對多個電池的剩余容量進行估計的方法

對多個電池的剩余容量進行估計的方法
【專利摘要】這是一種對連接至配電網絡(55)的多個電池(50)的剩余容量進行估計的方法。該方法包括以下步驟：基于所收集(20，25)的、確定這些電池中的每個電池的老化狀態的信息和/或基于與對這些電池的使用的計劃相關的信息和/或基于一個用戶指示，從所述多個電池(50)當中選擇(30，35)一個電池(50)，在能量儲存階段過程中，優先對所述選定的電池(50)進行充電直到達到取決于老化狀態的一個預先定義的最大電量水平，在能量去除階段過程中，如果它在儲能階段過程中達到了該最大電量水平的話，優先對所述選定的電池進行放電直到達到取決于老化狀態的一個預先定義的最小電量水平，然后測量所述選定的電池(50)所抽取的能量水平(EresChk)。
【專利說明】
對多個電池的剩余容量進行估計的方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于對多個連接的電池的剩余容量進行估計的方法。
[0002]不管電池類型如何都可以應用本發明。
【背景技術】
[0003]接多個電池來向配電網絡供電是已知的。具體地，電動車輛電池可以回收，從而用于固定環境中。由于這些電池不具有足夠的能量供車載使用，如電動車輛，它們從另一方面來說可以用于固定環境中，因為它們能夠儲存能量并根據需要在其他時間將其返回。
[0004]在本領域中，存在從US20120249048已知的一種用于管理自然發電站(例如，風力發電或光伏發電)的電池充電/放電確定裝置，該裝置包括在產生自然電能期間過程中儲存能量的能量儲存階段和在產生階段以外將這個能量返回的能量釋放階段。US 20120249048描述了使用隨時間而變化的電池狀態信息，尤其是電池的電量狀態、電池的老化狀態、以及當被充電或放電時電池的端子處的電壓或電流測量結果來控制電池貢獻。
[0005]已經觀察到的是，這種類型的裝置呈現出的缺點是并不特別準確并且未考慮對電池的實際可用能量進行估計所必需的所有元素。而且，它還涉及操作者為進行測量來估計電池的如其老化狀態的多種不同特點的周期性檢查干預。其結果是增加了被連接來向配電網絡供電的電池的工作成本(例如，員工和維護設備)，以及檢查操作過程中電池不可用的時期。

【發明內容】

[0006]在這種背景下，本發明的目的是克服上述缺陷中的至少一部分，尤其是優化操作成本。另一目的是保證向配電網絡供電的最小能量水平，提高檢查每個電池的剩余容量的精確度從而對電池實際可用的能量進行估計，以及考慮組件由于其老化造成的退化。另一目的是減少管理這些電池的剩余容量所需的設備。另一目的是減少與可能違背遵守指令來將這些電池保持在工作狀態、以及考慮電池的退化狀態相關的成本;換言之，目標是該方法在時間上的工作可靠性和安全性。最后，本發明旨在使該方法自動化并且避免需要將電池與其環境隔離開的重度手動干預。
[0007]所提出的方案在于該方法包括以下步驟:收集與多個物理量相關的信息，以便確定所述多個電池中的每個電池的老化狀態，
[0008]-基于所收集的信息和/或與這些電池的使用計劃相關的信息和/或一個用戶指令從所述多個電池中選擇一個電池，
[0009]-在該能量儲存階段過程中，優先對所述選定的電池進行充電，直到達到取決于老化狀態的一個預先定義的最大電量水平，
[0010]-在該能量釋放階段過程中，如果所述選定的電池在該儲能階段過程中已經達到該最大電量水平的話，優先對其進行放電直到達到取決于老化狀態的一個預先定義的最小電量水平，或者如果它還仍未達到該預先定義的最大電量水平的話，使所述電池失活，然后測量所述選定的電池產生的能量水平，
[0011]-基于對所述電池產生的該能量水平的測量結果計算所述選定的電池的剩余容量。
[0012]提供了本方案來克服上述問題。
[0013]測量產生的能量水平以及從這之后的剩余容量計算的步驟意味著可以優化能量儲存系統的工作成本，尤其是關于設備和維護成本。這些步驟提供用于考慮電池的老化狀態、這些電池的使用計劃(和/或用戶指令)來規律地檢查這多個彼此連接的電池的工作狀態。而且，這些步驟提供用于追蹤系統的工作退化以及試圖盡可能地對其進行補償。因此，這些步驟提供用于改善實現所述估計方法的系統的魯棒性。
[0014]在一個實施例中，該方法包括:在測量產生的能量水平的階段過程中，如果它仍然呈現大于所述預先定義的最小電量水平的電量狀態就使所述電池失活，同時系統被返回至儲能階段。
[0015]在一個實施例中，該方法包括:固定一個預先確定的放電功率值，以便在該釋放階段過程中對該選定的電池進行放電，所述選定的電池僅以這個預先確定的放電功率值來放電，如果該網絡需要小于所述放電功率值的供電功率值的話，該選定的電池停止放電。
[0016]在一個實施例中，該方法包括:
[0017]-還對所收集的與多個物理量有關的信息進行處理，以便檢測該電池中這些物理量的異常的存在，
[0018]-優先選擇呈現這些物理量的異常的電池來充電，與這些電池的使用計劃有關的該信息和/或該用戶指令則采取更低的優先級。
[0019]在一個實施例中，這些步驟被有規律地、優選周期性地觸發。
[0020]在一個實施例中，該方法由固定式儲能系統來實現。
[0021]在一個實施例中，該方法包括:將所述產生的能量水平與該選定的電池的做出保證的最小能量水平進行比較:
[0022]?如果產生的該能量水平大于或等于該做出保證的最小能量水平，則將容量不足的檢查計數器重置，
[0023].如果產生的該能量水平小于該保證的最小能量水平:
[0024]-則將該計數器增加一個單位，
[0025]-如果該計數器超過一個預先確定的閾值，則發送替換這個電池的信息，或增加該電池的充電結束電壓。
[0026]根據第二個目標，另一目的是一種用于對多個電池的剩余容量進行估計的系統，包括用于實施根據前述實施例中任意一個的方法的裝置。
[0027]根據第三個目標，還提出了一種包括上述系統的建筑物。
【附圖說明】
[0028]圖1示出了固定式儲能系統的示例架構。
【具體實施方式】
[0029]根據本發明，該方法包括將來自配電網絡55的能量儲存在多個電池50中的第一能量儲存階段，以及將該能量返回至該配電網絡55的第二能量釋放階段。該方法包括以下步驟:
[0030]-收集與多個物理量相關的信息，以便確定所述多個電池50當中的每個電池50的老化狀態，
[0031]-基于所收集的信息和/或與這些電池的使用計劃相關的信息和/或一個用戶指令從所述多個電池50中選擇一個電池50，
[0032]-在所述第一能量儲存階段，優先對所述選定的電池(50)充電，直到達到取決于老化狀態的一個預先定義的最大電量水平，
[0033]-在所述第二能量釋放階段，優先對所述選定電池進行放電直到達到一個預先定義的最小電量水平，或者如果它還未達到取決于老化狀態的該預先定義的最大電量水平的話，使所述電池失活，然后測量所述選定的電池(50)產生的能量水平EresChk。該方法可以另外包括以下步驟，在該步驟中，如果所述電池仍然呈現大于所述預先定義的最小電量水平的電量狀態必須使所述電池失活，同時系統被返回至儲能階段。
[0034]-基于對所述電池50產生的該能量水平Ereschk的測量結果計算該選定的電池50的剩余容量。
[0035]優選地，上文描述的這組步驟是由固定式儲能系統56實現的。
[0036]取決于其老化程度，電池50的性能水平在其使用過程中可以顯著地不同。固定式儲能系統56檢查此信息。
[0037]固定式儲能系統56的主要功能是對關于組成該多個電池50的每個電池50的狀態的信息實現管理，以使得該多個電池50能夠以其最大能量容量來使用。
[0038]該固定式儲能系統能夠收集與多個物理量有關的信息，以便確定電池的老化狀態。此信息可以是以下各項(非詳盡列表):
[0039]-電池多個不同點處的溫度，
[0040]-電池的總電壓和電流，
[0041]-電池的每個電池單元的電壓，
[0042]-電池的電量狀態，
[0043]-放電模式下的剩余可用能量，放電模式下的可用功率。
[0044]任何電池50都隨時間而退化，8卩，其總容量隨時間穩定地減小，這主要出于兩種原因:
[0045]-與電池的這些不同電量狀態下(0%和100%之間)和它所經歷過的溫度下的電池使用時間有關的日歷退化，
[0046]-與電池50的循環有關的、與電池50已經放出的能量有關的退化。
[0047]如圖1所示，用于多個電池50的剩余容量的固定式儲能系統56包括以下元件:
[0048]-電池50，
[0049]-電池監管系統51，
[0050]-固定式儲能控制系統52，
[0051]-充電器53，
[0052]-逆變器54。
[0053]這些元件組成了固定式儲能系統56。這個固定式儲能系統56連接至交流網絡55。
[0054]用于電池50的監管系統51執行對電池的多個物理量的獲取(溫度、這些電池單元中的每一個的電壓、電流等的測量結果)。這些物理量的目的尤其是確定電池50的老化狀態。用于電池50的監管系統51基于這些測量結果進行計算，以例如確定:
[0055]-這些電池單元的最小電壓VcellMin;
[0056]-指示充電是否被終止的第一二進制值fEClC=ISfEClC = O;
[0057]-電池50在不被損壞的情況下可以支持的充電功率PCHG，HVB或放電功率PDCHG,HVB;
[0058]-在電池5O的端子處測量的電壓Vhvb和電流IHVB;
[0059]-可從電池50獲得的能量的量Ehvb。
[0060]用于電池50的監管系統51將用于確定電池50的老化狀態的這些物理量傳達給固定式儲能控制系統52。
[0061]充電器53和逆變器54將可實現的功率(對應地，PBCdPPINV)傳達給固定式儲能控制系統52。
[0062]在一個實施例中，所收集的、與多個物理量有關從而確定電池的老化狀態的信息也被處理來檢測電池中這些物理量的異常的存在。然后，優先選擇呈現這些物理量異常的電池50來充電，與這些電池的使用計劃有關的信息和/或用戶指令采取更低的優先級。優選地，由固定式儲能控制系統56對此收集的信息進行處理。
[0063]這個固定式儲能控制系統52有從一定的能量限制。例如，固定式儲能控制系統52可以請求在峰值外的階段對電池50充電并且在高載荷的階段對其進行放電。
[0064]如圖1所示，固定式儲能控制系統52取決于它接收的信息并取決于其能量限制構建充電或放電指令。這些指令被發送給充電器53或逆變器54來實踐:電池50被充電或放電。
[0065]在服務條款的背景下，向客戶保證的最小能量水平是E2nd,MIN。這個程序的目的是檢查剩余容量EResChk相對于做出保證的最小能量水平E2nd,MIN是否足夠。如果情況不是這樣，有必要考慮或者修改固定式儲能控制系統52的行為從而保障做出保證的最小能量水平E2nd,MIN，例如通過進一步對電池50充電，或者將連接至該多個其他電池50的電池50換成另一個具有更高的剩余容量的電池50。
[0066]作為本發明的一部分，在此固定式儲能控制系統52執行感興趣的大部分計算。
[0067]因此，如果這些電池單元的最小電壓VCellMin大于或等于結束充電的電壓VCellEQC，指明對電池50的充電是否被終止的該第一二進制值等于fEQC2nd= I。在充電結束后對應于期望的電壓值的結束充電電壓VcellEQC:可以根據剩余容量檢查程序的結果調整電壓VcellEClC。根據電池50的老化狀態來確定其初始值，以便被充電的電池50(fE0C2nd= I)具有大于或等于E2nd,MIN的能量的量。
[0068]第二二進制值fEQDc2nd指明對電池50的放電終止;如果放電功率Pdchg小于或等于閾值，則 fEQDC2nd= I。
[0069]固定式儲能控制系統52可以限制其運行。更確切地，它可以禁止對這些電池50放電，而只能充電。它還可以禁止對這些電池進行充電，而只能放電。當然，固定式儲能控制系統52可以被配置成使得充電和放電都是可能的。這些選擇是根據配電網絡的狀態做出的。舉例來說，會存在建筑物需要額外電能貢獻的時期(該方法于是處于其第二釋放階段)。在這個背景下，本發明的貢獻使得這種額外電能貢獻成為可能。如果配電網絡為該建筑物供電過量，則該多個連接的電池50將處于其第一能量儲存階段。在這個背景下，禁止對該多個電池50充電或放電是有用的。
[0070]對每個電池的剩余容量檢查程序尤其是由四個步驟構成:
[0071]-觸發該程序，
[0072]-對該電池充電，直到獲得該第一二進制值(fEQC=l或fEQC2nd=l)，
[0073]-對該電池放電，直到獲得該第二二進制值fEQDC2nd=l。在放電過程中，測量被放電的能量的量Eresak(以kWh為單位)，
[0074]-相對于放電的結果調整該固定式儲能控制系統52的行為；例如，如果能量水平Ereschk小于電池50的做出保證的最小能量水平E2nd,MiN，就可以例如決定拋棄這個電池50。
[0075]若干機制已經就位來觸發剩余容量檢查過程:
[0076]-以下步驟是以確定的頻率規律地、優選周期性地觸發的:收集與多個物理量相關的信息從而確定所述多個電池50中的每個電池50的老化狀態的步驟;基于所收集的信息和/或與這些電池的使用計劃相關的信息和/或一個用戶指令從所述多個電池50中選擇一個電池50的步驟;在所述第一儲能階段優先對所述選定的電池50充電的步驟;在所述第二功能階段優先對所述選定電池進行放電的步驟;測量所述選定的電池50產生的能量水平Ereschk以及基于對所述電池產生的該能量水平Ereschk的測量結果計算該選定的電池50的剩余容量的步驟；
[0077]-以下步驟是通過用戶所給出的或傳達至所述固定式儲能系統56(優選地，固定式儲能控制系統52)的指令觸發的::收集與多個物理量相關的信息從而確定所述多個電池50中的每個電池50的老化狀態的步驟;基于所收集的信息和/或與這些電池的使用計劃相關的信息和/或一個用戶指令從所述多個電池50中選擇一個電池50的步驟;在所述第一儲能階段優先對所述選定的電池50充電的步驟;在所述第二功能階段優先對所述選定電池進行放電的步驟;測量所述選定的電池50產生的能量水平Ereschk以及基于對所述電池產生的該能量水平Ereschk的測量結果計算該選定的電池50的剩余容量的步驟;人類操作者則可以或者馬上或者在確定的時間給出觸發該過程的命令。
[0078]從所述多個電池50中選擇一個電池50是基于所收集的信息和/或與這些電池的使用計劃相關的信息來執行的，上述用戶指令可以被添加至該使用計劃中。“關于這些電池的使用計劃的信息”在此被理解為與順序有關的信息，該順序是獨立于關于其老化狀態的信息預先確定的且任意的或根據標準的，如電池的類型或電池的標稱容量。
[0079]當固定式儲能系統56由若干電池構成時，將會小心地一次在一個電池50上啟動該方法。想法是，通過請求系統56的其他電池50接管正在被檢查的電池50暫時(例如在第二供能階段過程中)不能承擔的工作，最大程度地維護系統56對用戶的可用性。
[0080]為了完成對有待檢查的電池50的充電，固定式儲能控制系統52利用了建筑物的需求是儲存能量的時間段。在這些條件下，在第一儲能階段過程中，經受容量檢查的電池50將(比整個系統的其他電池)具有優先權并且將利用增大其電量水平的順序(其中，固定式儲能控制系統52驅動電池的充電器)。
[0081 ]相反地，正在被充電并且未超過預先定義的最大電量水平的電池50在該第二供能階段將被保持失活，其中，用戶的需要是供應能量;然后將讓系統的其他電池50貢獻。這是本發明的關鍵元素。這就是為什么固定式儲能控制系統52會禁止電量水平小于預先定義的最大電量水平的電池放電的原因，并且確立了:
[0082]-放電功率Pdchg是零，
[0083]-Pchg,MiN = min(Pchg,LiM,Pchg,_,Pbcb)，其中，Pchg,min是取決于儲能系統的測量儀器精度的用于充電的最大可實現的功率;Poffi,HVB是電池在不被損壞的情況下可以支持的充電功率;Pbcb是充電器53的可實現的功率；
[0084]-PCHG,max=min(Pchg,HVB,Pbcb)，其中，Pchg,max是用于充電的最大可實現的功率；
[0085]-Echg = E2nd,MiN-E2nd，其中，Echc是用于充電的可用能量;E2nd是電池的可用能量；E2nd, MIN是電池的做出保證的最小能量水平；
[0086]-放電能量Edchg是零。
[0087]固定式儲能控制系統52還取決于其能量需要確立它發送至充電器53的充電指令。如果fEC)G2nd=l或fEC)G=l，這個步驟被終止。
[0088]關于有待檢查的電池50的放電，程序類似于用于充電的程序。具體地，固定式儲能控制系統52將利用用戶的需要是供應能量的第二供能階段來優先地占用經受過剩余容量檢查的電池50。
[0089]為了保證測量的可重復性和代表性，對所述電池50的放電功率增加了附加限制。該固定式儲能控制系統52固定一個預先確定的放電功率值，以便在放電階段過程中對該選定的電池50進行放電，所述選定的電池50僅在以這個預先確定的放電功率值來放電。優選地，該預先確定的放電功率值是最大放電功率值，如果所述網絡需要小于所述最大放電功率值的供電功率值的話，則該選定的電池50停止放電。供電功率對應于網絡對與其連接的電力設備供電所需的功率。在這些條件下，只有用戶的需要大于這個功率時才會允許所述電池50繼續放電。
[0090]在這個步驟過程中，固定式儲能控制系統52禁止充電并且確立了:
[0091]-Pdchg,MiN=min(Pdchg,HVB,Pinv)，其中，Pdchg,min是取決于儲能系統的測量儀器精度的用于放電的最小可實現的功率;Pdchg, HVB是電池50在不被損壞的情況下可以支持的放電功率;Pinv是逆變器54的可實現的功率；
[0092]-充電功率是零；
[0093]-Pdchg,MAx=min(Pdchg,HVB,Pinv)，其中，Pdchg,max是取決于儲能系統的測量儀器精度的用于放電的最大可實現的功率；
[0094]-充電能量Echg是零；
[0095]-放電能量Edchc等于電池的可用充電能量E2nd。
[0096]固定式儲能控制系統52還取決于其能量需要確立它發送至逆變器54的放電指令。為了保證放電測試的可重復性，固定式儲能控制系統52(優選地，固定式儲能控制系統56)增大最小放電功率，從而使得Pdchg, min = Pdchg,MAX。
[0097]每次需要能量允許它授權放電時，固定式儲能控制系統52都執行對電池50產生的能量EResChk的計數。如下計算產生的能量水平:
[0098]EResChk = 0.001./Vhvb.Ihvb.dt
[0099]Vhvb是電池放電的電壓。Ihvb是電池放電的強度。如果fecidc = I，這個步驟被終止。這些是在電池端子測量的電壓和電流值。
[0100]因此，在選定的電池被完全放電之后，固定式儲能系統計算選定的電池50產生的能量的水平EresChk。將產生的能量水平Ereschk與電池50的所述做出保證的最小能量水平E2nd, MIN進彳丁比較。
[0101]如果產生的能量水平Ereschk大于或等于電池50的做出保證的最小能量水平E2nd,MIN，配備有固定式儲能控制系統52的、包括容量不足的檢查計數器的固定式儲能系統56將這個計數器重置。
[0102]如果產生的能量水平Ereschk小于該電池50的該做出保障的最小能量水平:
[0103]-每次將產生的能量水平Eresα1k與該做出保障的最小能量水平E2nd,min進行比較時，計數器被增加一個單位；
[0104]-如果該計數器超過一個預先確定的閾值，則儲能系統52發送替換這個電池50的信息，和/或增加該電池50的充電結束電壓。
【主權項】
1.一種用于對連接至配電網絡(55)的多個電池(50)的剩余容量進行估計的方法，所述方法包括將來自該網絡(55)的能量儲存在該多個電池(50)中的一個儲能階段以及將該能量返回至該網絡(55)的一個釋放階段，該方法包括: -收集(20，25)與多個物理量相關的信息，以便確定所述多個電池(50)中的每個電池(50)的老化狀態， -基于所收集(20，25)的信息和/或與這些電池的使用計劃相關的信息和/或一個用戶指令從所述多個電池(50)中選擇(30，35) —個電池(50)， -在該能量儲存階段過程中，優先對所述選定的電池(50)充電，直到達到取決于老化狀態的一個預先定義的最大電量水平， -在該能量釋放階段過程中，如果所述選定的電池在該儲能階段過程中已經達到該最大電量水平的話，優先對其進行放電直到達到取決于老化狀態的一個預先定義的最小電量水平，或者如果它還仍未達到該預先定義的最大電量水平的話，使所述電池失活，然后測量所述選定的電池(50 )產生的能量水平(EresChk)， -基于對所述電池產生的該能量水平(Ere3schk)的測量結果計算所述選定的電池(50)的剩余容量。2.如權利要求1所述的估計方法，其特征在于，它包括:在測量產生的能量水平(Ere3schk)的階段過程中，如果它仍然呈現大于所述預先定義的最小電量水平的電量狀態就使所述電池失活，同時系統被返回至儲能階段。3.如以上權利要求中任意一項所述的估計方法，其特征在于，它包括固定一個預先確定的放電功率值，以便在該釋放階段過程中對該選定的電池(50)進行放電，所述選定的電池(50)僅以這個預先確定的放電功率值來放電，如果該網絡(55)需要小于所述放電功率值的供電功率值的話，該選定的電池(50)停止放電。4.如以上權利要求中任一項所述的估計方法，其特征在于，它包括: -還對所收集的與多個物理量有關的信息進行處理，以便檢測該電池中這些物理量的異常的存在， -優先選擇呈現這些物理量的異常的電池(50)來充電，與這些電池的使用計劃有關的該信息和/或該用戶指令則采取更低的優先級。5.如以上權利要求中任何一項所述的估計方法，其特征在于，這些步驟被有規律地、優選周期性地觸發。6.如以上權利要求中任一項所述的估計方法，其特征在于，它由固定式儲能系統實現。7.如權利要求5所述的估計方法，其特征在于，它包括將所述產生的能量水平(Ere3schk)與該選定的電池(50 )的做出保證的最小能量水平(E2nd’MIN)進行比較: ?如果產生的該能量水平大于或等于該做出保證的最小能量水平，則將容量不足的檢查計數器重置， ?如果產生的該能量水平小于該保證的最小能量水平: -則將該計數器增加一個單位， -如果該計數器超過一個預先確定的閾值，則發送替換這個電池(50)的信息，或增加該電池(50)的充電結束電壓。8.—種用于對多個電池(50)的剩余容量進行估計的系統，包括用于實施如以上權利要求中任一項所述的方法的裝置。9.一種包括如權利要求8所述的系統的建筑物。
【文檔編號】G01R31/36GK105934682SQ201480073851
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2014年12月9日
【發明人】Y·沙扎爾, C·尚特雷爾, D-H·蒂恩, P·圖桑, M·烏姆勞斯基
【申請人】雷諾兩合公司