梯次储能电池运行安全检测系统、方法及储能系统技术方案

本发明专利技术揭示了一种梯次储能电池运行安全检测系统、方法及储能系统，在每个电芯至少三个表面上设置形变感测单元，并在电极端设置电压感测单元，以电池模组或电池簇为单元配置判定单元，构成对每个电池单元的检测系统；以电芯形变参数为特征向量，采用高斯回归模型对每个电池单元进行聚类分析，判断所有的电池单元是否仍然属于同一类别，若是，则正常，否则异常报警；在每次判断后，根据新的形变量动态特征重新计算高斯混合模型的相关参数，为下一次聚类分析提供初始参数；以同一个梯次储能系统中的电池单元为对比对象，并基于各自实际运行情况进行实时监控，使得对电池单元的运行安全监控更加可靠、准确、有效；对于形变异常的电池单元及时报警。元及时报警。元及时报警。

【技术实现步骤摘要】
梯次储能电池运行安全检测系统、方法及储能系统


[0001]本专利技术属于电池包
，特别是涉及一种梯次储能电池运行安全 检测系统、方法及储能系统。

技术介绍

[0002]随着国内新能源汽车的市场保有量不断增加，车用动力电池将在未来 几年迎来持续增长的退役高峰。大部分车用退役动力电池的剩余容量仍能 达到原有容量的80％。为了促进循环经济的发展，退役动力电池通过梯次 利用的方式，应用到对电池性能要求较低的储能系统中，降低了电池的寿 命周期成本，提高了电池材料的利用率，减少了环境污染，对于推动新能 源汽车产业的完整闭环建设具有重要意义。
[0003]由于单体电芯电压太低，在梯次储能系统中，为了给设备提供足够的 电压，一般需要将很多电芯串联成电池模组使用，但是梯次储能电池之间 的性能失配会影响整个电池模组的性能。这种差异可能会造成个别梯次储 能电池的过充和过放，降低了储能系统中电池能量的利用率，大大减少了 梯次储能电池的使用寿命，严重时可能会引起着火或者爆等安全事故。
[0004]当前退役锂离子动力电池进入梯次储能系统应用前大部分都经过了拆 解
‑
检测
‑
筛选
‑
重组等过程，但是梯次储能电池的很多指标参数在运行过程 中仍然会产生不一致的情况，此时的运行监测就与由全新电池成组的储能 电池系统有很大不同。当前对于串联电池组的运行安全监测绝大多数都是 基于全新电池组成电池系统而设计，仅对电芯电压、温度和整串电池的电 流进行监测，如专利公开号为CN114325447A公开的建立电池健康度评估模 型及评估的方法、系统及装置，该方法对于梯次储能电池并不完全适用。 当梯次储能电池在发生安全事故之前，电池会出现严重的鼓胀现象，并且 基于鼓胀现象可以事先感测到电池的断路、着火或者爆炸。因此，对于感 测电池的鼓胀现象的必要性已经出现，因此需要一种完善的、实时的、有 效的方法来检测梯次储能电池的状态，同时可对梯次储能电池运行情况进 行报警与保护，进行准确、实时的监测，做出恰当的分析，并迅速采用有 效措施，对确保梯次储能系统安全、有效、持久运行，避免财产损失具有 重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种梯次储能电池运行安全检测方法，能 够可靠的、准确的并实时的对梯次储能电池的运行状况进行监测，确保退 役锂离子动力电池进入到梯次储能利用环节的稳定运行与系统安全。
[0006]本专利技术通过如下技术方案实现上述目的：一种梯次储能电池运行安全 检测方法，其包括以下步骤：
[0007]S1)搭建梯次储能系统：选择形变量变化特征属于同一类的电芯组成 一个电池模组，再由若干所述电池模组组成一个电池簇，再由若干所述电 池簇组成一个梯次储能系统；
[0008]S2)计算每个电芯的形变参数：
[0009]S21)采集每个电芯至少三个表面的形变数据分别为：C
x1
、C
x2
、C
x3
；
[0010]S22)根据所述形变数据对应电芯表面上是否有电极为所述形变数据分 配对应的权重系数，分别为k1、k2、k3；
[0011]S23)电芯x的形变参数C
x
为：
[0012][0013]S3)计算电池单元t中所有电芯的形变参数：
[0014][0015]其中，N为所述电池单元中的电芯总数；
[0016]S4)计算电池单元t的M维形变量动态变化特征向量x
t
：
[0017]S41)根据步骤S3)得到的形变参数构建形变参数曲线，以电芯电压变 化量ΔU＝u为步长，将形变量参数曲线划分为M个片段；
[0018]S42)计算每个所述片段的形变参数斜率为
[0019]S43)所述电池单元的M维形变量动态变化特征向量为 x
t
＝[σ1,σ2,
…
,σ
M
]，t＝1,2,
…
,T，其中T为所述电池单元的总数；
[0020]S5)对所有所述电池单元对应的M维形变量动态变化特征向量采用高 斯回归模型进行聚类分析，得到T个分类结果，并判断是否存在异常；
[0021]S51)计算电池单元t对应的形变量动态变化特征向量x
t
属于第k类高斯 曲线的后验概率P(q
tk
＝1|x
t
)：
[0022][0023]其中，P(x
t
|μ
j
,Σ
j
)为多元高斯分布，
[0024][0025]初始状态下，π
k
、μ
k
、Σ
k
分别是步骤S1)所构建的梯次储能系统在成组分 容筛选过程中的K个高斯混合模型的参数相对应的混合系数、均值向量和协 方差矩阵；
[0026]S52)判断是否属于第k类：当q
tk
＝1时，则表示电池单元t的形变量动态 变化特征向量x
t
属于第k个分类；否则不属于第k个分类；
[0027]S53)重复步骤S51)～S52)，得到T个电池单元的分类结果，若所有电 池簇的分类结果相同，则正常；若存在不同的分类结果，则对对应的电池 单元进行报警；
[0028]S6)根据步骤S5)的结果，重新计算新的均值向量μ
k
、混合系数π
k
、 协方差矩阵Σ
k
，作为步骤S5)中的初始参数；其中，
[0029][0030][0031][0032]S7)重复步骤S2)～步骤S6)，持续对梯次储能系统中的电池单元是否 存在异常进行监测。
[0033]进一步的，所述电池单元为电池簇或电池模组。
[0034]进一步的，所述形变数据的权重系数等于分配面积与电芯总面积的比 值。
[0035]进一步的，所述分配面积的计算方法为：若所述形变数据对应电芯表 面上不存在电极，则所述分配面积按照1倍面积计算；若存在一个电极，则 所述分配面积按照2倍计算；若存在两个电极，则所述分配面积按照4倍计 算。
[0036]进一步的，
[0037][0038]其中，L1为电芯宽度；L2为电芯厚度；L3为电芯长度；
[0039]进一步的，所述S41)步骤中，所述M为：
[0040][0041]本专利技术的另一目的在于提供一种梯次储能电池运行安全检测系统，其 包括
[0042]形变感测单元，耦合在每一个电芯的至少三个表面上，用于检测各电 芯自身以及各电芯之间的形变量；
[0043]电压感测单元，用于检测每一个电芯正负电极端的电压；以及
[0044]判定单元，用于综合判定所述梯次储能系统在运行过程中是否存在形 变异常；所述形变感测单元串联后与所述判定单元电连接，所述电压感测 单元采集的电压值上传至所述判定单元中；所述判定单元中写入实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种梯次储能电池运行安全检测方法，其特征在于：其包括以下步骤：S1)搭建梯次储能系统：选择形变量变化特征属于同一类的电芯组成一个电池模组，再由若干所述电池模组组成一个电池簇，再由若干所述电池簇组成一个梯次储能系统；S2)计算每个电芯的形变参数：S21)采集每个电芯至少三个表面的形变数据分别为：C
x1
、C
x2
、C
x3
；S22)根据所述形变数据对应电芯表面上是否有电极为所述形变数据分配对应的权重系数，分别为k1、k2、k3；S23)电芯x的形变参数C
x
为：S3)计算电池单元t中所有电芯的形变参数：其中，N为所述电池单元中的电芯总数；S4)计算电池单元t的M维形变量动态变化特征向量x
t
：S41)根据步骤S3)得到的形变参数构建形变参数曲线，以电芯电压变化量ΔU＝u为步长，将形变量参数曲线划分为M个片段；S42)计算每个所述片段的形变参数斜率为S43)所述电池单元的M维形变量动态变化特征向量为x
t
＝[σ1,σ2,
…
,σ
M
]，t＝1,2,
…
,T，其中T为所述电池单元的总数；S5)对所有所述电池单元对应的M维形变量动态变化特征向量采用高斯回归模型进行聚类分析，得到T个分类结果，并判断是否存在异常；S51)计算电池单元t对应的形变量动态变化特征向量x
t
属于第k类高斯曲线的后验概率P(q
tk
＝1|x
t
)：其中，P(x
t
|μ
j
,Σ
j
)为多元高斯分布，初始状态下，π
k
、μ
k
、Σ
k
分别是步骤S1)所构建的梯次储能系统在成组分容筛选过程中的K个高斯混合模型的参数相对应的混合系数、均值向量和协方差矩阵；S52)判断是否属于第k类：当q
tk
＝1时，则表示电池单元t的形变量动态变化特征向量x
t
属于第k个分类；否则不属于第k个分类；S53)重复步骤S51)～S52)，得到T个电池单元的分类结果，若所有电池簇的分类结果相同，则正常；若存在不同的分类结果，则对对应的电池单元进行报警；S6)根据步骤S5)的结果，重新计算新的均值向量...

【专利技术属性】
技术研发人员：薄涛，李剑铎，方能杰，
申请(专利权)人：杭州中恒电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：