[发明专利]一种用于储能电站的电池组可用容量修复方法

摘要

本发明涉及一种用于储能电站的电池组可用容量修复方法，属于电网电池储能技术领域。本方法以电池单体在恒定功率下的充放电电压序列为基础，建立电压与剩余能量的对应关系，并依此将电池组在全充全放结束前时刻的各电池单体电压映射为剩余能量，进而以可用容量最小的电池为参照，对其余电池进行单独的充电或放电，以实现电池组可用容量最大化修复，增加电池组的可充放电能量，延长电池组的使用寿命，提高储能电站的经济效益。

主权项

一种用于储能电站的电池组可用容量修复方法，其特征在于，该修复方法包括以下步骤：(1)设储能电站的电池组由N个电池单体串联形成，电池组的额定充放电功率为P，则每个电池单体的额定充放电功率P/N，在电池单体成组前，从所有的电池单体中随机抽取n个电池单体分别进行充放电，充放电的步骤如下：(1‑1)对n个电池单体分别以恒定功率P/N充电，直至n个电池单体的电压分别达到用户设定的电池单体电压上限值u_cmax；(1‑2)对步骤(1‑1)中的n个电池单体以恒定功率P/N放电，直至n个电池单体的电压分别达到用户设定的电池单体电压下限值u_dmin，以5秒为周期，记录放电过程的电池单体电压值，将放电过程的电压记录数据组成一个数组，记为U_dr|k＝{u_dr|k‑1,u_dr|k‑2,…,u_dr|k‑ldk}，其中，dr表示放电过程的记录数据，k表示电池单体的序号，k＝1～n，u_dr|k‑1表示放电过程的第k个电池单体的第1个记录数据，u_dr|k‑ldk表示放电过程的第k个电池单体的第ldk个记录数据，ldk等于放电过程的第k个电池单体的数组长度，并将放电过程的第k个电池单体的累计放电能量，记为E_dr|k(k＝1～n)；(1‑3)对步骤(1‑2)中的n个电池单体以恒定功率P/N充电，直至n个电池单体的电压分别达到步骤(1‑1)中的用户设定的电池单体电压上限值u_cmax，以5秒为周期记录充电过程的电池单体电压值，将该电池单体电压值组成一个一维数组，记为U_cr|k＝{u_cr|k‑1,u_cr|k‑2,…,u_cr|k‑lck}，其中，cr表示放电过程的记录数据，k表示电池单体的序号，k＝1～n，u_cr|k‑1表示充电过程的第k个电池的第1个记录数据，u_cr|k‑lck表示充电过程的第k个电池的第lck个记录数据，lck等于充电过程的第k个电池的数组长度，并将充电过程的第k个电池单体的累计充电能量记为E_cr|k，k＝1～n；(1‑4)对步骤(1‑3)中的n个电池单体以恒定功率P/N放电，直至n个电池单体电压分别达到步骤(1‑2)中的用户设定的电池单体电压下限值u_dmin；(2)建立一个长度为步骤(1‑2)中的ldk的递减等差数列A_dk＝{100,100‑d_dk,…,d_dk,0}，其中，d_dk为公差，d_dk＝100/(ldk‑1)，并建立一个长度为101的递增等差数列SOC_l＝101＝{0,1,2,…,100}，以数列A_dk为自变量，以上述步骤(1‑2)中的放电过程的电压记录数据数组U_dr|k为因变量，采用线性插值法，分别计算SOC_l＝101中每一个元素对应的值，得到n个长度为101的一维数组U_dr|k’＝{u_dr|k‑0’,u_dr|k‑1’,…,u_dr|k‑100’}，k＝1～n，求n个一维数组U_dr|k’中各对应元素的平均值，得到长度为101的放电过程的平均电压记录数据数组U_dr＝{u_dr0,u_dr1,…,u_dr100}，并计算步骤(1‑2)中的E_dr|k的平均值E_dr，k＝1～n；(3)建立一个长度为步骤(1‑3)中的lck的递增等差数列A_ck，A_ck＝{0,d_ck,2d_ck,…,100‑d_ck,100}，其中，d_ck为公差，d_ck＝100/(lck‑1)，以数列A_ck为自变量，以上述步骤(1‑3)中的充电过程的电压记录数据数组U_cr|k为因变量，采用线性插值法，分别计算步骤(2)中的SOC_l＝101中每一个元素对应的值，得到n个长度为101的一维数组U_cr|k’＝{u_cr|k‑0’,u_cr|k‑1’,…,u_cr|k‑100’}，k＝1～n，求n个一维数组U_cr|k’中各对应元素的平均值，得到长度为101的充电过程的平均电压记录数据数组U_cr＝{u_cr0,u_cr1,…,u_cr100}，并计算步骤(1‑3)中的E_cr|k的平均值E_cr，k＝1～n；(4)由步骤(1)中的N个电池单体串联形成的电池组以恒定功率P充电，直至N个电池单体中出现一个电池单体的电压达到步骤(1‑1)中用户设定的电池单体电压上限值u_cmax，电池组截止充电，记录充电截止时刻的电池组中N个电池单体的电压值U_c＝{u_c1,u_c2,…,u_cN}；(5)使步骤(4)的充电后的电池组以恒定功率P放电，直至N个电池单体中出现一个电池单体的电压达到步骤(1‑2)用户设定的电池单体电压下限值u_dmin，电池组截止放电，记录放电截止时刻的电池组中N个电池单体的电压值U_d＝{u_d1,u_d2,…,u_dN}，并记录放电过程电池组所放出的电能，记为E；(6)以步骤(3)中的长度为101的充电过程的平均电压记录数据数组U_cr为自变量，以步骤(2)中的SOC_l＝101为因变量，采用线性插值法，计算步骤(4)中的充电截止时刻电池组中的N个电池单体电压值U_c中每一个元素对应的值，得到充电截止时刻电池组中N个电池单体的SOC值SOC_c，SOC_c＝{SOC_c1,SOC_c2,…,SOC_cN}；(7)以步骤(2)中的长度为101的放电过程的平均电压记录数据数组U_dr为自变量，以步骤(2)中的SOC_l＝101为因变量，采用线性插值法，计算步骤(5)中的放电截止时刻电池组中N个电池单体电压值U_d中每一个元素对应的值，得到放电截止时刻的电池组中N个电池单体的SOC值SOC_d，SOC_d＝{SOC_d1,SOC_d2,…,SOC_dN}；(8)将步骤(6)中的充电截止时刻电池组中的N个电池单体的SOC值SOC_c减去步骤(7)中放电截止时刻的电池组中N个电池单体的SOC值SOC_d，将差值记为ΔSOC，计算ΔSOC的最大值ΔSOC_max，以及与该最大值ΔSOC_max相对应的电池单体序号l，1≤l≤N，电池单体l在数组SOC_c中的值为SOC_cl，在数组SOC_d中的值为SOC_dl；(9)使上述步骤(5)的电池组以恒定功率P充电，电池组充电的电能为步骤(5)中放电过程电池组所放出的电能E的一半，即E/2；(10)对上述步骤(6)中的充电截止时刻电池组中N个电池单体的SOC值SOC_c中的SOC_ck进行判断，k＝1～N，若SOC_ck大于上述步骤(8)中的SOC_cl，则对电池单体k进行单独放电，放电功率为P/N，放出的电能为(SOC_ck‑SOC_cl)/100*E_cr，其中E_cr为步骤(3)中的计算值，若SOC_ck小于或等于上述步骤(8)中的SOC_cl，则停止电池单体k的单独放电；对上述步骤(7)中的放电截止时刻电池组中N个电池单体SOC值SOC_d中的SOC_dk进行判断，若SOC_dk小于步骤(8)中的SOC_dl，则对电池单体k进行单独充电，充电功率为P/N，放出的电能为(SOC_dl‑SOC_dk)/100*E_dr，其中E_dr为步骤(2)中的计算值，若SOC_dk小于或等于步骤(8)中的SOC_dl，则停止电池单体k的单独充电。