【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池管理，尤其涉及考虑电热耦合特性的储能系统多状态联合估计方法。
技术介绍
1、近年来，储能电站热失控、火灾甚至爆炸等事故不断增加，引起了社会对电池安全的广泛关注。复杂应用环境下电池温度变化会对性能以及参数产生影响，变化的参数反过来使电池产热量发生变化进而影响温度，即电池的电特性与热特性之间存在耦合关系。根据耦合关系建立电-热耦合模型，不断更新电池参数进而更加精准描述电池动态特性。电-热耦合模型具有精度高、模型复杂度低的优点，更适合实际应用。
2、电池储能系统不同状态参数虽表征的指标存在差异，但存在相关性。电池的持续峰值功率会受到多因素的约束，包括电池的端电压、soc、温度以及电池本身安全电流。根据这种相关性实现电池的荷电状态(state ofcharge，soc)与功率状态(state ofpower，sop)联合估计。进而电池在复杂应用环境下的工作时，能够提供贴合实际环境使用的状态信息，降低安全效率、提高能源利用效率和延长电池寿命，并且能够在发生意外时，对电池组采取及时和合适的介入措施，保障电池储能系统安全可靠运行，避免发生较大的事故。
3、目前大多数储能系统状态估计的研究都只针对一种电池状态，没有考虑不同电池状态之间相互影响。电池是一个受到多种因素制约的复杂电化学系统，多种状态有着诸多联系。现有的电池sop估计是通过电池试验法，该方法需要大量的实验数据为基础、不能估算持续sop且仅考虑端电压因素，在实际过程中sop估计受当前时刻的soc、温度、端电压多种状态限制，所以该方法不适用复杂工
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种考虑电热耦合特性的储能系统多状态联合估计方法，考虑电池电路特性与热特性，将二阶rc等效电路模型与集总参数热模型相结合，构建适用于宽温度范围的电池模组电-热耦合模型；建立电池的端电压、soc、温度以及电池本身安全电流等多参数约束条件，提出多参数约束条件下的持续峰值功率估计；分析电池储能系统多状态之间的关联性，将电池温度、荷电状态加入到的持续峰值功率状态估计中，实现电池储能系统多状态联合估计。
2、考虑电热耦合特性的储能系统多状态联合估计方法，具体包括以下步骤：
3、步骤1：对于电池模组中的每一个单体电池，建立每一个单体电池的电-热耦合模型；所述电-热耦合模型包括二阶rc等效电路模型、集总参数热模型、参数更新模块、安时积分模块和产热模块；
4、步骤1-1：根据电池电气特性，构建二阶rc等效电路模型；所述二阶rc等效电路模型用于模拟电池端电压的阻容特性；
5、所述二阶rc等效电路模型的表达式为：
6、
7、式中，u1,i(t)、u2,i(t)分别为第i个电池中2个rc环路电压；i(t)为工作电流；r0,i为第i个电池的欧姆内阻；r1,i、c1,i分别为第i个电池的电化学极化电阻和电化学极化电容；r2,i、c2,i分别为第i个电池的浓度差极化电阻和浓度差极化电容；u0,i(t)为第i个电池的端电压；uocv,i(t)为第i个电池的开路电压；t为时间；i为单体电池的编号且按照电池模组中的单体电池的串联顺序进行编号。
8、步骤1-2：根据电池热特性，构建集总参数热模型；所述集总参数热模型用于模拟电池表面温度与核心温度的热学特性；
9、所述集总参数热模型的表达式为：
10、
11、式中，cc,i为第i个电池的核心热容；cs,i为第i个电池的表面热容；rc,i为第i个电池核心与电池表面之间的热阻；ru,i为第i个电池表面与空气之间的热阻；re是电池与电池之间的热传导等效热阻；qi(t)为i个电池的产热量；tc,i(t)为第i个电池的核心温度；ts,i(t)为第i个电池的表面温度；tf(t)为环境温度；ts,i-1(t)为第i-1个电池的表面温度；ts,i+1(t)为第i+1个电池的表面温度。
12、步骤1-3：根据电、热相互影响的过程，构建参数更新模块；所述参数更新模块用于修正二阶rc等效电路模型仿真中的下一时刻的参数数据；
13、所述参数更新模块的表达式为：
14、r0,i,r1,i,c1,i,r2,i,c2,i＝finterp2(i(t),soc,i(t),ti(t)) (3)
15、式中，finterp2(i(t),soc,i(t),ti(t))为三维插值函数；soc,i(t)为t时刻第i个电池的荷电状态；ti(t)为第i个电池的平均温度。
16、步骤1-4：根据荷电状态定义，构建安时积分模块；所述安时积分模块用于计算电池当前时刻的荷电状态；
17、所述安时积分模块的表达式为：
18、
19、soc,i(t0)为第i个电池的荷电状态初始值，t0为初始时刻；cn,i为第i个电池的额定容量；η为电池库伦效率。
20、步骤1-5：根据bernadi产热公式，构建产热模块；所述产热模块用于计算电池当前时刻的产热量；
21、所述产热模块的表达式为：
22、
23、其中，为第i个电池的温熵系数。
24、步骤1-6：由二阶rc等效电路模型、集总参数热模型、参数更新模块、安时积分模块和产热模块构成一个单体电池的电-热耦合模型；
25、步骤2：获取不同温度下的混合脉冲功率特性工况数据并根据此工况数据离线辨识所构建的二阶rc等效电路模型和集总参数热模型的不同温度以及荷电状态soc下的电池参数，进而构建电-热耦合模型离线数据库；所述混合脉冲功率特性工况数据包括端电压、工作电流、表面温度与核心温度；
26、辨识的二阶rc等效电路模型不同温度以及荷电状态soc下的电池参数为：
27、
28、其中，θe为二阶rc等效电路模型不同温度以及荷电状态soc下的电池参数集合；
29、辨识的集总参数热模型不同温度以及荷电状态soc下的电池参数为：
30、θt＝[rc,i,cc,i,ru,i,cs,i,re] (7)
31、其中，θt为集总参数热模型不同温度以及荷电状态soc下的电池参数的集合，因混合脉冲功率特性工况是在恒温箱内进行，θt内的参数可辨识为定值。
32、所述电-热耦合模型离线数据库包括不同温度以及荷电状态下的欧姆内阻r0,i、电化学极化电阻r1,i、浓度差极化电阻r2,i、电化学极化电容c1,i和浓度差极化电容c2,i。
33、步骤3：获取上一时刻的工作电流i(t-1)和环境温度tf(t-1)，并利用每一个单体电池的电-热耦合模型得到每个单体电池的当前时刻端电压u0,i(t)、核心温度tc,i(t)与表面温度ts,i(t)；
34、步骤3-1：获取上一时刻的工作电流i(t-1)和环境温度tf(t-1)；
35、步骤3-2：将步骤2中辨识的二阶rc等效本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑电热耦合特性的储能系统多状态联合估计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑电热耦合特性的储能系统多状态联合估计方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：
3.根据权利要求1所述的考虑电热耦合特性的储能系统多状态联合估计方法，其特征在于，步骤2中所述辨识的二阶RC等效电路模型不同温度以及荷电状态SOC下的电池参数为：
4.根据权利要求1所述的考虑电热耦合特性的储能系统多状态联合估计方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
5.根据权利要求1所述的考虑电热耦合特性的储能系统多状态联合估计方法，其特征在于，步骤5中所述电池模组的荷电状态SOC,modules为：
6.根据权利要求1所述的考虑电热耦合特性的储能系统多状态联合估计方法，其特征在于，所述步骤6具体包括：
7.根据权利要求1所述的考虑电热耦合特性的储能系统多状态联合估计方法，其特征在于，所述步骤7具体包括：
【技术特征摘要】
1.一种考虑电热耦合特性的储能系统多状态联合估计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑电热耦合特性的储能系统多状态联合估计方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：
3.根据权利要求1所述的考虑电热耦合特性的储能系统多状态联合估计方法，其特征在于，步骤2中所述辨识的二阶rc等效电路模型不同温度以及荷电状态soc下的电池参数为：
4.根据权利要求1所述的考虑电热耦合特性的储能系统...
【专利技术属性】
技术研发人员：颜宁，李吉洋，高磊，马少华，蔡志远，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。