评估电池安全状态的技术方法.pdf
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1、(19)国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202210628695.2 (22)申请日 2022.06.06 (71)申请人 北京西清能源科技有限公司 地址 100083 北京市顺义区龙湾屯镇府前 街13号东楼472 (72)发明人 梁惠施周奎赵嘉莘史梓男 林俊孙爱春贡晓旭胡东辰 杨一飞 (74)专利代理机构 北京一枝笔知识产权代理事 务所(普通合伙) 11791 专利代理师 张庆瑞 (51)Int.Cl. G01R 31/367(2019.01) G01R 31/392(2019.01) (54)发明名称 一种评估电池安全状态的技术。
2、方法 (57)摘要 本发明属于评估电池安全技术领域， 尤其是 一种评估电池安全状态的技术方法， 其包括以下 步骤： S1： 基于电池安全状态与滥用程度成反比 的事实， 将电池安全状态表述为滥用程度函数的 倒数； S2： 并根据电池接受的滥用边界值得出电 池安全状态函数中的参数； S3： 对储能系统中每 个电池组定义一个安全状态子函数， 将这些子函 数连乘在一起， 得到整个储能系统的电池安全状 态值。 本发明定义的电池安全状态评估函数通过 多个子函数来反映各种滥用情况对电池安全风 险的影响， 其中每个子函数分别描述一种特定的 滥用情况， 具有一个或多个变量， 包括电压、 温度 或机械变形等可以被。
3、传感器检测或被计算出来 的量。 权利要求书2页 说明书5页 CN 115792623 A 2023.03.14 CN 115792623 A 1.一种评估电池安全状态的技术方法， 其特征在于， 包括以下步骤： S1： 基于电池安全状态与滥用程度成反比的事实， 将电池安全状态表述为滥用程度函 数的倒数； S2： 并根据电池接受的滥用边界值得出电池安全状态函数中的参数； S3： 对储能系统中每个电池组定义一个安全状态子函数， 将这些子函数连乘在一起， 得 到整个储能系统的电池安全状态值。 2.根据权利要求1所述的一种评估电池安全状态的技术方法， 其特征在于， 所述S1中， 根 据电 池 安 全 状。
4、 态 与 滥 用 程 度 成 反 比 的 事 实 ， 电 池 安 全 状 态 可 以 表 示 为 ： 其中fSOS表示电池的安全状态， fabuse表示电池滥用情况的程度， x表示电池的各种状态 量和外部控制变量。 3.根据权利要求2所述的一种评估电池安全状态的技术方法， 其特征在于， 所述S1中， 将SOS限制在合理的工作值， 将其数值范围定义在(01)， 其分为以下两种情况： 第一， 滥用程度的绝对值无穷大时， 电池安全的值趋近于0， 即完全不安全； 第二， 滥用不存在或为0时， 安全的值为1， 即完全安全； 上述可用公式表示为： 其中h(x)表示滥用函数， 可以取任意值， m和d是常数；。
5、 此处采用二次函数的倒数来计算 SOS值， 是为了引入两个控制常数m和d， 用来控制曲线的形状和衰减速率。 4.根据权利要求1所述的一种评估电池安全状态的技术方法， 其特征在于， 所述S2中， 电池容量只能达到初始容量的80或0.8 时， 就被认定为达到寿命终点， 而在正常情况下， 容量为100或1.0； 因此， 使用0.8作为电池可接受的滥用边界值； 表示为： 从而求出m和d的值为：dh(x100)； 其中， x100和x80表示电池在容量为100和80时的状态量的值； 此时安全状态函数可以表示为： 5.根据权利要求4所述的一种评估电池安全状态的技术方法， 其特征在于， 所述S2中， 用代 。
6、替 0 .8 代 表 电 池 的 滥 用 边 界 ， 此 时 电 池 的 安 全 状 态 函 数 可 以 表 示 为 6.根据权利要求5所述的一种评估电池安全状态的技术方法， 其特征在于， 所述电池安 全状态函数还可以通过其他概率分布函数进行改进， 从而增强该函数的普适性； 用该函数 表示连续随机变量的柯西分布函数的另一种形式： 权利要求书 1/2 页 2 CN 115792623 A 2 其中x0为位置参数， 为尺度参数， 通过与电池安全状态函数进行比较可以得知， 1， m 2。 7.根据权利要求1所述的一种评估电池安全状态的技术方法， 其特征在于， 所述S3中， 在公式中滥用函数h(x)考。
7、虑所有可能影响储能系统电池安全状态的变量； 对于电池组k， 可定义子函数其中xk表示第k个电池 组的状态变量和与该滥用相关的控制变量， xk, 和xk,100表示对应的安全边界。 8.根据权利要求7所述的一种评估电池安全状态的技术方法， 其特征在于， 所述S3中， fk (xk)作为fSOS(x)的一个子函数， 将它与其它这样的子函数通过乘积连接在一起时， 可表示 整个储能系统电池安全状态的特征值， 如下所示： fSOS(x)f1(x1)f2(x2).fn(xn)， 其中n表示子函数的个数。 权利要求书 2/2 页 3 CN 115792623 A 3 一种评估电池安全状态的技术方法 技术领域。
8、 0001 本发明涉及评估电池安全技术领域， 尤其涉及一种评估电池安全状态的技术方 法。 背景技术 0002 为缓解能源短缺与环境污染的双重危机， 国家大力发展新能源产业。 但由于太阳 能、 风能具有间歇性、 波动性大等特点， 新能源的大量接入会对电网供电的稳定性和安全性 造成影响。 而储能系统作为以新能源为主体的新型电力系统的重要组成部分， 可以通过削 峰填谷、 功率平抑等提高电力系统对新能源的消纳能力。 近年来， 随着电池技术的不断提 升， 锂离子电池由于具备转换效率高、 环境友好、 循环寿命长等优异性能， 成为电化学储能 系统的首要选择。 0003 在实际应用中， 电池单体往往不能达到储。
9、能系统容量和电压的要求， 通常采用由 多个电池单体连接构成的电池模组或电池包。 由数量繁多的电池单体构成的储能系统能量 巨大， 若发生过充、 过放、 过流等电池滥用情况， 容易引发电池热失控， 严重时会引发储能电 站爆炸等重大安全事故， 造成巨大的经济损失和社会影响。 为了确保储能系统的安全稳定 运行， 通常需要借助电池管理系统 (BatteryManagementSystem,BMS)对电池进行合理的管 控。 对电池的状态进行准确评估是电池管理系统的主要功能之一， 评估指标主要是电池的 荷电状态(Stateofcharge,SOC)， 有的BMS还会评估电池健康度(Stateofhealth。
10、,SOH)。 电池 的安全状态 (Stateofsafety,SOS)是反映电池安全风险的指标， 然而在目前的储能系统 中， 还缺乏对储能系统进行全面准确的评估。 0004 目前国内外对于电池安全状态评估的研究， 主要集中于找出电池运行的安全区 域， 通过分析电池运行点在安全区域中的位置确定电池的安全风险等级， 这种方法虽然可 以较为直观地评估安全风险等级， 但是对电池的安全状态只能进行定性的描述， 缺乏对电 池的安全状态进行量化评估的方法。 发明内容 0005 本发明的目的是为了解决现有技术的对电池的安全状态只能进行定性的描述， 缺 乏对电池的安全状态进行量化评估的缺点， 而提出的一种评估电。
11、池安全状态的技术方法。 0006 为了实现上述目的， 本发明采用了如下技术方案： 0007 一种评估电池安全状态的技术方法， 包括以下步骤： 0008 S1： 基于电池安全状态与滥用程度成反比的事实， 将电池安全状态表述为滥用程 度函数的倒数； 0009 S2： 并根据电池接受的滥用边界值得出电池安全状态函数中的参数； 0010 S3： 对储能系统中每个电池组定义一个安全状态子函数， 将这些子函数连乘在一 起， 得到整个储能系统的电池安全状态值。 0011 优选的， 所述S1中， 根据电池安全状态与滥用程度成反比的事实， 电池安全状态可 说明书 1/5 页 4 CN 115792623 A 4。
12、 以表示为：其中fSOS表示电池的安全状态， fabuse表示电池滥用情况的 程度； 0012 x表示电池的各种状态量和外部控制变量； 如电压、 温度、 充放电电流、 电池内部阻 抗、 电池变形、 电池膨胀等。 0013 优选的， 所述S1中， 将SOS限制在合理的工作值， 将其数值范围定义在(01)， 其分 为以下两种情况： 0014 第一， 滥用程度的绝对值无穷大时， 电池安全的值趋近于0， 即完全不安全； 0015 第二， 滥用不存在或为0时， 安全的值为1， 即完全安全； 0016上述可用公式表示为：其中 h(x)表示滥 用函数， 可以取任意值， m和d是常数； 此处采用二次函数的倒数。
13、来计算SOS值， 是为了引入两 个控制常数m和d， 用来控制曲线的形状和衰减速率。 0017 优选的， 所述S2中， 电池容量只能达到初始容量的80或0.8 时， 就被认定为达到 寿命终点， 而在正常情况下， 容量为100或 1.0； 因此， 使用0.8作为电池可接受的滥用边 界值； 0018表示为：从而求出m 和d的值为： dh(x100)； 0019 其中， x100和x80表示电池在容量为100和80时的状态量的值； 此时安全状态函 数可以表示为： 0020 优选的， 所述S2中， 用 代替0.8代表电池的滥用边界， 此时电池的安全状态函数可 以表示为运维人员可根据实际情况通过调整 值来。
14、设 定电池可接受的滥用边界值； 0021 所述电池安全状态函数还可以通过其他概率分布函数进行改进， 从而增强该函数 的普适性； 用该函数表示连续随机变量的柯西分布函数的另一种形式： 0022其中x0为位置参数， 为尺度参 数， 通过与电池安全状态函数进行比较可以得知， 1， m 2。 0023 优选的， 所述S3中， 在公式中滥用函数h(x)考虑所有可能影响储能系统电池安全 状态的变量； 0024对于电池组k， 可定义子函数其中xk表示第k个 电池组的状态变量和与该滥用相关的控制变量， xk, 和xk,100表示对应的安全边界； 说明书 2/5 页 5 CN 115792623 A 5 002。
15、5 fk(xk)作为fSOS(x)的一个子函数， 将它与其它这样的子函数通过乘积连接在一起 时， 可表示整个储能系统电池安全状态的特征值， 如下所示： 0026 fSOS(x)f1(x1)f2(x2)fn(xn)， 其中n表示子函数的个数。 0027 与现有技术相比， 本发明的优点在于： 0028 本发明定义的电池安全状态评估函数通过多个子函数来反映各种滥用情况对电 池安全风险的影响， 其中每个子函数分别描述一种特定的滥用情况， 具有一个或多个变量， 包括电压、 温度或机械变形等可以被传感器检测或被计算出来的量； 0029 本发明对电池安全状态的评估框架， 可以通过添加新的子函数或者改进现有的。
16、子 函数使本技术具有更强的普适性。 具体实施方式 0030 下面将结合本发明实施例中， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描 述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 0031 一种评估电池安全状态的技术方法， 包括以下步骤： 0032 S1， 基于电池安全状态与滥用程度成反比的事实， 将电池安全状态表述为滥用程 度函数的倒数， 并根据电池可接受的滥用边界值得出电池安全状态函数中的参数； 具体步 骤包括： 0033 第一、 根据电池安全状态与滥用程度成反比的事实， 电池安全状态可以表示为： 其中fSOS表示电池的安全状态， fabuse表示电池滥用。
17、情况的程度。 x表 示电池的各种状态量和外部控制变量， 如电压、 温度、 充放电电流、 电池内部阻抗、 电池变 形、 电池膨胀等。 0034 第二、 为了将SOS限制在合理的工作值， 本发明将其数值范围定义在(01)， 当滥 用程度的绝对值无穷大时， 电池安全的值趋近于0， 即完全不安全； 0035 具体的， 当滥用不存在或为0时， 安全的值为1， 即完全安全。 上述可用公式表示为： 其中h(x) 表示滥用函数， 可以取任意值， m和d是 常数。 此处采用二次函数的倒数来计算SOS值， 是为了引入两个控制常数m和d， 可以用来控 制曲线的形状和衰减速率。 0036 第三、 通常当电池容量只能达。
18、到初始容量的80或0.8时， 就被认定为达到寿命终 点， 而在正常情况下， 容量为100或1.0。 0037 具 体 的 ，使 用 0 . 8 作 为 电 池 可 接 受 的 滥 用 边 界 值 。表 示 为 ： 从而求出m和d的值为： 其中， x100和x80表示电池在容量为100和80 时的状态量的值。 此时安全状态函数可以表示为： 0038 第四、 为了使本发明更具普适性， 可用 代替0.8代表电池的滥用边界， 此时电池的 说明书 3/5 页 6 CN 115792623 A 6 安全状态函数可以表示为 0039 具体的， 运维人员可根据实际情况通过调整 值来设定电池可接受的滥用边界值。。
19、 0040 此外， 第四步骤中的电池安全状态函数还可以通过其他概率分布函数进行改进， 从而增强该函数的普适性。 如可以用该函数表示连续随机变量的柯西分布函数的另一种形 式： 0041其中x0为位置参数， 为尺度参 数， 通过与电池安全状态函数进行比较可以得知， 1， m 2。 0042 S2、 对储能系统中每个电池组定义一个安全状态子函数， 将这些子函数连乘在一 起， 得到整个储能系统的电池安全状态值； 具体步骤包括： 0043 第一、 在公式中滥用函数h(x)考虑所有可能影响储能系统电池安全状态的变量。 对于电池组k， 可定义子函数其中xk表示第k个电池组的 状态变量和与该滥用相关的控制变量。
20、， xk, 和xk,100表示对应的安全边界。 0044 第二、 fk(xk)可作为fSOS(x)的一个子函数， 将它与其它这样的子函数通过乘积连接 在一起时， 可表示整个储能系统电池安全状态的特征值， 如下所示： 0045 fSOS(x)f1(x1)f2(x2)fn(xn)， 其中n表示子函数的个数。 0046 本实施例中， 针对不同的滥用情况， 函数的变量参数也不同， 结合电池实际的滥用 情况， 这里主要列举过电池在电流滥用和电压滥用这两种情况下的应用。 电池过电流充放 电时容易造成电池内短路， 从而带来较大的安全风险， 因此， 需要对电池的过电流情况进行 监控， 具体包括以下步骤： 00。
21、47 第一， 首先根据电池厂商给出的电池检测数据， 获得电池最大连续放电电流Imax,c 和最大峰值放电电流Imax,p， 则有x100 0048 Imax,c,x Imax,p。 0049第二， 计算dI和mI的值， 得到从而可以 推出在大电流条件下电池安全状态的子函数为： 其中I为流过电池的电流； 0050 电压滥用主要包括高电压(过充)或低电压(过放)； 根据电池的工作电压范围为 Vmin,cVmax,c， 在过充条件下， 取充电电压的上限， 即x100Vmax,c。 0051 第三， 通过对电池进行充放电测试试验， 测量在过充条件下最大安全电压， 标记为 V m a x ,p， 则取x。
22、Vm a x ,p。 计算出过电 压情况下 dH V和mH V的值 ， dH Vh (x1 0 0) , 0052 同样地， 过放滥用的下限为充电电压的下限， 即x100Vmin,c。 说明书 4/5 页 7 CN 115792623 A 7 0053 第四， 通过对电池进行充放电测试试验， 测量在过放条件下最低安全电压， 标记为 V m i n , p ， 则 x V m i n , p 。 计 算 出 过 放 条 件 下 d L V 和 m L V的 值 ： dL V h (x 1 0 0) , 0054 高电压和低电压滥用可以分别用两个子函数fHV和fLV表示， 也可以结合两个子函 数综合考虑高电压和低电压两种情况， 表达式如下： 0055 0056 根据本发明对电池安全状态的评估框架， 可以通过添加新的子函数或者改进现有 的子函数使本技术具有更强的普适性。 0057 以上所述， 仅为本发明较佳的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内， 根据本发明的技术方案及其 发明构思加以等同替换或改变， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。 说明书 5/5 页 8 CN 115792623 A 8 。
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