CN110531269B - 一种串并联组合式电池堆的soc估算方法及电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池储能领域，特别是一种串并联组合式电池堆的SOC估算方法及电池管理系统。通过采集每个电池簇内串联的各单体电池的SOC值，计算每个电池簇的SOC值；对所有电池簇的SOC值进行聚类，得到两个聚类中心点，根据聚类中心计算得到电池堆的SOC值，得到的电池堆SOC值不仅能够覆盖[0,100]的全区间变化，电池堆SOC值变化较为平滑，避免了充放过程中发生突变对电池堆SOC值估算的影响，使得电池堆SOC值估算的结果较为准确。

Description

一种串并联组合式电池堆的SOC估算方法及电池管理系统

技术领域

本发明涉及电池储能领域，特别是一种串并联组合式电池堆的SOC估算方法及电池管理系统。

背景技术

电池储能电站具有功率和能量可根据不同应用需求灵活配置，响应速度快，不受地理资源等外部条件的限制，适合大规模应用和批量化生产等优势，使得电池储能在配合集中/分布式新能源并网，电网运行辅助等方面具有不可替代的地位。大规模电池储能电站可作为独立电站参与电网调频/调压、提供备用、削峰填谷，同时也可与可再生能源发电配合提高可再生能源上网电量。

为了保证电池储能电站中电池的安全可靠运行，防止电池过充过放，有效延长电池的使用寿命，电池储能电站需要配套使用电池管理系统，对电池的电压、温度、充放电电流、SOC等状态进行实时监测，其中，电池的荷电状态SOC又是电池管理系统的核心技术。

为了达到一定的容量和电压等级，电池堆需要对单体电池进行串并联组合，如图1所示，电池堆一般包括若干并联的电池簇，电池簇包括若干串联的单体电池。但由于材料、工艺等原因，单体电池间本身存在一致性差异问题，这种差异会在串并组合后的并联多簇电池间表现的更为明显，导致簇间环流的出现。充放电过程中，随着簇间环流的增大，簇间的不一致性也会加剧。此时，如果单纯的以平均SOC表示电池堆SOC，就可能会出现SOC无法达到0％或100％的情况，给用户造成一种无法充满或放空的假象；如果以最大/小SOC表示电池堆SOC，则可能在充放电转换时出现堆SOC突变的情况，总体而言，无法准确给出电池堆SOC。

发明内容

本发明的目的是提供一种串并联组合式电池堆的SOC估算方法及电池管理系统，用以解决现有电池管理系统给出的电池堆SOC不准确的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种串并联组合式电池堆的SOC估算方法，包括以下步骤：

1)采集当前时刻每个电池簇内串联的各单体电池的SOC值，计算每个电池簇的SOC值；

2)对所有电池簇的SOC值进行聚类，得到两个聚类中心点分别为SOC_high和SOC_low，其中，SOC_high≥SOC_low；

3)根据上一时刻电池堆的SOC值、SOC_high和SOC_low计算得到当前时刻电池堆的SOC值并输出，计算公式如下：

SOC_d＝SOC_high*SOC'_d*0.01+SOC_low*(1-SOC'_d*0.01)

式中，SOC_d表示当前时刻电池堆的SOC值，SOC'_d表示上一时刻电池堆的SOC值。

有益效果是，通过对不同SOC值的电池簇进行聚类，找到聚类中心，根据聚类中心，估算电池堆的SOC值，得到的电池堆SOC值不仅能够覆盖[0,100]的全区间变化，电池堆SOC值变化较为平滑，避免了充放过程中发生突变对电池堆SOC值估算的影响，使得电池堆SOC值估算的结果较为准确。

进一步地，为了准确估算每个电池簇的SOC值，每个电池簇的SOC值计算公式如下：

其中，SOC_i为电池簇i的SOC值，0<i≤nc，nc为电池堆内并联的电池簇的总数，soc_ij为电池簇i中第j节单体电池的SOC值，ns为电池簇内串联的单体电池的总数。

进一步地，为了简单、准确对SOC值进行聚类分析，根据K-means聚类算法对所有电池簇的SOC值进行聚类，其中K＝2。

本发明提供一种串并联组合式电池堆的电池管理系统，包括处理模块和用于采集每个单体电池信息的电池采集模块，处理模块连接所述电池采集模块，所述处理模块用于实现以下步骤：

1)采集当前时刻每个电池簇内串联的各单体电池的SOC值，计算每个电池簇的SOC值；

2)对所有电池簇的SOC值进行聚类，得到两个聚类中心点分别为SOC_high和SOC_low，其中，SOC_high≥SOC_low；

3)根据上一时刻电池堆的SOC值、SOC_high和SOC_low计算得到当前时刻电池堆的SOC值并输出，计算公式如下：

SOC_d＝SOC_high*SOC'_d*0.01+SOC_low*(1-SOC'_d*0.01)

式中，SOC_d表示当前时刻电池堆的SOC值，SOC'_d表示上一时刻电池堆的SOC值。

有益效果是，通过对不同SOC值的电池簇进行聚类，找到聚类中心，根据聚类中心，估算电池堆的SOC值，得到的电池堆SOC值不仅能够覆盖[0,100]的全区间变化，电池堆SOC值变化较为平滑，避免了充放过程中发生突变对电池堆SOC值估算的影响，使得电池管理系统对电池堆SOC值估算的结果较为准确。

进一步地，为了准确估算每个电池簇的SOC值，系统中每个电池簇的SOC值计算公式如下：

其中，SOC_i为电池簇i的SOC值，0<i≤nc，nc为电池堆内并联的电池簇的总数，soc_ij为电池簇i中第j节单体电池的SOC值，ns为电池簇内串联的单体电池的总数。

进一步地，为了简单、准确对SOC值进行聚类分析，系统中根据K-means聚类算法对所有电池簇的SOC值进行聚类，其中K＝2。

附图说明

图1是本发明的一种串并联组合式电池堆的组成示意图；

图2是本发明的一种串并联组合式电池堆的SOC估算方法的流程图；

图3是本发明的电池堆充电过程中的SOC_d变化示意图；

图4是本发明的电池堆放电过程中的SOC_d变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

系统实施例：

本发明提供一种串并联组合式电池堆的电池管理系统，该电池管理系统包括处理模块和用于采集每个单体电池信息的电池采集模块，处理模块连接电池采集模块，处理模块根据采集的单体电池的信息估算整个电池堆的SOC值。

其中，如图2所示，估算的步骤如下：

1)采集当前时刻每个电池簇内串联的各单体电池的SOC值，计算每个电池簇的SOC值。

通过电池采集模块采集各单体电池的SOC值，据此，每个电池簇的SOC值计算公式如下：

其中，SOC_i为电池簇i的SOC值，0<i≤nc，nc为电池堆内并联的电池簇的总数，soc_ij为电池簇i中第j节单体电池的SOC值，ns为电池簇内串联的单体电池的总数。

2)根据K-means聚类算法对所有电池簇的SOC值进行聚类，得到两个聚类中心点分别为SOC_high和SOC_low，其中，SOC_high≥SOC_low。

K-means聚类算法中的K＝2，对象间的相似度通过欧式距离得到，欧式距离越小，对象相似度越高。本实施例中通过K-means聚类算法进行聚类，作为其他实施方式，也可以采用现有的聚类方法，只要能够聚类得到两个中心点即可。

3)根据上一时刻电池堆的SOC值、SOC_high和SOC_low计算得到电池堆的SOC值并输出，计算公式如下：

SOC_d＝SOC_high*SOC'_d*0.01+SOC_low*(1-SOC'_d*0.01)

式中，SOC_d表示当前时刻电池堆的SOC值，SOC'_d表示上一时刻电池堆的SOC值。

本发明给出一组实验结果，如图3所示，充电过程中，电池堆SOC值的变化过程。整个充电过程中，起始阶段电池堆SOC值SOC_d与SOC_low相等，皆为0，随着电池电量的升高，电池堆SOC值SOC_d逐渐偏离SOC_low，靠近SOC_high，在充电末端，SOC_d与SOC_high同时达到最大值100％，避免了电池的过充，且整个过程中电池堆SOC值SOC_d平滑变化。

如图4所示，放电过程中，电池堆SOC值SOC_d的变化过程。放电过程中，SOC_d逐渐偏离SOC_high，靠近SOC_low，在放电末端，SOC_d与SOC_low同时达到最小值0％，且整个过程中电池堆SOC值SOC_d平滑变化。

方法实施例：

本发明提供一种串并联组合式电池堆的SOC估算方法，该方法的具体步骤已在上述系统实施例中说明，在此不再赘述。

以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种串并联组合式电池堆的SOC估算方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采集当前时刻每个电池簇内串联的各单体电池的SOC值，计算每个电池簇的SOC值；

2)对所有电池簇的SOC值进行聚类，得到两个聚类中心点分别为SOC_high和SOC_low，其中，SOC_high≥SOC_low；

3)根据上一时刻电池堆的SOC值、SOC_high和SOC_low计算得到当前时刻电池堆的SOC值并输出，计算公式如下：

SOC_d＝SOC_high*SOC'_d*0.01+SOC_low*(1-SOC'_d*0.01)

式中，SOC_d表示当前时刻电池堆的SOC值，SOC'_d表示上一时刻电池堆的SOC值。

2.根据权利要求1所述的串并联组合式电池堆的SOC估算方法，其特征在于，每个电池簇的SOC值计算公式如下：

其中，SOC_i为电池簇i的SOC值，0<i≤nc，nc为电池堆内并联的电池簇的总数，soc_ij为电池簇i中第j节单体电池的SOC值，ns为电池簇内串联的单体电池的总数。

3.根据权利要求1或2所述的串并联组合式电池堆的SOC估算方法，其特征在于，根据K-means聚类算法对所有电池簇的SOC值进行聚类，其中K＝2。

4.一种串并联组合式电池堆的电池管理系统，包括处理模块和用于采集每个单体电池信息的电池采集模块，处理模块连接所述电池采集模块，其特征在于，所述处理模块用于实现以下步骤：

1)采集当前时刻每个电池簇内串联的各单体电池的SOC值，计算每个电池簇的SOC值；

2)对所有电池簇的SOC值进行聚类，得到两个聚类中心点分别为SOC_high和SOC_low，其中，SOC_high≥SOC_low；

3)根据上一时刻电池堆的SOC值、SOC_high和SOC_low计算得到当前时刻电池堆的SOC值并输出，计算公式如下：

SOC_d＝SOC_high*SOC'_d*0.01+SOC_low*(1-SOC'_d*0.01)

式中，SOC_d表示当前时刻电池堆的SOC值，SOC'_d表示上一时刻电池堆的SOC值。

5.根据权利要求4所述的串并联组合式电池堆的电池管理系统，其特征在于，每个电池簇的SOC值计算公式如下：

其中，SOC_i为电池簇i的SOC值，0<i≤nc，nc为电池堆内并联的电池簇的总数，soc_ij为电池簇i中第j节单体电池的SOC值，ns为电池簇内串联的单体电池的总数。

6.根据权利要求4或5所述的串并联组合式电池堆的电池管理系统，其特征在于，根据K-means聚类算法对所有电池簇的SOC值进行聚类，其中K＝2。

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