一种适合液流电池soc-ocv曲线标定的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及液流电池荷电状态S0C(state of charge)-开路电压0CV(open circuit voltage)曲线的标定，特别是一种基于工程实践进行液流电池 SOC-OCV曲线的标 定方法。
【背景技术】
[0002] 随着全球环境的急剧恶化和能源的日趋紧张，可再生能源发电的微电网形式将在 未来电力系统中扮演着越来越重要的角色。然而，可再生能源因其存在间歇性、波动性、随 机性等问题，供电质量低，难以并网或直接向用电设备提供稳定可靠的电能。为有效解决可 再生能源发电利用率不高、供电质量差等问题，将储能电池和可再生能源发电单元组合，形 成供需可控的独立电网，不仅能够实现孤网运行，还可以与电网进行并网，实现能量的双向 流动。
[0003] 可再生能源发电规模的增大，需要集成更大容量和更大功率的储能单元。而能够 实现规模化利用的储能设备主要包括物理储能和化学储能。物理储能单元，如抽水蓄能、压 缩空气储能等往往需要苛刻的地理条件和地质环境，在实际工程中往往无法满足。目前，适 宜规模化的化学储能主要包括铅酸电池、锂电池、钠硫电池和钒电池等等，前三类电池规模 化时都存在或多或少的问题，特别是需要较为苛刻的工作状态，否则会出现寿命短和安全 性等问题。因此，钒电池作为可规模化利用的储能单元因其环境友好、安全性高、全生命周 期成本低等优势，适宜作为可再生能源规模发电时的储能单元。
[0004] 虽然钒电池作为规模储能时优选的化学储能无需考虑单电池一致性等问题，但仍 需要实时检测和利用剩余容量去指导钒电池充放电控制策略，建立高效合理的钒电池管理 系统。其中，钒电池的荷电状态S0C(State of charge)估计精度是建立钒电池管理系统的 关键，目前针对钒电池的SOC估计多采用外接单电池的开路电压进行估计电池组的S0C，该 方法虽然能够实现对钒电池的SOC估计，但由于钒电池在运行时存在极化电压，采用单电 池的开路电压进行SOC估计时需要校正，否则误差较大，而且在建立SOC-OCV曲线时通常采 用线性，进一步增加了 SOC估计的误差。
[0005] 目前普通蓄能电池进行SOC估算的方法较多，能够在线检测的有AH法、神经网络 法、状态观测器法和卡尔曼滤波法等，在实际应用中，特别是电流波动严重时，基于模型的 卡尔曼滤波法用于估计SOC时效果较好，但该方法仍需要对SOC-OCV曲线进行标定。
[0006] 对钒电池电堆进行SOC-OCV曲线进行标定时需对钒电池电堆进行混合脉冲功率 性能测试（Hybrid Pulse Power Characterization，HPPC)。随着f凡电池电堆的功率不断 增大，用于标定SOC-OCV曲线的电池测试设备成本投入更高，很不适合工程实践，尤其是在 钒电池使用过程中需要对SOC-OCV曲线定期标定。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是，利用钒电池系统在实际工程中的应用条件，提出了一种适合液 流电池 SOC-OCV曲线标定的方法。
[0008] 本发明的技术方案是：适合液流电池（尤其是钒电池）SOC-OCV曲线标定的方法， 是基于钒电池 SOC的定义和能斯特方程，建立开路电压OCV (约等于电池电动势）与荷电状 态SOC的关系时发现：钒电池的SOC-OCV曲线仅与温度有关，与充电或放电及其电流大小无 关。因此可以采用普通负载而非严格的HPPC进行测试和校正SOC-OCV曲线。具体实施方 法是：
[0009] 1)按照恒流恒压充电方式将电池充满电，并对其进行放电，首先采用大电流放电， 比额定电流高，放电一段时间后停止放电，记录电压上升到趋于稳定的时间N分钟，则认为 在全SOC区间带不同负载时其极化时间为M = I. 5N分钟；
[0010] 2)进行SOC-OCV曲线标定实验时通常采用小电流放电，参考用于钒电池旋转热备 用工作时的负载大小选择小电流；
[0011] 3)室温下采用恒流恒压方式对钒电池进行充电，使电池处于满充状态，然后采用 上述的小电流放电，以电池管理系统记录放电电压、电流和时间等数据；
[0012] 4)将电池管理系统采集的放电数据，导入MATLAB进行处理，并对其放电能量十等 分，获取电池每放十分之一能量的时间点；
[0013] 5)再按照恒流恒压充电方式将电池充满，充满后断开充电电源，保持钒电池处于 旋转热备用状态M分钟后，记录其开路电压OCV tl;然后按照相同放电负载进行放电，并在
[0014] 4)计算的放出十分之一能量时间点断开负载，保持钒电池处于旋转热备用状态M 分钟后，记录其开路电压，以此类推，直到钒电池放电结束。
[0015] 6)再次将电池管理系统采集的放电数据进行分段处理，利用MATLAB中的 Simulink库搭建的模块，分别计算每段放电的能量ki;然后用每段放出的能量除以总的放 电能量，即每段放出能量的比，则有
【主权项】
1.适合液流电池（尤其是I凡电池）SOC-OCV曲线标定的方法，其特征是具体步骤是： 1) 按照恒流恒压充电方式将电池充满电，并对其进行放电，首先采用大电流放电，比额 定电流高，放电一段时间后停止放电，记录电压上升到趋于稳定的时间N分钟，则认为在全 SOC区间带不同负载时其极化时间为M = I. 5N分钟； 2) 进行SOC-OCV曲线标定实验时通常采用小电流放电，参考用于钒电池旋转热备用工 作时的负载大小选择小电流； 3) 室温下采用恒流恒压方式对钒电池进行充电，使电池处于满充状态，然后采用上述 的小电流放电，以电池管理系统记录放电电压、电流和时间等数据； 4) 将电池管理系统采集的放电数据，导入MATLAB进行处理，并对其放电能量十等分， 获取电池每放十分之一能量的时间点； 5) 再按照恒流恒压充电方式将电池充满，充满后断开充电电源，保持钒电池处于旋转 热备用状态M分钟后，记录其开路电压OCVtl;然后按照相同放电负载进行放电，并在步骤4) 计算的放出十分之一能量时间点断开负载，保持钒电池处于旋转热备用状态M分钟后，记 录其开路电压，以此类推，直到钒电池放电结束； 6) 再次将电池管理系统采集的放电数据进行分段处理，利用MATLAB中的Simulink库 搭建的模块，分别计算每段放电的能量ki ;然后用每段放出的能量除以总的放电能量，即 每段放出能量的比，则有SOCtl = 1:
7) 汇出表格得到SOC-OCV实验数据。
【专利摘要】适合液流电池SOC-OCV曲线标定的方法，1)按照恒流恒压充电方式将电池充满电，并对其进行放电，2)采用小电流放电，参考用于钒电池旋转热备用工作时的负载大小选择小电流；3)室温下采用恒流恒压方式对钒电池进行充电，使电池处于满充状态，然后采用上述的小电流放电，4)将电池管理系统采集的放电数据，导入MATLAB进行处理，并对其放电能量十等分，获取每放十分之一能量时间点；5)再按照恒流恒压充电方式将电池充满，充满后断开充电电源，保持钒电池处于旋转热备用状态M分钟后，记录其开路电压OCV0；6)再次将电池管理系统采集的放电数据进行分段处理，7)汇出表格得到SOC-OCV实验数据。
【IPC分类】G01R31-36
【公开号】CN104656030
【申请号】CN201510054596
【发明人】王金全, 方建华, 徐晔, 张海涛, 韩航星, 严鋆, 邵亚来, 刘松, 陈凯, 严豪杰
【申请人】王金全, 江苏镇安电力设备有限公司, 江苏镇安欣润电力科技有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月2日