一种储能电池串并联均衡控制策略的制作方法

本发明属于储能电池应用均衡控制技术领域，适用于大量储能电池串并联均衡控制与设计。

背景技术：

随着新能源行业的迅速发展，对高压大容量的电力电子技术及储能设备的应用需求越来越多，而依赖于单一高压大电流器件或设备的技术并不成熟，且损耗高，造价成本高，这些都是当前的限制因素。采用低压领域的电力电子成熟应用方案进行串并联，满足高电压、大容量的应用需求，而串并联中的多个储能单元的能量不一定相等，当对储能单元进行充放电时希望每个模块能够根据自身的荷电状态来决定其吸收或输出功率的大小，最终各个储能模块吸收或输出的功率区域相等，实现功率的优化分配。因此，这就需要解决在设备串并联过程中遇到的均衡控制问题，提高设备的利用率。

技术实现要素：

本发明提供一种储能电池的串并联方案，系统灵活配置，适用于不同电压、容量需求的应用场合，并且采用均衡控制策略，根据储能电池自身荷电状态实现串并联之间的功率优化，提高设备的利用率。

本发明所述的一种储能电池串并联均衡控制策略，通过对串并联储能电池的独立充放电控制，根据储能电池荷电状态soc实现串并联储能电池充放电的优化管理，所述方法包括以下步骤：

1）采用储能电池和功率单元为一组，连接至公共直流母线，所述储能电池连接至功率单元输入端，所述功率单元的输出端连接至公共直流母线；

2）各功率单元对各储能电池进行独立的充放电控制；各储能电池的荷电状态soc反馈值主控单元；

3）根据储能电池的串并联方式，通过对功率单元的功率控制满足系统运行要求，串并联储能电池中荷电状态soc高于平均值的储能电池，通过修正系数提高功率单元输出功率；荷电状态soc低于平均值的储能电池，通过修正系数降低功率单元输出功率；使各组储能电池荷电状态soc趋于一致，提高系统的利用率。

在所述步骤1）中，功率单元和储能电池一对一的连接方式，储能电池连接至功率单元输入端；

在所述步骤1）中，串联连接模式下串联功率单元数量为n，功率单元1输出端正极连接至公共直流母线正母线，功率单元1输出端负极连接至功率单元2输出端正极,功率单元n输出端负极公共直流母线负母线。

在所述步骤1）中，并联连接模式下并联功率单元数量为n，功率单元1~n输出端正极连接至公共直流母线正母线，功率单元1~n输出端负极连接至公共直流母线负母线。

在所述步骤3）中，功率单元采用闭环控制，实现有功功率的输出。

有益效果

本发明通过对串并联的储能电池进行电压、电流、功率的均衡控制，可解决储能电池直接串并联出现的不均压、不均流和功率分配不均的问题，提高了串并联储能电池的利用率。本发明提供的控制策略方法具有很大的通用性、实用性和灵活性，可满足大量储能电池进行串并联来实现功率扩容的应用要求。

附图说明

图1是储能电池串联拓扑图；

图2是储能电池并联拓扑图；

图3是电压电流调节原理图；

图4是均衡控制策略流程图。

具体实施方式

根据说明书附图并结合具体实施案例对本发明的技术方案进一步详细表述。

图1所示为本发明中使用的储能电池串联拓扑方案，由直流母线、功率单元、储能电池组成；直流母线包含正母线和负母先，功率单元数量为n，储能电池数量为n；功率单元1的正极连接至直流母线正母线，功率单元1的负极连接至功率单元2的正极，功率单元n-1的负极连接至功率单元n的正极，功率单元n的负极连接至直流母线负母线；储能电池1~n分别连接至功率单元1~n的输入侧。

图2所示为本发明中使用的储能电池并联拓扑方案，由直流母线、功率单元、储能电池组成；直流母线包含正母线和负母先，功率单元数量为n，储能电池数量为n；功率单元1~n的正极连接至直流母线正母线，功率单元1~n的负极连接至直流母线负母线；储能电池1~n分别连接至功率单元1~n的输入侧。

图3所示为电压电流调节原理图，本发明中的储能电池串并联均衡控制策略可实现对功率单元及储能电池的充放电控制。功率单元运行时，采用双闭环控制方法，实现有功功率的调节，如图3所示，v为直流母线电压，n为串并联功率单元或储能电池的数量，k为储能电池荷电状态soc与基准值的比例系数，v*为功率单元输出期望值，vx为功率单元输出反馈值，v*与vx相比较后的差值经过pi调节器，产生有功电流期望值ir，经过电流限幅环节后与对应的反馈值i比较产生的差值，经过pi调节器输出调制参考占空比d，进行pwm调制，产生驱动信号实现对功率单元的控制，从而实现对储能电池的充放电控制。

图4所示是均衡控制策略流程图，p为上位机下发功率指令，n为串并联功率单元或储能电池的数量，k为储能电池荷电状态soc与基准值的比例系数；所述均衡控制策略流程优选如图4所示，串联拓扑应用方案中其步骤如下：

步骤1：主控单元接收上位机工作模式m指令及电压指令v和功率指令p；

步骤2：判断工作模式，m=1为有公共直流母线模式，执行步骤3，m=0为无公共直流母线模式，执行步骤5；

步骤3：检测公共直流母线电压vf，检测储能电池串联数量n及储能电池的荷电状态soc，确定第x台储能电池的荷电状态soc为基准值，并定义该储能电池为储能电池1，与储能电池1连接的功率单元为功率单元1，基准值为soc1，其余储能电池荷电状态soc与基准值soc1比较，得到比例系数k2~kn；

步骤4：根据功率指令p换算得到功率单元1的电流输入指令ir,功率单元2~n的电压输入指令v*=vf/n,经过修正为k2v*~knv*;

步骤5：检测储能电池串联数量n及储能电池的荷电状态soc，确定储能电池x的荷电状态soc为基准值，并定义该储能电池为储能电池1，与储能电池1连接的功率单元为功率单元1，基准值为soc1，其余储能电池荷电状态soc与基准值soc1比较，得到比例系数k2~kn；

步骤6：根据功率指令p换算得到功率单元1的电流输入指令ir,功率单元2~n的电压输入指令v*=v/n,经过修正为k2v*~knv*;

所述均衡控制策略流程优选如图4所示，并联拓扑应用方案中其步骤如下：

步骤1：主控单元接收上位机工作模式m指令及电压指令v和功率指令p；

步骤2：判断工作模式，m=1为有公共直流母线模式，执行步骤3，m=0为无公共直流母线模式，执行步骤5；

步骤3：检测公共直流母线电压vf，检测储能电池串联数量n及储能电池的荷电状态soc，确定储能电池x的荷电状态soc为基准值，并定义该储能电池为储能电池1，与储能电池1连接的功率单元为功率单元1，基准值为soc1，其余储能电池荷电状态soc与基准值soc1比较，得到比例系数k2~kn；

步骤4：功率单元1的电压输入指令为v*=vf，根据功率指令p换算得到功率单元2~n的电流输入指令ir经过修正为k2ir~knir;

步骤5：检测储能电池串联数量n及储能电池的荷电状态soc，确定第x台储能电池的荷电状态soc为基准值，并定义该储能电池为储能电池1，与储能电池1连接的功率单元为功率单元1，基准值为soc1，其余储能电池荷电状态soc与基准值soc1比较，得到比例系数k2~kn；

步骤6：功率单元1的电压输入指令为v*等于上位机电压指令v，根据功率指令p换算得到功率单元2~n的电流输入指令ir经过修正为k2ir~knir;

本发明所述的储能电池串并联均衡控制策略，可提高储能电池的利用率，使得系统更高效的工作。

本发明所述的一种储能电池串并联均衡控制策略，并联模式下包括以下步骤：

1、若有公共直流母线，设备1~n的有功电流指令ir根据系统有功电流需求i除以n得出，即ir=i/n；

2、并联设备检测各自的电感电流i,与有功电流指令ir比较，其差值作为电流调节器的输入，电流调节器的输出值作为占空比d，控制设备内部电力电子开关动作的指令；

3、若无公共直流母线，通过检测直流母线电压，其反馈值v作为设备1的电压指令v；

4、设备1检测其的输出电压vx，与电压指令v比较，其差值输入电压调节器，电压调节器的输出经过电流限幅作为有功电流指令ir；

5、并联设备检测各自的电感电流i,与有功电流指令ir比较，其差值作为电流调节器的输入，电流调节器的输出值作为占空比d，控制设备内部电力电子开关动作的指令；

6、并联设备中储能电池的荷电状态soc通过各自的电池管理系统bms反馈至控制系统，其中取荷电状态中间值的soc为基准值，其余设备中储能电池的荷电状态soc与该基准值比较得到比例系数k；

7、在无公共直流母线系统中，储能电池荷电状态soc为基准值的设备定义为设备1，其电压指令修正值为kv；设备2~n的有功电流修正值为kir；

8、在有公共直流母线系统中，并联设备中各自的电流指令修正值为ki/n；

综合上述，本发明控制方案将多个储能电池串并联接入系统，通过对串并联储能电池进行独立控制，可解决储能电池在直接串并联使用时遇到的不均衡问题，在系统运行时，采用串并联均衡控制策略，可提高系统效率及储能电池利用率，实现储能电池的优化管理，具有很大的通用性、实用性和灵活性，能够满足不同应用场合的需求。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。