CN103645441B - 一种钒电池运行过程中充/放电状态的判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钒电池运行过程中充/放电状态的判断方法，包括以下步骤：在钒电池系统运行过程中，检测钒电池堆中各钒电池单片的电压值；若满足公式<maths num="0001"></maths>则钒电池堆处于充电状态；否则，若<maths num="0002"></maths>则钒电池堆处于放电状态；其中，t₁～t₃为三个不同的时刻，t₁<t₂<t₃，且t₂-t₁=t₃-t₂；为t₁时刻钒电池单片的电压平均值；为t₂时刻钒电池单片的电压平均值，为t₃时刻钒电池单片的电压平均值。本发明方法在不加测电流器件的情况下，也能判断出电池当前是处于充电还是放电状态，比常规方法减少了电流传感器器件，和对应的电压/电流变送隔离模块，方法简单、方便，保证了电池管理系统功能依旧完整。

Description

一种钒电池运行过程中充/放电状态的判断方法

技术领域

本发明涉钒电池运行过程中的保护技术，具体的说是一种钒电池运行过程中充/放电状态的判断方法。

背景技术

现有钒电池充放电运行系统包括钒电池堆、钒电池管理系统、充放电装置、正极储液罐和负极储液罐、正极循环泵和负极循环泵，如图1所示。钒电池管理系统负责正极储液罐和负极储液罐的循环泵启停控制和钒电池电解液的流量、温度、压力、液位等的监测和报警，该钒电池管理系统可以通过钒电池管理系统的上位机软件或控制柜触摸屏实现监测、控制。充放电设备负责对电池堆的充放电控制，其参数设置和控制由充放电设备的上位机实现。钒电池管理系统和充放电设备电气上互相独立。这样存在的问题就是，充放电设备所测得的当前钒电池的充/放电电流无法传送给钒电池管理系统。钒电池管理系统可以通过电流检测器件来得知当前钒电池的充/放电电流，但有时钒电池管理系统为了节省成本或者出于其他考虑只需知道当前钒电池的充/放电状态即可，此时寻找一种判断钒电池当前充/放电状态的问题便随之产生。

发明内容

针对现有技术中钒电池充放电运行系统中钒电池管理系统无法得知充放电设备对电池充/放电控制、充放电设备所测得的当前钒电池的充/放电电流无法传送给钒电池管理系统这一不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种可保证钒电池的过充/过放故障判断的一致性和准确性的钒电池运行过程中充/放电状态的判断方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种钒电池运行过程中充/放电状态的判断方法包括以下步骤：

在钒电池系统运行过程中，检测钒电池堆中各钒电池单片的电压值；

若满足公式 $(V_{\mathrm{battery}\_t_3}-V_{\mathrm{battery}\_t_2})\&GreaterEqual;(V_{\mathrm{battery}\_t_2}-V_{\mathrm{battery}\_t_1}),$ 则钒电池堆处于充电状态；

否则，若 $(V_{\mathrm{battery}\_t_2}-V_{\mathrm{battery}\_t_1})\&GreaterEqual;(V_{\mathrm{battery}\_t_3}-V_{\mathrm{battery}\_t_2}),$ 则钒电池堆处于放电状态；

其中，t₁～t₃为三个不同的时刻，t₁<t₂<t₃，且t₂-t₁=t₃-t₂；为t₁时刻钒电池单片的电压平均值；为t₂时刻钒电池单片的电压平均值，为t₃时刻钒电池单片的电压平均值。

本发明还包括以下步骤：

钒电池堆的过充故障判断如下：

假设钒电池堆实时电压为V_{VRB_t}，钒电池堆过充电压设定值为V_{VRB_over}；

在充电状态下，如果满足V_{VRB_t}>V_{VRB_over},则钒电池堆为过充故障。

本发明还包括以下步骤：

钒电池堆的过放故障判断如下：

假设钒电池堆实时电压为V_{VRB_t}，钒电池过堆放电压设定值为V_{VRB_below}；

在放电状态下，如果满足V_{VRB_t}<V_{VRB_below},则钒电池堆为过放故障。

本发明还包括以下步骤：

钒电池单片的过充故障判断如下：

假设钒电池单片m的实时电压为V_{batterym_t}，钒电池单片过充电压设定值为V_{battery_over}，m=1,2,......n；n为钒电池单片总数；

在充电状态下，如果满足V_{batterym_t}>V_{battery_over},则钒电池单片m为过充故障。

本发明还包括以下步骤：

钒电池单片的过放故障判断如下：

假设钒电池单片m的实时电压为V_{batterym_t}，钒电池单片过放电压设定值为V_{battery_below}，m=1,2,......n；n为钒电池单片总数；

在放电状态下，如果满足V_{batterym_t}<V_{battery_below}，则钒电池单片m为过放故障。

在钒电池堆处于充电状态的判断中，公式中的等号表示钒电池处于恒压充电的过程。

t₂-t₁=t₃-t₂=10～15s。

本发明具有以下有益效果及优点:

1.本发明方法在制作工艺上，针对电池管理系统成本、控制柜空间或者出于其他的考虑，在不加测电流器件的情况下，也能判断出电池当前是处于充电还是放电状态，比常规方法减少了电流传感器器件，和对应的电压/电流变送隔离模块，方法简单、方便，保证了电池管理系统功能依旧完整。

2.本发明一方面具备判断钒电池当前处于充/放电状态的功能，另一方面也保证了钒电池管理系统的完整性。

3.本发明方法利用电池单片电压在约定时间内的增/减值来判断电池的充/放电状态，进行钒电池的过充或过放功能判断，保证了在钒电池充电过程中进行钒电池堆和钒电池单片的过充判断；在钒电池放电过程中进行钒电池堆和钒电池单片的过放判断。

附图说明

图1为现有技术中钒电池充放电运行系统的系统图；

图2为本发明钒电池充放电状态判断的系统图；

图3为本发明钒电池充放电状态判断的软件流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

本发明方法应用于如图1所示的钒电池充放电运行系统中，该系统包括钒电池堆、钒电池管理系统、充放电装置以及正极储液罐和负极储液罐、正极循环泵和负极循环泵，其中充放电设备通过接触器连接钒电池堆，钒电池管理系统和钒电池堆、充放电装置以及正极储液罐、负极储液罐、正极循环泵、负极循环泵等相连。

如图3所示，本发明方法具有以下步骤：

在钒电池系统运行过程中，检测钒电池堆中各钒电池单片的电压值，并计算出此刻电池单片的电压平均值；

若满足公式 $(V_{\mathrm{battery}\_t_3}-V_{\mathrm{battery}\_t_2})\&GreaterEqual;(V_{\mathrm{battery}\_t_2}-V_{\mathrm{battery}\_t_1}),$ 则钒电池堆处于充电状态；

否则，若 $(V_{\mathrm{battery}\_t_2}-V_{\mathrm{battery}\_t_1})\&GreaterEqual;(V_{\mathrm{battery}\_t_3}-V_{\mathrm{battery}\_t_2}),$ 则钒电池堆处于放电状态；

其中，t₁～t₃为三个不同的时刻，t₁<t₂<t₃，且t₂-t₁=t₃-t₂；为t₁时刻钒电池单片的电压平均值；为t₂时刻钒电池单片的电压平均值，为t₃时刻钒电池单片的电压平均值。

本实施例中，首先设定三个时刻t₁<t₂<t₃，且t₂-t₁=t₃-t₂；对钒电池堆中各钒电池单片在三个不同时刻t₁、t₂、t₃的电压值进行检测；如图2所示，各钒电池单片的电压测试点通过电压变送器将电压值送至钒电池管理系统中的主控单元PLC中，计算各钒电池单片的电压平均值，其中t₁时刻钒电池的单片电压平均值为t₂时刻单片钒电池的单片电压平均值为t₃时刻钒电池的单片电压平均值为

在钒电池系统运行过程中，将t₂时刻钒电池的单片电压平均值与t₁时刻的钒电池单片电压平均值进行比较，得到第一比较值 $(V_{\mathrm{battery}\_t_2}-V_{\mathrm{batter}\_t_1});$

将t₃时刻钒电池的单片电压平均值与t₂时刻的钒电池单片电压平均值进行比较，得到第一比较值

对第一、二比较值再进行比较，如果 $(V_{\mathrm{battery}\_t_3}-V_{\mathrm{battery}\_t_2})\&GreaterEqual;(V_{\mathrm{battery}\_t_2}-V_{\mathrm{battery}\_t_1}),$ 则说明钒电池随着时间的增长，电压在升高，则可以判定当前钒电池堆处于充电状态。考虑到充放电设备在对钒电池的充电过程中可能存在恒压充电，则此处的等号是需要包括在内的。

否则，如果 $(V_{\mathrm{battery}\_t_2}-V_{\mathrm{battery}\_t_1})\&GreaterEqual;(V_{\mathrm{battery}\_t_3}-V_{\mathrm{battery}\_t_2}),$ 则说明钒电池随着时间的增长，电压在减小，则可以判定当前钒电池处于放电状态。

t₂-t₁=t₃-t₂=10～15s，本实施例中，t₂-t₁=t₃-t₂=15s。

对每隔30s的钒电池单片的电压平均值的计算是实时的，判断钒电池堆的充/放电状态也是每30s判断一次，这样就保证了实时对钒电池堆的充/放电状态的判断，以为钒电池堆的过充/过放以及钒电池单片的过充/过放故障判断提供实时的依据。

钒电池堆的过充故障判断如下：

假设钒电池堆实时电压为V_{VRB_t}，钒电池堆过充电压设定值为V_{VRB_over}；

在充电状态下，如果满足V_{VRB_t}>V_{VRB_over},则钒电池堆为过充故障。

钒电池堆的过放故障判断如下：

假设钒电池堆实时电压为V_{VRB_t}，钒电池过堆放电压设定值为V_{VRB_below}；

在放电状态下，如果满足V_{VRB_t}<V_{VRB_below},则钒电池堆为过放故障。

钒电池单片的过充故障判断如下：

假设钒电池单片m的实时电压为V_{batterym_t}，钒电池单片过充电压设定值为V_{battery_over}，m=1,2,......n;n为钒电池单片总数；

在充电状态下，如果满足V_{batterym_t}>V_{battery_over},则钒电池单片m为过充故障。

钒电池单片的过放故障判断如下：

假设钒电池单片m的实时电压为V_{batterym_t}，钒电池单片过放电压设定值为V_{battery_below}，m=1,2,......n;n为钒电池单片总数；

在放电状态下，如果满足V_{batterym_t}<V_{battery_below}，则钒电池单片m为过放故障。

本发明方法利用钒电池单片电压在约定时间内的增减值来判断钒电池（包括钒电池堆及钒电池单片）当前处于充/放电状态，针对电池管理系统成本和控制柜空间的考虑，在不加设电流检测器件的情况下，也能判断出电池当前是处于充电还是放电状态，保证了电池管理系统功能依旧完整。

在钒电池充电过程中进行钒电池堆和钒电池单片的过充判断；在钒电池放电过程中进行钒电池堆和钒电池单片的过放判断。对钒电池过充故障的判断只在钒电池充电状态下，对钒电池过放故障的判断只在钒电池放电状态下。

本发明方法在制作工艺上，减少了电流传感器器件和对应的电压/电流变送隔离模块。

Claims (7)

1.一种钒电池运行过程中充/放电状态的判断方法，其特征在于包括以下步骤：

在钒电池系统运行过程中，检测钒电池堆中各钒电池单片的电压值；

若满足公式 $(V_{battery\_t_3}-V_{battery\_t_2})\&GreaterEqual;(V_{battery\_t_2}-V_{battery\_t_1}),$ 钒电池随着时间的增长，电压在升高，则钒电池堆处于充电状态；

否则，若 $(V_{battery\_t_2}-V_{battery\_t_1})>(V_{battery\_t_3}-V_{battery\_t_2}),$ 钒电池随着时间的增长，电压在减小，则钒电池堆处于放电状态；

其中，t₁～t₃为三个不同的时刻，t₁＜t₂＜t₃，且t₂-t₁＝t₃-t₂；，为t₁时刻钒电池单片的电压平均值；为，t₂时刻钒电池单片的电压平均值，为t₃时刻钒电池单片的电压平均值。

2.按权利要求1所述的钒电池运行过程中充/放电状态的判断方法，其特征在于还包括以下步骤：

钒电池堆的过充故障判断如下：

假设钒电池堆实时电压为V_{VRB_t}，钒电池堆过充电压设定值为V_{VRB_over}；

在充电状态下，如果满足V_{VRB_t}＞V_{VRB_over},则钒电池堆为过充故障。

3.按权利要求1所述的钒电池运行过程中充/放电状态的判断方法，其特征在于还包括以下步骤：

钒电池堆的过放故障判断如下：

假设钒电池堆实时电压为V_{VRB_t}，钒电池过堆放电压设定值为V_{VRB_below}；

在放电状态下，如果满足V_{VRB_t}＜V_{VRB_below},则钒电池堆为过放故障。

4.按权利要求1所述的钒电池运行过程中充/放电状态的判断方法，其特征在于还包括以下步骤：

钒电池单片的过充故障判断如下：

假设钒电池单片m的实时电压为V_{batterym_t}，钒电池单片过充电压设定值为V_{battery_over}，m＝1,2,......n；n为钒电池单片总数；

在充电状态下，如果满足V_{batterym_t}＞V_{battery_over},则钒电池单片m为过充故障。

5.按权利要求1所述的钒电池运行过程中充/放电状态的判断方法，其特征在于还包括以下步骤：

钒电池单片的过放故障判断如下：

假设钒电池单片m的实时电压为V_{batterym_t}，钒电池单片过放电压设定值为V_{battery_below}，m＝1,2,......n；n为钒电池单片总数；

在放电状态下，如果满足V_{batterym_t}＜V_{battery_below}，则钒电池单片m为过放故障。

6.按权利要求1所述的钒电池运行过程中充/放电状态的判断方法，其特征在于：在钒电池堆处于充电状态的判断中，公式中的等号表示钒电池处于恒压充电的过程。

7.按权利要求1所述的钒电池运行过程中充/放电状态的判断方法，其特征在于：t₂-t₁＝t₃-t₂＝10～15s。