一种利用储能变流器检测电池健康状况的方法及系统

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种利用储能变流器检测电池健康状况的方法及系统。

背景技术

对整个电力系统而言，随着风电、光伏等可再生能源高速增长和煤电的不断退出，将逐渐形成一个新能源电力高占比的电力系统。伴随着新能源的大量接入，储能系统势在必行。从“源-网-荷”到“源-网-荷-储”，储能将成为新型电力系统的第四大基本要素。

储能系统中电池是关键的组件之一。众所周知，随着充放电次数不断增加，蓄电池普遍存在损耗问题，严重时甚至令电池丧失充放电能力。同时，安全在储能系统中一直是重中之重的话题，在这之中，如何能保证实时准确地掌握电池健康状态，就成了储能系统安全稳定运行的必要条件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，提出一种利用储能变流器检测电池健康状况的方法及系统，以简单易行、成本低廉的方式实时准确地掌握电池健康状态。

第一方面，本发明提供一种利用储能变流器检测电池健康状况的方法，所述方法包括步骤：

S1：获取运行电池阻抗及运行电池SOC值；

S2：将运行电池阻抗及运行电池SOC值存储在储能变流器的存储单元中，所述存储单元具有掉电存储功能；

S3：从存储单元中调取运行电池阻抗及运行电池SOC值；

S4：基于运行电池SOC值，将运行电池阻抗与初始电池阻抗基准值比较，得到电池健康状况。

进一步地，所述步骤S1中获取运行电池阻抗包括获取运行电池直流阻抗或获取运行电池交流阻抗。

进一步地，所述获取运行电池直流阻抗包括获取运行电池直流放电阻抗、和/或，获取运行电池直流充电阻抗。

进一步地，所述获取运行电池直流放电阻抗，包括具体步骤如下：

检测并记录调度发生变化前后的电池端电压值；

检测并记录电池放电运行时的电流值；

将电池端电压值除以电流值，得到运行电池的直流放电阻抗。

进一步地，所述获取运行电池直流充电阻抗，包括具体步骤如下：

在运行电池充电过程中在线监测流经运行电池的电流值和端电压；

检测并记录调度发生变化前后的电池端电压值；

检测并记录电池充电运行时的电流值；

将电池端电压值除以电流值，得到运行电池的直流充电阻抗。

进一步地，所述获取运行电池交流阻抗包括步骤如下：

在储能变流器的电流控制环路中注入6k±1次谐波电流指令；

闭环控制后，在储能变流器的直流侧产生6k次谐波；

通过软件滤波器得到直流侧的谐波电压和直流侧的谐波电流；

将直流侧的谐波电压除以直流侧的谐波电流，得到运行电池交流阻抗；

其中，k为大于或等于1的自然数。

进一步地，所述步骤S4中，基于运行电池SOC值，将运行电池阻抗与初始电池阻抗基准值比较，得到电池健康状况，具体包括步骤如下：

S4.1:对初始电池进行各SOC下的阻抗检测，得到初始电池各SOC下的阻抗检测值；所述各SOC下的阻抗检测包括各SOC下的交流阻抗检测、或各SOC下的直流阻抗检测；

S4.2:将初始电池各SOC下的阻抗检测值汇总存储在储能变流器的存储单元中，得到初始电池阻抗基准值；

S4.3:设定健康偏差阈值，判断运行电池SOC值对应的运行电池阻抗与初始电池阻抗基准值的差值是否在健康偏差阈值内，若运行电池阻抗与初始电池阻抗基准值的差值是在健康偏差阈值内，则判断出运行电池为健康状态，若运行电池阻抗与初始电池阻抗基准值的差值不是在健康偏差阈值内，则判断出运行电池为非健康状态。

进一步地，所述步骤S4.3中，所述健康偏差阈值是根据电池特性及电池使用环境进行设定的。

第二方面，本发明提供一种利用储能变流器检测电池健康状况的系统，该系统包括：

获取单元，用于获取运行电池阻抗及运行电池SOC值；

存储单元，与所述获取单元连接，用于将运行电池阻抗及运行电池SOC值存储在储能变流器的存储单元中，所述存储单元具有掉电存储功能；

调取单元，与所述存储单元连接，用于从存储单元中调取运行电池阻抗及运行电池SOC值；

比较单元，与所述调取单元连接，用于基于运行电池SOC值，将运行电池阻抗与初始电池阻抗基准值比较，得到电池健康状况。

进一步地，所述获取单元包括第一获取单元和第二获取单元，

所述第一获取单元用于获取运行电池直流阻抗，所述获取运行电池直流阻抗包括获取运行电池直流放电阻抗、和/或，获取运行电池直流充电阻抗；

所述第二获取单元用于获取运行电池交流阻抗。

本发明所实现的有益效果：

本发明通过利用储能变流器检测电池健康状况，简单易行、成本低廉地实时准确地掌握电池健康状态，以实现对电池地保护性充放电，确保电池运行安全可靠。

附图说明

图1为本发明实施例中的利用储能变流器检测电池健康状况的整体示意图；

图2为本发明实施例中的交流阻抗检测示意图；

图3为本发明实施例中的通过充放电来检测直流内阻的示意图；

图4为本发明实施例中的直流内阻检测示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

可以理解的是，此处描述的具体实施例和附图仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。

可以理解的是，在不冲突的情况下，本发明中的各实施例及实施例中的各特征可相互组合。

可以理解的是，为便于描述，本发明的附图中仅示出了与本发明相关的部分，而与本发明无关的部分未在附图中示出。

可以理解的是，本发明的实施例中所涉及的每个单元、模块可仅对应一个实体结构，也可由多个实体结构组成，或者，多个单元、模块也可集成为一个实体结构。

可以理解的是，在不冲突的情况下，本发明的流程图和框图中所标注的功能、步骤可按照不同于附图中所标注的顺序发生。

可以理解的是，本发明的流程图和框图中，示出了按照本发明各实施例的系统、装置、设备、方法的可能实现的体系架构、功能和操作。其中，流程图或框图中的每个方框可代表一个单元、模块、程序段、代码，其包含用于实现规定的功能的可执行指令。而且，框图和流程图中的每个方框或方框的组合，可用实现规定的功能的基于硬件的系统实现，也可用硬件与计算机指令的组合来实现。

可以理解的是，本发明实施例中所涉及的单元、模块可通过软件的方式实现，也可通过硬件的方式来实现，例如单元、模块可位于处理器中。

实施例1：

如图1所示，一种利用PCS检测电池健康状况的方法，由阻抗检测、数据存储、健康状况分析三部分组成，该方法包括步骤：

S1：获取运行电池阻抗及运行电池SOC值；

S2：将运行电池阻抗及运行电池SOC值存储在储能变流器的存储单元中，存储单元具有掉电存储功能；

S3：从存储单元中调取运行电池阻抗及运行电池SOC值；

S4：基于运行电池SOC值，将运行电池阻抗与初始电池阻抗基准值比较，得到电池健康状况。

具体地，步骤S1中，获取运行电池阻抗包括获取运行电池直流阻抗或获取运行电池交流阻抗。获取运行电池直流阻抗包括获取运行电池直流放电阻抗、和/或，获取运行电池直流充电阻抗。

交流阻抗检测方法如图2所示，通过给PCS的电流环注入诸如5/7次等特定次谐波电流指令值(本方法包括但不限于5/7、11/13次等)，经过闭环控制，将使直流侧包含6次谐波。利用软件滤波器得到直流电压和电流中的谐波分量，做商就可以得到电池的交流阻抗。具体是在储能变流器的电流控制环路中注入6k±1次谐波电流指令；闭环控制后，在储能变流器的直流侧产生6k次谐波；通过软件滤波器得到直流侧的谐波电压和直流侧的谐波电流；将直流侧的谐波电压除以直流侧的谐波电流，得到运行电池交流阻抗；其中，k为大于或等于1的自然数。

直流内阻检测方法理论依据如图3所示，当电池的充放电状态发生改变或出力突变时，电池端电压将在很短的时间内发生突变。例如，当电池由不工作转变为放电状态时，其端电压就会由U1变为U2。U2到U3之间为平稳放电过程。至U3时刻突然停止放电，其端电压由U3变化为U4。U4至U5为静置状态，理想状态看作电压保持不变。U5时刻电池进入充电状态，端电压很快由U5上升至U6，至U7为平稳充电。U7时刻停止充电，端电压由U7骤降至U8。整个过程中，当电池面临瞬间出力变化时，由于直流内阻的存在，端电压将在很短的时间内发生变化。

具体地，如图3所示，获取运行电池直流放电阻抗的过程是：检测并记录调度发生变化前后的电池端电压值；检测并记录调度发生变化前后的电池端电压值；检测并记录电池放电运行时的电流值；将电池端电压值除以电流值，得到运行电池的直流放电阻抗。

具体地，如图3所示，获取运行电池直流充电阻抗的过程是：在运行电池充电过程中在线监测流经运行电池的电流值和端电压；检测并记录调度发生变化前后的电池端电压值；检测并记录电池充电运行时的电流值；将电池端电压值除以电流值，得到运行电池的直流充电阻抗。

直流内阻检测方法如图4所示，储能系统工作时，需要时刻根据调度进行充放电。当调度改变时，PCS随之响应，电池就面临瞬间出力变化，利用前后两个状态电池电压的差值与进入稳态后电池的电流值，就能计算出当前电池的直流内阻。

具体地，步骤S4中，基于运行电池SOC值，将运行电池阻抗与初始电池阻抗基准值比较，得到电池健康状况，具体包括步骤如下：

S4.1:对初始电池进行各SOC下的阻抗检测，得到初始电池各SOC下的阻抗检测值；所述各SOC下的阻抗检测包括各SOC下的交流阻抗检测、或各SOC下的直流阻抗检测；

S4.2:将初始电池各SOC下的阻抗检测值汇总存储在储能变流器的存储单元中，得到初始电池阻抗基准值；

根据相同的SOC值，将运行电池阻抗与初始电池阻抗基准值比较。

S4.3:设定健康偏差阈值，判断运行电池SOC值对应的运行电池阻抗与初始电池阻抗基准值的差值是否在健康偏差阈值内，若运行电池阻抗与初始电池阻抗基准值的差值是在健康偏差阈值内，则判断出运行电池为健康状态，若运行电池阻抗与初始电池阻抗基准值的差值不是在健康偏差阈值内，则判断出运行电池为非健康状态。

其中，步骤S4.3中的健康偏差阈值是根据电池特性及电池使用环境进行设定的。

说明：SOC为State Of Charge的缩写，为电池的荷电状态，是用来反映电池的剩余容量的,其数值上定义为剩余容量占电池容量的比值,常用百分数表示。

储能变流器(PCS，Power control system)可控制蓄电池(包括本实施例中的运行电池)的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。

实施例2：

本实施例提供一种利用储能变流器检测电池健康状况的系统，该系统包括：

获取单元，用于获取运行电池阻抗及运行电池SOC值；

存储单元，与所述获取单元连接，用于将运行电池阻抗及运行电池SOC值存储在储能变流器的存储单元中，所述存储单元具有掉电存储功能；

调取单元，与所述存储单元连接，用于从存储单元中调取运行电池阻抗及运行电池SOC值；

比较单元，与所述调取单元连接，用于基于运行电池SOC值，将运行电池阻抗与初始电池阻抗基准值比较，得到电池健康状况。

具体地，所述获取单元包括第一获取单元和第二获取单元，

所述第一获取单元用于获取运行电池直流阻抗，所述获取运行电池直流阻抗包括获取运行电池直流放电阻抗、和/或，获取运行电池直流充电阻抗；

所述第二获取单元用于获取运行电池交流阻抗。

实施例2获取运行电池交流阻抗或运行电池直流阻抗的流程同实施例1。

实施例1和实施例2通过利用储能变流器检测电池健康状况，简单易行、成本低廉地实时准确地掌握电池健康状态，以实现对电池地保护性充放电，确保电池运行安全可靠。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。