一種適合液流電池soc-ocv曲線標(biāo)定的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及液流電池荷電狀態(tài)S0C(state of charge)-開路電壓0CV(open circuit voltage)曲線的標(biāo)定，特別是一種基于工程實踐進行液流電池 SOC-OCV曲線的標(biāo) 定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球環(huán)境的急劇惡化和能源的日趨緊張，可再生能源發(fā)電的微電網(wǎng)形式將在 未來電力系統(tǒng)中扮演著越來越重要的角色。然而，可再生能源因其存在間歇性、波動性、隨 機性等問題，供電質(zhì)量低，難以并網(wǎng)或直接向用電設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的電能。為有效解決可 再生能源發(fā)電利用率不高、供電質(zhì)量差等問題，將儲能電池和可再生能源發(fā)電單元組合，形 成供需可控的獨立電網(wǎng)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)孤網(wǎng)運行，還可以與電網(wǎng)進行并網(wǎng)，實現(xiàn)能量的雙向 流動。
[0003] 可再生能源發(fā)電規(guī)模的增大，需要集成更大容量和更大功率的儲能單元。而能夠 實現(xiàn)規(guī)?；玫膬δ茉O(shè)備主要包括物理儲能和化學(xué)儲能。物理儲能單元，如抽水蓄能、壓 縮空氣儲能等往往需要苛刻的地理條件和地質(zhì)環(huán)境，在實際工程中往往無法滿足。目前，適 宜規(guī)?；幕瘜W(xué)儲能主要包括鉛酸電池、鋰電池、鈉硫電池和釩電池等等，前三類電池規(guī)模 化時都存在或多或少的問題，特別是需要較為苛刻的工作狀態(tài)，否則會出現(xiàn)壽命短和安全 性等問題。因此，釩電池作為可規(guī)模化利用的儲能單元因其環(huán)境友好、安全性高、全生命周 期成本低等優(yōu)勢，適宜作為可再生能源規(guī)模發(fā)電時的儲能單元。
[0004] 雖然釩電池作為規(guī)模儲能時優(yōu)選的化學(xué)儲能無需考慮單電池一致性等問題，但仍 需要實時檢測和利用剩余容量去指導(dǎo)釩電池充放電控制策略，建立高效合理的釩電池管理 系統(tǒng)。其中，釩電池的荷電狀態(tài)S0C(State of charge)估計精度是建立釩電池管理系統(tǒng)的 關(guān)鍵，目前針對釩電池的SOC估計多采用外接單電池的開路電壓進行估計電池組的S0C，該 方法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)對釩電池的SOC估計，但由于釩電池在運行時存在極化電壓，采用單電 池的開路電壓進行SOC估計時需要校正，否則誤差較大，而且在建立SOC-OCV曲線時通常采 用線性，進一步增加了 SOC估計的誤差。
[0005] 目前普通蓄能電池進行SOC估算的方法較多，能夠在線檢測的有AH法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 法、狀態(tài)觀測器法和卡爾曼濾波法等，在實際應(yīng)用中，特別是電流波動嚴重時，基于模型的 卡爾曼濾波法用于估計SOC時效果較好，但該方法仍需要對SOC-OCV曲線進行標(biāo)定。
[0006] 對釩電池電堆進行SOC-OCV曲線進行標(biāo)定時需對釩電池電堆進行混合脈沖功率 性能測試（Hybrid Pulse Power Characterization，HPPC)。隨著f凡電池電堆的功率不斷 增大，用于標(biāo)定SOC-OCV曲線的電池測試設(shè)備成本投入更高，很不適合工程實踐，尤其是在 釩電池使用過程中需要對SOC-OCV曲線定期標(biāo)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是，利用釩電池系統(tǒng)在實際工程中的應(yīng)用條件，提出了一種適合液 流電池 SOC-OCV曲線標(biāo)定的方法。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：適合液流電池（尤其是釩電池）SOC-OCV曲線標(biāo)定的方法， 是基于釩電池 SOC的定義和能斯特方程，建立開路電壓OCV (約等于電池電動勢）與荷電狀 態(tài)SOC的關(guān)系時發(fā)現(xiàn)：釩電池的SOC-OCV曲線僅與溫度有關(guān)，與充電或放電及其電流大小無 關(guān)。因此可以采用普通負載而非嚴格的HPPC進行測試和校正SOC-OCV曲線。具體實施方 法是：
[0009] 1)按照恒流恒壓充電方式將電池充滿電，并對其進行放電，首先采用大電流放電， 比額定電流高，放電一段時間后停止放電，記錄電壓上升到趨于穩(wěn)定的時間N分鐘，則認為 在全SOC區(qū)間帶不同負載時其極化時間為M = I. 5N分鐘；
[0010] 2)進行SOC-OCV曲線標(biāo)定實驗時通常采用小電流放電，參考用于釩電池旋轉(zhuǎn)熱備 用工作時的負載大小選擇小電流；
[0011] 3)室溫下采用恒流恒壓方式對釩電池進行充電，使電池處于滿充狀態(tài)，然后采用 上述的小電流放電，以電池管理系統(tǒng)記錄放電電壓、電流和時間等數(shù)據(jù)；
[0012] 4)將電池管理系統(tǒng)采集的放電數(shù)據(jù)，導(dǎo)入MATLAB進行處理，并對其放電能量十等 分，獲取電池每放十分之一能量的時間點；
[0013] 5)再按照恒流恒壓充電方式將電池充滿，充滿后斷開充電電源，保持釩電池處于 旋轉(zhuǎn)熱備用狀態(tài)M分鐘后，記錄其開路電壓OCV tl;然后按照相同放電負載進行放電，并在
[0014] 4)計算的放出十分之一能量時間點斷開負載，保持釩電池處于旋轉(zhuǎn)熱備用狀態(tài)M 分鐘后，記錄其開路電壓，以此類推，直到釩電池放電結(jié)束。
[0015] 6)再次將電池管理系統(tǒng)采集的放電數(shù)據(jù)進行分段處理，利用MATLAB中的 Simulink庫搭建的模塊，分別計算每段放電的能量ki;然后用每段放出的能量除以總的放 電能量，即每段放出能量的比，則有
【主權(quán)項】
1.適合液流電池（尤其是I凡電池）SOC-OCV曲線標(biāo)定的方法，其特征是具體步驟是： 1) 按照恒流恒壓充電方式將電池充滿電，并對其進行放電，首先采用大電流放電，比額 定電流高，放電一段時間后停止放電，記錄電壓上升到趨于穩(wěn)定的時間N分鐘，則認為在全 SOC區(qū)間帶不同負載時其極化時間為M = I. 5N分鐘； 2) 進行SOC-OCV曲線標(biāo)定實驗時通常采用小電流放電，參考用于釩電池旋轉(zhuǎn)熱備用工 作時的負載大小選擇小電流； 3) 室溫下采用恒流恒壓方式對釩電池進行充電，使電池處于滿充狀態(tài)，然后采用上述 的小電流放電，以電池管理系統(tǒng)記錄放電電壓、電流和時間等數(shù)據(jù)； 4) 將電池管理系統(tǒng)采集的放電數(shù)據(jù)，導(dǎo)入MATLAB進行處理，并對其放電能量十等分， 獲取電池每放十分之一能量的時間點； 5) 再按照恒流恒壓充電方式將電池充滿，充滿后斷開充電電源，保持釩電池處于旋轉(zhuǎn) 熱備用狀態(tài)M分鐘后，記錄其開路電壓OCVtl;然后按照相同放電負載進行放電，并在步驟4) 計算的放出十分之一能量時間點斷開負載，保持釩電池處于旋轉(zhuǎn)熱備用狀態(tài)M分鐘后，記 錄其開路電壓，以此類推，直到釩電池放電結(jié)束； 6) 再次將電池管理系統(tǒng)采集的放電數(shù)據(jù)進行分段處理，利用MATLAB中的Simulink庫 搭建的模塊，分別計算每段放電的能量ki ;然后用每段放出的能量除以總的放電能量，即 每段放出能量的比，則有SOCtl = 1:
7) 匯出表格得到SOC-OCV實驗數(shù)據(jù)。
【專利摘要】適合液流電池SOC-OCV曲線標(biāo)定的方法，1)按照恒流恒壓充電方式將電池充滿電，并對其進行放電，2)采用小電流放電，參考用于釩電池旋轉(zhuǎn)熱備用工作時的負載大小選擇小電流；3)室溫下采用恒流恒壓方式對釩電池進行充電，使電池處于滿充狀態(tài)，然后采用上述的小電流放電，4)將電池管理系統(tǒng)采集的放電數(shù)據(jù)，導(dǎo)入MATLAB進行處理，并對其放電能量十等分，獲取每放十分之一能量時間點；5)再按照恒流恒壓充電方式將電池充滿，充滿后斷開充電電源，保持釩電池處于旋轉(zhuǎn)熱備用狀態(tài)M分鐘后，記錄其開路電壓OCV0；6)再次將電池管理系統(tǒng)采集的放電數(shù)據(jù)進行分段處理，7)匯出表格得到SOC-OCV實驗數(shù)據(jù)。
【IPC分類】G01R31-36
【公開號】CN104656030
【申請?zhí)枴緾N201510054596
【發(fā)明人】王金全, 方建華, 徐曄, 張海濤, 韓航星, 嚴鋆, 邵亞來, 劉松, 陳凱, 嚴豪杰
【申請人】王金全, 江蘇鎮(zhèn)安電力設(shè)備有限公司, 江蘇鎮(zhèn)安欣潤電力科技有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月2日