CN116031979A - 储能系统的均衡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种储能系统的均衡控制方法，储能系统包括多个电池簇，各电池簇中包括串联连接的多个电池模组，各电池模组中包括多个电芯，以及级联连接的N级均衡模块，N级均衡模块包括连接在各电芯上的一级均衡模块，与多个一级均衡模块级联连接的n+1级均衡模块，其中，N＝n+1，N为大于等于2的整数，n为大于等于1的整数；储能系统的均衡控制方法包括单簇均衡方式S1和簇间均衡方式S2。本发明的储能系统的均衡控制方法采用多级均衡的方式，利于实现电芯、电池簇的均衡，并且能够减少均衡过程中的不必要的能量消耗，提高系统的效率。

Description

储能系统的均衡控制方法

技术领域

本发明涉及储能系统技术领域，特别涉及一种储能系统的均衡控制方法。

背景技术

均衡是电化学储能系统中常用的方式，采用不同的均衡方式减小各电芯之间的差异性，减小电芯的短板效应，使得系统具备更高的利用率及使用寿命。

目前普遍采用的均衡方式主要包括主动均衡和被动均衡。其中，被动均衡采用电阻消耗能量，均衡电流小、均衡需求时间很长且效果不是很明显。在消耗能量过程中会产生热量，对电路板工作环境温度有一定的影响，对系统的效率也会产生影响。主动均衡是通过能量补给的方式，提升低容量电芯，使所有电芯达到均衡。主动均衡方式可以在单个pack内实现较好的均衡效果，但对于pack与pack之间，簇与簇之间产生的失衡情况，很难起到有效的作用。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种储能系统的均衡控制方法，以利于实现电芯、电池簇的均衡，并利于提高系统的效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种储能系统的均衡控制方法，其特征在于：

所述储能系统包括多个电池簇，各所述电池簇中包括串联连接的多个电池模组，各所述电池模组中包括多个电芯，以及级联连接的N级均衡模块，所述N级均衡模块包括连接在各所述电芯上的一级均衡模块，与多个所述一级均衡模块级联连接的n+1级均衡模块，其中，N＝n+1，N为大于等于2的整数，n为大于等于1的整数；

所述均衡控制方法包括单簇均衡方式S1和簇间均衡方式S2。

进一步的，所述单簇均衡方式S1包括如下步骤：

步骤S11、采集单个电池簇内所有电芯的电压值，根据所有电芯的电压值计算出平均电压值；

步骤S12、将各电芯的电压与第一预设压差范围的电压值进行比较，超出第一预设压差范围的电芯对应的一级均衡模块开启充电模式或放电模式，放电模式的电芯给充电模式的电芯进行充电均衡，直至所有电芯的电压值在第一预设压差范围内。

进一步的，所述单簇均衡方式S1还包括：步骤S13、若所有放电模式的电芯或所有充电模式的电芯充放电完毕后，仍有部分电芯未在第一预设压差范围内，则将第一预设压差范围缩小为第二预设压差范围，未在第一预设压差范围内的电芯对应的一级均衡模块对介于第一预设压差范围和第二预设压差范围之间的电芯进行充电或放电，直至所有电芯均分布在第一预设压差范围内。

进一步的，所述单簇均衡方式S1还包括：步骤S14、若步骤S13结束后，仍有部分电芯未在第一预设压差范围内，则重复步骤S13，再次所述第二预设压差范围，直至所有电芯均分布在第一预设压差范围内。

进一步的，所述簇间均衡方式S2包括如下步骤：

步骤S21、各电池簇分别对各自的电芯检测压差，判断是否需要均衡，若需要均衡，则按单簇均衡方式S1进行均衡，直至各簇簇内所有电芯满足均衡要求；

步骤S22、各簇内部的电芯的电压均在第一预设压差范围内，则检测各簇的总电压值，根据总电压值计算出各电池簇的平均总电压值；

步骤S23、将各电池簇的总电压值与第三预设压差范围的电压值进行比较，确定放电的电池簇和充电的电池簇；

步骤S24、根据各电池簇的平均总电压值，计算需要均衡的电池簇内部电芯均衡后的电压值；

步骤S25、系统控制需要均衡的电池簇内电芯对应的一级均衡模块进行放电或充电，放电或充电的能量通过一级均衡模块和n+1级均衡模块实现电池簇之间的能量转移。

进一步的，所述簇间均衡方式S2还包括：步骤26、若电池簇按步骤25均衡完毕后，仍有电池簇未在第三预设压差范围内，则将第三预设压差范围缩小为第四预设压差范围，未在第三预设压差范围内的电池簇对介于第三预设压差范围和第四预设压差范围之间的电池簇进行充电或放电，直至所有电池簇均分布在第三预设压差范围内。

进一步的，所述簇间均衡方式S2还包括：步骤27、若均衡过程中，各电池簇之间的能量转移不足以支撑电池簇的均衡，则可以通过外部能量进行均衡。

进一步的，所述外部能量包括直流电源或交流电源。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明所述的储能系统的均衡控制方法采用多级均衡的方式，通过电芯与电芯之间，电芯与簇之间、簇与簇之间的能量转移以及外部能量供给，实现电芯、电池簇的均衡。而且通过优化的控制策略，也能够减少均衡过程中的不必要的能量消耗，提高系统的效率。

此外，利用散点分布原理识别需要均衡的电芯或者电池簇，利于控制对应的均衡模块进行快速均衡。而且多级均衡的联动，能够使得所均衡电池簇内的电芯的压差更小，均衡精度更高。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的储能系统的均衡控制方法的原理图；

图2为本发明实施例所述的单簇均衡方式的原理图；

图3为本发明实施例所述的电芯电压分布图；

图4为本发明实施例所述的电池簇电压分布图；

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现“上”、“下”、“内”、“外”等指示方位或位置关系的术语，其为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，若出现“第一”、“第二”等术语，其也仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，在本发明的描述中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”“连接件”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本实施例涉及一种储能系统的均衡控制方法，以利于实现电芯、电池簇的均衡，并利于提高系统的效率。

在具体设计上，本实施例的储能系统的均衡控制方法，其原理图如图1所示，首先，储能系统包括并联连接的多个电池簇，各电池簇中包括串联连接的多个电池模组，各电池模组中包括多个电芯，以及级联连接的N级均衡模块，N级均衡模块包括连接在各电芯上的一级均衡模块，与多个一级均衡模块级联连接的n+1级均衡模块，其中，N＝n+1，N为大于等于2的整数，n为大于等于1的整数。储能系统的均衡控制方法主要包括单簇均衡方式S1和簇间均衡方式S2。

值得说明的是，本实施例中的N级均衡模块均为双向均衡电路，通过该双向均衡电路可以为对应的电芯进行补电，也可以由该电芯对外放电。另外，还值得说明的是，一级均衡模块也即一级均衡电路，其拓扑可由不同的形式，以能够满足对应的功能即可，本实施对此不作限定。

此外，还值得说明的是，同级的均衡电路的存在形式可以有多重，可以是单独的一个控制板，也可以是集成在BMS上，一级均衡电路之间，以及一级均衡电路与n+1及均衡电路之间通过通讯实现信息互通。

下面具体以图1中示出的储能系统为例进行详细说明，其中图1示出的储能系统包括并联于一起的多个电池簇。如2为图1中其中一个电池簇的均衡原理图。

首先，本实施例中，单簇均衡方式S1包括如下步骤：

步骤S11、采集单个电池簇内所有电芯的电压值，根据所有电芯的电压值计算出平均电压值；

步骤S12、将各电芯的电压与第一预设压差范围的电压值进行比较，超出第一预设压差范围的电芯对应的一级均衡模块开启充电模式或放电模式，放电模式的电芯给充电模式的电芯进行充电均衡，直至所有电芯的电压值在第一预设压差范围内。

如上步骤中，通过一级均衡模块能够实现电池簇中电芯的均衡。

作为本实施例的优选实施方式，本实施例的单簇均衡方式S1还包括：步骤S13、若所有放电模式的电芯或所有充电模式的电芯充放电完毕后，仍有部分电芯未在第一预设压差范围内，则将第一预设压差范围缩小为第二预设压差范围，未在第一预设压差范围内的电芯对应的一级均衡模块对介于第一预设压差范围和第二预设压差范围之间的电芯进行充电或放电，直至所有电芯均分布在第一预设压差范围内。

并且进一步的，本实施例的单簇均衡方式S1还包括：步骤S14、若步骤S13结束后，仍有部分电芯未在第一预设压差范围内，则重复步骤S13，再次第二预设压差范围，直至所有电芯均分布在第一预设压差范围内。

如此，通过设置的第一预设压差范围和第二预设压差范围，有利于单簇内的电芯进行快速均衡，并利于提高均衡的精度。

详细来说，参看图2和图3所示，对于单个电池簇的储能系统的均衡控制方法，首先，采集单个电池簇内所有电芯的电压，计算平均值A(V)。接着设置电池簇的压差值为A1，如图3中所示，压差平均分布在平均值两端，也即第一预设压差范围为+A1/2～-A1/2。

继续参看图3所示，分布于+A1/2以上的电芯对应的一级均衡模块，开启放电模式，当分布在+A1/2以上的电芯放电至+A1/2以下时，即停止放电。分布于-A1/2以下的电芯对应的一级均衡模块，开启充电模式，当分布在-A1/2以下的电芯充电至-A1/2以上时，即停止充电。其中，需要放电的电芯给需要充电的电芯进行充电均衡。

当所有放电模式的电芯或所有充电模式的电芯充放电完毕后，仍有部分电芯未在第一预设压差范围内，则将第一预设压差范围缩小为第二预设压差范围。也即再次设置压差值为A2，A2＜A1。分布在±A1/2之外的电芯对应的一级均衡模块，对介于A1与A2之间的电芯进行充电或放电，并且优先启动离平均电压曲线较远的电芯，直至所有电芯均分布在A1压差范围内。

若在第二预设压差范围内均衡完毕后，仍还有电芯未在第一预设压差范围内，则重复上述内部，再次缩小压差范围，直至均衡满足要求。

本实施例的簇间均衡方式S2包括如下步骤：

步骤S21、各电池簇分别对各自的电芯检测压差，判断是否需要均衡，若需要均衡，则按单簇均衡方式S1进行均衡，直至各簇簇内所有电芯满足均衡要求；

步骤S22、各簇内部的电芯的电压均在第一预设压差范围内，则检测各簇的总电压值，根据总电压值计算出各电池簇的平均总电压值；

步骤S23、将各电池簇的总电压值与第三预设压差范围的电压值进行比较，确定放电的电池簇和充电的电池簇；

步骤S24、根据各电池簇的平均总电压值，计算需要均衡的电池簇内部电芯均衡后的电压值；

步骤S25、系统控制需要均衡的电池簇内电芯对应的一级均衡模块进行放电或充电，放电或充电的能量通过一级均衡模块和n+1级均衡模块实现电池簇之间的能量转移。

如上步骤中，在执行簇级均衡的同时，也是做电芯的均衡，如此使得所均衡的电池簇中的电芯的压差更小，均衡精度更高。

作为本实施的一种优选实施方式，本实施例的簇间均衡方式S2还包括：步骤26、若电池簇按步骤25均衡完毕后，仍有电池簇未在第三预设压差范围内，则将第三预设压差范围缩小为第四预设压差范围，未在第三预设压差范围内的电池簇对介于第三预设压差范围和第四预设压差范围之间的电池簇进行充电或放电，直至所有电池簇均分布在第三预设压差范围内。

并且，作为进一步优选实施方式，本实施例的簇间均衡方式S2还包括：步骤27、若均衡过程中，各电池簇之间的能量转移不足以支撑电池簇的均衡，则可以通过外部能量进行均衡。而且，外部能量可以采用直流电源，也可以采用交流电源。

参看图1、图2至图4所示，本实施例的簇间均衡方式S2中，二级均衡模块与一级均衡模块类似为双向电路，通过均衡电路可以为对应电芯进行补电，也可以由该电芯对外放电。

具体步骤上，首先，步骤S21中，各电池簇分别对各自的电芯检测压差，判断是否需要均衡，若需要均衡，则按单簇均衡方式S1进行均衡，直至各簇簇内所有电芯满足均衡要求。

其次，步骤S22中，各簇内部的电芯的电压均在第一预设压差范围内，则检测各簇的总电压值，根据总电压值计算出各电池簇的平均总电压值A′(V)。步骤S23中，设置电池簇的压差值为B1，如图4中所示，压差平均分布在平均值两端，也即第三预设压差范围为+B1/2～-B1/2。接着，将各电池簇的总电压值与第三预设压差范围的电压值进行比较，确定放电的电池簇和充电的电池簇。其中，均线范围以上的为放电电池簇，均线范围以下的为充电电池簇。

步骤S24中，根据各电池簇的平均总电压值A′(V)，计算需要均衡的电池簇内部电芯均衡后的电压值Ua。参看图1中所示，系统控制需要均衡的电池簇内电芯对应的一级均衡模块进行放电或充电，放电或充电至Ua即停止充放电，放电或充电的能量通过一级均衡模块和二级均衡模块实现电池簇之间的能量转移。

当电池簇按步骤25均衡完毕后，仍有电池簇未在第三预设压差范围内，则将第三预设压差范围缩小为第四预设压差范围，也即再次设置压差值为B2，B2＜B1。分布在±B 1/2之外的电池簇对介于B1与B 2之间的电池簇进行充电或放电，并且优先启动离平均电压曲线较远的电池簇，直至所有电芯均分布在B1压差范围内。

当均衡过程中，各电池簇之间的能量转移不足以支撑电池簇的均衡，可以由图1中的(AC/DC)/DC模块提供外部能量进行均衡。其中，外部能量可以是直流电源也可以是交流电源。

本实施例的储能系统的均衡控制方法采用多级均衡方式，通过电芯与电芯之间，电芯与簇之间、簇与簇之间的能量转移以及外部能量供给，实现电芯、电池簇的均衡。而且通过优化的控制策略，也能够减少均衡过程中的不必要的能量消耗，提高系统的效率。并且利用散点分布原理识别需要均衡的电芯或者电池簇，利于控制对应的均衡模块进行快速均衡。

而且多级均衡的联动，能够使得所均衡电池簇内的电芯的压差更小，均衡精度更高，并且导通了不同电芯与电池簇之间的通道，使得能量可以由电芯转移至其他电池簇，均衡效率更高，从而有着很好的使用效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种储能系统的均衡控制方法，其特征在于：

所述储能系统包括多个电池簇，各所述电池簇中包括串联连接的多个电池模组，各所述电池模组中包括多个电芯，以及级联连接的N级均衡模块，所述N级均衡模块包括连接在各所述电芯上的一级均衡模块，与多个所述一级均衡模块级联连接的n+1级均衡模块，其中，N＝n+1，N为大于等于2的整数，n为大于等于1的整数；

所述均衡控制方法包括单簇均衡方式S1和簇间均衡方式S2。

2.根据权利要求1所述的储能系统的均衡控制方法，其特征在于：

所述单簇均衡方式S1包括如下步骤：

步骤S11、采集单个电池簇内所有电芯的电压值，根据所有电芯的电压值计算出平均电压值；

步骤S12、将各电芯的电压与第一预设压差范围的电压值进行比较，超出第一预设压差范围的电芯对应的一级均衡模块开启充电模式或放电模式，放电模式的电芯给充电模式的电芯进行充电均衡，直至所有电芯的电压值在第一预设压差范围内。

3.根据权利要求2所述的储能系统的均衡控制方法，其特征在于：

所述单簇均衡方式S1还包括：

步骤S13、若所有放电模式的电芯或所有充电模式的电芯充放电完毕后，仍有部分电芯未在第一预设压差范围内，则将第一预设压差范围缩小为第二预设压差范围，未在第一预设压差范围内的电芯对应的一级均衡模块对介于第一预设压差范围和第二预设压差范围之间的电芯进行充电或放电，直至所有电芯均分布在第一预设压差范围内。

4.根据权利要求3所述的储能系统的均衡控制方法，其特征在于：

所述单簇均衡方式S1还包括：

步骤S14、若步骤S13结束后，仍有部分电芯未在第一预设压差范围内，则重复步骤S13，再次所述第二预设压差范围，直至所有电芯均分布在第一预设压差范围内。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的储能系统的均衡控制方法，其特征在于：

所述簇间均衡方式S2包括如下步骤：

步骤S21、各电池簇分别对各自的电芯检测压差，判断是否需要均衡，若需要均衡，则按单簇均衡方式S1进行均衡，直至各簇簇内所有电芯满足均衡要求；

步骤S22、各簇内部的电芯的电压均在第一预设压差范围内，则检测各簇的总电压值，根据总电压值计算出各电池簇的平均总电压值；

步骤S23、将各电池簇的总电压值与第三预设压差范围的电压值进行比较，确定放电的电池簇和充电的电池簇；

步骤S24、根据各电池簇的平均总电压值，计算需要均衡的电池簇内部电芯均衡后的电压值；

步骤S25、系统控制需要均衡的电池簇内电芯对应的一级均衡模块进行放电或充电，放电或充电的能量通过一级均衡模块和n+1级均衡模块实现电池簇之间的能量转移。

6.根据权利要求5所述的储能系统的均衡控制方法，其特征在于：

所述簇间均衡方式S2还包括：

步骤26、若电池簇按步骤25均衡完毕后，仍有电池簇未在第三预设压差范围内，则将第三预设压差范围缩小为第四预设压差范围，未在第三预设压差范围内的电池簇对介于第三预设压差范围和第四预设压差范围之间的电池簇进行充电或放电，直至所有电池簇均分布在第三预设压差范围内。

7.根据权利要求6所述的储能系统的均衡控制方法，其特征在于：

所述簇间均衡方式S2还包括：

步骤27、若均衡过程中，各电池簇之间的能量转移不足以支撑电池簇的均衡，则可以通过外部能量进行均衡。

8.根据权利要求7所述的储能系统的均衡控制方法，其特征在于：所述外部能量包括直流电源或交流电源。

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