CN110311398A - 一种新型储能电池系统的连接拓扑、控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型储能电池系统的连接拓扑、控制系统及方法，涉及超大规模储能技术领域。该储能电池系统的连接拓扑为由多个电池模块通过串联连接和并联连接而成P行S列的电池模块阵列；并且每一个串联模块化电池都并联一个可控旁路开关IGBT，以及一组未接入系统的备用串联电池组；所述电池模块包括若干电池单元、可控开关IGBT以及双向DC‑DC功率变换器；针对该电池系统的控制系统包括储能电池系统、电池SOC检测单元、信号采集单元、性能评估器、智能协调控制器及排障控制器；基于该控制系统的控制方法很好地解决了储能电池输出电压不稳定、电池容量的不一致等问题，对新能源的发展、电力系统的稳定性和提高能源的利用率等方面起到了积极的作用。

Description

一种新型储能电池系统的连接拓扑、控制系统及方法

技术领域

本发明涉及超大规模储能技术领域，尤其涉及一种新型储能电池系统的连接拓扑、控制系统及方法。

背景技术

随着化石燃料的日益枯竭，风电、光伏等新能源技术的不断应用，新能源发电的间歇性、随机性以及惯量小等问题日益突出，严重的影响着电网的稳定性。而大规模储能技术的应用则是解决这一问题的主要技术手段之一。而现有的具有固定连接拓扑储能电池系统的输出电压不稳定、故障率高可靠性安全性差、不平衡以及维护困难等问题十分突出。在现有的技术中也针对此情况提出了一些解决方案，主要可分为2类：在储能电池系统上加额外的平衡电路和可重构的拓扑结构以及它们相应的控制策略，加额外的平衡电路的策略使电池在充放电的过程中增加了多余的电路损耗，更大的缺点是此策略还无法做到串联电池的故障排除；进而提出的可重构的拓扑结构的改进策略在此基础上进一步增加了电池模块的灵活性和可靠性，但是由于过多的开关管的存在，又无形的增加了储能电池的控制成本和制作成本，而且没有考虑电池模块本身的可维护性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，一方面，本发明提供一种新型储能电池系统的连接拓扑、控制系统及方法，提高储能系统的可靠性及安全性，改善储能电池输出电压不稳定、电池的不一致等问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一方面，本发明提供一种新型储能电池系统的连接拓扑，包括多个电池模块，多个电池模块通过串联连接和并联连接而成P行S列的电池模块阵列；并且每一个串联模块化电池都并联一个可控旁路开关IGBT以及一组未接入系统的备用串联电池组；所述电池模块包括若干电池单元、可控开关IGBT以及双向DC-DC功率变换器；所述电池单元先与一个可控开关IGBT串联，然后再与一个可控开关IGBT并联，组成一个可控单元，然后若干个可控单元串联连接接至双向DC-DC功率变换器的低压一侧。

另一方面，本发明还提供一种新型储能电池系统的控制系统，包括储能电池系统、电池SOC(State of Charge，即荷电状态)检测单元、信号采集单元、性能评估器、智能协调控制器及排障控制器；

所述储能电池系统用于将电池组中的电能转换成适用于负载运行的幅值输出，同时将电能转换为适当的形式为电池组所存储，且包含有电池模块和切除故障的执行单元；除此之外，电池模块还配有旁路IGBT便于切除和检修；

所述信号采集单元用于实时采集储能电池系统中每个电池单元的电压、电流以及温度值，并传送到电池SOC检测单元；

所述电池SOC检测单元根据信号采集单元采集的每个电池单元的电压、电流以及温度值计算电池模块的SOC值，然后将其传输至性能评估器；

所述性能评估器用于根据电池模块的电池可用容量SOC、电池内阻R、电池电压V以及环境温度T这些特征数据及智能协调控制器产生的自适应更新参数，分析储能电池系统中每一个电池模块里串联电池单元性能的好坏，判断电池单元以及电池模块是否需要用智能协调控制器和排障控制器进行切除及调节，并为协调控制器、排障控制器提供控制信号和故障电池模块位置信号；

所述智能协调控制器用于接收电池性能评估器的输出量，根据电池模块性能的差异来调节储能电池模块中双向DC-DC功率变换器的PWM输入波的占空比，从而改变串联电池模块的出力，以此来增强电池模块间的一致性和电池储能系统的可靠性，最后实时将自适应更新参数传至性能评估器；

所述排障控制器根据故障电池模块的位置信息，排障控制器通过控制与故障电池模块相对应的占空比和可控开关，对故障部分进行切除。

另一方面，本发明还提供一种新型储能电池系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：信号采集单元实时采集储能电池系统电池模块中每个电池单元的电压、温度和电流值并传送到电池SOC检测单元，电池SOC检测单元结合预设电池固有参数实时计算电池模块可用容量SOC值以及电池模块可用容量参考值SOC_ys，然后将上述参数传输至性能评估器；

步骤1.1：首先将储能电池系统中电池单元的各项固有参数进行初始化，然后结合信号采集单元实时采集的电池的电压、温度和电流值，带入如下扩展卡尔曼观测器(Extended Kalman Observer)迭代公式，计算出第i次迭代时电池模块的实时参数如下公式所示：

其中，V_pi为第i次迭代时的极化电压，OCV_i为第i次迭代时的开路电压，SOC_i为第i次迭代时的电池模块可用容量SOC值，R_p为电池极化电阻、C_p为电池极化电容，R_b为电池剩余电阻，η为与温度T有关库伦系数，Q_R为电池可用容量，V_bi为第i次迭代时的电池模块电压，I_b(t)为t时刻电池模块的电流；

所述电池模块的实时参数包括极化电压V_pi，开路电压OCV_i，电池模块可用容量SOC值、电池模块电压V_b以及电池模块内阻R(SOC)；

步骤1.2：将步骤1.1的计算结果带入如下迭代公式，实时计算得出电池模块的内阻以及电池模块可用容量的参考值：

其中，为第i′个电池模块的额定可用容量；

步骤1.3：将上一次迭代的输出结果作为下一次迭代的输入重复步骤1.1-1.2，并输出计算得到的电池模块的电池可用容量SOC值、其参考值SOC_ys及内阻值R；

步骤2：性能评估器对接收的电池模块的电池可用容量SOC值及可用容量参考值SOC_ys进行处理，然后根据电池固有的性能指标评估电池性能是否满足标准，也即出现故障电池单元或电池模块不满足运行条件，并将处理结果、电池可用容量SOC值及其参考值SOC_ys送至协调控制器及排障控制器；

步骤2.1：将步骤1得到的电池可用容量SOC值、电池内阻R、电池电压V以及环境温度T四个电池性能参数的样本组及其参考值SOC_ys进行归一化处理，如下公式所示：

其中，分别为电池荷电状态标么值、电压标么值、内阻标么值以及温度标么值，SOC_ys、V_N、R_N、T_N分别为对应的基准值；

步骤2.2：依据国家标准确定判断不同电池状态的安全阈值可控阈值和故障阈值

步骤2.3：依据步骤1的数据进行评估处理，通过将处理结果与电池状态阈值进行比较来对储能电池组中电池模块的运行状态进行划分，并输出处理结果和电池状态参考值，若出现故障电池模块，则一起输出电池模块的位置信息；

步骤2.3.1：将测量和计算得到电池模块内阻电池模块电压电池可用容量值环境温度4个电池特征参数作为电池状态向量x＝{x₁ x₂ x₃ x₄}∈R⁴，x₁，x₂，x₃，x₄分别对应

步骤2.3.2：依据国家标准或者行业标准对电池状态向量进行模糊化，四个电池特征参数具有相同的模糊语言值‘L’，’N’，’H’；

步骤2.3.3：将每个电池特征参数值分别带入针对模糊语言值‘L’，’N’，’H’的隶属度函数得到不同的隶属度，根据不同隶属度的组合产生以下的IF-THEN模糊规则：

R^l：如果x₁属于模糊集且x₂属于模糊集...，且x₄属于模糊集则电池模块状态属于T^l，T是电池模块状态集；

其中，模糊集为实数，T^l为实数，l＝1，2…，L_k，L_k为不同隶属度的组合数；

步骤2.3.4：按照面积中心平均法(centrold)，得到电池模块的当前状态以及控制变量如下公式所示：

其中，为由组成的向量，为自适应参数；

步骤2.3.5：根据电池模块的控制变量预先计算的安全阈值可控阈值和故障阈值判断电池的故障程度，适时触发电池模块故障信号并发送其位置信息；

若则电池模块的运行状态未超过安全阈值，此时输入至协调控制器的控制变量u_ct＝0，定义此时电池模块的运行状态为健康状态，并执行步骤3；

若则电池模块的运行状态未超过可控阈值，此时输入至协调控制器的控制变量定义此时电池模块的运行状态为可控状态，并执行步骤3；

若则电池已经不能通过施加允许的控制信号使其回归可控范围以内，定义此时电池模块的运行状态为故障状态，并触发该电池模块故障信号，执行步骤4；

步骤3：若电池模块运行在健康状态或可控状态，则协调控制器根据性能评估器的控制变量u_ct以及电池可用容量SOC误差调节各个电池模块中的双向DC-DC变换器的占空比，从而调节各个电池模块的出力，使得各个电池模块协调运行；

步骤3.1：首先将检测得的电池可用容量SOC值与其参考值进行做差，然后对差值求导，得到误差向量如下公式所示：

e＝SOC_ys-SOC

步骤3.2：根据给定矩阵K与步骤3.1所得的误差向量进行矩阵相乘，然后再乘以-1，得到鲁棒补偿项u_H，具体公式如下：

其中，K＝[521 235]；

步骤3.3：将性能评估器算得的电池模块的当前状态和模型方程g(x)带入下式，求得自适应参数更新律具体公式如下：

其中，η_d为修正系数，其为大于零的常数，L为双向DC-DC变换器的电感；

步骤3.4：将步骤3.2与步骤3.3的结果带入下式，得到控制系统的控制律u′ct，然后，加上固定占空比D得实际占空比d，如下公式所示：

u′_ct＝u_ct-u_H/g(x)

d＝D+u′_ct

步骤4、若电池模块运行在故障状态下，排障控制器根据性能评估器传送的故障电池模块的位置信息，通过储能电池系统中电池模块的双向DC-DC变换器及可控开关对故障电池单元或故障电池模块进行处理；

步骤4.1：排障控制器通过内部排障机制对电池模块的内部进行排障，若故障信号解除，则停止排障，否则执行步骤4.2；

步骤4.1.1：当电池模块故障信号被触发时，排障控制器检测该故障电池模块中串联电池的相关开关状态，可控电池开关S＝{s_r1 s_r2 … s_rt} rt≤Bn，r1为一个电池模块中可用可控电池开关个数，Bn为一个电池模块中串联的电池个数，，并令j＝r1；

步骤4.1.2：闭合电池模块中的第j块可控旁路开关IGBT以及串联开关IGBT；

步骤4.1.3：检测电池模块故障信号是否撤除，若撤除则电池模块中的故障电池已被切除，否则断开第j块可控旁路开关IGBT；

步骤4.1.4：令j+1，重复执行步骤4.1.2-4.1.3，直至电池模块故障信号切除，或者j＝rt，rt个电池均被执行步骤4.1.2至4.1.3操作，则电池模块内部检测结束；

步骤4.2：切除故障电池模块，并发出维修信号及时进行更换，若切除故障模块之后故障信号仍未解除，则将整个串联支路进行解列；

步骤4.2.1：电池模块内部检测结束后故障信号仍未解除，则闭合旁路开关IGBT，对故障电池模块进行隔离；

步骤4.2.2：然后停止向该模块发送触发脉冲，并发送维修信号，提醒工作人员对该电池模块进行检修或更换，直至电池组串联结构解列；

步骤4.2.3：启用备用串联电池组，进行供电补偿，并维修或更换之后的解列串联电池组作为新的备用电池组；

步骤4.3：解列结束后，若储能系统供电能力不足，则停止整个储能系统的运行。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种新型储能电池系统的连接拓扑、控制系统及方法，能够很好的识别并旁路故障电池及电池模块，从而可以极大的提高储能系统的可靠性和安全性，使得维护简单方便，同时提出的一种储能电池的协调控制方法很好地解决了储能电池输出电压不稳定、电池容量的不一致等问题，对新能源的发展、电力系统的稳定性和提高能源的利用率等方面起到了积极的作用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种新型储能电池系统的连接拓扑结构图；

图2为本发明实施例提供一种新型储能电池系统的控制系统框图。

图3为本发明实施例提供的一种新型储能电池系统的电池性能评估流程图；

图4为本发明实施例提供的电池性能评估器的结构框图；

图5为本发明实施例提供的电池性能评估器中隶属度函数图，其中，(a)为电池电压隶属度函数图像，(b)为电池可用电池容量SOC隶属度函数图像，(c)为电池温度隶属度函数图像，(d)为电池内阻隶属度函数；

图6为本发明实施例提供的智能协调控制器的结构框图；

图7为本发明实施例提供的电池排障过程的流程图；

图8为本发明实施例提供的故障电池模块内部排障的示意图；

图9为本发明实施例提供的三个串联电池模块在协调控制器作用下的SOC曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例中，一种新型储能电池系统的连接拓扑，如图1所示，包括多个电池模块，多个电池模块通过串联连接和并联连接而成P行S列的电池模块阵列；并且每一个串联模块化电池都并联一个可控旁路开关IGBT，以及一组未接入系统的备用串联电池组；所述电池模块包括若干电池单元、可控开关IGBT以及双向DC-DC功率变换器；所述电池单元先与一个可控开关IGBT串联，然后再与一个可控开关IGBT并联，组成一个可控单元，然后若干个可控单元串联连接接至双向DC-DC功率变换器的低压一侧。

一种新型储能电池系统的控制系统，如图2所示，包括储能电池系统、电池SOC(State of Charge，即荷电状态)检测单元、信号采集单元、性能评估器、智能协调控制器及排障控制器；

所述储能电池系统用于将电池组中的电能转换成适用于负载运行的幅值输出，同时将电能转换为适当的形式为电池组所存储，且包含有电池模块和切除故障的执行单元；除此之外，电池模块还配有旁路IGBT便于切除和检修；

所述信号采集单元用于实时采集储能电池系统中每个电池单元的电压、电流以及温度值，并传送到电池SOC检测单元；

所述电池SOC检测单元根据信号采集单元采集的每个电池单元的电压、电流以及温度值计算电池模块的SOC值，然后将其传输至性能评估器；

所述性能评估器用于根据电池模块的电池可用容量SOC、电池内阻R、电池电压V以及环境温度T这些特征数据及智能协调控制器产生的自适应更新参数，分析储能电池系统中每一个电池模块里串联电池单元性能的好坏，判断电池单元以及电池模块是否需要用智能协调控制器和排障控制器进行切除及调节，并为协调控制器、排障控制器提供控制信号和故障电池模块位置信号；

所述智能协调控制器用于接收电池性能评估器的输出量，根据电池模块性能的差异来调节储能电池模块中双向DC-DC功率变换器的PWM输入波的占空比，从而改变串联电池模块的出力，以此来增强电池模块间的一致性和电池储能系统的可靠性，最后实时将自适应更新参数传至性能评估器；

所述排障控制器根据故障电池模块的位置信息，排障控制器通过控制与故障电池模块相对应的占空比和可控开关，对故障部分进行切除。

一种新型储能电池系统的控制方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤1：信号采集单元实时采集储能电池系统电池模块中每个电池单元的电压、温度和电流值并传送到电池SOC检测单元，电池SOC检测单元结合预设电池固有参数实时计算电池模块可用容量SOC值以及电池模块可用容量参考值SOC_ys，然后将上述参数传输至性能评估器；

步骤1.1：首先将储能电池系统中电池单元的各项固有参数进行初始化，然后结合信号采集单元实时采集的电池的电压、温度和电流值，带入如下扩展卡尔曼观测器(Extended Kalman Observer)迭代公式，计算出第i次迭代时电池模块的实时参数如下公式所示：

其中，V_pi为第i次迭代时的极化电压，OCV_i为第i次迭代时的开路电压，SOC_i为第i次迭代时的电池模块可用容量SOC值，R_p为电池极化电阻、C_p为电池极化电容，R_b为电池剩余电阻，η为与温度T有关库伦系数，Q_R为电池可用容量，V_bi为第i次迭代时的电池模块电压，I_b(t)为t时刻电池模块的电流；

所述电池模块的实时参数包括极化电压V_pi，开路电压OCV_i，电池模块可用容量SOC值、电池模块电压V_b以及电池模块内阻R(SOC)；

本实施例中，为了便于计算，将卡尔曼观测器改为线性迭代形式，如下公式所示：

OCV(i)＝OCV(i-1)

V_b(i)＝OCV(i-1)-I_b(i-1)R_b-V_P(i)

其中，T_s为采样周期，OCV为定值，为电池固有参数；

步骤1.2：将步骤1.1的计算结果带入如下迭代公式，实时计算得出电池模块的内阻以及电池模块可用容量的参考值：

其中，为第i′个电池模块的额定可用容量；

步骤1.3：将上一次迭代的输出结果作为下一次迭代的输入重复步骤1.1-1.2，并输出计算得到的电池模块的电池可用容量SOC值、其参考值SOC_ys及内阻值R；

步骤2：性能评估器对接收的电池模块的电池可用容量SOC值及可用容量参考值SOC_ys进行处理，然后根据电池固有的性能指标评估电池性能是否满足标准，也即出现故障电池单元或电池模块不满足运行条件，并将处理结果、电池可用容量SOC值及其参考值SOC_ys送至协调控制器及排障控制器；

步骤2.1：将步骤1得到的电池可用容量SOC值、电池内阻R、电池电压V以及环境温度T四个电池性能参数的样本组及其参考值SOC_ys进行归一化处理，如下公式所示：

其中，分别为电池荷电状态标么值、电压标么值、内阻标么值以及温度标么值，SOC_ys、V_N、R_N、T_N分别为对应的基准值；

步骤2.2：依据国家标准确定判断不同电池状态的安全阈值可控阈值和故障阈值

步骤2.3：依据步骤1的数据进行评估处理，如图4所示，通过将处理结果与电池状态阈值进行比较来对储能电池组中电池模块的运行状态进行划分，并输出处理结果和电池状态参考值，若出现故障电池模块，则一起输出电池模块的位置信息；

步骤2.3.1：将测量和计算得到电池模块内阻电池模块电压电池可用容量值环境温度4个电池特征参数作为电池状态向量x＝{x₁ x₂ x₃ x₄}∈R⁴，x₁，x₂，x₃，x₄分别对应

步骤2.3.2：依据国家标准或者行业标准对电池状态向量进行模糊化，四个电池特征参数具有相同的模糊语言值‘L’，’N’，’H’；

步骤2.3.3：将每个电池特征参数值分别带入如图5所示的针对模糊语言值‘L’，’N’，’H’的隶属度函数得到不同的隶属度，根据不同隶属度的组合产生以下的IF-THEN模糊规则：

R^l：如果x₁属于模糊集且x₂属于模糊集...，且x₄属于模糊集则电池状态属于T^l，T是电池模块状态集；

其中，模糊集为实数，T^l为实数，l＝1，2…，L_k，L_k为不同隶属度的组合数；

步骤2.3.4：按照面积中心平均法(centrold)，得到电池模块的当前状态以及控制变量如下公式所示：

其中，为由组成的向量，为自适应参数；

步骤2.3.5：根据电池模块的控制变量预先计算的安全阈值可控阈值和故障阈值判断电池的故障程度，适时触发电池模块故障信号并发送其位置信息；

若则电池模块的运行状态未超过安全阈值，此时输入至协调控制器的控制变量u_ct＝0，定义此时电池模块的运行状态为健康状态，并执行步骤3；

若则电池模块的运行状态未超过可控阈值，此时输入至协调控制器的控制变量定义此时电池模块的运行状态为可控状态，并执行步骤3；

若则电池已经不能通过施加允许的控制信号使其回归可控范围以内，定义此时电池模块的运行状态为故障状态，并触发该电池模块故障信号，执行步骤4；

步骤3：若电池模块的运行状态为健康状态或可控状态，则协调控制器根据性能评估器的控制信号以及电池可用容量SOC误差调节各个电池模块中的双向DC-DC变换器的占空比，从而调节各个电池模块的出力，使得各个电池模块协调运行，如图6所示；

步骤3.1：首先将检测得的电池可用容量SOC值与其参考值先进行做差，然后对差值求导，得到误差向量如下公式所示：

e＝SOC_ys-SOC

步骤3.2：根据给定矩阵K与步骤3.1所得的误差向量进行矩阵相乘，然后再乘以-1，得到鲁棒补偿项u_H，具体公式如下：

其中，K＝[521 235]；

步骤3.3：将性能评估器算得的电池模块的当前状态和模型方程g(x)带入下式，求得自适应参数更新律具体公式如下：

其中，η_d为修正系数，其为大于零的常数，L为双向DC-DC变换器的电感；

步骤3.4：将步骤3.2与步骤3.3的结果带入下式，得到控制系统的控制律u′_ct，加上双向DC-DC变换器固定占空比D得到实际占空比d，如下公式所示：

u′_ct＝u_ct-u_H/g(x)

d＝D+u′_ct

本实施例中，通过计算得到的电池模块中的双向DC-DC变换器的占空比d，调节各个电池模块的出力，使得各个电池模块协调运行，控制效果如图7所示。

步骤4、若电池模块的运行状态为故障状态，则排障控制器根据性能评估器传送的故障电池模块的位置信息，通过储能电池系统中电池模块的双向DC-DC变换器及可控开关对故障电池单元或故障电池模块进行处理，如图8所示；

步骤4.1：排障控制器通过内部排障机制对电池模块的内部进行排障，如图9所示，若故障信号解除，则停止排障，否则执行步骤4.2；

步骤4.1.1：当电池模块故障信号被触发时，排障控制器检测该故障电池模块中串联电池的相关开关状态，可控电池开关S＝{s_r1 s_r2 … s_rt} rt≤Bn，r1为一个电池模块中可用可控电池开关个数，Bn为一个电池模块中串联的电池个数，并令j＝r1；

步骤4.1.2：闭合电池模块中的第j块可控旁路开关IGBT以及串联开关IGBT；

步骤4.1.3：检测电池模块故障信号是否撤除，若撤除则电池模块中的故障电池已被切除，否则断开第j块可控旁路开关IGBT；

步骤4.1.4：令j+1，重复执行步骤4.1.2-4.1.3，直至电池模块故障信号切除，或者，＝rt，rt个电池均被执行步骤4.1.2至4.1.3操作，则电池模块内部检测结束；

步骤4.2：切除故障电池模块，并发出维修信号及时进行更换，若切除故障模块之后故障信号仍未解除，则将整个串联支路进行解列；

步骤4.2.1：电池模块内部检测结束后故障信号仍未解除，则闭合旁路开关IGBT，对故障电池模块进行隔离；

步骤4.2.2：然后停止向该模块发送触发脉冲，并发送维修信号，提醒工作人员对该电池模块进行检修或更换，直至电池组串联结构解列；

步骤4.2.3：启用备用串联电池组，进行供电补偿，并维修或更换之后的解列串联电池组作为新的备用电池组；

步骤4.3：解列结束后，若储能系统供电能力不足，则停止整个储能系统的运行。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (5)

1.一种新型储能电池系统的连接拓扑，其特征在于：包括多个电池模块，多个电池模块通过串联连接和并联连接而成P行S列的电池模块阵列；并且每一个串联模块化电池都并联一个可控旁路开关IGBT以及一组未接入系统的备用串联电池组；所述电池模块包括若干电池单元、可控开关IGBT以及双向DC-DC功率变换器；所述电池单元先与一个可控开关IGBT串联，然后再与一个可控开关IGBT并联，组成一个可控单元，然后若干个可控单元串联连接接至双向DC-DC功率变换器的低压一侧。

2.一种新型储能电池系统的控制系统，对权利要求1所述储能电池系统进行控制，其特征在于：包括储能电池系统、电池SOC检测单元、信号采集单元、性能评估器、智能协调控制器及排障控制器；

所述储能电池系统用于将电池组中的电能转换成适用于负载运行的幅值输出，同时将电能转换为适当的形式为电池组所存储，且包含有电池模块和切除故障的执行单元；除此之外，电池模块还配有旁路IGBT便于切除和检修；

所述信号采集单元用于实时采集储能电池系统中每个电池单元的电压、电流以及温度值，并传送到电池SOC检测单元；

所述电池SOC检测单元根据信号采集单元采集的每个电池单元的电压、电流以及温度值计算电池模块的SOC值，然后将其传输至性能评估器；

所述性能评估器用于根据电池模块的电池可用容量SOC、电池内阻R、电池电压V以及环境温度T这些特征数据及智能协调控制器产生的自适应更新参数，分析储能电池系统中每一个电池模块里串联电池单元性能的好坏，判断电池单元以及电池模块是否需要用智能协调控制器和排障控制器进行切除及调节，并为协调控制器、排障控制器提供控制信号和故障电池模块位置信号；

所述智能协调控制器用于接收电池性能评估器的输出量，根据电池模块性能的差异来调节储能电池模块中双向DC-DC功率变换器的PWM输入波的占空比，从而改变串联电池模块的出力，以此来增强电池模块间的一致性和电池储能系统的可靠性，最后实时将自适应更新参数传至性能评估器；

所述排障控制器根据故障电池模块的位置信息，排障控制器通过控制与故障电池模块相对应的占空比和可控开关，对故障部分进行切除。

3.一种新型储能电池系统的控制方法，基于权利要求2所述控制系统对权利要求1所述储能电池系统进行控制，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：信号采集单元实时采集储能电池系统电池模块中每个电池单元的电压、温度和电流值并传送到电池SOC检测单元，电池SOC检测单元结合预设电池固有参数实时计算电池模块可用容量SOC值以及电池模块可用容量参考值SOC_ys，然后将上述参数传输至性能评估器；

步骤1.1：首先将储能电池系统中电池单元的各项固有参数进行初始化，然后结合信号采集单元实时采集的电池的电压、温度和电流值，带入如下扩展卡尔曼观测器迭代公式，计算出第i次迭代时电池模块的实时参数如下公式所示：

其中，V_pi为第i次迭代时的极化电压，OCV_i为第i次迭代时的开路电压，SOC_i为第i次迭代时的电池模块可用容量SOC值，R_p为电池极化电阻、C_p为电池极化电容，R_b为电池剩余电阻，η为与温度T有关库伦系数，Q_R为电池可用容量，V_bi为第i次迭代时的电池模块电压，I_b(t)为t时刻电池模块的电流；

所述电池模块的实时参数包括极化电压V_pi，开路电压OCV_i，电池模块可用容量SOC值、电池模块电压V_b以及电池模块内阻R(SOC)；

步骤1.2：将步骤1.1的计算结果带入如下迭代公式，实时计算得出电池模块的内阻以及电池模块可用容量的参考值：

其中，为第i′个电池模块的额定可用容量；

步骤1.3：将上一次迭代的输出结果作为下一次迭代的输入重复步骤1.1-1.2，并输出计算得到的电池模块的电池可用容量SOC值、其参考值SOC_ys及内阻值R；

步骤2：性能评估器对接收的电池模块的电池可用容量SOC值及可用容量参考值SOC_ys进行处理，然后根据电池固有的性能指标评估电池性能是否满足标准，也即出现故障电池单元或电池模块不满足运行条件，并将处理结果、电池可用容量SOC值及其参考值SOC_ys送至协调控制器及排障控制器；

步骤2.1：将步骤1得到的电池可用容量SOC值、电池内阻R、电池电压V以及环境温度T四个电池性能参数的样本组及其参考值SOC_ys进行归一化处理，如下公式所示：

其中，分别为电池荷电状态标么值、电压标么值、内阻标么值以及温度标么值，SOC_ys、V_N、R_N、T_N分别为对应的基准值；

步骤2.2：依据国家标准确定判断不同电池状态的安全阈值可控阈值和故障阈值

步骤2.3：依据步骤1的数据进行评估处理，通过将处理结果与电池状态阈值进行比较来对储能电池组中电池模块的运行状态进行划分，并输出处理结果和电池状态参考值，若出现故障电池模块，则一起输出电池模块的位置信息；

步骤2.3.1：将测量和计算得到电池模块内阻电池模块电压电池可用容量值环境温度个电池特征参数作为电池状态向量x＝{x₁ x₂ x₃ x₄}∈R⁴，x₁，x₂，x₃，x₄分别对应

步骤2.3.2：依据国家标准或者行业标准对电池状态向量进行模糊化，四个电池特征参数具有相同的模糊语言值‘L’，’N’，’H’；

步骤2.3.3：将每个电池特征参数值分别带入针对模糊语言值‘L’，’N’，’H’的隶属度函数k＝1，...，4，得到不同的隶属度，根据不同隶属度的组合产生以下的IF-THEN模糊规则：

R^l：如果x₁属于模糊集且x₂属于模糊集且x₄属于模糊集则电池模块状态属于T^l，T是电池模块状态集；

其中，模糊集为实数，T^l为实数，l＝1，2...，L_k，L_k为不同隶属度的组合数；

步骤2.3.4：按照面积中心平均法，得到电池模块的当前状态以及控制变量如下公式所示：

其中，为由组成的向量，为自适应参数；

步骤2.3.5：根据电池模块的控制变量预先计算的安全阈值可控阈值和故障阈值判断电池的故障程度，适时触发电池模块故障信号并发送其位置信息；

若则电池模块的运行状态未超过安全阈值，此时输入至协调控制器的控制变量u_ct＝0，定义此时电池模块的运行状态为健康状态，并执行步骤3；

若则电池模块的运行状态未超过可控阈值，此时输入至协调控制器的控制变量定义此时电池模块的运行状态为可控状态，并执行步骤3；

若则电池已经不能通过施加允许的控制信号使其回归可控范围以内，定义此时电池模块的运行状态为故障状态，并触发该电池模块故障信号，执行步骤4；

步骤3：若电池模块运行在健康状态或可控状态，则协调控制器根据性能评估器的控制变量u_ct以及电池可用容量SOC误差调节各个电池模块中的双向DC-DC变换器的占空比，从而调节各个电池模块的出力，使得各个电池模块协调运行；

步骤3.1：首先将检测得的电池可用容量SOC值与其参考值进行做差，然后对差值求导，得到误差向量如下公式所示：

e＝SOC_vs-SOC

步骤3.2：根据给定矩阵K与步骤3.1所得的误差向量进行矩阵相乘，然后再乘以-1，得到鲁棒补偿项u_H，具体公式如下：

其中，K＝[521 235]；

步骤3.3：将性能评估器算得的电池模块的当前状态和模型方程g(x)带入下式，求得自适应参数更新律具体公式如下：

其中，η_d为修正系数，其为大于零的常数，L为双向DC-DC变换器的电感；

步骤3.4：将步骤3.2与步骤3.3的结果带入下式，得到控制系统的控制律u′_ct，然后，加上固定占空比D得实际占空比d，如下公式所示：

u′_ct＝u_ct-u_H/g(x)

d＝D+u′_ct

步骤4、若电池模块运行在故障状态下，排障控制器根据性能评估器传送的故障电池模块的位置信息，通过储能电池系统中电池模块的双向DC-DC变换器及可控开关对故障电池单元或故障电池模块进行处理；

步骤4.1：排障控制器通过内部排障机制对电池模块的内部进行排障，若故障信号解除，则停止排障，否则执行步骤4.2；

步骤4.2：切除故障电池模块，并发出维修信号及时进行更换，若切除故障模块之后故障信号仍未解除，则将整个串联支路进行解列；

步骤4.3：解列结束后，若储能系统供电能力不足，则停止整个储能系统的运行。

4.根据权利要求3所述的一种新型储能电池系统的控制方法，其特征在于，所述步骤4.1的具体方法为：

步骤4.1.1：当电池模块故障信号被触发时，排障控制器检测该故障电池模块中串联电池的相关开关状态，可控电池开关S＝{s_r1 s_r2 … s_rt}rt≤Bn，r1为一个电池模块中可用可控电池开关个数，Bn为一个电池模块中串联的电池个数，，并令j＝r1；

步骤4.1.2：闭合电池模块中的第j块可控旁路开关IGBT以及串联开关IGBT；

步骤4.1.3：检测电池模块故障信号是否撤除，若撤除则电池模块中的故障电池已被切除，否则断开第j块可控旁路开关IGBT；

步骤4.1.4：令j+1，重复执行步骤4.1.2-4.1.3，直至电池模块故障信号切除，或者j＝rt，rt个电池均被执行步骤4.1.2至4.1.3操作，则电池模块内部检测结束。

5.根据权利要求3所述的一种新型储能电池系统的控制方法，其特征在于，所述步骤4.2的具体方法为：

步骤4.2.1：电池模块内部检测结束后故障信号仍未解除，则闭合旁路开关IGBT，对故障电池模块进行隔离；

步骤4.2.2：然后停止向该模块发送触发脉冲，并发送维修信号，提醒工作人员对该电池模块进行检修或更换，直至电池组串联结构解列；

步骤4.2.3：启用备用串联电池组，进行供电补偿，并维修或更换之后的解列串联电池组作为新的备用电池组。