【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及大型储能系统锂离子电池的健康状态分析和预警领域，具体涉及一种基于电池阻抗特性和超声波检测技术的储能电池健康状态评判方法。
技术介绍
1、目前，新能源储能电站通常采用磷酸铁锂电池作为重要储能单元，相较于传统的三元电池，铅酸电池，磷酸铁锂电池具有能量密度较大、循环寿命足够长、自放电率小、无记忆效应、绿色环保等一系列优点，并且其支持无级扩展，适合于大规模电能储存，在可再生能源发电安全并网、电网调峰调频、分布式电站和ups电源等领域有着良好的应用前景。
2、储能电池在循环过程中，随着电池的老化，会出现容量、内阻、开路电压的不一致的问题，主要体现在容量衰减，内阻增大，若不及时发现异常电池，则可能会导致其内短路从而引发热失控，对储能电站造成巨大经济损失和安全危害。因此，选取储能电站静止电池，对其进行eis离线测试，建立储能电站电池二阶rc等效电路模型，二者结合研究其阻抗变化趋势，进而研究其老化、衰老机制，形成储能电池健康寿命状态离线识别方法。
3、电化学阻抗谱(eis)是一种无损的参数测定和有效的电池动力学行为测定方法。相较于在线交流阻抗测试技术，eis离线测试精度高、速度快，eis具有很高的实用性，可以利用eis的结果可以分析出各个等效电路原件的阻抗值等大小，这种测试方法从很低频率扫描到很高频率来实现宽频范围的电化学界面反应研究。超声波检测技术在较多领域得到应用，超声波成像扫描技术利用声波对电芯内部物理化学变化的敏感性进行原位无损成像，检测电池内部状态变化信息，实现对储能电池健康状态的离线识别。>
4、将储能电池内阻检测的离线识别方法和超声波离线检测技术有机结合，能够精确且可靠地进行对电池健康状态的综合评估，相较于现有技术，由较为明显的进步。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种储能锂电池的性能衰退和寿命预警方法及系统，eis阻抗谱与电池的二阶电路rc等效模型在于对储能锂电池的性能衰退机理进行分析；超声波检测技术，则可以更加深入的发现电池内部的缺陷，克服了传统的检测技术无法使外部测量参数与内部参数一致表征电池特效的缺点，增强分析电池故障原因，使得提早的发现电池的缺陷和对电池寿命的预警。
2、本专利技术采用如下的技术方案。
3、一种储能锂电池的性能衰退和寿命预警方法，包括如下步骤：
4、s1、对储能电站的每一簇电站按照设定的循环次数循环选择一个电池模组的电池管理系统bms的电压引脚重复引出，制作成eis测试的端子；
5、s2、在储电池不同的soc区间下对所选电池模组从低频到高频进行eis离线测试；
6、s3、根据测试结果，判断电池的阻抗性能是否一致，如若一致，则不需要更换电池内芯；若不一致，则进入s4；
7、s4、对电池阻抗不一致的电池进行静置处理，待其电压下降到预设的平台电压时，建立储能电站电池二阶rc等效电路模型，利用二阶rc等效电路模型获得电池内阻；
8、s5、判断电池内阻特性是否一致，如果电池内阻特性一致，则判断不需要更换电池内芯，如若不一致，则进入s6；
9、s6：对储能电站所有电池进行筛选，挑选出内阻值位于前0.1％的电池，检测筛选出的电池的电解质溶液浸润情况，分析电池故障原因；
10、s7、根据故障分析结果，挑选出超出检测标准的电池提前更换电池内芯，实现储能锂电池的寿命预警。
11、所述s2具体包括：
12、在eis测试前，将电池充电至指定soc并静置；bms向电池输出交流电流激励信号，采集交流电压响应信号，处理后得到复阻抗，扫频测量完成后输出电池eis数据；重复测试，记录不同温度和不同季节电池soc在0-10％、80％-100％范围内，每隔5％soc的阻抗谱数据。
13、在eis测试过程中，还包括：
14、对测得的数据进行傅里叶分解计算阻抗值，同时通过bms观测电池的温度、开路电压、阻抗谱数据，并记录数据。
15、在对电池进行eis测试前，将电池充电至指定soc并静置具体包括：
16、对电池进行恒流充电；当电池电压达到额定电压时进行恒压充电当电流达到充电截止电流时停止充电；然后对电池进行恒流放电，当电池达到放电截止电压时停止放电，以此为一个循坏；
17、通过充放电循环，将固定容量的储能锂电池充电至0-10％、80-100％区间内，在区间内，每隔5％soc进行一次eis测试，eis测试的起始时刻均每5％soc充电结束后静置10min的时间点，在区间端点时需对电池静置2h后再进行测试，扫描频率范围为lkhz到100mhz。
18、所述s4中，
19、在充放电循环中，电池在充满电后对其静置，此时电压会下降至平台电压，挑选在预设时间内下降到平台电压的电池，在电压下降后的5s、10s、50s时，利用rc等效电路模型获得电池内阻特性。
20、所述利用rc等效电路模型获得电池内阻特性具体包括：
21、将电池内阻等效为一个串联的电阻元件，基于电池两端的开路电压，建立二阶rc等效电路模型，该模型的数学表达式为：
22、
23、其中，uocv为开路电压，i为电流，uo二阶rc等效电路的端电压，r0为欧姆内阻，r1、r2为极化内阻，c1、c2为极化电容，u1、u2分别为r1、r2上的电压；在电池进行恒流放电的过程中，其动态电路电量表达式为：
24、
25、在电池充完电的静置瞬间，根据为欧姆内阻r0的辨识依据，其中，em为充电到某一soc值时的峰值电压，uo(0)为静置阶段时的初始端电压；
26、根据得出时间常数τ，式中:u1(0)，u2(0)为在每次脉冲结束瞬间电容两端初始电压；τ为极化效应响应时间；
27、在80％～100％恒流充电过程中，每隔5％soc静置1min，对静置5s、10s、50s时的参数值进行辨识，在静置时间段内，电流输入为0，此时可看作是rc环节零输入时响应，端电压可表示为：
28、
29、极化内阻两端电压为：
30、
31、
32、充电结束的瞬间电池极化电压基本不变，由此可得：
33、
34、
35、式中tk为进行5％soc充电的加载时间，将已求得的u1(0)充-静，u2(0)充-静，τ1充-静，τ2充-静代入可求得充电-静置5s、10s、50s时的r1、r2；再根据时间常数表达式求出c1与c2，完成静置5s、10s、50s时的rc环节辨识参数；
36、计算总内阻r总＝r0+r1+r2，将总内阻r总最大的电池作为千分之一电池挑选的标准。
37、所述s6具体包括：
38、观察二阶rc参数识别所筛选出电阻值位于所有电池前0.1％的电池是否出现外部故障，若无明显的外观损坏则进一步的超声波检测；基于超声透射原理，扫描本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种储能锂电池的性能衰退和寿命预警方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述一种储能锂电池的性能衰退和寿命预警方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的一种储能锂电池的性能衰退和寿命预警方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的一种储能锂电池的性能衰退和寿命预警方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的一种储能锂电池的性能衰退和寿命预警方法，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的一种储能锂电池的性能衰退和寿命预警方法，其特征在于：
7.根据权利要求6所述一种储能锂电池的性能衰退和寿命预警方法，其特征在于：
8.根据权利要7所述的一种储能锂电池的性能衰退和寿命预警方法，其特征在于：
9.根据权利要求1所述一种储能锂电池的性能衰退和寿命预警方法，其特征在于：
10.一种根据权利要求1-9任一项权利要求的寿命预警方法的储能锂电池性能的性能衰退和寿命预警系统，包括EIS测试模块、数据分析模块、充放电循环模块、二阶RC模型辨识模块、故障测试与识别模块，其特征在
...【技术特征摘要】
1.一种储能锂电池的性能衰退和寿命预警方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述一种储能锂电池的性能衰退和寿命预警方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的一种储能锂电池的性能衰退和寿命预警方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的一种储能锂电池的性能衰退和寿命预警方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的一种储能锂电池的性能衰退和寿命预警方法，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的一种储能锂电池的性能衰退和寿命预警...
【专利技术属性】
技术研发人员：董志国，赵文成，刘红旭，谢凤祥，刘刚，李志强，祝敬伟，王克飞，李润杰，时玮，
申请(专利权)人：国家能源集团青海电力有限公司，
类型：发明
国别省市：
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