用于能量存储系统中的健康状态估计的系统、方法和设备与流程

本公开内容总体上涉及能量存储系统充电和放电，并且特别地涉及能量存储系统(“ess”)和能量存储设备中的健康状态估计。

背景技术：

1、能量存储设备存储电荷和生成电力的能力随着时间和使用而降低。能量存储设备的健康状态(“soh”)被用于跟踪这种劣化，并且该术语通常被定义为当前电池性能与其在铭牌条件下的性能的比率。若干指标可以用于估计能量存储设备的soh，包括容量变化、电阻变化、电荷吞吐量和循环计数。

2、用于估计soh的最常用的度量是安培小时容量，其中soh表示为总可用容量与铭牌容量的比率。然而，按照安培小时容量来定义soh可能是有问题的，因为关于能量存储应用的决策通常是基于以瓦时(wh)为单位测量的可用能量。考虑可用能量对于其中电动车辆单元组已经被重新用于固定用途的二次生命应用尤为重要。此外，被设计成持续10年至20年或更久的任何长寿命能量存储系统的经济可行性通常取决于可以输送的能量的量。

3、因此，基于能量的准确的soh估计算法对于在能量存储系统的操作、控制和维护方面做出最佳决策至关重要。将期望基于能量性能更准确地估计soh的新系统和方法。

技术实现思路

1、根据示例实施方式，公开了一种用于确定能量存储设备的健康状态(soh)的估计的soh估计系统，该soh估计系统考虑功率衰减和容量衰减两者。在示例实施方式中，soh估计系统包括：soh估计模块，其被配置成以下项并且基于以下项确定能量存储设备的soh的估计：标称容量输入，其表示能量存储设备的标称容量；电压输入v，其表示与能量存储设备相关联的测量电压；电流输入i，其表示来自/去往能量存储设备的测量电流；与能量存储设备相关联的标称开路电压(ocv)曲线；与能量存储设备相关联的操作电阻模型；与能量存储设备相关联的标称电阻模型；与能量存储设备相关联的操作动态模型；以及与能量存储设备相关联的额定放电电流。

2、根据另一示例实施方式，公开了一种确定能量存储设备的健康状态(soh)的估计的方法，该方法考虑功率衰减和容量衰减两者。在示例实施方式中，该方法包括：在soh估计模块处接收以下信息(接收到的信息)：标称容量输入，其表示能量存储设备的标称容量；电压输入v，其表示与能量存储设备相关联的测量电压；电流输入i，其表示来自/去往能量存储设备的测量电流；与能量存储设备相关联的标称开路电压ocv曲线；与能量存储设备相关联的操作电阻模型；与能量存储设备相关联的标称电阻模型；与能量存储设备相关联的操作动态模型；以及与能量存储设备相关联的额定放电电流。该方法还包括在soh估计模块处基于所有的接收到的信息确定能量存储设备的soh的估计。

3、根据另一示例实施方式，公开了一种用于生成能量存储设备的归一化容量估计的归一化容量估计系统。在示例实施方式中，归一化容量估计系统包括：电压传感器，其用于感测与能量存储设备相关联的电压并且生成电压信号；电流传感器，其用于感测与能量存储设备相关联的电流并且生成电流信号；与能量存储设备相关联的操作动态模型；与能量存储设备相关联的标称ocv曲线；与能量存储设备相关联的标称容量；以及归一化容量估计模块，其被配置成：接收电压信号、电流信号、操作动态模型和标称容量，并且基于电压信号、电流信号、操作动态模型、标称ocv曲线和标称容量生成归一化容量估计；其中，归一化容量估计基于以下来根据两个不同的ocv预测之间的差生成并且滤波：(1)两个不同的ocv预测之间的差和差阈值，以及(2)两个不同的ocv预测下的ocv曲线的梯度和梯度阈值。

4、根据另一示例实施方式，公开了一种用于生成能量存储设备的额定功率估计的额定功率估计系统。在示例实施方式中，额定功率估计系统包括：额定功率估计模块，其被配置成接收：来自标称电阻模型模块的与能量存储设备相关联的标称电阻模型；来自操作电阻模型模块的与能量存储设备相关联的操作电阻模型；来自额定放电电流模块的与能量存储设备相关联的额定放电电流；以及来自标称ocv曲线模块的与能量存储设备相关联的标称ocv曲线。在该示例实施方式中，额定功率估计模块被配置成基于标称电阻模型、操作电阻模型、额定放电电流和标称ocv曲线来生成额定功率估计；操作电阻模型和标称电阻模型均基于来自电压传感器的电压信号和来自电流传感器的电流信号；以及额定功率估计是通过以下操作生成的：(1)基于操作电阻模型和额定放电电流预测操作电压，(2)基于标称电阻模型和额定放电电流预测标称电压，(3)跨整个ocv曲线对预测操作电压与预测标称电压的比率进行平均。

技术特征：

1.一种用于确定能量存储设备的健康状态(soh)的估计的soh估计系统，所述soh估计系统考虑功率衰减和容量衰减两者，所述soh估计系统包括：

2.根据权利要求1所述的soh估计系统，其中，所述soh估计模块还被配置成接收表示与所述能量存储设备相关联的温度的温度输入并且基于其进一步确定所述能量存储设备的所述soh的估计。

3.根据权利要求1所述的soh估计系统，其中，所述soh估计模块还包括soh聚合模块，所述soh聚合模块被配置成：接收来自所述能量存储设备的n个额定功率估计prn和来自所述能量存储设备的n个归一化容量估计ncn，以及基于所述额定功率估计prn和归一化容量估计ncn来确定所述能量存储设备的所述soh的估计，其中，所述能量存储设备的所述soh的所述估计是所述能量存储设备的聚合估计。

4.根据权利要求1所述的soh估计系统，其中，所述soh估计模块还包括soh聚合模块，所述soh聚合模块被配置成：接收所述能量存储设备中的n个单元中的每一个的额定功率估计prn和所述能量存储设备中的n个单元中的每一个的归一化容量估计ncn，以及基于所述额定功率估计prn和所述归一化容量估计ncn来确定所述能量存储设备的所述soh的估计，其中，所述能量存储设备的所述soh的所述估计是所述能量存储设备的聚合估计，其中，所述能量存储设备包括n个单元。

5.根据权利要求4所述的soh估计系统，其中，所述soh估计模块还包括归一化容量估计模块，所述归一化容量估计模块被配置成基于所述标称容量输入、所述电压输入v、所述电流输入i、温度输入t、所述标称ocv和所述操作动态模型来确定所述能量存储设备的所述n个单元中的每个单元的所述归一化容量估计ncn。

6.根据权利要求4所述的soh估计系统，其中，所述soh估计模块还包括额定功率估计模块，所述额定功率估计模块被配置成基于所述操作电阻模型、所述标称ocv、所述标称电阻模型和所述额定放电电流来确定所述能量存储设备的所述n个单元中的每个单元的所述额定功率估计prn。

7.一种确定能量存储设备的健康状态(soh)的估计的方法，所述方法考虑功率衰减和容量衰减两者，所述方法包括：

8.根据权利要求7所述的方法，还包括在所述soh估计模块处接收以下附加的接收到的信息：表示与所述能量存储设备相关联的温度的温度输入t。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述soh估计模块还包括soh聚合模块，所述方法还包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述能量存储设备的所述soh的估计是所述能量储存设备的聚合估计，其中，所述能量存储设备包括n个单元。

11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述soh估计模块还包括归一化容量估计模块，所述方法还包括：在所述归一化容量估计模块处基于所述标称容量输入、所述电压输入v、所述电流输入i、所述标称ocv和所述操作动态模型来确定所述能量存储设备的n个单元中的每个单元的归一化容量估计。

12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述soh估计模块还包括额定功率估计模块，所述方法还包括：在所述额定功率估计模块处基于所述操作电阻模型、所述标称ocv、所述标称电阻模型和所述额定放电电流来确定所述能量存储设备的n个单元中的每个单元的额定功率估计。

13.一种用于生成能量存储设备的归一化容量估计的归一化容量估计系统，所述归一化容量估计系统包括：

14.根据权利要求13所述的归一化容量估计系统，其中，所述归一化容量估计模块还被配置成接收表示与所述能量存储设备相关联的测量温度的温度输入t，并且其中，所述归一化容量估计模块还被配置成附加地基于所述测量温度来生成所述归一化容量估计。

15.根据权利要求13所述的归一化容量估计系统，还包括被配置成基于所述归一化容量估计来度量soh估计的健康状态聚合模块。

16.根据权利要求15所述的归一化容量估计系统，还包括额定功率估计模块，其中，所述健康状态聚合模块还被配置成基于所述归一化容量估计和由所述额定功率估计模块生成的额定功率估计两者来度量所述soh估计。

17.根据权利要求16所述的归一化容量估计系统，其中，所述额定功率估计基于额定放电电流、所述标称ocv曲线、操作电阻模型、所述标称电阻模型(均与所述能量存储设备相关联)、所述电压信号和所述电流信号。

18.一种用于生成能量存储设备的额定功率估计的额定功率估计系统，所述额定功率估计系统包括：

19.根据权利要求18所述的额定功率估计系统，还包括被配置成基于所述额定功率估计来度量soh估计的健康状态聚合模块。

20.根据权利要求19所述的额定功率估计系统，还包括归一化容量估计模块，其中，所述健康状态聚合模块还被配置成基于由所述归一化容量估计模块生成的归一化容量估计和由所述额定功率估计模块生成的所述额定功率估计两者来度量所述soh估计。

技术总结提供了用于估计能量存储系统中的健康状态(SOH)的系统、方法和设备，其中，该估计考虑了功率衰减和容量衰减两者。SOH估计系统包括：SOH估计模块，其被配置成接收以下项并且基于以下项确定SOH的估计：标称容量输入；电压输入；电流输入；标称开路电压曲线；操作电阻模型；标称电阻模型；操作动态模型；以及额定放电电流。SOH估计模块还可以包括SOH聚合模块，该SOH聚合模块被配置成接收额定功率估计PR<subgt;n</subgt;和归一化容量估计NC<subgt;n</subgt;，并且可以被配置成基于额定功率估计PR<subgt;n</subgt;和归一化容量估计NC<subgt;n</subgt;来确定SOH的估计。技术研发人员：迈克尔·沃里,斯特凡·扬胡宁,马诺伊·马修受保护的技术使用者：纽唯森研究公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12