本申请属于储能系统管理领域，公开了一种储能设备的SOC、SOH及RUL联合估计方法，包括：根据储能设备的运行记录确定充放电周期；计算每个充放电周期内储能设备的充放电效率，从而获得每个运行记录对应的设备电量和最大电量；然后计算储能设备的充放循环次数，并获取每个充放循环所对应的最大电量、设备运行时长和充放电效率，进而得到SOH、RUL和充放电效率对应的预测数据；最后利用SOH预测数据和充放电效率预测数据，获取SOC预测数据。本申请通过结合电芯理论衰减曲线和设备历史容量，拟合出实际的设备容量衰减曲线，并基于SOC的变化，修正设备容量衰减曲线，能够以较小的计算代价得到较准确的SOH及RUL预测值。准确的SOH及RUL预测值。准确的SOH及RUL预测值。
【技术实现步骤摘要】
一种储能设备的SOC、SOH及RUL联合估计方法
[0001]本申请涉及一种储能设备的SOC、SOH及RUL联合估计方法，属于储能系统管理领域。
技术介绍
[0002]储能设备通常由单个或者多个电芯串联或者并联组成，这些电芯的性能决定了储能设备的相关性能，比如储能设备在某一时间下的电量是由储能设备内所有电芯的电量共同决定，由于每个电芯可能因为生产工艺等因素，致使其性能上存在一定差异，如初始电量及最大电量不一致等。同时，在储能设备运行过程中，存在电芯电量随运行时间增加而衰减的情况，且因为不同电芯之间的衰减情况可能不一致，致使无法直接使用理论衰减曲线公式。上述情况使得储能设备的实际使用寿命可能与理论使用寿命存在一定差距，不利于设备维修时间预估等。
[0003]目前关于储能设备的荷电状态（SOC）、健康状态（SOH）以及剩余使用寿命（RUL）的相关预计方式主要分为四类。
[0004]1、基于表征参数的方法。通过电芯的电化学性能指标，如电芯的阻抗谱等估计电芯的SOC，再根据放电实验法等方式确认电芯的剩余容量，进而估计出电芯的SOH，并根据衰减曲线得出RUL。该方法精确度较高，但是该方法的主要问题在于：需要相关专业设备进行长时间检测才能得到相关结果，仅适用于实验室等特定环境。
[0005]2、安时积分法。通过电流数值的积分得到充入容量，并且根据OCV
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SOC表获取充放电前后的电池SOC以算出SOC的变化量，最后通过充入容量除以SOC变化量得到电芯的容量以及SOH。该方法为目前主流方法，但是该方法存在一些问题，如OCV
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SOC表需要电芯静置足够的时间，且对于电流传感器的要求较高等。在储能设备实际运行过程中，很多时候并不能满足相关条件，并且OCV
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SOC表随SOH变化， OCV
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SOC表随电芯性能衰减而变化，但通常情况无法基于SOH更新OCV
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SOC表，这将导致储能设备的SOC和SOH估计出现偏差，进而使得RUL估算错误。
[0006]3、基于模型的方法。通过建立等效电路等电芯物理模型，结合卡尔曼滤波等算法，并基于实际数据对电芯的SOC、SOH以及RUL进行等效估计。该方法也是目前较为常用的方法，但是该方法的计算成本较高，并且较为依赖模型的准确度。
[0007]4、基于数据驱动的方法。通过建立并训练以电芯电流、电压及温度等数据与电芯SOC、SOH及RUL直接映射关系的模型，进行电芯SOC、SOH及RUL的估算。该方法得到的结果精度较高，但是该方法存在计算成本高，对训练数据要求高和鲁棒性较低等问题。
[0008]基于现有储能设备的SOC、SOH以及RUL估算存在的问题，有必要研究获得较高精度和鲁棒性并且计算成本较低的方法，进行储能设备相关性能的估算。
技术实现思路
[0009]本申请提供了一种储能设备的SOC、SOH及RUL联合估计方法，基于储能设备容量变
化进行相关性能指标的预测，能够在降低计算成本的同时提高预测估算的准确性。
[0010]所述储能设备的SOC、SOH及RUL联合估计方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：获取储能设备的所有历史数据；基于所述历史数据获取所述储能设备的运行记录；设定所述储能设备的充放电周期，并根据所述储能设备的运行记录确定充放电周期；计算每个所述充放电周期内的所述储能设备的充放电效率；利用每个所述充放电周期内的所述储能设备的充放电效率，计算充放电状态下每个所述运行记录对应的设备电量和最大电量；根据所述储能设备的运行记录，计算所述储能设备的每个充放电周期对应的充放循环次数，并获取每个充放循环所对应的最大电量、设备运行时长和充放电效率；利用获取的每个充放循环所对应的最大电量、设备运行时长和充放电效率以及电芯理论衰减公式，获取SOH预测数据、RUL预测数据和充放电效率预测数据；利用所述SOH预测数据和所述充放电效率预测数据，获取SOC预测数据。
[0011]可选地，所述储能设备的充放电周期设定为：从所述储能设备的SOC下限值开始充电至某一数值的SOC，然后放电至所述储能设备的SOC下限值的周期。
[0012]可选地，根据所述储能设备的运行记录确定充放电周期，包括：利用所述储能设备的运行记录中记录结束时的电压最小值v_min_end判断充放电周期；优选地，若所述储能设备的运行记录中，所述记录结束时的电压最小值v_min_end小于设定的电芯放电截止电压，则认为当前充放电周期结束，开始下一充放电周期。
[0013]可选地，充放电状态下每个所述运行记录对应的设备电量的计算方法，包括：设定设备电量的初始值为0，储能设备的最大电量为空值NA，则充电状态下的设备电量的计算公式如式（1）所示：（1）放电状态下的设备电量的计算公式如式（2）所示：（2）其中ch_accumlate_e为设备电量，delta_e电量变化量，battery_eff_1为对应充放电周期内所述储能设备的充放电效率；对于充电记录，如果记录开始时的电压最小值v_min_sta小于设定的电芯满充电初始电压，并且记录结束时的电压最大值v_max_end大于等于电芯充电截止电压，则认为该记录的电量变化量delta_e为当前储能设备的最大电量，并且记录设备电量ch_accumlate_e等于电量变化量delta_e；如果仅记录结束时的电压最大值v_max_end大于等于电芯充电截止电压，则认为此时的设备电量ch_accumlate_e为当前储能设备的最大电量；对于放电记录，如果记录开始时的电压最大值v_max_sta大于电芯满放电电压，并且记录结束时的电压最小值v_min_end小于等于电芯放电截止电压，则认为该记录的电量
变化量delta_e除以对应充放电周期内所述储能设备的充放电效率battery_eff_1所得的数值为当前储能设备的最大电量，并且重置ch_accumlate_e为0；如果仅记录结束时的电压最小值v_min_end小于等于电芯放电截止电压，则重置ch_accumlate_e为0。
[0014]可选地，在获取每个充放循环所对应的最大电量、设备运行时长和充放电效率前，还包括：删除所述储能设备的运行记录中的无效数据；优选地，所述无效数据是指不满足电池理论充放电效率的数据。
[0015]可选地，所述储能设备的充放循环次数的计算方法为：利用所述储能设备的运行记录中的数据，计算记录结束时的累计充电电量；所述记录结束时的累计充电电量除以储能设备的额定电量得到所述储能设备的充放循环次数。
[0016]可选地，利用获取的每个充放循环所对应的最大电量、设备运行时长和充放电效率以及电芯理论衰减公式，获取SOH预测数据、RUL预测数据和充放电效率预测数据，包括：设定充放电效率的初始值以及所述充放循环次数与设备运行时长之间的关系公式、电芯理论衰减公式的初始参数，并预设输入数据的长度阈值；以充放循环对应的最大电量及充放电效率作为输入数据，若输入数据的长度小于所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种储能设备的SOC、SOH及RUL联合估计方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：获取储能设备的所有历史数据；基于所述历史数据获取所述储能设备的运行记录；设定所述储能设备的充放电周期，并根据所述储能设备的运行记录确定充放电周期；计算每个所述充放电周期内的所述储能设备的充放电效率；利用每个所述充放电周期内的所述储能设备的充放电效率，计算充放电状态下每个所述运行记录对应的设备电量和最大电量；根据所述储能设备的运行记录，计算所述储能设备的每个充放电周期对应的充放循环次数，并获取每个充放循环所对应的最大电量、设备运行时长和充放电效率；利用获取的每个充放循环所对应的最大电量、设备运行时长和充放电效率以及电芯理论衰减公式，获取SOH预测数据、RUL预测数据和充放电效率预测数据；利用所述SOH预测数据和所述充放电效率预测数据，获取SOC预测数据。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述储能设备的充放电周期设定为：从所述储能设备的SOC下限值开始充电至某一数值的SOC，然后放电至所述储能设备的SOC下限值的周期。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述储能设备的运行记录确定充放电周期，包括：利用所述储能设备的运行记录中记录结束时的电压最小值v_min_end判断充放电周期；若所述储能设备的运行记录中，所述记录结束时的电压最小值v_min_end小于设定的电芯放电截止电压，则认为当前充放电周期结束，开始下一充放电周期。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，充放电状态下每个所述运行记录对应的设备电量的计算方法，包括：设定设备电量的初始值为0，储能设备的最大电量为空值NA，则，充电状态下的设备电量的计算公式如式（1）所示：（1）放电状态下的设备电量的计算公式如式（2）所示：（2）其中ch_accumlate_e为设备电量，delta_e电量变化量，battery_eff_1为对应充放电周期内所述储能设备的充放电效率；对于充电记录，如果记录开始时的电压最小值v_min_sta小于设定的电芯满充电初始电压，并且记录结束时的电压最大值v_max_end大于等于电芯充电截止电压，则认为该记录的电量变化量delta_e为当前储能设备的最大电量，并且记录设备电量ch_accumlate_e等于电量变化量delta_e；如果仅记录结束时的电压最大值v_max_end大于等于电芯充电截止电压，则认为此时的设备电量ch_accumlate_e为当前储能设备的最大电量；对于放电记录，如果记录开始时的电压最大值v_max_sta大于电芯满放电电压，并且记
录结束时的电压最小值v_min_end小于等于电芯放电截止电压，则认为该记录的电量变化量delta_e除以对应充放电周期内所述储能设备的充放电效率battery_eff_1所得的数值为当前储能设备的最大电量，并且重置ch_accumlate_e为0；如果仅记录结束时的电压最小值v_min_end小于等于...
【专利技术属性】
技术研发人员：石晨剑，张翼，张博，司睿强，
申请(专利权)人：西安奇点能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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