一种可工程化检测磷酸铁锂电池问题的方法

doi:10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0437

摘要/Abstract

摘要：

磷酸铁锂电池广泛应用在大规模储能电站系统，为提高电池系统运行性能和保证电池系统安全性，迫切需要一套可工程化、在线、快速、精准定位不一致电芯的方法，便于系统快速诊断和维护。本工作提出了一种基于电池充放电特征，利用多种离群值检测的算法，实现问题分类。在此基础上计算电池偏差容量，以之作为优化系数，对上述各类问题进行优先处理级别排序，给工程运维带来了极大的便利。实践结果表明，本工作提出的方法具有辨识准确度高、调参简便、计算复杂度低的特性，十分适合在线工程，对储能电站的维护具有重要指导意义。

关键词: 储能电站在线监测, 磷酸铁锂电池, 高斯分布模型, Grubbs检验, 优化系数

Abstract:

Lithium iron phosphate batteries (LFP) are widely used in large-scale battery energy storage systems. To improve the operating performance and ensure the safety of the battery system, people urgently need an on-site fault diagnosis for inconsistent cells that is engineered to be fast and accurate to support the rapid diagnosis and maintenance of the system. In this study, an algorithm based on battery charge and discharge characteristics is proposed to realize the classification of inconsistent cells by multiple-outlier detection. On this basis, the battery deviation capacity is computed and used as the optimization coefficient to prioritize the difficulties, which brings great ease to engineering operation and maintenance. Practical results show that the proposed method has the characteristics of high identification accuracy, simple parameter adjustment, and low computational complexity, which makes it suitable for on-site engineering and has important guiding significance for the maintenance of energy storage power stations.

Key words: on-site monitoring of energy storage power stations, lithium iron phosphate battery, Gaussian distribution model, Grubbs test, optimization coefficient

中图分类号:

TM 911

赵尚玉, 张震, 王宝源, 曾驱虎. 一种可工程化检测磷酸铁锂电池问题的方法[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(2): 643-651.

Shangyu ZHAO, Zhen ZHANG, Baoyuan WANG, Quhu ZENG. An engineering method for detection of problems of lithium iron phosphate batteries[J]. Energy Storage Science and Technology, 2022, 11(2): 643-651.

图/表 17

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10

图11

图12

表1

工程化应用测试时具体参数配置"

参数	值
$σ$	2.800
$V_s 1$	3.099
$V_s 2$	3.500
$V_s 3$	0.075
$V_s 4$	0.075

表1

表2

图13

图14

图15

参考文献 14

1	胡海龙. "碳中和"目标下"十四五"可再生能源企业的发展[J]. 现代企业, 2021(3): 47-48.
2	齐晔, 刘天乐, 宋祺佼, 等. 低碳城市试点"十四五"期间需助力碳排放达峰[J]. 环境保护, 2020, 48(5): 9-11.
	QI Y, LIU T L, SONG Q J, et al. Low-carbon city pilot: Leading the carbon emissions peak in the 14th five-year plan period[J]. Environmental Protection, 2020, 48(5): 9-11.
3	王锋, 冯根福. 优化能源结构对实现中国碳强度目标的贡献潜力评估[J]. 中国工业经济, 2011(4): 127-137.
	WANG F, FENG G F. Contribution of improving energy mix to carbon intensity target in China: Potential assessment[J]. China Industrial Economics, 2011(4): 127-137.
4	童家麟, 洪庆, 吕洪坤, 等. 电源侧储能技术发展现状及应用前景综述[J]. 华电技术, 2021, 43(7): 17-23.
	TONG J L, HONG Q, LYU H K, et al. Development status and application prospect of power side energy storage technology[J]. Huadian Technology, 2021, 43(7): 17-23.
5	白雪平. 磷酸铁锂电池储能系统的应用[J]. 高科技与产业化, 2016(4): 71-73.
6	冯祥明, 郑金云, 李荣富, 等. 锂离子电池安全[J]. 电源技术, 2009, 33(1): 7-9.
7	单毅. 锂离子电池一致性研究[D]. 上海: 中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所), 2008.
	SHAN Y. Research on uniformity of lithium ion battery[D]. Shanghai: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences, 2008.
8	汪渭滨. 磷酸铁锂动力电池组均衡控制策略研究[D]. 淮南: 安徽理工大学, 2016.
	WANG W B. Research on lithium iron phosphate battery pack equalization control strategy[D]. Huainan: Anhui University of Science & Technology, 2016.
9	杨思文, 厉运杰, 孙言飞. 一种磷酸铁锂电池一致性筛选的方法[发明专利]: CN108246658A[P]. 2018-07-06.
	YANG S W, LI Y J, SUN Y F. Lithium iron phosphate battery uniformity screening method: CN108246658A[P]. 2018-07-06.
10	孙振宇. 基于数据驱动的纯电动汽车动力电池故障诊断方法研究[D]. 北京: 北京理工大学, 2018.
	SUN Z Y. Data driven-based fault diagnosis of power battery for pure electric vehicles[D]. Beijing: Beijing Institute of Technology, 2018.
11	肖健夫, 孙瑞, 闵婕, 等. 锂离子动力电池系统故障检测[J]. 电源技术, 2021, 45(6): 736-739, 790.
	XIAO J F, SUN R, MIN J, et al. Fault detection of lithium-ion power battery system[J]. Chinese Journal of Power Sources, 2021, 45(6): 736-739, 790.
12	LI Y, FAN Y F, HE D R, et al. Research on a strategy of consistency management system for lithium iron phosphate battery[C]//2019 2nd International Conference on Safety Produce Informatization (IICSPI). November 28-30, 2019, Chongqing, China. IEEE, 2019: 40-45.
13	国家市场监督管理总局, 国家标准化管理委员会. 电力储能用锂离子电池: GB/T 36276—2018[S]. 北京: 中国标准出版社, 2018.
14	Moore D S, MCCABE G P, CRAIG B A. Introduction to the practice of satistics[M]. 7th Edition. New York: W. H. Freeman. 2012: 401.

序号	簇	问题节点	问题类型	问题建议	优化系数	最大上压差/mV	最大下压差/mV	开始时间	结束时间	当前状态
1	3箱1堆1簇	5号单体	短板	建议直接更换	2.64	176.1	305.9	2021/7/19 0:00	2021/7/20 0:00	待处理
2	3箱1堆1簇	48号单体	SOC下不齐	无短板趋势类均衡	-1	-8.7	259.3	2021/7/19 0:00	2021/7/20 0:00	待处理
3	3箱2堆3簇	211号单体	短板	建议直接更换	2.22	152.1	279.9	2021/7/19 0:00	2021/7/20 0:00	待处理
4	3箱3堆4簇	98号单体	短板	建议直接更换	2.27	74.4	214.5	2021/7/19 0:00	2021/7/20 0:00	待处理

[1]	张肖洒, 王宏源, 李振彪, 夏志美. 废旧磷酸铁锂电池电极材料的硫酸化焙烧-水浸新工艺[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2066-2074.
[2]	刘范芬, 陈诚, 朱智渊, 张伟康, 吕正中. N/P比对磷酸铁锂电池性能的影响[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(4): 1325-1329.
[3]	胡银全, 刘和平. 基于遗传算法的电池包高效热管理流道优化[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(4): 1446-1453.
[4]	刘仕强, 王芳, 马天翼, 林春景, 白广利, 韦振, 陈立铎. 磷酸铁锂动力电池备电工况寿命试验研究及分析[J]. 储能科学与技术, 2020, 9(2): 638-644.
[5]	高飞, 王康康, 田宝贵, 陈庆涛, 杨凯, 苏镇西, 张明杰, 刘伟, 范茂松, 刘皓, 耿萌萌, 王凯丰. 不同衰退状态磷酸铁锂动力电池组件的燃烧性及危险性研究[J]. 储能科学与技术, 2019, 8(6): 1176-1181.
[6]	李宇, 杜建华, 杨世治, 张萌启, 涂然, 张认成, 毕坤. 圆柱型磷酸铁锂电池针刺热失控实验研究[J]. 储能科学与技术, 2019, 8(3): 559-566.
[7]	吴静云, 黄峥, 郭鹏宇. 储能用磷酸铁锂（LFP）电池消防技术研究进展[J]. 储能科学与技术, 2019, 8(3): 495-499.
[8]	王超1，郭继鹏1,2，钟国彬1，徐凯琪1，苏伟1，项宏发2. 电化学储能器件恒流与恒功率充放电特性比较[J]. 储能科学与技术, 2017, 6(6): 1313-.
[9]	侯朝勇1，数见昌弘2，许守平1，彭文凭2. 基于微分曲线的LiFePO4电池SOC估计算法研究[J]. 储能科学与技术, 2017, 6(6): 1321-.
[10]	魏增福, 苏伟, 钟国彬, 徐凯琪, 王超, 陈泗贞, 郑威逊, 赖日晶. 磷酸铁锂电池组在110 kV变电站直流系统的应用[J]. 储能科学与技术, 2016, 5(2): 241-245.
[11]	钟国彬, 周方方, 苏伟, 魏增福, 刘学武. 二次利用磷酸铁锂动力电池并联特性研究[J]. 储能科学与技术, 2015, 4(1): 78-82.