CN105226777A - 一种储能系统的功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种储能系统的功率控制方法，用于动力电池的二次利用，包含：根据二次利用的动力电池组的荷电状态值由大到小将动力电池组依次归类为优先放电电池组、有效工作电池组和优先充电电池组；充电时优先充电电池组先于有效工作电池组进行充电；放电时优先放电电池组先于有效工作电池组进行放电。本发明根据各动力电池组的荷电状态对电池组进行排序和优先级分组，结合功率给定值优先给充放电等级高的电池组分配功率，从而减少了各电池组的充放电次数，实现并联运行的多个电池组功率平衡，避免出现部分电池组频繁充放电运行，延长储能系统整体寿命，提高系统运行稳定性和安全性。

Description

一种储能系统的功率控制方法

技术领域

本发明涉及电池储能技术领域，具体涉及一种针对为电动车提供动力来源的动力电池二次利用的储能系统的功率控制方法。

背景技术

随着新能源汽车的快速发展，预计到2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆，累计产销量超过500万辆。由于新能源汽车的核心部件是动力电池，其在新能源汽车成本中占有较高比重，而目前动力电池正常的使用寿命可能只有三到五年。在巨大的增量空间下，随着动力电池使用寿命的结束，从电动汽车上报废下来的动力电池将大量存在，这些电池如果被直接淘汰，会造成很大的浪费。如果如何处理成为业界面临的一大难题。

公开资料显示，当电池只能充满原有电容量80%的时候，就不再适合继续在电动汽车上使用。但报废的动力电池制造工艺先进，即使报废以后仍然保持很高的安全性和电性能。作为固定设施的储能系统不需要超高密度蓄电，电池充电更加自由灵活。同时对于储能市场而言，成本同样是制约产业商业化发展的关键因素，因此对于低成本的储能方案的需求也非常迫切。如果能通过二次利用动力电池得到低成本的储能系统解决方案，对储能行业发展也是非常有利的。此外，二次利用方式延长了动力电池的寿命，可达到降低系统成本的目的，不仅减缓了废旧电池污染问题，还形成了良好的循环利用模式。

二次利用的动力电池组在实际运行中，受自身材料老化、温度等因素影响导致不同电池组的工作性能和充放电状态差异明显，如果不采取优化措施将会使部分并联的电池组更为频繁地进行充放电运行，造成电池寿命快速衰减，影响系统运行稳定性和安全性，同时也降低了储能系统的工作效率，因此需要针对不同电池组充放电特性进行功率优化分配控制。

发明内容

本发明提供一种储能系统的功率控制方法，通过对各并联电池组实时荷电状态的分级控制，实现并联运行的多个电池组功率平衡，避免出现部分电池组频繁充放电运行，延长储能系统整体寿命，提高系统运行稳定性和安全性。

为实现上述目的，本发明提供一种储能系统的功率控制方法，其特点是，该方法用于动力电池的二次利用，该方法包含：

储能系统根据二次利用的动力电池组的荷电状态值由大到小将并联的动力电池组依次归类为优先放电电池组、有效工作电池组和优先充电电池组；

电网向动力电池组充电时，储能系统先控制优先充电电池组进行充电，再控制有效工作电池组进行充电，优先放电电池组不充电；

动力电池组向电网放电时，储能系统先控制优先放电电池组进行放电，再控制有效工作电池组进行放电，优先充电电池组不放电。

上述荷电状态值≤0.2的动力电池组归类为优先充电电池组；0.2<荷电状态值≤0.8的动力电池组归类为有效工作电池组；荷电状态值＞0.8的动力电池组归类为优先放电电池组。

电网向动力电池组充电时，上述储能系统判断总功率给定值大于优先充电电池组的最大充电功率，则优先充电电池组以其最大充电功率充电。

电网向动力电池组充电时，上述储能系统判断总功率给定值小于等于优先充电电池组的最大充电功率，则优先充电电池组平均分配总功率给定值进行充电，有效工作电池组不充电。

上述储能系统判断总功率给定值在优先充电电池组充电后的剩余功率给定值大于有效工作电池组的最大充电功率，则有效工作电池组以其最大充电功率进行充电，并上报功率受限信号。

上述储能系统判断总功率给定值在优先充电电池组充电后的剩余功率给定值小于等于有效工作电池组的最大充电功率，则有效工作电池组平均分配剩余功率给定值。

动力电池组向电网放电时，上述储能系统判断总功率给定值大于优先放电电池组的最大放电功率，则优先放电电池组以其最大放电功率放电。

动力电池组向电网放电时，上述储能系统判断总功率给定值小于等于优先放电电池组的最大放电功率，则优先放电电池组平均分配总功率给定值进行放电，有效工作电池组不放电。

上述储能系统判断总功率给定值在优先放电电池组放电后的剩余功率给定值大于有效工作电池组的最大放电功率，则有效工作电池组以其最大放电功率进行放电，并上报功率受限信号。

上述储能系统判断总功率给定值在优先放电电池组放电后的剩余功率给定值小于等于有效工作电池组的最大放电功率，则有效工作电池组平均分配剩余功率给定值。

本发明公开的一种针对动力电池二次利用的储能系统的功率控制方法和现有技术的储能系统的功率控制方法相比，其优点在于，本发明实时根据各动力电池组的荷电状态对多个并联的电池组进行排序和优先级分组，结合功率给定值优先给充放电等级高的电池组分配功率，从而减少了各电池组的充放电次数，实现并联运行的多个电池组功率平衡，避免出现部分电池组频繁充放电运行，延长储能系统整体寿命，提高系统运行稳定性和安全性。

附图说明

图1为本发明一种针对动力电池二次利用的储能系统功率控制方法的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。

如图1所示，为一种针对为电动车提供动力来源的动力电池组进行二次利用的储能系统的功率控制方法的实施例一，该方法通过对各并联的动力电池组实时荷电状态的分级控制，实现并联运行的多个动力电池组功率平衡，该控制方法具体包含以下步骤：

步骤1、针对所采用的动力电池组的特性，计算并制定不同荷电状态（StateofCharge，SOC）阶段所对应的最大放电功率P_{charge_max}和最大充电功率P_{discharge_max}。

上述不同荷电状态（SOC）阶段所对应的最大充电功率P_{charge_max}和最大放电功率P_{discharge_max}的计算方式如下：

不同SOC阶段对应的最大充电功率P_{charge_max}为式（1）所示：

P_{charge_max}=U_s×I_cc×D_{c_SOC}×D_{c_temp}（1）

不同SOC阶段对应的最大放电功率P_{discharge_max}为式（2）所示：

P_{discharge_max}=U_s×I_dc×D_{d_SOC}×D_{d_temp}（2）

式（1）和（2）中，U_s为电池实测电压；I_cc和I_dc分别为可用持续充电电流和持续放电电流；D_{c_SOC}和D_{d_SOC}分别为充电SOC衰减系数和放电SOC衰减系数，即不同SOC阶段对应的充电电流和放电电流的衰减率；D_{c_temp}和D_{d_temp}分别为充电温度衰减系数和放电温度衰减系数，即不同温度情况下对应的充电电流和放电电流的衰减率。以上最大充电功率P_{charge_max}和最大放电功率P_{discharge_max}的计算方法为现有技术，除电池电压外的其它计算系数可结合厂商提供的数据以及实测数据确定。

步骤2、储能系统接收调度系统下发的储能系统总输出功率给定值P_ref，定义P_ref>0为动力电池组向电网放电，P_ref<0为电网向动力电池组充电。该调度系统为动力电池的电力调度系统。

步骤3、储能系统对二次利用的动力电池组进行分级归类。

储能系统检测n组并联的动力电池组的实时荷电状态值（SOC值），并按照SOC值从小到大的顺序对各组动力电池组进行排序和归类，其中，定义SOC_i≤0.2的动力电池组为优先充电电池组，电池组个数实时统计为a；定义0.2<SOC_i≤0.8的动力电池组为有效工作电池组，电池组个数实时统计为b；定义SOC_i＞0.8的动力电池组为优先放电电池组，电池组个数实时统计为c。上述SOC_i为SOC值。

步骤4、储能系统通过计算获取：优先放电电池组内的最大放电功率P_{tot_pri_discharge}、有效工作电池组内的最大放电功率P_{tot_nom_discharge}、优先充电电池组内的最大充电功率P_{tot_pri_charge，}以及有效工作电池组内的最大充电功率P_{tot_nom_charge}。

步骤5、储能系统在控制动力电池组向电网放电或充电时，根据储能系统总输出功率给定值P_ref与优先放电电池组内的最大放电功率P_{tot_pri_discharge}、有效工作电池组内的最大放电功率P_{tot_nom_discharge}、优先充电电池组内的最大充电功率P_{tot_pri_charge，}以及有效工作电池组内的最大充电功率P_{tot_nom_charge}之间的关系对动力电池组的运行进行控制。

1）当动力电池组向电网放电（P_ref>0）时，储能系统则进行如下判断和控制：

若P_ref≤P_{tot_pri_discharge}，则仅优先放电电池组内的c个动力电池组进行放电，优先放电电池组的c个动力电池组中每组动力电池组的放电功率给定值为P_ref/c；

若P_{tot_pri_discharge}<P_ref≤(P_{tot_pri_discharge}+P_{tot_nom_discharge})，则优先放电电池组内的c个动力电池组均按照最大放电功率P_{tot_pri_discharge}进行放电，同时有效工作电池组内的b个动力电池组按照(P_ref-P_{tot_pri_discharge})/b的放电功率给定值进行放电；其中，P_ref-P_{tot_pri_discharge}为储能系统总输出功率给定值P_ref在优先放电电池组以最大放电功率P_{tot_pri_discharge}进行放电后剩余的剩余功率给定值。

若P_ref>(P_{tot_pri_discharge}+P_{tot_nom_discharge})，则优先放电电池组内的c个动力电池组按照其最大放电功率P_{tot_pri_discharge}进行放电，并且有效工作电池组内的b个动力电池组也按照其最大放电功率P_{tot_nom_discharge}进行放电，同时向调度系统上报放电功率受限信号。

2）当电网向动力电池组充电（P_ref<0）时，储能系统则进行如下判断和控制：

若|P_ref|≤P_{tot_pri_charge}，则仅优先充电电池组内的a个动力电池组进行充电，每组电池组的充电功率给定值为P_ref/a；

若P_{tot_pri_charge}<|P_ref|≤(P_{tot_pri_charge}+P_{tot_nom_charge})，则优先充电电池组内的a个动力电池组均按照优先充电电池组的最大充电功率P_{tot_pri_charge}进行充电，同时有效工作电池组内的b个电池组按照(|P_ref|-P_{tot_pri_discharge})/b的充电功率给定值进行充电；其中，|P_ref|-P_{tot_pri_charge}为在优先充电电池组以最大充电功率P_{tot_pri_charge}进行充电后，储能系统总输出功率给定值P_ref剩余的剩余功率给定值。

若|P_ref|>(P_{tot_pri_charge}+P_{tot_nom_charge})，则优先充电电池组内的a个动力电池组按照其最大充电功率P_{tot_pri_charge}进行充电，并且有效工作电池组内的b个动力电池组也按照其最大充电功率P_{tot_nom_charge}进行充电，同时向调度系统上报充电功率受限信号。

步骤6、储能系统根据预设的运行要求判断是否要运行至下一个控制周期，若是则跳转到步骤2，重复步骤2至步骤5，更新各电池组荷电状态和功率给定值。若否，则输出控制结果，结束动力电池组的功率控制。

进一步的，根据上述实施例一的方案，本发明所公开的一种针对二次利用动力电池组的储能系统功率控制方法还可以有实施例二，实施例二的控制方法如下：

根据储能系统的容量和采用的进行二次利用的动力电池组的特性，上述实施例一中的步骤3至步骤5的有效工作电池组可按照SOC值由小到大进行进一步细分为m个组，分别为有效工作电池组1、有效工作电池组2……有效工作电池组m，则各组的充电优先级为：

有效工作电池组1>有效工作电池组2>……>有效工作电池组m

各组的放电优先级为：

有效工作电池组1<有效工作电池组2<……<有效工作电池组m

在步骤5中，类似地，按照充放电优先等级从高向低逐一地进行充放电功率分配，若系统总输出功率给定值大于本级以上组别的最大充放电功率之和，再将其差值作为给定值向低一级优先级的电池组分配，直至剩余功率给定值小于本级允许的最大充放电功率之和，即可将剩余功率给定值按照本级电池组个数进行平均分配。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种储能系统的功率控制方法，其特征在于，该方法用于动力电池的二次利用，该方法包含：

储能系统根据二次利用的动力电池组的荷电状态值由大到小将并联的动力电池组依次归类为优先放电电池组、有效工作电池组和优先充电电池组；

电网向动力电池组充电时，储能系统先控制优先充电电池组进行充电，再控制有效工作电池组进行充电，优先放电电池组不充电；

动力电池组向电网放电时，储能系统先控制优先放电电池组进行放电，再控制有效工作电池组进行放电，优先充电电池组不放电。

2.如权利要求1所述的储能系统的功率控制方法，其特征在于，所述荷电状态值≤0.2的动力电池组归类为优先充电电池组；0.2<荷电状态值≤0.8的动力电池组归类为有效工作电池组；荷电状态值＞0.8的动力电池组归类为优先放电电池组。

3.如权利要求1或2所述的储能系统的功率控制方法，其特征在于，电网向动力电池组充电时，所述储能系统判断总功率给定值大于优先充电电池组的最大充电功率，则优先充电电池组以其最大充电功率充电。

4.如权利要求1所述的储能系统的功率控制方法，其特征在于，电网向动力电池组充电时，所述储能系统判断总功率给定值小于等于优先充电电池组的最大充电功率，则优先充电电池组平均分配总功率给定值进行充电，有效工作电池组不充电。

5.如权利要求3所述的储能系统的功率控制方法，其特征在于，所述储能系统判断总功率给定值在优先充电电池组充电后的剩余功率给定值大于有效工作电池组的最大充电功率，则有效工作电池组以其最大充电功率进行充电，并上报功率受限信号。

6.如权利要求3所述的储能系统的功率控制方法，其特征在于，所述储能系统判断总功率给定值在优先充电电池组充电后的剩余功率给定值小于等于有效工作电池组的最大充电功率，则有效工作电池组平均分配剩余功率给定值。

7.如权利要求1或2所述的储能系统的功率控制方法，其特征在于，动力电池组向电网放电时，所述储能系统判断总功率给定值大于优先放电电池组的最大放电功率，则优先放电电池组以其最大放电功率放电。

8.如权利要求1所述的储能系统的功率控制方法，其特征在于，动力电池组向电网放电时，所述储能系统判断总功率给定值小于等于优先放电电池组的最大放电功率，则优先放电电池组平均分配总功率给定值进行放电，有效工作电池组不放电。

9.如权利要求7所述的储能系统的功率控制方法，其特征在于，所述储能系统判断总功率给定值在优先放电电池组放电后的剩余功率给定值大于有效工作电池组的最大放电功率，则有效工作电池组以其最大放电功率进行放电，并上报功率受限信号。

10.如权利要求7所述的储能系统的功率控制方法，其特征在于，所述储能系统判断总功率给定值在优先放电电池组放电后的剩余功率给定值小于等于有效工作电池组的最大放电功率，则有效工作电池组平均分配剩余功率给定值。