一种储能电池状态评价方法、装置、电子设备及存储系统
技术领域
本发明涉及锂离子电池检测
技术领域
，具体而言，涉及一种储能电池状态评价方法、装置、电子设备及存储系统。背景技术
截止到2020年年底，在各类电化学储能技术中，锂离子电池的累计装机量最大，达2.9GW，且未来几年仍将保持一个高速增长的态势，电化学储能系统中电池数量多、规模大、使用工况复杂，对储能电池的安全和寿命特性都有很高的要求。
锂电池的老化是一个长期渐变的过程，电池的健康状态受温度、电流倍率、截止电压等多种因素影响。健康状态（SOH）是锂离子电池安全性和稳定性的重要指标，其准确预测是电池管理系统运行的前提和关键技术之一，对电网安全和延长电池使用寿命至关重要，一直以来是研究的热点和难点问题。
中国专利公开第CN107505575A号，公开一种退役动力电池的快速评估方法，利用电池在稳定电流充电过程中的数据，采用容量、内阻、功率、自放电率等数据融合的方法估计电池的健康状态，过程较为复杂，需要较长静置时间，且无法对电站中运行电池进行实时有效评估，不适合工程实际应用。
现有技术中，还有利用定义法进行电池健康状态（SOH）计算。SOH的定义一般为电池当前最大可用容量除以电池标称容量。在电池标称容量已知的条件下，只需得到电池当前时刻的最大可用容量，就可以计算得到电池的SOH，因此可以将电池从满电状态放电到截止电压，这个过程放出的容量就是电池当前时刻的最大可用容量。
然而定义法实用性差，必须对电池进行完整的充放电后才能得到此时电池的最大可用电量，储能系统中电池数量多，不仅时间成本高，测试成本也高；利用定义法进行电池健康状态计算，需将储能系统停机，影响整个系统的运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种储能电池状态评价方法、装置、电子设备及存储系统，以解决现有评估方法准确性低、耗时长、成本高的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种储能电池状态评价方法，包括以下步骤：
获取储能电池历史数据；
根据储能电池历史数据，获得储能电池工作累计损耗△Q；以及获得储能电池搁置累计损耗Qloss (t)；
计算出每一时刻温度对电池状态影响的温度加权系数β；将温度加权系数β与工作累计损耗△Q和搁置累计损耗Qloss (t)耦合，获得储能电池的健康状态SOH。
本发明进一步的改进在于：所述储能电池历史数据包括：电流、电压、温度和时间。
本发明进一步的改进在于：所述根据储能电池历史数据，获得储能电池工作累计损耗△Q的步骤，具体包括：
根据储能电池的电流、电压、温度和时间，通过建立的耦合关系得出储能电池工作累计损耗△Q：
△t为选取运行数据时间间隔；
V为△t时刻内储能电池平均电压；
I为△t时刻内储能电池平均电流。
本发明进一步的改进在于：所述根据储能电池历史数据，获得储能电池搁置累计损耗Qloss (t)的步骤，具体包括：
建立搁置时间与电池日历寿命间的耦合机制，计算搁置累计损耗Qloss (t)：
α为第一经验系数，取值为10-4-10-2；
t为储能电池搁置时间；
z为第二经验系数，取值为0.1-1。
本发明进一步的改进在于：温度加权系数β的计算公式为：
a为第一拟合系数，取值为0.9-1.1；
b为第二拟合系数，取值为10-6-10-2；
k为第三拟合系数，取值为10-3-0.5；
T为此时刻温度。
本发明进一步的改进在于：所述将温度加权系数β与工作累计损耗△Q和搁置累计损耗Qloss (t)耦合，获得储能电池的健康状态SOH的步骤，健康状态SOH的计算公式为：
其中，△t为选取运行数据时间间隔；
V为△t时刻内储能电池平均电压；
I为△t时刻内储能电池平均电流。
第二方面，本发明提供一种储能电池状态评价方法，包括以下步骤：
对储能电池的健康状态进行标定，获得标定的健康状态SOH1；
获取储能电池标定后继续运行的历史数据；
根据储能电池历史数据，获得储能电池工作累计损耗△Q；以及获得储能电池搁置累计损耗Qloss (t)；
计算出每一时刻温度对电池状态影响的温度加权系数β；将温度加权系数β与工作累计损耗△Q和搁置累计损耗Qloss (t)耦合，获得储能电池的健康状态SOH。
本发明进一步的改进在于：所述储能电池历史数据包括：电流、电压、温度和时间。
本发明进一步的改进在于：所述根据储能电池历史数据，获得储能电池工作累计损耗△Q的步骤，具体包括：
根据储能电池的电流、电压、温度、运行时间，通过建立的耦合关系得出电池工作累计损耗△Q：
△t为选取运行数据时间间隔；
V为△t时刻内储能电池平均电压；
I为△t时刻内储能电池平均电流。
本发明进一步的改进在于：所述根据储能电池历史数据，获得储能电池搁置累计损耗Qloss (t)的步骤，具体包括：
建立搁置时间与电池日历寿命间的耦合机制，计算搁置累计损耗Qloss (t)：
α为第一经验系数，取值为10-4-10-2；
t为储能电池搁置时间；
z为第二经验系数，取值为0.1-1。
本发明进一步的改进在于：温度加权系数β的计算公式为：
a为第一拟合系数，取值为0.9-1.1；
b为第二拟合系数，取值为10-6-10-2；
k为第三拟合系数，取值为10-3-0.5；
T为此时刻温度。
本发明进一步的改进在于：所述将温度加权系数β与工作累计损耗△Q和搁置累计损耗Qloss (t)耦合，获得储能电池的健康状态SOH的步骤，健康状态SOH的计算公式为：
其中，△t为选取运行数据时间间隔；
V为△t时刻内储能电池平均电压；
I为△t时刻内储能电池平均电流。
第三方面，本发明提供一种储能电池状态评价装置，包括：
获取模块，用于获取储能电池历史数据；
耗确定模块，用于根据储能电池历史数据，获得储能电池工作累计损耗△Q；以及获得储能电池搁置累计损耗Qloss (t)；
健康状态确定模块，用于计算出每一时刻温度对电池状态影响的温度加权系数β；将温度加权系数β与工作累计损耗△Q和搁置累计损耗Qloss (t)耦合，获得储能电池的健康状态SOH。
本发明进一步的改进在于：所述储能电池历史数据包括：电流、电压、温度和时间。
本发明进一步的改进在于：工作累计损耗△Q的计算公式为：
△t为选取运行数据时间间隔；
V为△t时刻内储能电池平均电压；
I为△t时刻内储能电池平均电流。
本发明进一步的改进在于：搁置累计损耗Qloss (t)的计算公式为：
α为第一经验系数，取值为10-4-10-2；
t为储能电池搁置时间；
z为第二经验系数，取值为0.1-1。
本发明进一步的改进在于：温度加权系数β的计算公式为：
a为第一拟合系数，取值为0.9-1.1；
b为第二拟合系数，取值为10-6-10-2；
k为第三拟合系数，取值为10-3-0.5；
T为此时刻温度。
本发明进一步的改进在于：健康状态SOH的计算公式为：
其中，△t为选取运行数据时间间隔；
V为△t时刻内储能电池平均电压；
I为△t时刻内储能电池平均电流。
第四方面，本发明提供另一种储能电池状态评价装置，包括：
标定模块，用于对储能电池的健康状态进行标定，获得标定的健康状态SOH1；
获取模块，用于获取储能电池历史数据；
损耗确定模块，用于根据储能电池历史数据，获得储能电池工作累计损耗△Q；以及获得储能电池搁置累计损耗Qloss (t)；
健康状态确定模块，用于计算出每一时刻温度对电池状态影响的温度加权系数β；将温度加权系数β与工作累计损耗△Q和搁置累计损耗Qloss (t)耦合，获得储能电池的健康状态SOH。
本发明进一步的改进在于：所述储能电池历史数据包括：电流、电压、温度和时间。
本发明进一步的改进在于：储能电池工作累计损耗△Q的计算公式为：
△t为选取运行数据时间间隔；
V为△t时刻内储能电池平均电压；
I为△t时刻内储能电池平均电流。
本发明进一步的改进在于：储能电池搁置累计损耗Qloss (t)的计算公式为：
α为第一经验系数，取值为10-4-10-2；
t为储能电池搁置时间；
z为第二经验系数，取值为0.1-1。
本发明进一步的改进在于：温度加权系数β的计算公式为：
a为第一拟合系数，取值为0.9-1.1；
b为第二拟合系数，取值为10-6-10-2；
k为第三拟合系数，取值为10-3-0.5；
T为此时刻温度。
本发明进一步的改进在于：所述将温度加权系数β与工作累计损耗△Q和搁置累计损耗Qloss (t)耦合，获得储能电池的健康状态SOH的步骤，健康状态SOH的计算公式为：
其中，△t为选取运行数据时间间隔；
V为△t时刻内储能电池平均电压；
I为△t时刻内储能电池平均电流。
第五方面，本发明提供一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序以实现所述的一种储能电池状态评价方法。
第六方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有至少一个指令，所述至少一个指令被处理器执行时实现所述的一种储能电池状态评价方法。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种储能电池状态评价方法、装置、电子设备及存储系统，针对真实储能电站数据类型、颗粒度情况，通过对电池数据的分析处理及计算，结合工作和搁置两种应用情境下的不同评估方法，并加权耦合了温度参量，综合建立储能系统中锂离子电池状态评价方法，可评估到电芯单体级别，解决了常规电池状态评价方法准确性低、耗时长、成本高的难题；此外本发明所用参数普遍易得，实用性强；评估时储能系统无需停机，可实时得出评估结果及运维策略。为在老化过程中电池状态发生变化后，均衡策略变差或失效提供解决方案。
本发明对电池组均衡策略的调整提供技术支撑，同时，也能提高储能电站海量电池管理水平，准确把握电池在线响应特性，为储能系统长期安全运行提供技术保障，推迟电池退役时间，减少更换电池次数，降低公司运营成本。与现有技术相比，准确性更高，实时性更强，普适性更高，可以推广到多种体系的电池。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1一种储能电池状态评价方法的流程示意图；
图2为本发明实施例2一种储能电池状态评价方法的流程示意图；
图3为本发明实施例3一种储能电池状态评价装置的结构框图；
图4为本发明实施例4一种储能电池状态评价装置的结构框图；
图5为本发明一种电子设备的结构框图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
电池在实际运行中工作状态和搁置状态交替存在，且在储能工况下存在有较多、较长时间的搁置过程，然而现有评估方法通常忽略了搁置时电池的损耗。考虑到电池工作和静置时具有不同的衰退机制，本发明分别建立两种衰退机制下的电池状态评估方法，通过判断、提取、计算两种状态下电站数据的时间、温度、电压、电流参数数据，结合两种方法对电池进行状态评估，并建立不同时刻温度参量对电池状态加权耦合机制，更符合电池的实际特性，提高了评估的准确性。
针对真实储能电站数据类型、颗粒度等情况，基于运行数据对电池状态进行评估，可以分为以下两种情况。
实施例1
请参阅图1所示，在电池历史数据清晰完整的情况下，本发明一种储能电池状态评价方法，包括以下步骤：
S1、获取储能电池历史数据，提取历史数据中电池工作时的参数：电流、电压、时间（运行时间和搁置时间）和温度；
S2、通过建立的耦合关系得出电池工作累计损耗能量△Q；
△t为选取运行数据时间间隔；储能电站的历史数据通常是1min或几秒钟上传一次数据，这个△t就是这个上传数据间隔。历史数据颗粒度不同，△t也不同。上传的数据中，电流如果为0，则可以判断这个△t时间内为电池搁置，如果电流不为0，则可以判断这个△t时间内为电池运行；
V为△t时刻内平均电压；
I为△t时刻内平均电流；
建立搁置时间与电池日历寿命间的耦合机制，清洗、提取电池搁置时的参数，计算搁置累计损耗Qloss (t)；
α为第一经验系数，取值为（10-4-10-2）间某一值；
t为储能电池搁置时间；
z为第二经验系数，取值为（0.1-1）间某一值；
S3、最后确定温度参数对不同情境下电池衰退的影响程度，计算出每一时刻温度对电池状态影响的温度加权系数β，计算方法如下：
a为第一拟合系数，取值为（0.9-1.1）间某一值；
b为第二拟合系数，取值为（10-6-10-2）间某一值；
k为第三拟合系数，取值为（10-3-0.5）间某一值；
e为自然常数，为数学中一个常数，其值约为2.718281828459045。
T为此时刻温度。
将温度加权系数β耦合进工作累计损耗△Q和搁置累计损耗Qloss (t)全周期计算过程中，综合得出此时刻电池的健康状态：
此后可实时调取运行数据，更新电池的健康状态SOH，并根据SOH给出具体运维策略。根据SOH给出具体运维策略为本领域常规技术手段，在此不予赘述。
采用本发明方法处理了某一新建储能电站真实历史数据，验证了方法的可行性。现有储能电站电池管理系统通常只有电池簇的整簇SOH值，且通常搁置时间损耗不计入评估过程，数值变化不可信（此电站数据没有电池单体SOH估算数据），无法准确找到高风险电池，增加了运维成本和安全风险。通过本发明方法实现了对储能系统整簇224支电池单体的SOH准确评估，可以实时评估监控到电池单体，并给出相应的运维策略。实现储能系统的精准化、智能化运维及预警。
实施例2
第二种是在电池历史数据缺失、颗粒度低等情况下，首先对电池当前状态进行标定，获得标定的健康状态SOH1；并根据最终计算的具体SOH给出具体运维策略。
常规的标定SOH方法是完全充放电，得到现有容量，与电池出厂容量相除得出SOH。本实施例的标定方法可以采用常规法或快速阻抗测试法；首先标定现SOH，再通过上述方法实时得出后续SOH变化情况。
请参阅图2所示，实施例2一种储能电池状态评价方法，包括以下步骤：
S0、对储能电池的健康状态进行标定，获得标定的健康状态SOH1；
S1、获取储能电池标定后继续运行的历史数据；
S2、根据储能电池历史数据，获得储能电池工作累计损耗△Q；以及获得储能电池搁置累计损耗Qloss (t)；
S3、计算出每一时刻温度对电池状态影响的温度加权系数β；将温度加权系数β与工作累计损耗△Q和搁置累计损耗Qloss (t)耦合，获得储能电池的健康状态SOH。
与实施例1不同之处在于，增加了一个对储能电池的健康状态进行标定，获得标定的健康状态SOH1的步骤，同时获得储能电池的健康状态SOH的公式是根据下式计算的：
其中，△t为选取运行数据时间间隔；
V为△t时刻内储能电池平均电压；
I为△t时刻内储能电池平均电流。
实施例3
请参阅图3所示，本发明还提供一种储能电池状态评价装置，包括：
获取模块，用于获取储能电池历史数据；所述储能电池历史数据包括：电流、电压、温度、运行时间和搁置时间；
损耗确定模块，用于根据储能电池历史数据，获得储能电池工作累计损耗△Q；电池工作累计损耗△Q的计算公式为：
△t为选取运行数据时间间隔；
V为△t时刻内储能电池平均电压；
I为△t时刻内储能电池平均电流；
以及获得储能电池搁置累计损耗Qloss (t)；搁置累计损耗Qloss (t)的计算公式为：
α为第一经验系数，取值为10-4-10-2；
t为储能电池搁置时间；
z为第二经验系数，取值为0.1-1；
健康状态确定模块，用于计算出每一时刻温度对电池状态影响的温度加权系数β；将温度加权系数β与工作累计损耗△Q和搁置累计损耗Qloss (t)耦合，获得储能电池的健康状态SOH；
其中，温度加权系数β的计算公式为：
a为第一拟合系数，取值为0.9-1.1；
b为第二拟合系数，取值为10-6-10-2；
k为第三拟合系数，取值为10-3-0.5；
T为此时刻温度；
健康状态SOH的计算公式为：
其中，△t为选取运行数据时间间隔；
V为△t时刻内储能电池平均电压；
I为△t时刻内储能电池平均电流。
实施例4
请参阅图4所示，本发明还提供一种储能电池状态评价装置，包括：
标定模块，用于对储能电池的健康状态进行标定，获得标定的健康状态SOH1；
获取模块，用于获取储能电池历史数据；所述储能电池历史数据包括：电流、电压、温度、运行时间和搁置时间；
损耗确定模块，用于根据储能电池历史数据，获得储能电池工作累计损耗△Q；电池工作累计损耗△Q的计算公式为：
△t为选取运行数据时间间隔；
V为△t时刻内储能电池平均电压；
I为△t时刻内储能电池平均电流；
以及获得储能电池搁置累计损耗Qloss (t)；搁置累计损耗Qloss (t)的计算公式为：
α为第一经验系数，取值为10-4-10-2；
t为储能电池搁置时间；
z为第二经验系数，取值为0.1-1；
健康状态确定模块，用于计算出每一时刻温度对电池状态影响的温度加权系数β；将温度加权系数β与工作累计损耗△Q和搁置累计损耗Qloss (t)耦合，获得储能电池的健康状态SOH；
其中，温度加权系数β的计算公式为：
a为第一拟合系数，取值为0.9-1.1；
b为第二拟合系数，取值为10-6-10-2；
k为第三拟合系数，取值为10-3-0.5；
T为此时刻温度；
健康状态SOH的计算公式为：
其中，△t为选取运行数据时间间隔；
V为△t时刻内储能电池平均电压；
I为△t时刻内储能电池平均电流。
实施例5
请参阅图5所示，本发明还提供一种储能电池状态评价方法的电子设备100；所述电子设备100包括存储器101、至少一个处理器102、存储在所述存储器101中并可在所述至少一个处理器102上运行的计算机程序103及至少一条通讯总线104。
存储器101可用于存储所述计算机程序103，所述处理器102通过运行或执行存储在所述存储器101内的计算机程序，以及调用存储在存储器101内的数据，实现实施例1至2中任一个所述的一种储能电池状态评价方法的方法步骤。所述存储器101可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据电子设备100的使用所创建的数据等。此外，存储器101可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。
所述至少一个处理器102可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。处理器102可以是微处理器或者该处理器102也可以是任何常规的处理器等，所述处理器102是所述电子设备100的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电子设备100的各个部分。
所述电子设备100中的所述存储器101存储多个指令以实现一种储能电池状态评价方法，所述处理器102可执行所述多个指令从而实现：
获取储能电池历史数据；
根据储能电池历史数据，获得储能电池工作累计损耗△Q；以及获得储能电池搁置累计损耗Qloss (t)；
计算出每一时刻温度对电池状态影响的温度加权系数β；将温度加权系数β与工作累计损耗△Q和搁置累计损耗Qloss (t)耦合，获得储能电池的健康状态SOH。
具体地，所述处理器102对上述指令的具体实现方法可参考实施例1或2中相关步骤的描述，在此不赘述。
实施例6
所述电子设备100集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器及只读存储器(ROM，Read-Only Memory)。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
