一种储能电池簇功率调度均衡方法与流程

本发明涉及储能，具体而言，涉及一种储能电池簇功率调度均衡方法。

背景技术：

1、储能系统通常采用串联电池簇来提供高电压和高容量。然而，在一组电池簇中，其容量取决于容量最小的单体电池，容量小的单体电池充电时先充满，制约电池系统中其他电池的充电能力，造成电池系统的可用容量下降。如果不使用均衡技术干预，在长时间的运行下，导致部分电池出现频繁的过充，使得电池的两极分化越来越严重，电池系统的可用容量进一步下降，也进一步影响储能系统的使用寿命。

2、针对上述情况，为改善电池簇不一致导致的差异性，提高电池簇整体性能，需对电池簇进行均衡控制。

3、目前对电池簇均衡控制方法主要分为两种，主动均衡和被动均衡，主动均衡通过能量转移的方式实现均衡，此种方式无能量损耗，但是均衡速度较慢，效率比较低，无法满足较大电流的均衡要求；被动均衡通过发热负载将偏高的电池单体能量耗散达到均衡，此种方法速度较快，但是会产生热量且造成能量的浪费。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明解决的问题是，现有技术中，电池簇通过能量转移实现均衡的速度慢，效率低，被动均衡则会产生较大的热量，导致能量的浪费。

2、为解决上述问题，本发明公开了一种储能电池簇功率调度均衡方法，用于包括若干个并联电池簇的储能系统在充电时的功率调度均衡，若干个所述电池簇为可重构电池簇，所述可重构电池簇包括若干个电池单体，若干个所述电池单体可重构为串联连接或并联连接，所述均衡方法包括：

3、步骤s1：根据电池单体的soc值计算各电池簇的充电需求功率pi；

4、步骤s2：计算储能系统中全部充电电池簇的充电需求总功率p需；

5、步骤s3：将步骤s2获得的总功率需求p需与电源提供功率p供比较，根据比较结果确定充电总功率p总；

6、步骤s4：根据需求分配各电池簇的充电功率pi充；

7、步骤s5：根据电池簇内电池单体的soc分配各电池单体的充电功率并进行充电；

8、其中，i表示储能系统中电池簇的编号。

9、通过上述设置，可以在储能系统充电时控制各个电池簇分配的充电功率，从而根据各电池簇中电池单体的具体情况分配相应的充电功率，以实现电池簇间的功率调度均衡，此外，在各个电池簇内根据电池单体的soc分配其对应的充电功率，在实现簇间均衡的同时实现了簇内的充电均衡，从而使得所述储能系统获得了电池单体层面上的均衡，由于该设置中无需设置额外的功率消耗器件，也无需进行电池单体之间的能量转移，大大提高了储能系统的均衡效率，也节省了能量消耗，在实现充电均衡的同时提高了均衡效率和能量利用效率。

10、进一步的，步骤s1包括：

11、步骤s11：检测并获取每个电池簇中每个电池单体的soc值；

12、步骤s12：将每个电池单体的soc值与第一预设阈值soc阈比较；

13、步骤s13：将各电池簇中soc值小于第一预设阈值soc阈的电池单体设置为其电池簇对应的先充电组；将各电池簇中soc值大于等于第一预设阈值soc阈的电池单体设置为其电池簇对应的后充电组；

14、步骤s14：各电池簇根据其对应的先充电组中电池单体的soc值确定充电需求功率pi；

15、其中，soc阈为预设值。

16、通过上述设置，将各个电池簇中soc低于第一预设阈值的电池单体找出，并根据soc低于第一预设阈值的电池单体确定电池簇的充电需求功率，一方面暂时将soc高于第一预设阈值的一部分电池单体排除，从而降低储能系统整体的充电需求功率，以便将供电单元提供的电量合理分配给需求更高的电池单体，使得soc较低的电池单体可以快速充电，在实现电池簇间充电功率均衡的同时，实现了个各电池簇内的充电功率均衡。

17、进一步的，所述第一预设阈值soc阈的取值范围为70％-90％。

18、充电时，soc值在soc阈以上的电池单体可以暂时先不充电，从而将更多的能量优先供给soc值较低的电池单体，以便更快实现储能系统的动态均衡，且在电池单体的soc超过第一预设阈值时，可以将电池单体的充电模式改为涓流充电模式，此时无需考虑电池单体充电功率的分配问题，也可以避免出现电池单体过充的现象。

19、进一步的，步骤s14包括：

20、步骤s141：计算各个电池簇中soc低于第一预设阈值的电池单体的充电需求功率pih如式(1)：

21、pih＝pmax×kih (1)

22、其中，h为电池单体在其所在的电池簇对应的先充电组中的编号，k为功率分配因子，k通过式(2)计算：

23、

24、式中，socimin表示编号为i的电池簇中，先充电组的电池单体中soc的最小值；socimax表示编号为i的电池簇中，先充电组的电池单体中soc的最大值；

25、步骤s142：计算各个电池簇中先充电组的充电需求功率pi如式(3)：

26、

27、其中，mi为编号为i的电池簇对应的先充电组中电池单体的数量。

28、通过上述计算方式，可以根据各个电池单体的soc值设置对应的充电功率，当电池单体的soc值较大时，其对应的簇内功率分配因子较小，对应分配的充电功率也较小，当电池单体的soc值较小时，其对应的簇内功率分配因子较大，对应分配的充电功率也较大，通过上述设置，可以提高soc值较低的电池单体的充电速度，降低soc值较大的电池单体的充电速度，从而实现了电池簇簇内的充电功率均衡调度，实现了簇内的均衡充电。

29、进一步的，步骤s2中，充电需求总功率p需采用式(4)计算：

30、

31、其中，n为储能系统中参与充电的电池簇的数量。

32、一方面降低了供电系统可提供的功率的要求，避免出现集中充电导致电力不足的情况，另一方面在充电时控制不同状态下电池单体的充电功率，从而实现其在充电过程中的在线均衡，无需再控制进行电池单体之间的能量转移，显著提高了储能系统的均衡效率和储能系统的使用效率。

33、进一步的，步骤s3中，“根据比较结果确定充电总功率p总”包括：

34、

35、当p需≤p供时，表明供电系统可提供的充电功率满足储能系统的整体充电需求，此时可以按照储能系统的充电需求总功率p需进行充电，当p需>p供时，表明供电系统可提供的充电功率无法满足储能系统的整体充电需求，此时以p供为充电总功率p总，可以最大限度地保证储能系统的充电需求。

36、进一步的，步骤s4中各电池簇的充电功率pi充采用式(6)计算：

37、

38、进一步的，步骤s5包括：

39、步骤s51：先充电组的电池单体按照式(7)分配功率进行充电，后充电组暂不充电；

40、

41、其中，pih充为编号为i的电池簇中，先充电组编号为h的电池单体的实际分配充电功率；

42、步骤s52：当先充电组中电池单体的soc值大于等于第一预设阈值时，将其设置入后充电组，并将其暂停充电，直至电池簇中全部电池单体均设置入后充电组；

43、步骤s53：将全部电池单体接入，采用涓流模式进行充电，直至电池单体充满。

44、根据上述设置可以准确地分配相应的电池单体的充电功率，从而使其在充电过程中实现簇内的在线均衡，在充电过程中，soc较低的电池单体以较大的充电功率充电，soc较高的电池单体以较小的充电功率充电，在一定的充电时间之后，先充电组的电池单体的soc趋于均衡，从而使得电池单体在soc值小于第一预设阈值soc阈时实现了功率调度的均衡，最后再通过涓流模式将电池充满，可以在实现充电功率均衡调度的同时避免电池单体出现过充的现象。

45、进一步的，在步骤s5之前的任一时间进行以下步骤：

46、步骤s0：将各个电池簇中的电池单体的连接方式设置为并联状态。

47、通过上述设置可以有针对性地对电池单体分配相应的充电功率，以便在线均衡控制的顺利实施。

48、进一步的，所述电池簇包括正极主线、负极主线和若干个电池单体，每个电池单体的正极与正极主线之间设置有正极支线，在每个正极支线上设置有一个二级开关，在相邻的两个正极支线之间的正极主线上设置有第一并联开关，在每个电池单体的负极与负极主线之间设置有负极支线，在相邻的两个负极支线之间的负极主线上设置有第二并联开关，在相邻的两个电池单体之间设置有串联支线，所述串联支线的第一端与前一个电池单体的负极连接，所述串联支线的第二端与后一个电池单体的正极连接，在每个所述串联支线上设置有串联开关。

49、通过上述二级开关、第一并联开关、第二并联开关和串联开关的设置可以实现电池簇中电池单体之间的串联设置或并联设置，同时也可以将其中任一个电池单体断路，使其不参与充电，从而有助于实现本发明中提供的功率调度均衡方法。

50、相对于现有技术，本发明所述的一种储能电池簇功率调度均衡方法具有以下优势：

51、1)本发明通过电池单体的soc确定其对应的需求充电功率，再根据需求进行相应的充电功率的分配，形成了有针对性的充电功率分配方案，实现了充电过程中的簇间在线均衡；

52、2)簇内功率分配因子的设置可以有效地控制各电池簇内soc处于不同状态的电池单体的充电功率，从而控制其对应的充电速度，在实现簇间均衡的同时实现了簇内均衡，避免出现充电时电池单体过充的现象；

53、3)本发明提供的电池簇内的拓扑结构结构简单，操作简便，可以实现电池簇内电池单体的串联设置或并联设置，同时可以断开任意数量的电池单体，保证了上述均衡控制方法的顺利进行。