一种变桨系统的电池备用电源管理监测方法与流程

1.本发明涉及风电电源管理技术领域，尤其涉及一种变桨系统的电池备用电源管理监测方法。


背景技术：

2.目前变桨系统的备用电源主要有阀控型铅酸蓄电池和超级电容器这两种类型。早期风机变桨备用电源多采用铅酸蓄电池，其具有成本低、技术成熟等优点；超级电容器具有功率密度高、循环寿命长、宽工作温度范围、管理方便、免维护等优点。但上述两种备用电源都存在相应的缺点：
3.铅酸蓄电池存在放点特性差、低温性能差、故障率高、寿命较短、维护成本高等缺点；在风机组的寿命周期内，铅酸电池通常被更换三、四次，铅酸电池的费用可达变桨系统总投资的50％以上。
4.超级电容器由于受限于存储机理，其能量密度低(3-10wh/kg、约为蓄电池的1/10)，并且其成本相对较高；因此超级电容器作为备用电源时，其顺桨能力只有1-2次。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是提出一种变桨系统的电池备用电源管理监测方法，该变桨系统的电池备用电源管理监测方法与铅酸蓄电池、超级电容器相比，能够使钛酸锂电池提高变桨系统备用电源安全性，同时提高电池的工作效率和使用寿命，并且能够大幅的减少维护成本。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种变桨系统的电池备用电源管理监测方法，应用于钛酸锂电池，包括充放电模块，故障监测模块及电池管理功能模块，其特征在于，所述方法包括以下步骤：所述充放电模块对电池先恒流充电再恒压充电，以一定电流恒流充电至截止电压，之后再对所述电池进行恒压充电，当所述电池的充电电流小于充电截止电流后，停止充电；所述故障监测模块在电池每一环节放电时对所述电池备用电源进行故障检测；所述电池管理功能模块对电池进行剩余电量评估、健康状态评估及能量状态评估；所述电池剩余电量评估包括根据电池是否完全静置对电池电量评估值进行分别修正，得出电池剩余电量评估值；所述电池健康状态评估根据电池静置初始剩余容值及电池充电时容值得出电池最大容量计算值；所述电池能量状态评估根据电池放电平均电压及电池最大容量实际值得出电池当前剩余能量。
7.优选地，所述电池管理功能模块对电池剩余电量进行评估，在初始上电时，利用开路电压法获取电池初始剩余容值capocv0，当电池备用电源处于工作状态时，用安时积分法实时更新电池备用电源剩余电量评估值；在电池备用电源处于待机模式或小电流充放电状态，则判断电池处于静置状态，根据电池是否完全静置对电池电量评估值进行分别修正，得出：
8.电池备用电源的电池剩余电量评估值＝capact/capmax；
9.电池备用电源的动态电池剩余电量评估值＝soc-(1-kcap)；
10.其中，kcap为根据当前温度、充放电模块预设放电倍率及放电电流查表得出的容量折算系数，capact为电池实际剩余容值，capocv0利用安时积分法计算得出的电池初始剩余容值或者通过安时积分法计算后再利用开路电压法进行修正得出的电池初始剩余容值，capmax为电池备用电源的最大充电容值，soc为电池备用电源电池剩余电量评估值。
11.优选地，“根据电池备用电源是否完全静置对电池备用电源剩余电量评估值进行分别修正”具体步骤包括：
12.当电池静置时间t大于预设第一静置时间t0，利用开路电压法对电池的电池剩余电量评估值进行修正；当电池静置时间t大于预设第二静置时间t1，增加一个修正系数w，对电池采用安时积分法计算的剩余容值进行修正，得出电池实际剩余容值：
13.capact＝w*capidt (1-w)*capocv
14.其中，t0为电池充分静置时间，t1为电池不充分静置时间，capidt为电池采用安时积分法计算的剩余容值。
15.优选地，所述电池管理功能模块对电池进行健康状态评估，在电池管理功能模块的驱动器重新上电或电池充分静置后，置充电修正准备好标志位并记录下电池静置初始剩余容量cap_chargeini；进入充电模式并清除可修正容量标志位；当电池充电完成后，记录电池充电电量capidt_charge并置可修正容量标志位；并判断充电修正准备好标志位有效、充电可修正容量标志位有效，如果都有效则计算电池最大容量：
16.cap_maxclc＝cap_chargeini capidt_charge
17.其中，cap_maxclc为电池最大容量计算值，cap_chargeini为电池静置初始剩余容值，capidt_charge为电池充电时容值。
18.优选地，判断所述电池最大容量计算值是否大于电池最大容量实际值，若满足则修正所述电池最大容量实际值：
19.cap_max＝cap_max-0.2*(cap_max-cap_maxclc)
20.其中，cap_max为电池最大容量实际值，cap_maxclc为电池最大容量计算值。
21.优选地，判断所述电池最大容量计算值是否大于电池最大容量实际值，若不满足则修正所述电池最大容量实际值：
22.cap_max＝cap_max-0.5*(cap_max-cap_maxclc)；
23.修正完后清除充电修正准备好标志位以及可修正容量标志位；
24.其中，cap_max为电池最大容量实际值，cap_maxclc为电池最大容量计算值。
25.优选地，所述电池管理功能模块对电池备用电源进行能量状态评估，在初始化完成后获取预设放电电流i_work，检测当前放电电流i_discharge和当前环境温度t，并根据t、i_work、i_discharge通过查表获取电池放电平均电压u_disave，判断电池当前是否处于放电状态，若不是放电状态，则电池当前的剩余能量为：
26.e_remain＝u_disave*dsoc*cap_max*3.6
27.其中，e_remain表示电池当前剩余能量，u_disave为电池放电平均电压，cap_max为电池最大容量实际值，dsoc为动态电池剩余电量评估值。
28.优选地，所述电池管理功能模块对电池备用电源进行能量状态评估，判断当前是否为放电状态，若处于放电状态则先检测当前电机功率，则电池当前的剩余能量为：
29.e_remain＝e_remain-p*δt
30.其中，e_remain表示电池当前剩余能量，p表示电机当前功率，δt表示电池释放电能时间。
31.优选地，所述变桨系统的电池备用电源管理监测方法还包括判断电池是否进入放电模式的电网状态检测步骤；当检测到电网异常时，电池管理功能模块将电池切入放电监测模式；当检测到电网故障时，电池管理功能模块将电池停止充电。
32.采用上述方法之后，所述充放电模块对电池先恒流充电再恒压充电，以一定电流恒流充电至截止电压，之后再对所述电池进行恒压充电，当所述电池的充电电流小于充电截止电流后，停止充电；所述故障监测模块在电池每一环节放电时对所述电池备用电源进行故障检测；所述电池管理功能模块对电池进行剩余电量评估、健康状态评估及能量状态评估；所述电池剩余电量评估包括根据电池是否完全静置对电池电量评估值进行分别修正，得出电池剩余电量评估值；所述电池健康状态评估根据电池静置初始剩余容值及电池充电时容值得出电池最大容量计算值；所述电池能量状态评估根据电池放电平均电压及电池最大容量实际值得出电池当前剩余能量；该变桨系统的电池备用电源管理监测方法与铅酸蓄电池、超级电容器相比，能够使钛酸锂电池提高变桨系统备用电源安全性，同时提高电池的工作效率和使用寿命，并且能够大幅的减少维护成本。
附图说明
33.图1为本发明一种变桨系统的电池备用电源管理监测方法充放电管理故障管理状态流程图；
34.图2为本发明一种变桨系统的电池备用电源管理监测方法的电池剩余电量评估流程图；
35.图3为本发明一种变桨系统的电池备用电源管理监测方法的电池实际容量充电修正流程图；
36.图4为本发明一种变桨系统的电池备用电源管理监测方法的电池健康状态评估流程图；
37.图5为本发明一种变桨系统的电池备用电源管理监测方法的电池能量状态评估流程图。
具体实施方式
38.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
39.实施例一
40.请参阅图1，图1为本发明一种变桨系统的电池备用电源管理监测方法充放电管理故障管理状态流程图；本实施例公开了一种变桨系统的电池备用电源管理监测方法，应用于钛酸锂电池，包括充放电模块，故障监测模块及电池管理功能模块，其特征在于，所述方法包括以下步骤：所述充放电模块对电池先恒流充电再恒压充电，以一定电流恒流充电至截止电压，之后再对所述电池进行恒压充电，当所述电池的充电电流小于充电截止电流后，
停止充电；所述故障监测模块在电池每一环节放电时对所述电池备用电源进行故障检测；所述电池管理功能模块对电池进行剩余电量评估、健康状态评估及能量状态评估；所述电池剩余电量评估包括根据电池是否完全静置对电池电量评估值进行分别修正，得出电池备用电源的电池剩余电量评估值；所述电池健康状态评估根据电池静置初始剩余容值及电池充电时容值得出电池最大容量计算值；所述电池能量状态评估根据电池放电平均电压及电池最大容量实际值得出电池当前剩余能量。
41.实施例二
42.请参阅图2及图3，图2为本发明一种变桨系统的电池备用电源管理监测方法的电池剩余电量评估流程图；图3为本发明一种变桨系统的电池备用电源管理监测方法的电池实际容量充电修正流程图；在本实施例中，所述电池管理功能模块对电池剩余电量进行评估，在初始上电时，利用开路电压法获取电池初始剩余容值capocv0，当电池备用电源处于工作状态时，用安时积分法实时更新电池备用电源剩余电量评估值；在电池备用电源处于待机模式或小电流充放电状态，则判断电池处于静置状态，根据电池是否完全静置对电池电量评估值进行分别修正，得出：
43.电池剩余电量评估值＝capact/capmax；
44.动态电池剩余电量评估值＝soc-(1-kcap)；
45.其中，kcap为根据当前温度、充放电模块预设放电倍率及放电电流查表得出的容量折算系数，capact为电池实际剩余容值，capocv0利用安时积分法计算得出的电池初始剩余容值或者通过安时积分法计算后再利用开路电压法进行修正得出的电池初始剩余容值，capmax为电池最大充电容值，soc为电池剩余电量评估值。
46.本实施例中，“根据电池备用电源是否完全静置对电池备用电源剩余电量评估值进行分别修正”具体步骤包括：
47.当电池静置时间t大于预设第一静置时间t0，利用开路电压法对电池的电池剩余电量评估值进行修正；当电池静置时间t大于预设第二静置时间t1，增加一个修正系数w，对电池采用安时积分法计算的剩余容值进行修正，得出电池实际剩余容值：
48.capact＝w*capidt (1-w)*capocv
49.其中，t0为电池充分静置时间，t1为电池不充分静置时间，capidt为电池采用安时积分法计算的剩余容值。
50.实施例三
51.请参阅图4，图4为本发明一种变桨系统的电池备用电源管理监测方法的电池健康状态评估流程图；
52.在本实施例，所述电池管理功能模块对电池进行健康状态评估，在电池管理功能模块的驱动器重新上电或电池充分静置后，置充电修正准备好标志位并记录下电池静置初始剩余容量cap_chargeini；进入充电模式并清除可修正容量标志位；当电池充电完成后，记录电池充电电量capidt_charge并置可修正容量标志位；并判断充电修正准备好标志位有效、充电可修正容量标志位有效，如果都有效则计算电池最大容量：
53.cap_maxclc＝cap_chargeini capidt_charge
54.其中，cap_maxclc为电池最大容量计算值，cap_chargeini为电池静置初始剩余容值，capidt_charge为电池充电时容值。
55.在本实施例中，判断所述电池最大容量计算值是否大于电池最大容量实际值，若满足则修正所述电池最大容量实际值：
56.cap_max＝cap_max-0.2*(cap_max-cap_maxclc)
57.其中，cap_max为电池最大容量实际值，cap_maxclc为电池最大容量计算值。
58.在本实施例中，判断所述电池最大容量计算值是否大于电池最大容量实际值，若不满足则修正所述电池最大容量实际值：
59.cap_max＝cap_max-0.5*(cap_max-cap_maxclc)；
60.修正完后清除充电修正准备好标志位以及可修正容量标志位；
61.其中，cap_max为电池最大容量实际值，cap_maxclc为电池最大容量计算值。
62.实施例四
63.请参阅图5，图5为本发明一种变桨系统的电池备用电源管理监测方法的电池能量状态评估流程图。
64.在本实施例，所述电池管理功能模块对电池备用电源进行能量状态评估，在初始化完成后获取预设放电电流i_work，检测当前放电电流i_discharge和当前环境温度t，并根据t、i_work、i_discharge通过查表获取电池放电平均电压u_disave，判断电池当前是否处于放电状态，若不是放电状态，则电池当前的剩余能量为：
65.e_remain＝u_disave*dsoc*cap_max*3.6
66.其中，e_remain表示电池当前剩余能量，u_disave为电池放电平均电压，cap_max为电池最大容量实际值，dsoc为动态电池剩余电量评估值。
67.在本实施例中，所述电池管理功能模块对电池进行能量状态评估，判断当前是否为放电状态，若处于放电状态则先检测当前电机功率，则电池当前的剩余能量为：
68.e_remain＝e_remain-p*δt
69.其中，e_remain表示电池当前剩余能量，p表示电机当前功率，δt表示电池释放电能时间。
70.实施例五
71.所述变桨系统的电池备用电源管理监测方法还包括判断电池是否进入放电模式的电网状态检测步骤；当检测到电网异常时，电池管理功能模块将电池切入放电监测模式；当检测到电网故障时，电池管理功能模块将电池停止充电。
72.该变桨系统的电池备用电源管理监测方法与铅酸蓄电池、超级电容器相比，能够使钛酸锂电池提高变桨系统备用电源安全性，同时提高电池的工作效率和使用寿命，并且能够大幅的减少维护成本。
73.应当理解的是，以上仅为本发明的优选实施例，不能因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。