一种储能系统及其SOH检测方法与流程

一种储能系统及其soh检测方法
技术领域
1.本技术涉及电力电子技术领域，特别涉及一种储能系统及其soh检测方法。


背景技术：

2.目前，随着储能应用的增多，锂电池得到了广泛的应用；现有的拓扑结构中，单体电池往往通过简单的串联、并联或混联的连接方式构成一个庞大的电池网络；由于所需锂离子电池数量庞大，导致电池储能系统较为复杂。
3.随着储能系统的运行，在使用过程中不可避免地会导致锂电池老化，锂电池的soh(state of health，健康状态)能够表征当前电池相对于全新电池存储电能的能力，是定量描述电池性能状态的指标；能够监测得到该指标，对于储能系统的使用安全和及时更新有重要意义。
4.电池循环次数是整个电池寿命中全部和部分放电周期的总数，其能够决定锂电池的寿命，所以，目前对于soh进行监测的方案通常是根据单体电池的循环次数来进行判断；然而，储能系统中单体电池的大量串并联，使得这种监测结果的误差较大；而且，通过功率调度指令的方式进行soh检测会导致输出功率大幅度波动，影响客户体验。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术提供一种储能系统及其soh检测方法，以避免单体电池的复杂串并联连接关系对监测误差的影响，且不影响客户体验。
6.为实现上述目的，本技术实施例提供如下技术方案：
7.本技术第一方面提供了一种储能系统的soh检测方法，所述储能系统中各电池模块分别通过相应的dc/dc变换器连接直流母线；所述soh检测方法包括：
8.在接收到soh检测指令时，控制所述储能系统内的dc/dc变换器进行互补功率变动；
9.获取相应电池模块在其dc/dc变换器发生功率变动前后的运行参数；
10.根据各所述运行参数，计算得到相应电池模块的电池内阻；
11.根据所述电池内阻，确定相应电池模块的soh。
12.可选的，控制所述储能系统内的dc/dc变换器进行互补功率变动，包括：
13.控制所述储能系统内的至少两个dc/dc变换器，同时发生反向的功率变动。
14.可选的，控制所述储能系统内的至少两个dc/dc变换器，同时发生反向的功率变动，包括：
15.控制至少一对电池模块的dc/dc变换器，同时发生一次绝对值相同且方向相反的功率变动。
16.可选的，控制所述储能系统内的至少两个dc/dc变换器，同时发生反向的功率变动的步骤中，在控制至少一对电池模块的dc/dc变换器，同时发生一次绝对值相同且方向相反的功率变动之后，还包括：
17.控制发生过功率变动的dc/dc变换器，均改变功率变动方向，再次同时发生一次绝对值相同且方向相反的功率变动，以保持各电池模块均衡运行。
18.可选的，所述储能系统中还包括至少一个光伏组串及其与所述直流母线之间的dc/dc变换器；所述soh检测方法中，
19.控制所述储能系统内的至少两个dc/dc变换器，同时发生反向的功率变动，包括：
20.控制所述光伏组串的dc/dc变换器进行一次输出功率的降低，并在所述预设时长之后，恢复正常输出功率；
21.在所述预设时长内，同时控制各电池模块的dc/dc变换器以相同的功率变动，填平所述光伏组串的输出功率所减少的部分；
22.或者，控制所述储能系统内的至少两个dc/dc变换器，同时发生反向的功率变动，包括：
23.控制所述光伏组串的dc/dc变换器进行n次输出功率的降低，每次维持预设时长之后，恢复正常输出功率；n为电池模块的个数；
24.逐一控制各电池模块的dc/dc变换器，在相应所述预设时长内，填平所述光伏组串的输出功率所减少的部分。
25.可选的，获取相应电池模块在其dc/dc变换器发生功率变动前后的运行参数，包括：
26.获取相应电池模块在其dc/dc变换器发生第二次功率变动前后的运行参数。
27.可选的，所述运行参数包括：温度、电压和电流；
28.根据各所述运行参数，计算得到相应电池模块的电池内阻，包括：
29.计算相应dc/dc变换器发生功率变动前后，其电压变化对电流变化的比值；
30.根据相应dc/dc变换器发生功率变动前的温度，将所述比值校正为标准温度下的数据，作为对应的所述电池内阻。
31.可选的，所述运行参数还包括：荷电状态soc；
32.在获取相应电池模块在其dc/dc变换器发生功率变动前后的运行参数之后，还包括：
33.判断相应dc/dc变换器发生功率变动前的soc是否处于预设范围内；
34.若是，则执行根据各所述运行参数，计算得到相应电池模块的电池内阻的步骤；
35.否则，根据相应soc，输出其在实际试验数据中所对应的电池内阻理论值，作为所述电池内阻。
36.可选的，所述预设范围为(60％，80％)。
37.可选的，根据所述电池内阻，确定相应电池模块的soh，包括：
38.判断所述电池内阻是否超过预设阈值；若是，则判定对应的所述soh异常；否则，判定对应的所述soh正常；
39.或者，
40.根据所述电池内阻，确定对应所述soh的所属级别或具体值。
41.可选的，所述soh检测指令为从外界接收到的，或者，由内部定时生成的。
42.本技术另一方面还提供了一种储能系统，包括：控制器、多个电池模块及其dc/dc变换器；其中，
43.各电池模块分别通过其对应的dc/dc变换器，连接直流母线；
44.各dc/dc变换器受控于所述控制器；
45.所述控制器用于执行如上述第一方面任一段落所述的储能系统的soh检测方法。
46.可选的，还包括：至少一个光伏组串及其与所述直流母线之间的dc/dc变换器。
47.可选的，还包括：dc/ac变换器；
48.所述dc/ac变换器的直流侧连接所述直流母线；
49.所述dc/ac变换器的交流侧连接电网和/或负载；
50.所述控制器为所述dc/ac变换器的内部控制器。
51.本技术提供的储能系统的soh检测方法，其在接收到soh检测指令时，首先控制储能系统内的dc/dc变换器进行互补功率变动；并获取相应电池模块在其dc/dc变换器发生功率变动前后的运行参数；然后根据各运行参数，计算得到相应电池模块的电池内阻；这样得到的电池内阻，是电池模块在实际应用时的真实内阻，能够避免单体电池大量串并联对其循环次数的判断带来的较大误差；进而以这些电池内阻来代替循环次数，确定相应电池模块的soh，即可减小检测结果的误差。
附图说明
52.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
53.图1a和图1b分别为本技术实施例提供的储能系统的两种结构示意图；
54.图2和图3分别为本技术实施例提供的储能系统的soh检测方法的两种流程图；
55.图4a为本技术实施例提供的储能系统的soh检测方法的部分流程图；
56.图4b、图4c、图5a和图5b分别为本技术实施例提供的储能系统的soh检测方法的四种功率波形图；
57.图6为本技术实施例提供的储能系统的soh检测方法的另一流程图。
具体实施方式
58.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
59.在本技术中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
60.本技术提供一种储能系统的soh检测方法，以避免单体电池的复杂串并联连接关系对监测误差的影响，且不影响客户体验。
61.如图1a所示，该储能系统中的各电池模块，具体可以指电池簇或者电池包，分别通过相应的dc/dc变换器连接直流母线；该直流母线可以通过dc/ac变换器连接电网和/或负载，还可以通过其他dc/dc变换器连接相应的光伏组串(如图1b所示)；视其具体的应用环境而定即可，均在本技术的保护范围内。
62.由于soh的下降，具体表现在电池容量的衰减和内阻的增加，因此，发明人考虑可以在运行中基于对电池内阻的检测，来判断电池的soh。具体的，该soh检测方法，如图2所示，包括：
63.s101、在接收到soh检测指令时，控制储能系统内的dc/dc变换器进行互补功率变动。
64.当执行该soh检测方法的控制器，比如dc/ac变换器的内部控制器，接收到外界发送的soh检测指令时，或者，在其内部定时生成soh检测指令时，说明储能系统需要对其电池模块进行soh检测。
65.此时，不论储能系统是处于充电状态还是放电状态，甚至是处于待机状态，只要该控制器上电，都可以控制系统内部的dc/dc变换器通过直流母线进行互补功率变动，进而，为需要检测soh的电池模块提供一个变化电压和电流的机会，以基于这些参数的变化来计算当前状态下真实的电池内阻。
66.并且，这些dc/dc变换器进行的功率变动是互补的，也即，不同dc/dc变换器之间会进行能量的交互，且增加的功率与减少的功率保持总量相同，进而不会改变直流母线上的功率，也不会改变dc/ac变换器的并网功率，也即，不影响储能系统对于功率调度指令的满足，能够避免现有技术中通过功率调度指令的方式进行soh检测时会导致输出功率大幅度波动而影响客户体验的问题。
67.s102、获取相应电池模块在其dc/dc变换器发生功率变动前后的运行参数。
68.该运行参数具体可以包括：温度、电压、电流及soc(state of charge，荷电状态)等，此处不做限定，视其具体应用环境而定即可。
69.s103、根据各运行参数，计算得到相应电池模块的电池内阻。
70.为了实现对于电池内阻的计算，对于相应dc/dc变换器，其运行参数至少应当包括其电压和电流；此时，参见图3，该步骤s103中具体包括：
71.s201、计算相应dc/dc变换器发生功率变动前后，其电压变化对电流变化的比值。
72.计算这一比值的具体公式为：rn＝|(vn1-vn2)/(in1-in2)|；其中，rn为该比值，vn1为相应dc/dc变换器在发生功率变动前的电压，vn2为相应dc/dc变换器在发生功率变动后的电压，in1为相应dc/dc变换器在发生功率变动前的电流，in2为相应dc/dc变换器在发生功率变动后的电流。
73.由于该比值rn是当前实际温度下的电池内阻，需要将其转换为标准温度比如25摄氏度下的电池内阻rn25，才能用于确定soh；所以，该运行参数还应当包括温度，且步骤s201之后，还应包括：
74.s202、根据相应dc/dc变换器发生功率变动前的温度，将比值校正为标准温度下的数据，作为对应的电池内阻。
75.由于dc/dc变换器发生的功率变动，会对其电池模块的温度产生影响，所以对该比值rn进行校正时，优选依据dc/dc变换器发生功率变动前的温度。而且，用于校正的校正系
数可以是依据实际试验获得的数据来确定的，其具体取值不做限定。
76.s104、根据电池内阻，确定相应电池模块的soh。
77.在对电池内阻进行处理后，可以通过欧姆内阻和电池健康度的关系来完成soh检测。
78.实际应用中，具体可以判断相应电池内阻rn25是否超过预设阈值rmax；若是，则判定对应的soh为异常；否则，判定对应的soh为正常。其中，该预设阈值rmax为实际试验验证获得的数据。
79.或者，也可以为电池内阻rn25的取值划分多个区间，分别与定义电池好坏的soh级别来一一对应；进而，可以根据电池内阻rn25所属区间，来确定对应soh的所属级别，以提供较为具体的检测结果，利于对电池的好坏进行早期预警。又或者，还可以根据电池内阻rn25的取值来一一对应确定soh的具体值；视其具体应用环境而定即可，均在本技术的保护范围内。
80.本实施例提供的该soh检测方法，通过步骤s101至s103来得到的电池内阻，是电池模块在实际应用时的真实内阻，能够避免现有技术中单体电池大量串并联对其循环次数的判断带来的较大误差；进而以这些电池内阻来代替现有技术中的循环次数，确定相应电池模块的soh，即可减小检测结果的误差；且能够保持输出功率稳定，不会影响客户体验。
81.在上一实施例的基础之上，优选的，其步骤s101中的控制过程，具体包括：控制储能系统内的至少两个dc/dc变换器，同时发生反向的功率变动；并保持直流母线上的功率不变。
82.对于有无光伏组串的储能系统，该步骤s101的具体执行过程可以有所不同；具体的，不论储能系统中有无光伏组串，该步骤s101均可以如图4a中所示，包括：
83.s301、控制至少一对电池模块的dc/dc变换器，同时发生一次绝对值相同且方向相反的功率变动。
84.以一对电池模块为例，假设执行步骤s301之前，电池模块j和电池模块k的功率均为p；则t0时刻执行步骤s301，参见图4b，电池模块j的功率调整为p-δp，而使电池模块k的功率调整为p δp；由于两者的功率变动是互补的，所以对于直流母线上的功率而言并无影响；因此，能在保持系统功率稳定的同时，完成对这一对电池模块的soh检测。
85.只不过在这一次功率变动之后，这一对电池模块的soc会出现一定偏差，因此，还应当对两者之间的soc偏差进行调整。也即，更为优选的，在步骤s301之后，该步骤s101中还包括：
86.s302、控制发生过功率变动的dc/dc变换器，均改变功率变动方向，再次同时发生一次绝对值相同且方向相反的功率变动，以保持各电池模块均衡运行。
87.参见图4c，t0时刻接收到soh检测指令，控制电池模块j的功率调整为p-δp，电池模块k的功率调整为p δp；等待一定时间，在t1时刻后控制电池模块j的功率调整为p δp，而电池模块k的功率调整为p-δp，再等待一定时间，在t2时刻后控制两者均恢复初始功率p。这样，既不会影响直流母线上的功率，又能保持各个电池模块之间的soc均衡。
88.值得说明的是，第一次功率变动所保持的时长t1-t0，实际上是非常短的，以至于其对于电池模块的soc影响可以忽略，所以图4b中所示的控制情况也是满足实际应用要求的。
89.另外，上述说明均以一对电池模块为例，实际应用中，可以偶数路dc/dc变换器同时交互进行，也可以实现上述效果。当然，基数路dc/dc变换器同时以不同功率变动来交互进行，虽然控制复杂，但也在本技术的保护范围内，只要时刻保持直流母线上的功率不变即可，均不会影响客户体验。
90.而对于图1b所示的有光伏组串的储能系统，该步骤s101具体可以包括：(1)控制光伏组串的dc/dc变换器进行一次输出功率的降低，并在预设时长之后，恢复正常输出功率。(2)在预设时长内，同时控制各电池模块的dc/dc变换器以相同的功率变动，填平光伏组串的输出功率所减少的部分。
91.该情况下，如图5a所示，全部电池模块能够同时进行soh检测，利于其soc保持一致；只不过这时，光伏组串的输出功率所减少的部分，也即全部光伏出力的变动δp
光伏
，会由各个电池模块来均分，则各电池模块的功率变动δp
电池
之和n*δp
电池
＝δp
光伏
，n为电池模块的个数。若光伏出力的变动δp
光伏
较小，则各电池模块的功率变动δp
电池
会更小，功率变动前后的电压变化和电流变化也会比较小，进而导致检测精度略低。
92.因此，实际应用中，该步骤s101也可以包括：(3)控制光伏组串的dc/dc变换器进行n次输出功率的降低，每次维持预设时长之后，恢复正常输出功率；n为电池模块的个数。(4)逐一控制各电池模块的dc/dc变换器，在相应预设时长内，填平光伏组串的输出功率所减少的部分。
93.该情况下，如图5b所示，n个电池模块(图5b中仅以两个电池模块j和k为例进行展示)逐一进行soh检测，能够提高检测精度，但是不能使各电池模块时刻保持相同的soc，不过鉴于每次功率变动所保持的时长均非常短，其对于电池模块soc的影响也可以忽略；且全部电池模块均完成soh检测之后，其功率会在不同时刻进行相同的变动，其soc还是会趋于一致。
94.值得说明的是，对于图4b和图5b所示的情况下，步骤s102均是直接检测每次功率变动前后的运行参数即可；而对于图4c所示情况而言，其步骤s102优选为：获取相应电池模块在其dc/dc变换器发生第二次功率变动前后的运行参数。
95.也即，第一次功率变动的一定时间之后，比如t1时刻，相应的电压电流较为稳定，可以读取一次电压、电流及温度，即(vk1,ik1,tk1)与(vj1,ij1,tj1)；然后进行第二次功率变动，再在一定时间之后，比如t2时刻，再读取一次电压、电流及温度，即(vk2,ik2,tk2)与(vj2,ij2,tj2)。这样，两次读取得到的参数，能够拉大电压和电流的变化，使计算得到的比值rn更为准确。
96.还值得说明的是，上述实施例在检测得到功率变动前后的电压电流之后，基于平均的概念计算电池内阻，进而可以得到实际应用时真实的电池内阻，来判断电池模块的soh。但是，由于磷酸铁锂电池的内阻在20％《soc《90％区间波动不大，而在其他区间内的波动会较大；因此，若在其他区间仍采用上述平均计算的过程，可能会造成一定的误差，此时，基于该运行参数还可以包括soc，该soh检测方法，如图6(以在图2的基础上为例进行展示)所示，其在步骤s102之后，还包括：
97.s401、判断相应dc/dc变换器发生功率变动前的soc是否处于预设范围内。
98.该预设范围可以是(20％，90％)，优选(60％，80％)。
99.若相应dc/dc变换器发生功率变动前的soc处于预设范围内，则执行步骤s103；若
相应dc/dc变换器发生功率变动前的soc不处于预设范围内，则执行步骤s402。
100.s402、根据相应soc，输出其在实际试验数据中所对应的电池内阻理论值，作为电池内阻。
101.实际试验时，能够得到电池模块的电池内阻与其soc之间存在一定的对应关系，因此，根据此时的soc，可以得到其电池内阻理论值，并以其作为执行步骤s104的电池内阻，能够减小检测误差。
102.由于储能系统的内部控制，其电池模块在大部分时间内的soc都会处于该预设范围内，所以本实施例通过检测相关数据，并基于平均的概念计算特定soc时段下的电池内阻，来判断电池模块的soh，其检测误差仍然具有优势。
103.本技术另一实施例还提供了一种储能系统，参见图1a，包括：控制器(图中未示出)、多个电池模块(如图1a中所示的battery 1和battery n)及其dc/dc变换器(如图1a中所示的dc/dc 1和dc/dc n)；其中：
104.各电池模块分别通过其对应的dc/dc变换器，连接直流母线。每个电池模块都要对应进行温度temp n、soc n、电压vrackn的采样。各dc/dc变换器为可双向运行的dc/dc，可以为含旁路的系统。
105.各dc/dc变换器均受控于控制器，该控制器用于执行如上述任一实施例所述的储能系统的soh检测方法。该soh检测方法的具体过程及原理参见上述实施例即可，此处不再一一赘述。
106.如图1b所示，该储能系统，还包括：至少一个光伏组串及其与直流母线之间的dc/dc变换器(如图1b中所示的dc/dc m)。
107.该储能系统一般会通过dc/ac变换器来连接电网和/或负载，具体可以借用光伏发电系统中的dc/ac变换器，或者，也可以自带一个dc/ac变换器；如图1a和图1b所示，dc/ac变换器的直流侧连接直流母线；dc/ac变换器的交流侧连接电网和/或负载；而且，实际应用中，该控制器可以为dc/ac变换器的内部控制器。
108.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
109.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
110.对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换
或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。