一種基于充放電能量效率的釩電池動(dòng)態(tài)電池荷電狀態(tài)估算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種全釩液流電池 S0C (電池荷電狀態(tài))估算方法，主要應(yīng)用于直流微 電網(wǎng)中，將電池充電側(cè)能量通過效率關(guān)系映射到放電側(cè)來獲得電池靜態(tài)S0Cs，以基準(zhǔn)負(fù)載 放電容量作為基準(zhǔn)能量，根據(jù)靜態(tài)socdP不同負(fù)載下電池的放電容量估算電池的在此負(fù)載 下的動(dòng)態(tài)SOCd。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源與環(huán)境是當(dāng)今世界共同面臨的兩大難題，微電網(wǎng)的出現(xiàn)為解決這兩大難題提 供了新的思路。微電網(wǎng)是由分布式發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、負(fù)載及其相關(guān)的控制、保護(hù)設(shè)備等 組成的小容量供電系統(tǒng)。作為微電網(wǎng)的重要組成部分，儲(chǔ)能設(shè)備對(duì)于平抑微電網(wǎng)系統(tǒng)的功 率和能量波動(dòng)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可調(diào)度性，改善電能質(zhì)量等方面發(fā)揮著重要作用。全釩 液流電池以其以環(huán)境友好、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全可靠、可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模儲(chǔ)能等優(yōu)勢(shì)，得到了越來 越多的應(yīng)用。
[0003] S0C估算是電池管理系統(tǒng)研究的核心內(nèi)容之一，直接影響著電池的功率控制和能 量管理。S0C的研究需要能夠反映兩個(gè)方面的問題:①確定電池能否繼續(xù)工作，即靜態(tài)荷電 狀態(tài)SOCd^研究;②反映電池維持當(dāng)前工作狀態(tài)的時(shí)間，即動(dòng)態(tài)荷電狀態(tài)SOCd的研究。
[0004] 全釩液流電池應(yīng)用在微電網(wǎng)中，主要是平抑系統(tǒng)的功率和能量波動(dòng)，提高系統(tǒng)的 穩(wěn)定性和可調(diào)度性，在系統(tǒng)能量、功率多余時(shí)吸收多余的能量和功率，在系統(tǒng)能量、功率缺 失時(shí)填補(bǔ)系統(tǒng)的能量和功率缺額。因此，儲(chǔ)能設(shè)備總是處在充電或放電狀態(tài)，其研究也可以 分為充電和放電兩部分。目前對(duì)于放電部分的研究多采用恒流放電；而充電時(shí)多采用恒流 恒壓模式，采用恒流模式充電到一定的電壓，然后采用恒流模式進(jìn)行充電，直至電流下降到 一定值。在直流微電網(wǎng)中，電池工作時(shí)工況比較復(fù)雜，充電時(shí)電流是時(shí)刻變化的，而放電時(shí) 多需要接DC/DC，且充放電倍率、溫度、循環(huán)次數(shù)、電池的S0H等因素也會(huì)影響S0C估算的精 度，因此本發(fā)明提出的方法更適合微電網(wǎng)中電池的運(yùn)行工況。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0005] 本發(fā)明的目的是，根據(jù)釩電池在直流微電網(wǎng)中的應(yīng)用條件，提出了一種適合全釩 液流電池 S0C估算的方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是:基于充放電能量效率的釩電池動(dòng)態(tài)S0Cd估算方法，將電池 工作分為充電過程和放電過程，相應(yīng)的將電池能量分為充電側(cè)能量和放電側(cè)能量;通過不 同電流下電池的充放電效率將充電側(cè)能量映射為放電側(cè)能量，獲得電池靜態(tài)S0C s;以基準(zhǔn) 負(fù)載放電容量作為基準(zhǔn)能量，根據(jù)靜態(tài)S0Cs和不同負(fù)載下電池的放電容量估算電池的在此 負(fù)載下的動(dòng)態(tài)SOCd，具體步驟為：
[0007] (1)采用不同電流分別對(duì)電池進(jìn)行充電，獲得不同電流下電池的效率，進(jìn)而獲得電 池靜態(tài)SOCs;
[0008] 1)啟動(dòng)釩電池，使用充電器采用恒流恒壓模式對(duì)釩電池進(jìn)行充電，直至充滿，使釩 電池保持旋轉(zhuǎn)熱備用狀態(tài);靜置10分鐘，然后以參考負(fù)載進(jìn)行1C放電，直至達(dá)到放電截止條 件時(shí)停止放電，得到電池充電參考能量W?和放電參考能量Wdn。
[0009] 2)靜置10分鐘，然后分別以不同的電流0.1-1C共5-8個(gè)充電電流(如30A、40A、50A、 60A、70A、80A)進(jìn)行充電，當(dāng)電壓達(dá)到上限電流開始減小的瞬間停止充電，得到電池不同電 流下的充電能量W。;靜置10分鐘，然后以參考負(fù)載進(jìn)行1C放電，直至達(dá)到放電截止條件停止 放電，得到電池的不同電流下的放電能量Wd;
[0010] 3)用式（1)求得電池不同電流下電池的效率：
[0011]
(1)
[0012] 將不同電流下的電池效率n(i)擬合，得到不同電流下電池效率的函數(shù)：
[0013] n = f(i(t)) (2)
[0014] 4)計(jì)算得到單位時(shí)間內(nèi)電池充電能量為：
[0015] ffc(t)=u(t)i(t)At (3)
[0016] 映射到放電側(cè)為：
[0017] Wd(t) = f(i(t)) · u(t)i(t) Δ t (4)
[0018] 積分得一段時(shí)間內(nèi)電池充電過程中映射到放電側(cè)的能量為：
[0019]
:(..5)
[0020] 計(jì)算可得電池此時(shí)的靜態(tài)SOCs為：
[0021]
(6)
[0022] (2)采用不同負(fù)載對(duì)電池進(jìn)行放電，獲得不同負(fù)載可釋放能量相對(duì)參考負(fù)載的函 數(shù)關(guān)系，進(jìn)而獲得電池的動(dòng)態(tài)SOCd;
[0023] 1)啟動(dòng)釩電池，使用充電器采用恒流恒壓模式對(duì)釩電池進(jìn)行充電，直至充滿，使釩 電池保持旋轉(zhuǎn)熱備用狀態(tài)；
[0024] 2)靜置10分鐘，然后分別以不同的負(fù)載下以0.1-1C共5-8個(gè)放電電流（0.6kW、 1.2kW、1.8kW、2.4kW、3. OkW)進(jìn)行放電，直至達(dá)到放電截止條件時(shí)停止放電，獲得不同負(fù)載 的放電能量WdR ;將不同負(fù)載下的放電能量進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到不同負(fù)載下電池放電能量的 函數(shù)表達(dá)式f (R);
[0025] a)可通過式(7)計(jì)算獲得電池以負(fù)載R放電結(jié)束時(shí)電池的剩余能量：
[0026] ffR=ffdn-f(R) (7)
[0027] 根據(jù)電池靜態(tài)SOCs計(jì)算獲得電池當(dāng)前時(shí)刻儲(chǔ)存的能量：
[0028] ffr = ffdn · SOCs (8)
[0029] 然后，可以獲得電池當(dāng)前狀況時(shí)采用某一負(fù)載R放電時(shí)刻放出的能量：
[0030] Aff=ffr-ffR (9)
[0031 ] 可得電池此時(shí)以負(fù)載R放電時(shí)的動(dòng)態(tài)SOCd為：
[0032]
(10)
[0033] 本發(fā)明有益效果:本發(fā)明是適用于直流微電網(wǎng)中全釩液流電池 S0C估算方法，將電 池工作分為充電過程和放電過程，相應(yīng)的將電池能量分為充電側(cè)能量和放電側(cè)能量。通過 不同電流下電池的充放電效率將充電側(cè)能量映射為放電側(cè)能量，獲得電池靜態(tài)S0C s;以基 準(zhǔn)負(fù)載放電容量作為基準(zhǔn)能量，根據(jù)靜態(tài)socdP不同負(fù)載下電池的放電容量估算電池的在 此負(fù)載下的動(dòng)態(tài)SOCd。
【附圖說明】：
[0034] 圖1全釩液流電池測(cè)試平臺(tái)；
[0035]圖2靜態(tài)S0Cs估算結(jié)果；
[0036]圖3動(dòng)態(tài)SOCd估算結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】：
[0037] 全釩液流電池測(cè)試平臺(tái)如附圖1所示，電池采用與上海神力科技有限公司合作研 發(fā)的3kW/3kWh全釩液流電池，其電壓工作范圍為39-52V，放電截止電壓為39V。上位機(jī)檢測(cè) 與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電壓和電流的實(shí)時(shí)采集，采集精度分別為〇. IV和0.1AAC/DC變換 器采用上海穩(wěn)凱電源設(shè)備有限公司W(wǎng)YJ-3000W48V變換器，輸出電壓0-48V。負(fù)載為48V燈板， 包括規(guī)格為48V/60W的60個(gè)燈泡，通過開關(guān)直接并聯(lián)構(gòu)成。
[0038] 1、采用不同電流分別對(duì)電池進(jìn)行充電，獲得不同電流下電池的效率，進(jìn)而獲得電 池靜態(tài)SOCs。