储能系统并联电池簇荷电状态均衡系统、方法及介质与流程

1.本发明属于动力电池技术领域，具体涉及一种储能系统并联电池簇荷电状态均衡系统、方法及介质。


背景技术：

2.电动汽车电池事故频发，主要问题在于电池管理系统，一旦单片机死机或者失控，如果车辆系统正好处于充电状态，那么系统直接就会过充着火。
3.由于现在电池系统生产规格的不一致性，电池簇中单体与单体之间存在差异性，随着充放电次数的增加，这种差异性将使单体间的容量差异更大。由于电池簇存在“木桶效应”，即电池簇特性由最差的电池决定，固若电池簇容量不均衡将影响整个电池簇的性能。目前，对于均衡系统的主要元器件而言，电阻均衡、储能均衡是锂电子动力电池较为常用的无需外加能源的均衡方法。但是电阻均衡方法中，存在着电阻大小不易选取和热管理的难题。而储能均衡则是利用电池对电感或者电容等储能元件的充放电，通过继电器或开关器件实现储能元件在不均衡电池间的切换，达到电池间的能量转移，虽然储能均衡的效率较高，但均衡过程中电流不可控，可能损坏电池。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种储能系统并联电池簇荷电状态均衡系统、方法及介质。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种储能系统并联电池簇荷电状态均衡系统，包括电池能量管理系统、上位机系统、控制系统以及荷电状态均衡电路；
7.电池能量管理系统用于实时检测不同电池簇的荷电状态；
8.控制系统用于比较并且计算不同并联电池簇荷电状态均衡参考值和维持和荷电状态均衡所需电池簇输出电流参考值；
9.荷电状态均衡电路用于控制每一并联电池簇的输出电压的极性和大小，实现并联电池簇荷电状态的均衡控制。
10.进一步的，荷电状态均衡参考值具体为：
11.电池能量管理系统上传每一并联电池簇的实际荷电状态以及最大可用容量；当不同并联电池簇之间最大可用容量相同而荷电状态不同时，上位机系统比较不同电池簇实时荷电状态，并且取平均值作为维持系统荷电状态均衡所需的每一电池簇的荷电状态均衡参考值。
12.进一步的，当不同并联电池簇之间最大可用容量及荷电状态均不同时，上位机系统根据此储能系统不同的控制原则，控制每一并联电池簇在充放电过程中的荷电状态按照一定的规律变化，并以此作为荷电状态均衡过程的荷电状态参考值。
13.进一步的，荷电状态均衡电路为具有双向功率传输、双极性电压输出的直流变换
器。
14.进一步的，控制系统将每一并联电池簇的实时荷电状态与上位机系统给定的荷电状态参考值作比较，若差值小于某一特定常数γ时，则其荷电状态均衡电路闭锁；否则，接入荷电状态均衡电路，通过控制系统控制，实现不同并联电池簇之间荷电状态的均衡控制。
15.进一步的，若在某一次荷电状态均衡过程中荷电状态均衡电路闭锁的数量等于储能系统并联簇数，即所有的并联电池簇均不需要进行荷电状态均衡时，储能系统荷电状态均衡完成。
16.进一步的，控制每一并联电池簇的输出电压的极性和大小具体为：
17.控制系统根据上位机系统给定的荷电状态参考值与实际值的大小关系控制荷电状态均衡电路输出电压的极性与大小，当其实际荷电状态小于荷电状态参考值时，其输出电压为负极性，当其实际荷电状态大于荷电状态参考值时，其输出电压为正极性。
18.本发明还包括基于提供的系统的储能系统并联电池簇荷电状态均衡方法，电池能量管理系统实时检测并比较不同电池簇的荷电状态，当电池簇之间荷电状态不均衡时，控制系统计算得到不同并联电池簇荷电状态均衡参考值，并计算产生维持荷电状态均衡所需电池簇输出电流参考值，从而控制每一并联电池簇荷电状态均衡电路输出电压的极性和大小，实现并联电池簇荷电状态的均衡控制。
19.进一步的，对于需要进行荷电状态均衡控制的并联电池簇，首先通过输出电流参考值偏差与荷电状态偏差曲线得到电流参考值与实际电流差值，进而得到每一并联电池簇用以荷电状态均衡的输出电流参考值，若计算得到的输出电流参考值绝对值大于该并联电池簇最大充放电电流时，该簇电池的输入输出电流参考值则设置为最大充放电电流大小。
20.本发明还包括一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，当计算机程序被处理器执行时，实现如本发明提供的方法。
21.本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
22.1、本发明对于需要进行荷电状态均衡控制的电池簇，控制系统可以控制对应荷电状态均衡电路的的负载短路开关的关断对该并联回路进行功率均衡，而对于不需要进行荷电状态均衡控制的电池簇，控制系统可以控制对应荷电状态均衡电路的的负载短路开关的开通不对该并联回路进行功率均衡。
23.2、对于接入系统进行荷电状态均衡控制的均衡电路，可以通过控制各个双向dc/dc变换器的开关管的切换维持中间母线电容电压的稳定、母线电容能量的平衡，控制不同变换器的输出功率之和为0，也就是一种储能系统并联电池簇荷电状态均衡电路在工作时的串联电容损耗为0，因此系统效率较高。
附图说明
24.图1是本发明系统的结构示意图；
25.图2是本发明方法的流程图；
26.图3是并联电池簇均衡电路电流参考偏差与荷电状态偏差关系图；
27.图4是本发明实施例中荷电状态均衡电路配置示意图。
具体实施方式
28.下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
29.实施例
30.如图1所示，本发明，一种并联电池簇荷电状态均衡系统，包括电池能量管理系统、上位机系统、控制系统以及荷电状态均衡电路；
31.电池能量管理系统用于实时检测不同电池簇的荷电状态；
32.控制系统用于比较并且计算不同并联电池簇荷电状态均衡参考值和维持和荷电状态均衡所需电池簇输出电流参考值；
33.荷电状态均衡电路用于控制每一并联电池簇的输出电压的极性和大小，实现并联电池簇荷电状态的均衡控制。
34.如图4所示，本实施例中，荷电状态均衡电路配置为一种具有双向功率传输、双极性电压输出的直流变换器。
35.电池能量管理系统上传每一并联电池簇的实际荷电状态以及最大可用容量。当不同并联电池簇之间最大可用容量相同而荷电状态不同时，上位机系统比较不同电池簇实时荷电状态，并且取平均值作为维持系统荷电状态均衡所需的每一电池簇的荷电状态均衡参考值。当不同并联电池簇之间最大可用容量及荷电状态均不同时，上位机系统可以根据此储能系统不同的控制原则，比如说是容量最优利用原则控制每一并联电池簇在充放电过程中的荷电状态按照一定的规律变化，并以此作为荷电状态均衡过程的荷电状态参考值。
36.控制系统将每一并联电池簇的实时荷电状态与上位机系统给定的荷电状态参考值作比较，若相差甚微，小于某一特定常数γ时，则其荷电状态均衡电路闭锁；若相差较大，则这些并联电池簇的荷电状态均衡电路接入，通过控制系统控制，实现不同并联电池簇之间荷电状态的均衡控制。而对于需要进行荷电状态均衡控制的并联电池簇，首先通过输出电流参考值偏差与荷电状态偏差曲线得到电流参考值与实际电流差值，进而得到每一并联电池簇用以荷电状态均衡的输出电流参考值，若计算得到的输出电流参考值绝对值大于该并联电池簇最大充放电电流时，该簇电池的输入输出电流参考值则设置为最大充放电电流大小，有效保护电池系统寿命。
37.控制系统可以根据上位机系统给定的荷电状态参考值与实际值的大小关系控制荷电状态均衡电路输出电压的极性与大小，当其实际荷电状态小于荷电状态参考值时，其输出电压为负极性，当其实际荷电状态大于荷电状态参考值时，其输出电压为正极性。若在某一次荷电状态均衡过程中均衡电路闭锁的数量等于电池储能系统并联簇数，即所有的并联电池簇均不需要进行荷电状态均衡时，储能系统荷电状态均衡完成。
38.如图3所示，假设电池簇用以荷电状态均衡的输出电流参考值i
refi
与实际电流ii反馈值偏差绝对值为δi，若此时第i电池簇荷电状态实际值大于荷电状态平均值，则此时为了降低第i电池簇的荷电状态，可设此电池簇的输出电流参考值为ii+δii，增加其放电电流，双向变换器控制串联电容电压为负极性；否则此电池簇的输出电流参考值为i
i-δii，双向变换器控制串联电容电压为正极性。
39.如图3所示，δii＝min{δi
max
,k
·
|soc
i-soc
av
}，其中δi
max
为输出电流参考值与实际输出电流偏差的最大值，设置δi
max
不仅可以防止控制过程中电池电流突然反向，也可
以防止电池簇温度过高时大电流放电情况的发生。
40.如图2所示，在另一个实施例中，还提供了基于上述实施例的一种储能系统并联电池簇荷电状态均衡方法，包括电池能量管理系统实时检测并比较不同电池簇的荷电状态soc1、soc2、
……
、socn，当电池簇之间荷电状态不均衡时，控制系统计算得到不同并联电池簇荷电状态均衡参考值soc
ref1
、soc
ref2
、
……
、soc
refn
，而后计算产生维持荷电状态均衡所需电池簇输出电流参考值i
ref1
、i
ref2
、
……
、i
refn
，从而控制每一并联电池簇荷电状态均衡电路输出电压的极性和大小，实现并联电池簇荷电状态的均衡控制。
41.在另一个实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，当计算机程序被处理器执行时，实现如上述实施例的方法。
42.还需要说明的是，在本说明书中，诸如术语“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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
43.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。