[發明專利]一種適合液流電池SOC-OCV曲線標定的方法

有效

• 申請號: 201510054596.8
• 申請日: 2015-02-02
• 公開（公告）號: CN104656030B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）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（專利權）人: 王金全;江蘇鎮安電力設備有限公司;江蘇鎮安欣潤電力科技有限公司
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 陳建和

技術領域

本發明涉及液流電池荷電狀態SOC(state of charge)-開路電壓OCV(open circuit voltage)曲線的標定，特別是一種基于工程實踐進行液流電池SOC-OCV曲線的標定方法。

背景技術

隨著全球環境的急劇惡化和能源的日趨緊張，可再生能源發電的微電網形式將在未來電力系統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，供電質量低，難以并網或直接向用電設備提供穩定可靠的電能。為有效解決可再生能源發電利用率不高、供電質量差等問題，將儲能電池和可再生能源發電單元組合，形成供需可控的獨立電網，不僅能夠實現孤網運行，還可以與電網進行并網，實現能量的雙向流動。

可再生能源發電規模的增大，需要集成更大容量和更大功率的儲能單元。而能夠實現規模化利用的儲能設備主要包括物理儲能和化學儲能。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環境，在實際工程中往往無法滿足。目前，適宜規模化的化學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，否則會出現壽命短和安全性等問題。因此，釩電池作為可規模化利用的儲能單元因其環境友好、安全性高、全生命周期成本低等優勢，適宜作為可再生能源規模發電時的儲能單元。

雖然釩電池作為規模儲能時優選的化學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釩電池充放電控制策略，建立高效合理的釩電池管理系統。其中，釩電池的荷電狀態SOC(State of charge)估計精度是建立釩電池管理系統的關鍵，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SOC，該方法雖然能夠實現對釩電池的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。

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、神經網絡法、狀態觀測器法和卡爾曼濾波法等，在實際應用中，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曲線進行標定。

對釩電池電堆進行SOC-OCV曲線進行標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)。隨著釩電池電堆的功率不斷增大，用于標定SOC-OCV曲線的電池測試設備成本投入更高，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曲線定期標定。

發明內容

本發明的目的是,利用釩電池系統在實際工程中的應用條件，提出了一種適合液流電池SOC-OCV曲線標定的方法。

本發明的技術方案是：適合液流電池(尤其是釩電池)SOC-OCV曲線標定的方法,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SOC的關系時發現：釩電池的SOC-OCV曲線僅與溫度有關，與充電或放電及其電流大小無關。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：

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定的時間N分鐘,則認為在全SOC區間帶不同負載時其極化時間為M＝1.5N分鐘；

2)進行SOC-OCV曲線標定實驗時通常采用小電流放電，參考用于釩電池旋轉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，然后采用上述的小電流放電，以電池管理系統記錄放電電壓、電流和時間等數據；

4)將電池管理系統采集的放電數據，導入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熱備用狀態M分鐘后，記錄其開路電壓OCV₀；然后按照相同放電負載進行放電，并在

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熱備用狀態M分鐘后，記錄其開路電壓，以此類推，直到釩電池放電結束。