基于设备健康度模型的锂离子电池储能系统评价方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于设备健康度模型的锂离子电池储能系统评价方法，针对电池单体健康度指标、电池模块健康度指标、储能分系统健康度指标和储能电站健康度指标，采用加权平均法，进行综合评价。本发明专利技术从多个维度描述储能系统及其主要设备健康程度，并进行快速在线评估，可实现从设备级到系统级的综合评价，对于提升储能系统运行可靠性、预防储能系统设备故障具有重要作用。障具有重要作用。

【技术实现步骤摘要】
基于设备健康度模型的锂离子电池储能系统评价方法


[0001]本专利技术涉及一种基于设备健康度模型的锂离子电池储能系统评价方法。属于电力与能源


技术介绍

[0002]电化学储能技术通过各类电池实现电能的存储、释放或快速功率交换，可平抑新能源发电波动、改善电力供需平衡、提升电力系统稳定性，主要应用于电力、能源和交通等领域，是支撑以新能源为主体的新型电力系统关键技术之一。
[0003]锂离子电池技术由于具有能量密度大、循环寿命长、转化效率高等特点，近年来得到快速发展。目前我国锂离子电池储能装机规模占电化学储能整体规模的80％以上。由于锂离子电池涉及复杂的电化学反应，在非典型工况下或使用操作不当时性能会迅速衰退，甚至发生热失控而引发安全事故，给人们的生命和财产安全带来严重隐患。因此，及时掌握设备运行状态、有针对性地制定运维策略，对于锂离子电池储能系统安全稳定运行尤为重要。
[0004]目前锂离子电池储能系统的运维方法主要分为两类：一是基于电池状态在线评估的运维方法。该方法通过对电池SOC(荷电状态)、SOH(健康状态) 等在线监测，可及时发现电池性能早期衰退，对预防电池单体或模块故障具有一定作用；但该方法对电池模型建模和参数辨识精度要求较高，同时缺少对电化学储能的系统性评估。二是基于储能系统故障诊断的运维方法。该方法通过利用故障树、专家系统、机器学习等大数据和人工智能技术设计故障诊断系统，在储能系统出现故障后快速识别故障原因并采取必要保护措施；但该方法主要应用于故障后处理，同时需要大量正常和故障状态下的数据样本，建模周期较长。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述不足，提供了一种基于设备健康度模型的锂离子电池储能系统评价方法。
[0006]本专利技术的目的是这样实现的：
[0007]一种基于设备健康度模型的锂离子电池储能系统评价方法，其特点是：针对电池单体健康度指标、电池模块健康度指标、储能分系统健康度指标和储能电站健康度指标，采用加权平均法，进行综合评价；
[0008]包括以下步骤：
[0009]S1、电池单体健康度指标包括：电池单体电压、电池单体温度、电池单体SOC和电池单体SOH；其中，电池单体电压、电池单体温度、电池单体 SOC和电池单体SOH均取自电池管理系统；
[0010]S2、电池模块健康度指标包括：电池模块电压、电池模块温度、电池模块绝缘电阻、电池模块充电电流、电池模块放电电流、电池模块运行时间、电池模块充放电能量转换效率、电池模块电池单体电压一致性、电池模块温度一致性和电池模块电池单体失效率；
[0011]电池模块电压、电池模块温度、电池模块绝缘电阻、电池模块充电电流、电池模块放电电流和电池模块运行时间取自电池管理系统；电池模块电池单体电压一致性、电池模块温度一致性和电池模块电池单体失效率可通过计算得出；
[0012]S3、储能分系统健康度指标包括：电池簇总电压、电池簇充电电流和电池簇放电电流，电池簇电池单体电压一致性、电池簇电池单体温度一致性和电池簇电池单体失效率，电池簇储能变流器温度、电池簇绝缘电阻和电池簇变流器转换效率；
[0013]电池簇总电压、电池簇充电电流和电池簇放电电流取自电池管理系统，电池簇储能变流器温度和电池簇绝缘电阻取自变流器；电池簇电池单体电压一致性、电池簇电池单体温度一致性和电池簇电池单体失效率可通过计算得出；
[0014]S4、储能电站健康度指标包括：室内温度、相对湿度、系统充放电能量转换效率、非计划停运系数和电池簇相对故障次数；
[0015]室内温度、相对湿度取自电池管理系统；系统充放电能量转换效率、非计划停运系数和电池簇相对故障次数可通过计算得出；
[0016]S5、根据健康度指标评分标准表，对全部指标进行实时评分；
[0017]S6、针对电池单体健康度模型、电池模块健康度模型、储能分系统健康度模型和储能电站健康度模型，采用加权平均法，进行综合评价；
[0018]S7、将S5中的电池单体健康度、电池模块健康度、储能分系统健康度和储能电站健康度对照健康度评级与运维建议表，给与评级与运维建议。
[0019]2、根据权利要求1所述的一种基于设备健康度模型的锂离子电池储能系统评价方法，其特征在于：能量型储能系统SOH用电池单体最大可放电容量与额定容量的比值表示，功率型储能系统SOH用电池单体内阻与额定内阻的比值表示。
[0020]3、根据权利要求1所述的一种基于设备健康度模型的锂离子电池储能系统评价方法，其特征在于：S4中，健康度指标评分标准表中，f
imin
和f
imax
分别为第i项指标的下限值和上限值，根据设备手册和相关标准确定；α为下限值的系数，β为上限值的系数；如指标采样周期小于等于评价周期，则将该指标在评价周期内评分的平均值作为最终评分；如指标采样周期大于评价周期，则将该指标最新的评分作为最终评分。
[0021]4、根据权利要求1所述的一种基于设备健康度模型的锂离子电池储能系统评价方法，其特征在于：步骤S1
‑
S4，可计算得到1个储能电站指标矩阵F
station
、 1个储能分系统指标矩阵F
system
、M
×
m个同一电池簇下的电池模块指标矩阵 F
module
和M
×
m
×
N个同一模块下的电池单体指标矩阵F
cell
：
[0022][0023][0024][0025][0026]其中，1座储能电站由有M个储能分系统，每个储能分系统有m个电池簇，每个电池簇有N个电池模块，每个电池模块有n个电池单体。
[0027]5、根据权利要求1所述的一种基于设备健康度模型的锂离子电池储能系统评价方法，其特征在于：S2中，电池模块充放电能量转换效率通过以下方法计算：
[0028]每次测试开始时记录此时电池模块的SOC，经过一定的时间间隔后，当电池模块的SOC第一次等于测试开始时的SOC时，记录该段时间电池模块总充电量和放电量，将总放电量与总充电量的比值作为一次测试结果；连续重复测试3次，取3次测试平均值作为电池模块充放电能量转换效率；
[0029][0030]式中：为电池模块充放电能量转换效率，％；e
Ci
和e
Di
分别为第i次测试电池模块总放电量和总充电量，单位为千瓦时(kW
·
h)；
[0031]电池模块中电池单体电压一致性可通过以下公式计算：
[0032][0033]式中：为电池模块中电池单体电压一致性，％；U
i
和分别为某一时刻电池模块中第i个电池单体电压和单体电压平均值，单位为伏(V)；n为电池模块中电池单体总数；
[0034]电池模块中单体温度一致性可通过以下公式计算：
[0035][0036]式中：为电池模块中电池单体温度一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于设备健康度模型的锂离子电池储能系统评价方法，其特征在于：针对电池单体健康度指标、电池模块健康度指标、储能分系统健康度指标和储能电站健康度指标，采用加权平均法，进行综合评价；包括以下步骤：S1、电池单体健康度指标包括：电池单体电压、电池单体温度、电池单体SOC和电池单体SOH；其中，电池单体电压、电池单体温度、电池单体SOC和电池单体SOH均取自电池管理系统；S2、电池模块健康度指标包括：电池模块电压、电池模块温度、电池模块绝缘电阻、电池模块充电电流、电池模块放电电流、电池模块运行时间、电池模块充放电能量转换效率、电池模块电池单体电压一致性、电池模块温度一致性和电池模块电池单体失效率；电池模块电压、电池模块温度、电池模块绝缘电阻、电池模块充电电流、电池模块放电电流和电池模块运行时间取自电池管理系统；电池模块电池单体电压一致性、电池模块温度一致性和电池模块电池单体失效率可通过计算得出；S3、储能分系统健康度指标包括：电池簇总电压、电池簇充电电流和电池簇放电电流，电池簇电池单体电压一致性、电池簇电池单体温度一致性和电池簇电池单体失效率，电池簇储能变流器温度、电池簇绝缘电阻和电池簇变流器转换效率；电池簇总电压、电池簇充电电流和电池簇放电电流取自电池管理系统，电池簇储能变流器温度和电池簇绝缘电阻取自变流器；电池簇电池单体电压一致性、电池簇电池单体温度一致性和电池簇电池单体失效率可通过计算得出；S4、储能电站健康度指标包括：室内温度、相对湿度、系统充放电能量转换效率、非计划停运系数和电池簇相对故障次数；室内温度、相对湿度取自电池管理系统；系统充放电能量转换效率、非计划停运系数和电池簇相对故障次数可通过计算得出；S5、根据健康度指标评分标准表，对全部指标进行实时评分；S6、针对电池单体健康度模型、电池模块健康度模型、储能分系统健康度模型和储能电站健康度模型，采用加权平均法，进行综合评价；S7、将S5中的电池单体健康度、电池模块健康度、储能分系统健康度和储能电站健康度对照健康度评级与运维建议表，给与评级与运维建议。2.根据权利要求1所述的一种基于设备健康度模型的锂离子电池储能系统评价方法，其特征在于：能量型储能系统SOH用电池单体最大可放电容量与额定容量的比值表示，功率型储能系统SOH用电池单体内阻与额定内阻的比值表示。3.根据权利要求1所述的一种基于设备健康度模型的锂离子电池储能系统评价方法，其特征在于：S4中，健康度指标评分标准表中，f
imin
和f
imax
分别为第i项指标的下限值和上限值，根据设备手册和相关标准确定；α为下限值的系数，β为上限值的系数；如指标采样周期小于等于评价周期，则将该指标在评价周期内评分的平均值作为最终评分；如指标采样周期大于评价周期，则将该指标最新的评分作为最终评分。4.根据权利要求1所述的一种基于设备健康度模型的锂离子电池储能系统评价方法，其特征在于：步骤S1
‑
S4，可计算得到1个储能电站指标矩阵F
station
、1个储能分系统指标矩阵F
system
、M
×
m个同一电池簇下的电池模块指标矩阵F
module
和M
×
m
×
N个同一模块下的电池
单体指标矩阵F
cell
：：：：其中，1座储能电站由有M个储能分系统，每个储能分系统有m个电池簇，每个电池簇有N个电池模块，每个电池模块有n个电池单体。5.根据权利要求1所述的一种基于设备健康度模型的锂离子电池储能系统评价方法，其特征在于：S2中，电池模块充放电能量转换效率通过以下方法计算：每次测试开始时记录此时电池模块的SOC，经过一定的时间间隔后，当电池模块的SOC第一次等于测试开始时的SOC时，记录该段时间电池模块总充电量和放电量，将总放电量与总充电量的比值作为一次测试结果；连续重复测试3次，取3次测试平均值作为电池模块充放电能量转换效率；式中：为电池模块充放电能量转换效率，％；e
Ci
和e
Di
分别为第i次测试电池模块总放电量和总充电量，单位为千...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文瑞，田立亭，田文辉，
申请(专利权)人：北京汇思慧能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：