一种磷酸铁锂电池储能系统SOC估算方法与流程

一种磷酸铁锂电池储能系统soc估算方法
技术领域
1.本发明属于新能源与节能技术领域，具体涉及一种磷酸铁锂电池储能系统soc估算方法。


背景技术：

2.当前我国储能市场稳步扩容，电化学储能份额增长明显，其中锂电池储能规模占比超九成。锂电池的优势十分明显，其能量密度和效率很高，响应快速，但目前成本较高，随着锂电池制造成本的快速下降，电化学储能的需求也不断增加，将有望逐步取代抽水蓄能的市场份额。这就要求电池管理系统需要准确进行soc估算，如果soc估算偏差过大,会导致电池过充或过放,不仅影响电池的寿命,而且存在安全风险。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种磷酸铁锂电池储能系统soc估算方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种磷酸铁锂电池储能系统soc估算方法，包括如下步骤：
5.s1：通过对磷酸铁锂电池进行放电测试，利用开路电压法预估soc初值；
6.s2：考虑电池老化因素与温度因素的影响，利用修正后的安时积分法预测soc变化；
7.s3：结合步骤s1与步骤s2的估算方法，综合估算储能系统的soc值。
8.优选的，步骤s1中，将电池放置在25℃恒温环境中，恒流放电前静置30分钟，放电过程分为50段，每次放电电量为0.02倍的电池额度容量，且每次放电后静置30分钟，待电压稳定后记录开路电压值；利用高次多项式拟合实验所得离散数据，得到开路电压与soc的函数关系式；
9.高次多项式公式为：
10.u＝a0·
socn+a1·
soc
n-1
+a2·
soc
n-2
+
…
++a
n-1
·
soc+an(n≥5)。
11.优选的，步骤s2中，安时积分法不考虑其他因素的影响，只考虑电池的输入与输出时，其表达式为：
[0012][0013]
上式中，i(t)为电流充放电的瞬时电流，放电时大于0，充电时小于0。
[0014]
优选的，步骤s2中，老化程度因素修正：
[0015]
利用内阻变化规律来估算电池的老化系数k，表达式为：
[0016][0017]
其中，r0为电池初始内阻，r为电池的实时内阻，r
t
为电池的老化内阻；
[0018]
则老化修正后的安时积分公式为：
[0019][0020]
优选的，步骤s2中，温度因素修正；
[0021]
电池温度与电池容量的经验公式如下所示：
[0022]qt
＝q
25
·
[1+m
t
·
(t-25)]
[0023]
其中，q
t
为温度t时对应的电池容量，q
25
为温度是25℃时对应的电池容量，即额定容量，m
t
为温度系数，一般取0.006～0.008。
[0024]
令k
t
＝[1+m
t
·
(t-25)]-1
，则最终修正后soc的估算公式为：
[0025][0026]
优选的，步骤s3中，当系统处于待机状态时，根据开路电压法，确定系统的初始soc值，并测得电池的内阻等参数；当系统处于工作状态时，利用修正后的安时积分法实时估算电池的soc值。
[0027]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：综合考虑了电池老化因素与温度因素的影响，提出修正后的安时积分法估算电池soc；
[0028]
当系统处于待机状态时，根据开路电压法，确定系统的初始soc值；当系统处于工作状态时，利用修正后的安时积分法实时估算电池的soc值；如此即可更加准确估算电池的soc值，为电池安全提供了保障。
附图说明
[0029]
图1是本发明soc估算流程图；
[0030]
图2是本发明某soc-u曲线的多项式拟合曲线图。
具体实施方式
[0031]
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。
[0032]
请参阅图1至图2，本发明提供一种技术方案：一种磷酸铁锂电池储能系统soc估算方法，包括如下步骤：
[0033]
s1：通过对磷酸铁锂电池进行放电测试，利用开路电压法预估soc初值；
[0034]
本实施例中，优选的，步骤s1中，将电池放置在25℃恒温环境中，恒流放电前静置30分钟，放电过程分为50段，每次放电电量为0.02倍的电池额度容量，且每次放电后静置30分钟，待电压稳定后记录开路电压值。利用高次多项式拟合实验所得离散数据，得到开路电压与soc的函数关系式。
[0035]
高次多项式公式为：
[0036]
u＝a0·
socn+a1·
soc
n-1
+a2·
soc
n-2
+
…
++a
n-1
·
soc+an(n≥5)
[0037]
如图2是某soc-u曲线的多项式拟合，通过对比几个拟合曲线，可取拟合程度更好
的那一个，在一定程度上，可以提高soc初值估算的准确度；
[0038]
环境温度对soc-u曲线影响较小，因此在工程应用中可以忽略不计。通过soc-u函数对应关系，可以计算出任意soc下电池的开路电压，制成soc-u二维对应表，根据电压查表确定电池静态soc值；
[0039]
s2：考虑电池老化因素与温度因素的影响，利用修正后的安时积分法预测soc变化；
[0040]
步骤s2中，传统的安时积分法不考虑其他因素的影响，只考虑电池的输入与输出，其表达式为：
[0041][0042]
上式中，i(t)为电流充放电的瞬时电流，放电时大于0，充电时小于0。此方法只考虑了电流的大小，没有考虑外部环境变化和工作状态变化对soc估算的影响。
[0043]
在电池的使用过程中，随着使用时间和循环次数的增加，电池逐渐老化，额定容量越来越小，若按照恒定容量来估算，soc的估计误差会越来越大。此外，温度会影响电化学反应过程，电池的充放电过程实际上是电池内部物质的电化学反应，因此温度的变化也会影响电池的实际可用容量。因此，为了减少估算误差，需要对这些方面的影响加以考虑，从而修正算法。
[0044]
(1)老化程度因素修正：
[0045]
随着电池的使用，电池的老化是不可避免且不可逆的。电池的老化会影响电池soc的估算，因此在soc估算时需要对老化系数k进行修正。
[0046]
研究表明，随着锂电池的老化，其内阻也会随之有规律地变化，故可利用这一规律来估算电池的老化系数k，表达式为：
[0047][0048]
其中，r0为电池初始内阻，r为电池的实时内阻，r
t
为电池的老化内阻。这三个参数均可由实验测得，但实时内阻只能在电池于静止状态测得，工作时的测量误差偏大。
[0049]
则老化修正后的安时积分公式为：
[0050][0051]
(2)温度因素修正：
[0052]
环境温度对soc估算影响较大，电池内部材料的活性随着温度的变化而变化，从而影响电池内部离子的迁移和电池的容量。描述电池温度与电池容量的经验公式如下所示：
[0053]qt
＝q
25
·
[1+m
t
·
(t-25)]
[0054]
其中，q
t
为温度t时对应的电池容量，q
25
为温度是25℃时对应的电池容量，即额定容量，m
t
为温度系数，一般取0.006～0.008。
[0055]
令则最终修正后soc的估算公式为：
[0056][0057]
s3：结合步骤s1与步骤s2的估算方法，综合估算储能系统的soc值；
[0058]
本实施例中，优选的，步骤s3中，电池soc综合估算流程如图1所示，当系统处于待机状态时，根据开路电压法，确定系统的初始soc值，并测得电池的内阻等参数；当系统处于工作状态时，利用修正后的安时积分法实时估算电池的soc值。
[0059]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种磷酸铁锂电池储能系统soc估算方法，其特征在于：包括如下步骤：s1：通过对磷酸铁锂电池进行放电测试，利用开路电压法预估soc初值；s2：考虑电池老化因素与温度因素的影响，利用修正后的安时积分法预测soc变化；s3：结合步骤s1与步骤s2的估算方法，综合估算储能系统的soc值。2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池储能系统soc估算方法，其特征在于：步骤s1中，将电池放置在25℃恒温环境中，恒流放电前静置30分钟，放电过程分为50段，每次放电电量为0.02倍的电池额度容量，且每次放电后静置30分钟，待电压稳定后记录开路电压值；利用高次多项式拟合实验所得离散数据，得到开路电压与soc的函数关系式；高次多项式公式为：u＝a0·
soc
n
+a1·
soc
n-1
+a2·
soc
n-2
+
…
++a
n-1
·
soc+a
n
(n≥5)。3.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池储能系统soc估算方法，其特征在于：步骤s2中，安时积分法不考虑其他因素的影响，只考虑电池的输入与输出时，其表达式为：上式中，i(t)为电流充放电的瞬时电流，放电时大于0，充电时小于0。4.根据权利要求3所述的一种磷酸铁锂电池储能系统soc估算方法，其特征在于：步骤s2中，老化程度因素修正：利用内阻变化规律来估算电池的老化系数k，表达式为：其中，r0为电池初始内阻，r为电池的实时内阻，r
t
为电池的老化内阻；则老化修正后的安时积分公式为：5.根据权利要求4所述的一种磷酸铁锂电池储能系统soc估算方法，其特征在于：步骤s2中，温度因素修正；电池温度与电池容量的经验公式如下所示：q
t
＝q
25
·
[1+m
t
·
(t-25)]其中，q
t
为温度t时对应的电池容量，q
25
为温度是25℃时对应的电池容量，即额定容量，m
t
为温度系数，一般取0.006～0.008。令k
t
＝[1+m
t
·
(t-25)]-1
，则最终修正后soc的估算公式为：6.根据权利要求5所述的一种磷酸铁锂电池储能系统soc估算方法，其特征在于：步骤s3中，当系统处于待机状态时，根据开路电压法，确定系统的初始soc值，并测得电池的内阻等参数；当系统处于工作状态时，利用修正后的安时积分法实时估算电池的soc值。

技术总结
本发明公开了一种磷酸铁锂电池储能系统SOC估算方法，S1：通过对磷酸铁锂电池进行放电测试，利用开路电压法预估SOC初值；S2：考虑电池老化因素与温度因素的影响，利用修正后的安时积分法预测SOC变化；S3：结合步骤S1与步骤S2的估算方法，综合估算储能系统的SOC值；综合考虑了电池老化因素与温度因素的影响，提出修正后的安时积分法估算电池SOC；当系统处于待机状态时，根据开路电压法，确定系统的初始SOC值；当系统处于工作状态时，利用修正后的安时积分法实时估算电池的SOC值；如此即可更加准确估算电池的SOC值，为电池安全提供了保障。为电池安全提供了保障。为电池安全提供了保障。


技术研发人员：狄小涛 游鹏
受保护的技术使用者：南京泓凯动力系统科技有限公司
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/10/15