一种电池储能系统的容量预测方法及其系统技术方案

本发明专利技术涉及一种电池储能系统的容量预测方法及其系统，该方法包括：A.对电芯进行单体测试，构建在不同温度下的循环衰减曲线，表征电芯随循环次数变化的容量保持率；B.根据系统需要，构造由所述电芯构成的系统样本；C.根据出厂不一致性参数为各电芯赋予初始衰减，包括最大可充容量和最大可放容量；D.获取系统样本的温场分布，基于温场分布确定单体最高工作温度，并基于此得到系统的循环衰减曲线，表征系统随循环次数变化的容量保持率；E.根据木桶效应，计算初始系统容量；F．预测系统容量=初始系统容量*根据至待预测时刻循环次数和系统循环衰减曲线得到的容量保持率。本发明专利技术可以完成电芯到系统，从生产到运行的全周期复杂工况的寿命预测。命预测。命预测。

【技术实现步骤摘要】
一种电池储能系统的容量预测方法及其系统


[0001]本专利技术属于电池容量预测
，尤其是涉及一种电池储能系统的容量预测方法及其系统。

技术介绍

[0002]储能电池的性能随着使用会出现不可逆转的老化现象，直接影响储能产品的性能和使用价值。在现有的储能电池系统使用过程中对其进行状态监测和寿命预测，可以应对情况做出诊断，确定最佳维护或更换时间或者更换运行策略，从而延长电池寿命，提升储能产品使用价值，带来直观经济价值。随着储能行业的兴起，市场对电池的循环利用提出越来越高的要求。目前，储能企业对电池寿命的研究都有所深入，从电池建模和数据分析两个角度建立了完善的电池管理系统和数据监测平台。
[0003]电池系统健康度表征电池相对于新电池存储电能和能量的能力，是定量描述电池性能状态的指标。随着充放电的进行，健康度呈不断下降趋势。目前针对健康度的研究思路主要包括三类：1.从电池老化机理角度，描述电池容量衰减和阻抗增加；2.从实验角度，描述电池容量衰减与阻抗增加关系；3基于电池模型，采用如最小二乘，KF等算法对电池等效模型的电容电阻等参数进行识别。当前技术方案，在研究电池系统的衰减预测时，多从电池系统数据出发，进行系统级别的预测，但是遇到大系统集成这种难以进行实际测试的情况时，预测就难以进行。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对上述问题，提供一种电池储能系统的容量预测方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：一种电池储能系统的容量预测方法，该方法包括：A.对电芯进行单体测试，构建电芯在不同温度下的循环衰减曲线，表征电芯随循环次数变化的容量保持率；B.根据系统需要，构造由所述电芯构成的系统样本；C.根据出厂不一致性参数为各电芯赋予初始衰减，包括最大可充容量和最大可放容量；D.获取系统样本的温场分布，基于温场分布确定单体最高工作温度，并基于此得到系统的循环衰减曲线，表征系统随循环次数变化的容量保持率；E.根据木桶效应，计算初始系统容量=（最小单体最大可充容量+最小单体最大可放容量）*单体数量；F．预测系统容量=初始系统容量*根据至待预测时刻循环次数和系统循环衰减曲线得到的容量保持率。
[0006]在上述的电池储能系统的容量预测方法中，A具体包括：A1.对电芯进行单体测试，分别得到电芯在至少两个不同温度下的循环衰减曲线；
A2.基于至少两个不同温度下的循环衰减曲线，根据改进型Arrhenius公式构建电芯于各种不同温度下的循环衰减曲线。
[0007]在上述的电池储能系统的容量预测方法中，A2中，通过如下方式构建各种不同温度下的循环衰减曲线：改进型Arrhenius公式如下：ln(Q
loss
)=ln(B)
‑
ln(Ea/RT)+zln(Ah)根据Arrhenius等效方程，不同温度曲线下的ln(Q
loss
)可视作是关于ln(Ah)的同斜率一次函数；z为斜率，ln(B)
‑
ln(Ea/RT)为常数，根据拟合不同温度曲线，求得z；根据不同温度下，ln(B)
‑
ln(Ea/RT)的值构造二元一次方程组，求解获取Ea和B的值；Ea为实验活化能，T为绝对温度，R为摩尔气体常数。
[0008]在上述的电池储能系统的容量预测方法中，A1中，对电芯进行同条件恒工况多组充放电循环对比测试实验，采集至少两组温度情况下充放电循环首末端的数据，拟合获取电芯容量保持率随循环次数的变化曲线，即循环衰减曲线。
[0009]在上述的电池储能系统的容量预测方法中，A中，同时对电芯进行常温下的长时间静置实验，采集常温下电芯容量保持率随时间的变化，拟合获取电芯容量保持率随静置时间的变化曲线，即静置衰减曲线。
[0010]在上述的电池储能系统的容量预测方法中，E中，所述的出厂不一致性参数包括电芯所在批次的额定容量、残容容量极差、成组容差；基于经验假设批次的标准差，并基于出厂不一致性参数和标准差构建该批次的标准正态分布；基于标准正态分布的随机概率赋予系统样本中各电芯最大可充容量和最大可放容量。
[0011]在上述的电池储能系统的容量预测方法中，F中，电芯静置衰减曲线即系统静置衰减曲线，根据至待预测时刻的静置时间和系统静置衰减曲线得到系统静置容量衰减率，根据至待预测时刻的循环次数和系统循环衰减曲线得到系统循环容量衰减率，100%
‑
系统静置容量衰减率
‑
系统循环容量衰减率即系统容量保持率，预测系统容量=初始系统容量*系统容量保持率。
[0012]在上述的电池储能系统的容量预测方法中，还包括电芯容量预测方法：根据各不同温度下的循环衰减曲线和电芯在系统样本中的位置及系统样本的温场分布得到相应电芯的循环衰减，根据静置衰减曲线得到电芯的静置衰减，根据基于出厂不一致性的正态分布得到电芯的初始衰减，电芯的容量预测结果=100%
‑
（电芯循环衰减+电芯静置衰减+电芯初始衰减）。
[0013]在上述的电池储能系统的容量预测方法中，由电芯构成电池包样本，由电池包样本构成电池簇样本，由电池簇样本构成所述的系统样本；本方法还包括：同时计算电池包层级和电池簇层级的衰减预测结果：电池包容量=（最小单体最大可充容量+最小单体最大可放容量）*电池包的单体数量；电池簇容量=（最小单体最大可充容量+最小单体最大可放容量）*电池簇的单体数
量。
[0014]在上述的电池储能系统的容量预测方法中，重复C、D、E、F若干次，求得多个预测系统容量，取平均值作为系统输出结果；通过系统真实运行或仿真运行不断获取随着运行衰减后的系统容量，与通过本方法预测的结果进行对比，若多次比对精确率超过设定值，则对包括标准差的经验值进行修正和优化。
[0015]一种用于实现电池储能系统的容量预测方法的容量预测系统，包括衰减曲线获取模块、样本构造模块、单体最高工作温度确定模块、初始系统容量确定模块，系统曲线获取模块、系统容量预测模块，其中，衰减曲线获取模块，用于对电芯进行单体测试，构建电芯在不同温度下的循环衰减曲线；样本构造模块，用于根据系统需要，构造由所述电芯构成的系统样本；单体最高工作温度确定模块，用于获取所述系统样本的温场分布，并基于所述温场分布确定系统样本的单体最高工作温度；系统曲线获取模块，用于根据出厂不一致性参数为各电芯赋予初始衰减，包括最大可充容量和最大可放容量，同时基于单体最高工作温度得到系统的循环衰减曲线；初始系统容量确定模块，用于根据木桶效应计算初始系统容量，初始系统容量=（最小单体最大可充容量+最小单体最大可放容量）*单体数量；系统容量预测模块，用于通过如下方式预测系统容量，预测系统容量=初始系统容量*根据至待预测时刻循环次数和系统循环衰减曲线得到的容量保持率。
[0016]本专利技术的优点在于：1.本方案可以完成电芯到系统，从生产到运行的全周期复杂工况的寿命预测；2.本方案根据参数进行所求系统的样本构造，把不一致性，自放电等参数回归到单体衰减，使系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池储能系统的容量预测方法，其特征在于，该方法包括：A.对电芯进行单体测试，构建电芯在不同温度下的循环衰减曲线，表征电芯随循环次数变化的容量保持率；B.根据系统需要，构造由所述电芯构成的系统样本；C.根据出厂不一致性参数为各电芯赋予初始衰减，包括最大可充容量和最大可放容量；D.获取系统样本的温场分布，基于温场分布确定单体最高工作温度，并基于此得到系统的循环衰减曲线，表征系统随循环次数变化的容量保持率；E.根据木桶效应，计算初始系统容量=（最小单体最大可充容量+最小单体最大可放容量）*单体数量；F．预测系统容量=初始系统容量*根据至待预测时刻循环次数和系统循环衰减曲线得到的容量保持率。2.根据权利要求1所述的电池储能系统的容量预测方法，其特征在于，A具体包括：A1.对电芯进行单体测试，分别得到电芯在至少两个不同温度下的循环衰减曲线；A2.基于至少两个不同温度下的循环衰减曲线，根据改进型Arrhenius公式构建电芯于各种不同温度下的循环衰减曲线。3.根据权利要求2所述的电池储能系统的容量预测方法，其特征在于，A2中，通过如下方式构建各种不同温度下的循环衰减曲线：改进型Arrhenius公式如下：ln(Q
loss
)=ln(B)
‑
ln(Ea/RT)+zln(Ah)根据Arrhenius等效方程，不同温度曲线下的ln(Q
loss
)可视作是关于ln(Ah)的同斜率一次函数；z为斜率，ln(B)
‑
ln(Ea/RT)为常数，根据拟合不同温度曲线，求得z；根据不同温度下，ln(B)
‑
ln(Ea/RT)的值构造二元一次方程组，求解获取Ea和B的值；Ea为实验活化能，T为绝对温度，R为摩尔气体常数。4.根据权利要求3所述的电池储能系统的容量预测方法，其特征在于，A1中，对电芯进行同条件恒工况多组充放电循环对比测试实验，采集至少两组温度情况下充放电循环首末端的数据，拟合获取电芯容量保持率随循环次数的变化曲线，即循环衰减曲线。5.根据权利要求4所述的电池储能系统的容量预测方法，其特征在于，A中，同时对电芯进行常温下的长时间静置实验，采集常温下电芯容量保持率随时间的变化，拟合获取电芯容量保持率随静置时间的变化曲线，即静置衰减曲线。6.根据权利要求5所述的电池储能系统的容量预测方法，其特征在于，E中，所述的出厂不一致性参数包括电芯所在批次的额定容量、残容容量极差、成组容差；基于经验假设批次的标准差，并基于出厂不一致性参数和标准差构建该批次的标准正态分布；基于标准正态分布的随机概率赋予系统样本中各电芯最大可充容量和最大可放容量。7.根据权利要求6所...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵克诚，孙超强，李静，盛赟，杨凯，
申请(专利权)人：江苏天合储能有限公司，
类型：发明
国别省市：