CN106848462A - 一种储能电池充放电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种储能电池充放电方法，利用储能变流器对储能电池进行充放电，在储能电池充放电过程中，首先进行恒功率充放电阶段，然后进行阶梯降功率充放电阶段，采用恒功率‑阶梯降功率充放电方式，根据储能电池的荷电量，控制储能变流器由恒功率充放电阶段转变为阶梯降功率充放电阶段。本发明中使用功率作为单一控制变量，无需进行恒流控制模式和恒压控制模式的切换，从而简化了储能变流器的控制。

Description

一种储能电池充放电方法
技术领域
本发明涉及蓄电池充放电技术领域，具体地，涉及一种储能电池充放电方法。
背景技术
电池的充电方法主要有恒流充电、恒压充电和恒流-恒压充电。恒流充电是保持整个充电电流的恒定，速度快；恒压充电是在充电过程电池电流会随着电池端电压的增加而减小，速度慢；恒流-恒压充电是目前常用的充电方法，第一阶段以恒定电流充电，当电压达到预定值时转入第二阶段进行恒压充电，此时电流逐渐减小，当充电电流下降到零时，电池充电完毕。对储能电池充放电控制的关键是对储能变流器的控制。对于目前电池常用的充电方法，并网模式下的储能变流器需要下发电压或电流指令，控制储能变流器输出期望的电压或电流，这时需要加入电压环或电流环的控制。并且，对电池使用恒流-恒压充电方式进行充电时，还需要切换储能变流器的控制模式，使其从恒流控制模式切换到恒压控制模式，比较复杂。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种储能电池充放电方法，使用功率作为储能变流器的单一控制变量，无需加入电压环或电流环的控制，无需进行恒流、恒压控制模式的切换，从而简化储能变流器的控制。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述储能电池充放电方法，包括：
利用储能变流器对所述储能电池进行充放电，在储能电池充放电过程中，首先进行恒功率充放电阶段，然后进行阶梯降功率充放电阶段，
其中，根据所述储能电池的荷电量，控制所述储能变流器由恒功率充放电阶段转变为阶梯降功率充放电阶段。
优选的，在恒流-恒压模式下对所述储能电池进行充放电，根据恒流充放电阶段储能电池的充放电电流和电压，计算出储能变流器的功率，作为恒功率充放电阶段的功率。
优选的，在储能电池额定功率的范围内，以储能电池的充电量与预期充电时间的比值作为恒功率充放电阶段的功率。
进一步地，优选的，在恒流-恒压模式下采用不同倍率对所述储能电池进行充放电，根据电流和电压计算出所述储能电池的充放电功率，并提取不同倍率下功率下降点对应的功率与时间，预测不同充放电功率对应的由恒功率充放电阶段转变为阶梯降功率充放电阶段的转折点的时间。
进一步地，计算不同倍率下的储能电池的荷电量，并提取不同倍率下功率下降点对应的荷电量与时间，来预测不同充放电功率对应的所述转折点的荷电量，并将所述转折点的荷电量作为所述转折点的判断依据。
优选的，在对所述储能电池进行充放电的过程中，以单体电压作为安全约束。
进一步地，优选的，所述单体电压的安全约束包括：在所述储能电池充电接近饱和时，减小最高单体电压的增加速度；在所述储能电池放电接近放空时，减小最低单体电压的降低速度。
优选的，控制阶梯降功率充放电阶段的功率下降频率为1次/分钟。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
本发明中储能变流器在并网模式下采用PQ控制(恒功率控制)模式，在储能电池充放电的过程中，采用了恒功率-阶梯降功率充放电方式，采用功率作为储能变流器的单一控制变量，无需切换储能变流器的控制模式，简化了储能变流器的控制，更利于储能变流器响应上级指令。本发明利用单体电压数值作为安全约束提高了储能电池的可用容量。
附图说明
图1是本发明采用储能变流器与电网的连接回路图；
图2是本发明并网模式下储能变流器PQ控制框图；
图3a是本发明储能电池不同充电倍率下采用恒流-恒压充电方式的电流-时间曲线图；
图3b是本发明储能电池不同充电倍率下采用恒流-恒压充电方式的电压-时间曲线图；
图3c是本发明储能电池不同充电倍率下采用恒流-恒压充电方式的功率-时间曲线图；
图3d是拟合得到的下降点功率-时间曲线图；
图4a是本发明储能电池不同充电倍率下采用恒流-恒压充电方式的荷电量-时间曲线图；
图4b是拟合得到的下降点功率-荷电量曲线图；
图5是充电倍率为0.5C时，本发明与传统恒流-恒压充电方式结果对比图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
下面结合图1至图5来详细说明本实施例。
图1是本发明采用储能变流器与电网的连接回路图，如图1所示，储能变流器100由三组桥臂与第一电容器110并联组成，接入储能电池200两端，其中，储能电池200可以包括多个单体电池串联，储能变流器100的每组桥臂由两个开关管120串联，且每个开关管120均反并联一个二极管130。每组桥臂中间分别外接一个由第一电感器300和第二电容器400组成的LC滤波电路，且三个第一电感器300分别通过第二电感器500和线路阻抗600接入三相电网700的三相。
如图2所示，并网模式下，储能变流器100采用PQ控制模式，调节储能电池充放电过程中，下发功率指令，使储能变流器100输出期望的有功或无功功率，采用功率作为储能变流器100的单一控制变量。
图2中，P′、Q′为储能变流器并网运行时上级发出的有功功率指令和无功功率指令。Vabc为并网侧电压，Vd、Vq为并网侧电压前馈d、q轴分量，Iabc为并网侧电流，Id、Iq为并网侧电流前馈d、q轴分量，Id′、Iq′为有功电流指令值和无功电流指令值，ωL2Id、ωL2Iq为d、q轴电流解耦项。储能变流器通过上级下发的有功功率指令值P′和无功指令值Q′，以及并网侧电压Vabc，计算出有功电流指令值Id′和无功电流指令值Iq′，利用电流闭环控制方法(利用PI控制)，增加前馈项Vd、Vq和解耦项ωL2Id、ωL2Iq后，采用空间矢量脉宽调制(SVPWM，SpaceVector Pulse Width Modulation)控制方式驱动储能变流器100中的开关管120工作。其中，空间矢量脉宽调制为优选的调制方式，而不限于此。
详细而言，本发明采用恒功率-阶梯降功率充放电方式代替传统的恒流-恒压充放电方式，其中，以恒功率充放电阶段代替恒流阶段，以阶梯降功率充放电阶段代替恒压阶段，即在利用储能变流器100对储能电池200进行充放电的过程中，先进行恒功率充放电阶段，再进行阶梯降功率充放电阶段，其中，以储能电池200的荷电量数值作为判断依据，控制储能变流器100由恒功率充放电阶段转变为阶梯降功率充放电阶段。优选地，在阶梯降功率充放电阶段，以单体电压数值作为安全约束。其中，单体电压的安全约束包括：在储能电池200充电接近饱和时，减小最高单体电压的增加速度；在储能电池200放电接近放空时，减小最低单体电压的降低速度。
基于恒流-恒压充放电方式，根据恒流充放电阶段的电流和电压，计算出储能变流器的功率，作为恒功率充放电阶段的功率，以使采用恒功率-阶梯降功率的充放电方式的效果达到采用恒流-恒压充放电方式的效果。为了增加储能变流器的控制简单性，可选用恒定值作为恒功率充放电阶段的功率值，优选地，在储能电池额定功率的范围内，以储能电池充电量(单位kWh)与预期充电时间(单位h)的比值作为恒功率充放电阶段的恒定功率值。
之后，由恒功率充放电阶段转为阶梯降功率充放电阶段，所以，需要确定由恒功率充放电阶段转变为阶梯降功率充放电阶段的转折点，以确保储能电池的充放电效果。
本实施例基于现有的恒流-恒压充放电方式对本发明图2的连接回路中储能电池进行充放电试验。本实施例中采用充电倍率分别为1C、0.8C、0.7C、0.6C、0.5C、0.3C的恒流-恒压充电方式进行试验，输出图3a和图3b所示的本发明储能电池不同充电倍率下采用恒流-恒压充电方式的电流、电压与时间之间关系曲线图。根据图3a和图3b中电流和电压，计算得出储能电池200的充电功率，得到图3c中的功率随时间变化曲线，如图3c所示，不同充电倍率下，功率均是先升后降，分别提取不同充电倍率下功率下降点对应的功率与时间，并对提取的下降点进行拟合，从而得到图3d所示的下降点功率与时间的关系曲线图，进而可以根据此曲线预测不同充电功率对应的由恒功率充电阶段转变为阶梯降功率充电阶段的转折点的时间。
图4a是本发明储能电池不同充电倍率下采用恒流-恒压充电方式的荷电量-时间曲线图，由图4a可以提取不同充电倍率下功率下降点对应的储能电池荷电量和对应时间，并对提取的下降点进行拟合，从而得到图4b所示的下降点功率与荷电量之间的关系曲线图，进而可以根据此曲线预测不同充电功率对应的转折点的荷电量数值，并将此转折点的荷电量作为转折点的判断依据。
在采用恒功率-阶梯降功率的充放电方式时，可以根据前述预测的转折点对应的荷电量数值，确定由恒功率充电阶段转变为阶梯降功率充电阶段的转折点，控制充放电方式由恒功率充放电转为阶梯降功率充放电方式。图5是充电倍率为0.5C时，本发明与传统恒流-恒压充电方式结果对比图，在本实施例的试验中，控制阶梯降功率阶段的功率下降频率为1次/分钟，而对于降功率的阶数和每一阶持续时间是以单体电压作为安全约束进行控制的，并没有严格的控制要求。
如图5所示，本发明采用恒功率-阶梯降功率的充放电方式得到的结果与采用传统的恒流-恒压充放电方式的结果基本一致。本发明采用功率作为单一控制变量，无需进行恒流和恒压控制模式的切换，简化了储能变流器的控制。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种储能电池充放电方法，其特征在于，包括：
利用储能变流器对所述储能电池进行充放电，在所述储能电池的充放电过程中，首先进行恒功率充放电阶段，然后进行阶梯降功率充放电阶段，
其中，根据所述储能电池的荷电量，控制所述储能变流器由所述恒功率充放电阶段转变为所述阶梯降功率充放电阶段。
2.根据权利要求1所述的储能电池充放电方法，其特征在于，
在恒流-恒压模式下对所述储能电池进行充放电，根据恒流充放电阶段所述储能电池的充放电电流和电压，计算出所述储能变流器的功率，作为所述恒功率充放电阶段的功率。
3.根据权利要求1所述的储能电池充放电方法，其特征在于，
在所述储能电池额定功率的范围内，以所述储能电池的充电量与预期充电时间的比值作为所述恒功率充放电阶段的功率。
4.根据权利要求1所述的储能电池充放电方法，其特征在于，
在恒流-恒压模式下采用不同倍率对所述储能电池进行充放电，根据电流和电压计算出所述储能电池的充放电功率，并提取不同倍率下功率下降点对应的功率与时间，预测不同充放电功率对应的由所述恒功率充放电阶段转变为所述阶梯降功率充放电阶段的转折点的时间。
5.根据权利要求4所述的储能电池充放电方法，其特征在于，
计算不同倍率下的所述储能电池的荷电量，并提取不同倍率下功率下降点对应的荷电量与时间，来预测不同充放电功率对应的所述转折点的荷电量，并将所述转折点的荷电量作为所述转折点的判断依据。
6.根据权利要求1所述的储能电池充放电方法，其特征在于，在对所述储能电池进行充放电的过程中，以单体电压作为安全约束。
7.根据权利要求6所述的储能电池充放电方法，其特征在于，
所述单体电压的安全约束包括：在所述储能电池充电接近饱和时，减小最高单体电压的增加速度；在所述储能电池放电接近放空时，减小最低单体电压的降低速度。
8.根据权利要求1所述的储能电池充放电方法，其特征在于，控制阶梯降功率充放电阶段的功率下降频率为1次/分钟。
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