CN109274086B - 基于直流母线压差保护的储能电池簇自动并离网控制方法 - Google Patents

基于直流母线压差保护的储能电池簇自动并离网控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于直流母线压差保护的储能电池簇自动并离网控制方法。该方法通过储能电池管理系统检测与计算直流母线电池电压VDC与N簇电池簇电压Vsi(i＝1,2…n)的压差值ΔVi(i＝1,2…n)，确定直流母线与电池簇间的最大压差值ΔVmax，以此ΔVmax是否大于等于ΔV0，作为控制电池簇是否离网的安全判据，既实现了储能系统中与直流母线压差大的电池簇自动离网的控制逻辑，同时也保证了储能系统安全运行，并且，以离网电池簇电压为基础设定并网电压，实时跟踪计算电池簇全生命周期内的内阻，在电池全生命周期内均可以准确设定电池簇并网电压，因此SBMS可以实现离网电池簇全生命周期内的自动并网。

Description

基于直流母线压差保护的储能电池簇自动并离网控制方法
技术领域
本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种基于直流母线压差保护的储能电池簇自动并离网控制方法。
背景技术
近年来，电化学储能越来越成为储能大规模发展的趋势，尤其以锂离子电池为代表的电化学电池成为人们不断尝试大规模应用的对象。而且随着新能源汽车市场的大力发展，锂离子电池无疑成为目前比较主流的储能电池，尤其是安全性较高的磷酸铁锂电池为各大储能系统投资商和运营商的主要选择。
众所周知，很多电芯串并联组成电池模块，多个电池模块串联组成符合储能变流器(PCS)输入电压要求的电池簇，再通过多个电池簇的并联来提高储能系统的容量。因此当并联的各组电池簇电压出现压差时，会导致多个电池簇间产生电流环流。如果压差较大，则会产生较大的环流电流，较大的环流电流不仅会对电池以及电力器件造成损伤，同时也伴随着整个储能系统的安全隐患。因此多个电池簇并网对各电池簇的电压一致性提出了很高的要求，如何安全控制与并联直流母线压差较大电池组自动并/离网是储能系统安全稳定运行的关键。
发明内容
本发明的目的是提出了一种在电池全生命周期内，基于电池簇最大可承受充放电电流及电池簇内阻实时计算策略，自动控制与并联直流母线电压存在较大压差电池簇进行并/离网的控制方法。
本发明采用的技术方案如下：一种基于直流母线压差保护的储能电池簇自动并离网控制方法，包括以下过程：
第一步，储能电池管理系统(SBMS)分别检测N组电池簇的各个簇电压VSi(i＝1,2…N)，及直流母线电压VDC，其中N为大于等于1的自然数；并分别计算N组电池簇电压VSi(i＝1,2…N)与直流母线电压VDC间的压差ΔVi(i＝1,2…N)；
第二步，储能电池管理系统(SBMS)判断ΔVmax是否大于等于ΔV0，其中
Figure GDA0003105556500000011
ΔVmax是ΔVi中的最大值，Imax为各个电池簇中最大充/放电电流，
Figure GDA0003105556500000012
为N组电池簇的内阻的平均值；如果否，则储能电池管理系统(SBMS)重新计算N组电池簇电压VSi(i＝1,2…N)与直流母线电压VDC间的压差ΔVi(i＝1,2…N)，并判断ΔVmax是否大于等于ΔV0；如果是，则储能电池管理系统(SBMS)控制ΔVmax对应电池簇回路中的接触器KMsj+/KMsj-断开，其中充电时断开接触器KMsj-，放电时断开接触器KMsj+，此时储能电池管理系统(SBMS)自动控制与直流母线压差最大的电池簇离网，保证系统安全运行；
第三步，当含有N组电池簇的储能系统进行下一次充/放电时，储能电池管理系统(SBMS)根据离网电池簇的电压Vs离，自动设定剩余的并网电池簇的充/放电过程停机电压Vs并设，此时Vs并设＝Vs离±I充/放×Rs并，充电时为Vs并设＝Vs离+I充×Rs并，放电时为Vs并设＝Vs离－I放×Rs并，其中I充/放是剩余的并网电池簇的充放电电流，Rs并为剩余的并网电池簇内阻；
第四步，当储能系统中剩余的并网电池簇充/放电至电压为Vs并设时，系统停机静置一定时间，确保离网电池簇电压与剩余的并网电池簇及直流母线电压一致；
第五步，储能电池管理系统(SBMS)控制离网电池簇接触器KMsj+/KMsj-闭合，其中充电时闭合KMsj-，放电时闭合KMsj+，此时储能电池管理系统(SBMS)自动控制完成离网电池簇的安全并网，并网完成后，储能系统启动，继续进行充/放电。
本发明所述判定电池簇是否离网的临界值为
Figure GDA0003105556500000021
Imax为电池簇最大充/放电电流，
Figure GDA0003105556500000022
为N组电池簇的内阻的平均值)。当直流母线与电池簇间的最大压差ΔVmax大于等于ΔV0时，SBMS控制该簇电池离网。
本发明所述电池簇内阻Rs的实时跟踪计算过程为：充电时
Figure GDA0003105556500000023
放电时
Figure GDA0003105556500000024
其中V充为电池簇充电停机电压，I充为电池簇充电电流，V放为电池簇放电停机电压，I放为电池簇放电电流，V静为电池簇充/放后的静置电压。
本发明所述SBMS自动设定并网电压是基于离网电池簇电压V离为基础设定。因此不论离网电池簇电压处于SOC范围内哪个区间，可以实现离网电池簇的自动并网。因此本发明所述并网方法可实现电池簇全SOC范围内的自动并网。
本发明所述SBMS自动设定并网电压是基于离网电池簇电压V离结合电池簇充放电电流I充/放及剩余的并网电池簇内阻Rs并计算获得。由于在电池簇全生命周期内SBMS可以实时跟踪计算电池簇内阻Rs，因此本发明所述并网方法可以实电池簇全生命周期内的自动并网。
现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：
(1)通过SBMS检测与计算直流母线电池电压VDC与N簇电池簇电压VSi(i＝1,2…n)的压差值ΔVi(i＝1,2…n)，基于电池簇可承受的最大充放电电流Imax，确定直流母线与电池簇间的最大压差值ΔVmax，以此ΔVmax是否大于等于ΔV0(Imax为电池簇最大充/放电电流，为N组电池簇的内阻的平均值)作为控制电池簇是否离网的安全判据，既实现了储能系统中与直流母线压差大的电池簇自动离网的控制逻辑，同时也保证了储能系统安全运行。
(2)以离网电池簇电压为基础设定并网电压，因此不论离网电池簇电压处于SOC范围内哪个区间，SBMS可以实现离网电池簇全SOC范围内的自动并网。
(3)实时跟踪计算电池簇全生命周期内的内阻，在电池全生命周期内均可以准确设定电池簇并网电压。因此SBMS可以实现离网电池簇全生命周期内的自动并网。
附图说明
图1是本发明储能系统中与直流母线存在较大压差的电池簇自动并/离网控制方法的流程示意图。
图2是本发明储能系统中储能电池管理系统SBMS的控制结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明的具体实施做进一步说明。需要说明的是，这些具体的说明只是让本领域普通技术人员更加容易、清晰理解本发明，而非对本发明的限定性解释。
下面结合附图对本发明做进一步描述。
如图1所示，一种基于直流母线压差保护的储能电池簇自动并离网控制方法，
步骤1、储能电池管理系统(SBMS)分别检测N组电池簇的各个簇电压VSi(i＝1,2…N)，及直流母线电压VDC，其中N为大于等于1的自然数；并分别计算N组电池簇电压VSi(i＝1,2…N)与直流母线电压VDC间的压差ΔVi(i＝1,2…N)。
步骤2、储能电池管理系统(SBMS)判断ΔVmax是否大于等于ΔV0(
Figure GDA0003105556500000041
ΔVmax是ΔVi中的最大值，Imax为各个电池簇中最大充/放电电流，
Figure GDA0003105556500000042
为N组电池簇的内阻的平均值)。如果否，则储能电池管理系统(SBMS)重新计算N组电池簇电压VSi(i＝1,2…N)与直流母线电压VDC间的压差ΔVi(i＝1,2…N)，并判断ΔVmax是否大于等于ΔV0；如果是，则储能电池管理系统(SBMS)控制ΔVmax对应电池簇回路中的接触器KMsj+/KMsj-断开(充电时断开接触器KMsj-，放电时断开接触器KMsj+)。此时储能电池管理系统(SBMS)自动控制与直流母线压差最大的电池簇离网，保证系统安全运行。
步骤3、当含有N组电池簇的储能系统进行下一次充/放电时，储能电池管理系统(SBMS)根据离网电池簇的电压Vs离，自动设定剩余的并网电池簇的充/放电过程停机电压Vs并设。通过对剩余的并网电池簇进行充放电，目标是使Vs离＝Vs并＝VDC，进而完成离网电池簇的安全并网，这里VDC表示的是剩余的并网电池簇所并联在的直流母线的电压，其值总是等于剩余的并网电池簇的电压Vs并，即Vs并＝VDC。由于剩余的并网电池簇的内阻Rs并的存在，在对剩余的并网的电池簇进行充放电时，其充/放电过程停机电压Vs并设的设定需考虑Rs并，并不能直接设定为Vs离，因此，此时Vs并设＝Vs离±I充/放×Rs并(充电时为Vs并设＝Vs离+I充×Rs并，放电时为Vs并设＝Vs离－I放×Rs并)，其中I充/放是剩余的并网电池簇的充放电电流，Rs并为剩余的并网电池簇内阻。
步骤4、当储能系统中剩余的并网电池簇充/放电至电压为Vs并设时，系统停机，I充/放＝0，静置约15min后，由于电池簇内阻的存在，剩余的并网电池簇稳定后的电压相对于Vs并设会稍有变化，稳定在Vs并，并与Vs离相等，这时，Vs离＝Vs并＝VDC，此时离网电池簇电压与剩余并网电池及直流母线电压一致。
步骤5、储能电池管理系统(SBMS)控制离网电池簇接触器KMsj+/KMsj-闭合(充电时闭合KMsj-，放电时闭合KMsj+)，此时储能电池管理系统(SBMS)自动控制完成离网电池簇的安全并网。并网完成后，储能系统启动，继续进行充/放电。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (3)

1.一种基于直流母线压差保护的储能电池簇自动并离网控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，储能电池管理系统(SBMS)分别检测N组电池簇的各个簇电压VSi(i＝1,2…N)，及直流母线电压VDC，其中N为大于等于1的自然数；并分别计算N组电池簇电压VSi(i＝1,2…N)与直流母线电压VDC间的压差ΔVi(i＝1,2…N)；
第二步，储能电池管理系统(SBMS)判断ΔVmax是否大于等于ΔV0，其中
Figure FDA0003105556490000011
ΔVmax是ΔVi中的最大值，Imax为各个电池簇中最大充/放电电流，
Figure FDA0003105556490000012
为N组电池簇的内阻的平均值；如果否，则储能电池管理系统(SBMS)重新计算N组电池簇电压VSi(i＝1,2…N)与直流母线电压VDC间的压差ΔVi(i＝1,2…N)，并判断ΔVmax是否大于等于ΔV0；如果是，则储能电池管理系统(SBMS)控制ΔVmax对应电池簇回路中的接触器KMsj+/KMsj-断开，其中充电时断开接触器KMsj-，放电时断开接触器KMsj+，此时储能电池管理系统(SBMS)自动控制与直流母线压差最大的电池簇离网，保证系统安全运行；其中每个所述电池簇内阻Rs的实时跟踪计算过程为：充电时
Figure FDA0003105556490000013
放电时
Figure FDA0003105556490000014
其中V充为电池簇充电停机电压，I充为电池簇充电电流，V放为电池簇放电停机电压，I放为电池簇放电电流，V静为电池簇充/放后的静置电压；
第三步，当含有N组电池簇的储能系统进行下一次充/放电时，储能电池管理系统(SBMS)根据离网电池簇的电压Vs离，自动设定剩余的并网电池簇的充/放电过程停机电压Vs并设，此时Vs并设＝Vs离±I充/放×Rs并，充电时为Vs并设＝Vs离+I充×Rs并，放电时为Vs并设＝Vs离－I放×Rs并，其中I充/放是剩余的并网电池簇的充放电电流，Rs并为剩余的并网电池簇内阻；
第四步，当储能系统中剩余的并网电池簇充/放电至电压为Vs并设时，系统停机静置一定时间，确保离网电池簇电压与剩余的并网电池簇及直流母线电压一致；
第五步，储能电池管理系统(SBMS)控制离网电池簇接触器KMsj+/KMsj-闭合，其中充电时闭合KMsj-，放电时闭合KMsj+，此时储能电池管理系统(SBMS)自动控制完成离网电池簇的安全并网，并网完成后，储能系统启动，继续进行充/放电。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第四步中，所述一定时间为15min。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第三步中，剩余的并网电池簇内阻Rs并等于剩余的并网电池簇内各个电池簇内阻的并联值。
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