本申请属于储能技术领域,涉及一种锂电池储能系统非线性容量衰退轨迹预测方法,通过采集锂电池第1个和第m个循环周期的放电数据,并从中提取出第m个循环周期的电压‑容量曲线,并基于电压‑容量曲线提取出第m个循环周期的容量增量曲线和容量差曲线,再基于电压‑容量曲线、容量增量曲线和容量差曲线分别构建格拉姆角和场(Gramian Angular Summation Field,GASF)图形,组合形成多通道格式作为预测模型的输入,基于预测模型输出退化轨迹关键节点,再将预测得到的退化轨迹关键节点与第m个循环周期的电池健康状态(State Of Health,SOH)信息进行整合,通过三次Hermite内插多项式(Piecewise Cubic Hermite Interpolating Polynomial,PCHIP)实现容量退化轨迹的重构,通过对早期数据的收集,实现数据信息挖掘,使得模型获取充分的退化信息,实现精确的轨迹预测,在早期阶段掌握锂电池退化过程信息,为储能系统的运维提供时间裕度。
背景技术
锂电池储能系统(Battery Energy storage Systems,BESS)作为现代电力系统的重要组成部分,在可再生能源并网、电力调度和分布式能源管理等发挥着关键作用。随着水力发电、风能、太阳能等波动性新能源的大规模并网,BESS的应用需求不断增加,其可以作为调度桥梁将波动性新能源整合后稳定的接入电力系统,且能提供多种辅助服务。
在并网应用场景中,BESS不仅要进行常规的储能充放电操作,还经常承担频率调节、负载平衡、峰谷填平等辅助服务。这些辅助服务对电池的运行工况要求差异较大,导致电池在不同的负荷条件下呈现出不规则的使用模式。这种频繁的工况变化,使得锂电池的老化过程呈现复杂的非线性变化,难以把握退化信息。
现有的研究表明,锂电池在不同的充放电速率、温度等工况下,其老化路径差异较大。尤其是在提供频率调节等需要快速响应的辅助服务时,电池需在短时间内进行高频的充放电操作,这加剧了电池内部的电化学反应进程,导致活性材料的快速损失。而提供负载平衡或峰谷填平服务时,电池则在较低倍率下长期工作,表现出缓慢的容量衰减。
由于这些辅助服务的不规则性,使得BESS的容量衰减过程复杂难以预测,难以把握健康状态,进而容易引发安全隐患。例如,电池的容量衰减和内阻增加可能导致过热、过充等安全问题,严重时会引发火灾或爆炸,危及整个电力系统的稳定和人员安全。此外,电池状态的不确定性还会对电网的响应服务造成影响。一旦储能系统的实际性能不如预期,可能导致辅助服务响应不足,进一步影响电网的频率稳定和电能质量。
因此,准确预测锂电池的容量衰减轨迹,并及时进行维护和更换,已经成为保障BESS稳定运行和确保电网安全的关键技术挑战。如果能够在早期阶段实现对容量退化轨迹的获取,可以为BESS的运维提供足够的时间裕度,保障电网的稳定运行。
实现思路