
所述恢复时间为电池最长持续放电时间，在此时间内导致的电极结构畸变，能在后续的弛豫时间中得以消除；所述恢复时间tc随电芯的放电电流、温度、电池健康状态SOH、荷电状态SOC、电池放电深度DoD变化；
所述弛豫时间tr为电极结构畸变恢复原状所需的时间，所述弛豫时间tr随电芯的放电电流、温度、电池健康状态SOH、荷电状态SOC、电池放电深度DoD变化；
所述放电脉冲包括电芯的放电电流、恢复时间tc、弛豫时间tr。


8.根据权利要求7所述的一种电池全生命周期放电方法，其特征在于，所述根据负载实时数据、电池实时数据、及恢复时间tc与弛豫时间tr的变化信息，计算下一时刻的放电脉冲的步骤包括：
根据负载实时数据，确定预测的负载曲线；
根据电池实时数据，对照每个电芯的恢复时间tc、弛豫时间tr随电芯的放电电流、温度、电池健康状态SOH、荷电状态SOC、电池放电深度DoD变化的曲线，并结合预测的负载曲线，确定每个电芯下一时刻的放电脉冲；
取所有电芯中的放电电流最小值、恢复时间最小值和弛豫时间最大值构成下一时刻的电池放电脉冲。


9.根据权利要求8所述的一种电池全生命周期放电方法，其特征在于，当电池包括串联电芯时，所述根据负载实时数据、电池实时数据、及恢复时间tc与弛豫时间tr的变化信息，计算下一时刻的放电脉冲的步骤还包括：
在确定每个电芯下一时刻的放电脉冲前，若多个电芯中至少一个电芯接近放电截止状态时，利用其它电芯对接近放电截止状态的电芯进行充电；
之后，根据电池实时数据，对照每个电芯的恢复时间tc、弛豫时间tr随电芯的放电电流、温度、电池健康状态SOH、荷电状态SOC、电池放电深度DoD变化的曲线，并结合预测的负载曲线，确定每...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建斌，陈驰，
申请(专利权)人：长兴太湖能谷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33