CN111766525A - 磷酸铁锂电池电荷容量测定方法及充电方法 - Google Patents

磷酸铁锂电池电荷容量测定方法及充电方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了磷酸铁锂电池电荷容量测定方法及充电方法，电荷容量测定方法的步骤如下：储能变流器进入待机状态；启动管理***和所述监控***；监控***检测电池***管理单元是否接到报警信号，若无，则状态复归并重新检测；管理***完成磷酸铁锂电池的容量校验和电荷容量测定，全充放电过程结束，统计管理***的充放电效率。本发明有益效果：本发明为配合监控***和储能变流器自动进行电池***的容量测定和电荷容量测定，提高了磷酸铁锂电池安全性和可靠性，有效延长了其使用寿命，大幅提升了其电荷容量的测定精度，提高其储能使用效率，保证了磷酸铁锂电池在大规模储能电站的使用安全。

Description

磷酸铁锂电池电荷容量测定方法及充电方法
技术领域
本发明涉及酸铁锂电池技术领域，尤其是磷酸铁锂电池电荷容量测定方法及充电方法。
背景技术
随着分布式能源和新能源发展规模的不断扩大，通过智能电网实现电力的智能存储和传输，是能源体系的优化趋势。储能***对电池性能的要求是大容量、长寿命、快速响应、可涓流充电，而磷酸铁锂电池由于具有较高的能量密度比和功率密度比，良好的充放电效率和灵活的成组方式可满足目前大规模储能的要求，已经成为储能研究的重点。但磷酸铁锂电池本身具有明显的非线性、不一致性和时变特性，使其在长期充放电过程中由于各单体电池间充电接受能力、自放电率和容量衰减速率等的影响，容易造成成组电池之间的离散性加大，性能衰减加剧，严重的情况甚至会发生威胁安全严重后果。如果不对磷酸铁锂电池进行有效的管理，电池组的性能将会迅速衰减，最终导致大规模电池组寿命没有保证。
目前，由于磷酸铁锂电池数量巨大且串并联形式复杂的特性，尚无可以有效管理同时磷酸铁锂电池的安全和可控运行的管理***，现有的针对电池的电荷容量测定方法一般采用安时积分法，但传统的电荷容量测定方法的精度不足，使得在对电池进行电荷容量估算时无法获得精确数值，影响了对磷酸铁锂电池的安全性的判断。
而随着分布式能源和新能源发展规模的不断扩大，磷酸铁锂电池在储能***中的应用日渐广泛。
随着锂离子蓄电池的快速发展，性能达到使用要求的单体电池串联成组后，由于缺乏有效的管理，电池组安全性大幅下降，使用寿命大幅缩短，甚至发生电池燃烧、***等恶性事故，这促使人们对锂离子电池组的充电管理方法进行深入探索和研究，为了确保磷酸铁锂电池全寿命周期的管理，增加电池的活性，避免充电过程出现大的冲击，在其整体生命周期过程中，选择合适的充电模式极为重。
因此，对于上述问题有必要提出磷酸铁锂电池电荷容量测定方法及充电方法。
发明内容
本发明目的是克服了现有技术中的不足，提供了磷酸铁锂电池电荷容量测定方法及充电方法，解决了上述所述的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：
磷酸铁锂电池电荷容量测定方法，所述电荷容量测定方法的步骤如下：(1)所述储能变流器进入待机状态；(2)启动所述管理***和所述监控***；(3)所述监控***检测所述电池***管理单元是否接到报警信号，若无，则状态复归并重新检测；若有，则进入步骤(4)；(4)所述管理***完成所述磷酸铁锂电池的下限容量和电荷容量为0％的测定；(5)所述管理***完成所述磷酸铁锂电池的上限容量和电荷容量为100％的测定；(6)重复步骤(4)一次，所述管理***完成所述磷酸铁锂电池的容量校验和电荷容量测定，全充放电过程结束，统计所述管理***的充放电效率。
优选地，所述测定方法中步骤(4)的具体过程为：下发所述管理***全放电和所述储能变流器并网放电的命令；所述管理***接受命令后进行全放电；所述储能变流器接受命令后并网放电，直到所述磷酸铁锂电池放电完成，即所述磷酸铁锂电池放空，所述储能变流器重新进入待机状态；所述管理***完成所述磷酸铁锂电池的下限容量和电荷容量为0％的测定。
优选地，所述电荷容量测定方法中步骤(5)的具体过程为：下发所述管理***全充电和所述储能变流器并网充电的命令；所述管理***接受命令后全充电；所述储能变流器接受命令后并网充电，直到所述磷酸铁锂电池充电完成，即所述磷酸铁锂电池充满，所述储能变流器重新进入待机状态；所述管理***完成所述磷酸铁锂电池的上限容量和电荷容量为100％的测定。
磷酸铁锂电池充电方法，其中充电方法预充电阶段、恒流充电阶段、第一恒压充电阶段、均衡充电阶段和第二恒压充电阶段，其中在预充电阶段，检测所述磷酸铁锂电池中各个单体电池的状态，若磷酸铁锂电池中至少有一个单体电池的电压低于预充电电压门槛值，则利用充电机对所述磷酸铁锂电池进行预充电，直至将所有低于预充电电压门槛值的单体电池充至预充电电压门槛值以上为止；在恒流充电阶段，利用充电机对磷酸铁锂电池以电流恒流进行充电，直至充到设定的恒压值为止；在第一恒压充电阶段，利用充电机对磷酸铁锂电池以第一电压恒压进行充电，直至充到设定的第一恒压值为止；在均衡充电阶段，判断磷酸铁锂电池中单体电池最高电压与最低电压差值是否超过均衡压差阈值，若超过则进行能量转移式均衡充电，直至各个单体电池的电压差控制在均衡压差阈值范围内；在第二恒压充电阶段，利用充电机对磷酸铁锂电池以第二电压恒压进行充电，直至充到设定的第二恒压值为止。
优选地，在恒流充电阶段，还包括：当出现有单体电池电压超过保护上限值，则充电机会终止恒流充电，并跳过第一恒压充电阶段，提前进入均衡充电阶段。
磷酸铁锂电池充电方法，还包括扩容方法，其扩容方法为获取第一磷酸铁锂电池包的充电或放电的电流；其中，所述第一磷酸铁锂电池包与第二磷酸铁锂电池包并联，且第一磷酸铁锂电池包的内阻小于所述第二磷酸铁锂电池包的内阻；根据所述电流触发第一开关器件的导通或关断，以调整变阻单元的阻值；所述变阻单元与第一磷酸铁锂电池包串联，且所述变阻单元具有并联的第一开关器件以及第一电阻。
优选地，根据所述电流触发所述第一开关器件的导通或关断，以调整所述变阻单元的阻值，包括：判断所述电流是否大于或等于预设电流值；当所述电流大于或等于所述预设电流值时，触发所述第一开关器关断，以增大所述变阻单元的电阻。
本发明有益效果：本发明在电荷容量测定方法为配合监控***和储能变流器自动进行电池***的容量测定和电荷容量测定。提高了磷酸铁锂电池安全性和可靠性，有效延长了其使用寿命，大幅提升了其电荷容量的测定精度，提高其储能使用效率，保证了磷酸铁锂电池在大规模储能电站的使用安全，能够克服磷酸铁锂电池在成组串联使用时的短板效应以及工艺差异，有效延长磷酸铁锂电池的使用寿命，具有较大的实用价值。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的磷酸铁锂电池电荷容量测定方法流程框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1所示，磷酸铁锂电池电荷容量测定方法，所述电荷容量测定方法的步骤如下：(1)所述储能变流器进入待机状态；(2)启动所述管理***和所述监控***；(3)所述监控***检测所述电池***管理单元是否接到报警信号，若无，则状态复归并重新检测；若有，则进入步骤(4)；(4)所述管理***完成所述磷酸铁锂电池的下限容量和电荷容量为0％的测定；(5)所述管理***完成所述磷酸铁锂电池的上限容量和电荷容量为100％的测定；(6)重复步骤(4)一次，所述管理***完成所述磷酸铁锂电池的容量校验和电荷容量测定，全充放电过程结束，统计所述管理***的充放电效率。
进一步的，所述测定方法中步骤(4)的具体过程为：下发所述管理***全放电和所述储能变流器并网放电的命令；所述管理***接受命令后进行全放电；所述储能变流器接受命令后并网放电，直到所述磷酸铁锂电池放电完成，即所述磷酸铁锂电池放空，所述储能变流器重新进入待机状态；所述管理***完成所述磷酸铁锂电池的下限容量和电荷容量为0％的测定。
进一步的，所述电荷容量测定方法中步骤(5)的具体过程为：下发所述管理***全充电和所述储能变流器并网充电的命令；所述管理***接受命令后全充电；所述储能变流器接受命令后并网充电，直到所述磷酸铁锂电池充电完成，即所述磷酸铁锂电池充满，所述储能变流器重新进入待机状态；所述管理***完成所述磷酸铁锂电池的上限容量和电荷容量为100％的测定。
磷酸铁锂电池充电方法，其中充电方法预充电阶段、恒流充电阶段、第一恒压充电阶段、均衡充电阶段和第二恒压充电阶段，其中在预充电阶段，检测所述磷酸铁锂电池中各个单体电池的状态，若磷酸铁锂电池中至少有一个单体电池的电压低于预充电电压门槛值，则利用充电机对所述磷酸铁锂电池进行预充电，直至将所有低于预充电电压门槛值的单体电池充至预充电电压门槛值以上为止；在恒流充电阶段，利用充电机对磷酸铁锂电池以电流恒流进行充电，直至充到设定的恒压值为止；在第一恒压充电阶段，利用充电机对磷酸铁锂电池以第一电压恒压进行充电，直至充到设定的第一恒压值为止；在均衡充电阶段，判断磷酸铁锂电池中单体电池最高电压与最低电压差值是否超过均衡压差阈值，若超过则进行能量转移式均衡充电，直至各个单体电池的电压差控制在均衡压差阈值范围内；在第二恒压充电阶段，利用充电机对磷酸铁锂电池以第二电压恒压进行充电，直至充到设定的第二恒压值为止。
进一步的，在恒流充电阶段，还包括：当出现有单体电池电压超过保护上限值，则充电机会终止恒流充电，并跳过第一恒压充电阶段，提前进入均衡充电阶段。
磷酸铁锂电池充电方法，还包括扩容方法，其扩容方法为获取第一磷酸铁锂电池包的充电或放电的电流；其中，所述第一磷酸铁锂电池包与第二磷酸铁锂电池包并联，且第一磷酸铁锂电池包的内阻小于所述第二磷酸铁锂电池包的内阻；根据所述电流触发第一开关器件的导通或关断，以调整变阻单元的阻值；所述变阻单元与第一磷酸铁锂电池包串联，且所述变阻单元具有并联的第一开关器件以及第一电阻。
进一步的，根据所述电流触发所述第一开关器件的导通或关断，以调整所述变阻单元的阻值，包括：判断所述电流是否大于或等于预设电流值；当所述电流大于或等于所述预设电流值时，触发所述第一开关器关断，以增大所述变阻单元的电阻。
本发明有益效果：本发明在电荷容量测定方法为配合监控***和储能变流器自动进行电池***的容量测定和电荷容量测定。提高了磷酸铁锂电池安全性和可靠性，有效延长了其使用寿命，大幅提升了其电荷容量的测定精度，提高其储能使用效率，保证了磷酸铁锂电池在大规模储能电站的使用安全，能够克服磷酸铁锂电池在成组串联使用时的短板效应以及工艺差异，有效延长磷酸铁锂电池的使用寿命，具有较大的实用价值。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.磷酸铁锂电池电荷容量测定方法，其特征在于：电荷容量测定方法的步骤如下：
(1)储能变流器进入待机状态；
(2)启动管理***和监控***；
(3)监控***检测电池***管理单元是否接到报警信号，若无，则状态复归并重新检测；若有，则进入步骤(4)；
(4)管理***完成磷酸铁锂电池的下限容量和电荷容量为0％的测定；
(5)管理***完成磷酸铁锂电池的上限容量和电荷容量为100％的测定；
(6)重复步骤(4)一次，管理***完成磷酸铁锂电池的容量校验和电荷容量测定，全充放电过程结束，统计管理***的充放电效率。
2.如权利要求1所述的磷酸铁锂电池电荷容量测定方法，其特征在于：所述测定方法中步骤(4)的具体过程为：下发所述管理***全放电和所述储能变流器并网放电的命令；所述管理***接受命令后进行全放电；所述储能变流器接受命令后并网放电，直到所述磷酸铁锂电池放电完成，即所述磷酸铁锂电池放空，所述储能变流器重新进入待机状态；所述管理***完成所述磷酸铁锂电池的下限容量和电荷容量为0％的测定。
3.如权利要求1所述的磷酸铁锂电池电荷容量测定方法，其特征在于：所述电荷容量测定方法中步骤(5)的具体过程为：下发所述管理***全充电和所述储能变流器并网充电的命令；所述管理***接受命令后全充电；所述储能变流器接受命令后并网充电，直到所述磷酸铁锂电池充电完成，即所述磷酸铁锂电池充满，所述储能变流器重新进入待机状态；所述管理***完成所述磷酸铁锂电池的上限容量和电荷容量为100％的测定。
4.磷酸铁锂电池充电方法，其特征在于：其中充电方法预充电阶段、恒流充电阶段、第一恒压充电阶段、均衡充电阶段和第二恒压充电阶段，其中在预充电阶段，检测所述磷酸铁锂电池中各个单体电池的状态，若磷酸铁锂电池中至少有一个单体电池的电压低于预充电电压门槛值，则利用充电机对所述磷酸铁锂电池进行预充电，直至将所有低于预充电电压门槛值的单体电池充至预充电电压门槛值以上为止；在恒流充电阶段，利用充电机对磷酸铁锂电池以电流恒流进行充电，直至充到设定的恒压值为止；在第一恒压充电阶段，利用充电机对磷酸铁锂电池以第一电压恒压进行充电，直至充到设定的第一恒压值为止；在均衡充电阶段，判断磷酸铁锂电池中单体电池最高电压与最低电压差值是否超过均衡压差阈值，若超过则进行能量转移式均衡充电，直至各个单体电池的电压差控制在均衡压差阈值范围内；在第二恒压充电阶段，利用充电机对磷酸铁锂电池以第二电压恒压进行充电，直至充到设定的第二恒压值为止。
5.如权利要求4所述的磷酸铁锂电池充电方法，其特征在于：在恒流充电阶段，还包括：当出现有单体电池电压超过保护上限值，则充电机会终止恒流充电，并跳过第一恒压充电阶段，提前进入均衡充电阶段。
6.磷酸铁锂电池充电方法，其特征在于：还包括扩容方法，其扩容方法为获取第一磷酸铁锂电池包的充电或放电的电流；其中，所述第一磷酸铁锂电池包与第二磷酸铁锂电池包并联，且第一磷酸铁锂电池包的内阻小于所述第二磷酸铁锂电池包的内阻；根据所述电流触发第一开关器件的导通或关断，以调整变阻单元的阻值；所述变阻单元与第一磷酸铁锂电池包串联，且所述变阻单元具有并联的第一开关器件以及第一电阻。
7.如权利要求6所述的磷酸铁锂电池充电方法，其特征在于：根据所述电流触发所述第一开关器件的导通或关断，以调整所述变阻单元的阻值，包括：判断所述电流是否大于或等于预设电流值；当所述电流大于或等于所述预设电流值时，触发所述第一开关器关断，以增大所述变阻单元的电阻。
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