CN110707788A - 一种分布式储能电站中储能电池阵列快速均衡系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的分布式储能电站中储能电池阵列快速均衡系统，包括：开关控制模块，控制对储能电池阵列的充放电与电池阵列中每个电池单体的充放电；多源信息采集模块，用于采集储能电池阵列当前的电池状态信息与实时参数；均衡模块，对控制中心判定需要均衡的电池阵列进行主动均衡处理；数据库，记录多源信息采集模块和均衡模块的历史记录和数据；控制中心，通过多源信息采集模块得到电池组的内、外参数判断电池组是否需要均衡；并对急需均衡的电池组的均衡控制模块传达指令进行均衡预算。有益效果：该系统及方法可用于储能电站中储能电池阵列的快速主动均衡，提高储能电站的运行效率，延长储能电站储能电池阵列的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于分布式储能及电池均衡技术领域，尤其涉及一种分布式储能电站中储能电池阵列快速均衡系统及方法。
背景技术
能源短缺和环境污染加快了可再生、无污染的新能源发展。但是，新能源发电具有很强的波动性和随机性的缺陷。电池储能技术可以很好的调节新能源发电的输出功率，改善电能质量，提高了新能源发电的稳定性。所以，随着新能源发电的发展，储能技术将成为未来电网技术中必不可少的一部分。但是，目前储能电站使用的储能电池阵列在长期统一充放电的使用中会产生不均衡的情况，同时，由于储能电站中大量的电池阵列串联在一起提高电压，带来的问题就是储能电站的实际容量等于这些电池阵列中容量最低和储能效果最差的电池组。那么长此以往，整个储能电站的这组串联的所有电池阵列和所有电池组都处在一个“亚健康”的工作状态，势必会影响储能电站的效率。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供了一种分布式储能电站中储能电池阵列快速均衡系统及方法，具体由以下技术方案实现：
所述分布式储能电站中储能电池阵列快速均衡系统，包括：
开关控制模块，控制对储能电池阵列的充放电与电池阵列中每个电池单体的充放电；
多源信息采集模块，用于采集储能电池阵列当前的电池状态信息与包含有温度、湿度、电压、电流的实时参数；
均衡模块，包括均衡电路，所述均衡电路对控制中心判定需要均衡的电池阵列进行主动均衡处理；
数据库，记录多源信息采集模块和均衡模块的历史记录和数据；
控制中心，通过多源信息采集模块得到电池组的内、外参数判断电池组是否需要均衡；并对急需均衡的电池组的均衡控制模块传达指令进行均衡预算；在确定均衡预算后，控制开关控制模块调整电池组的均衡电路，所述均衡电路将电池组中单体电量较高的电池对电量较低的电池充电。
所述分布式储能电站中储能电池阵列快速均衡系统的进一步设计在于，所述充电电路采用双向半桥型DC/DC变换器，包括：Buck-Boost变换器和Cuk变换器，当对储能电池阵列中的单体电池进行放电时，转换为Boost变换器，使其对整个电池组放电；对储能电池阵列中的单体电池充电时，转换为Buck变换器，使整个电池组对其充电。采用所述分布式储能电站中储能电池阵列快速均衡系统的储能电池阵列快速均衡方法，包括如下步骤：
步骤1)储能电站发出对电池组均衡的要求，均衡程序开始运行，对硬件设备进行初始化操作，清除寄存区和工作区；
步骤2)均衡系统开始工作，进入循环系统，通过访问数据库和多源信息模块，得到电池的内、外特性与包含：温度T、电压OCV、电流I、剩余容量SOC(或Ah)的参数；
步骤3)均衡判定模块根据上述数据并参照设定的均衡因数判定该电池组是否需要均衡，若不需要，则退出系统，返回指令和参数至数据库和控制中心；
步骤4)若电池组需要进行均衡处理，则对所述参数进行综合处理，得到均衡因数最小的电池形成行列式排序，再控制开关阵列模块对待均衡电池按次序进行均衡；
步骤5)均衡完成后判定是否均衡完毕，若没有则返回主循环继续操作，若均衡完毕则退出均衡系统。
所述储能电池阵列快速均衡方法的进一步设计在于，所述步骤3)中引入了均衡因数C作为唯一判定电池之间均衡程度的指标，如式(1)，
其中，Ui、Uj分别表示电池i、j的电压，SOCi、SOCj分别表示电池i、j的剩余容量，Ri、Rj分别表示电池i、j的内部特性指标电阻。
所述储能电池阵列快速均衡方法的进一步设计在于，所述步骤4)中根据式(2)得到整个电池阵列中所有电池的均衡因数最小的电池Cmin，
Cmin＝min(|Ci-Cj|) i,j≤n (2)。
所述储能电池阵列快速均衡方法的进一步设计在于，所述步骤4)中均衡处理具体为：控制电池SOC高于电池Cmin的进行均衡放电，电池SOC低于电池Cmin的进行均衡充电，最后直到所有电池与电池Cmin的差距在5％以内停止均衡。
本发明的优点如下：
本发明的分布式储能电站中储能电池阵列快速均衡系统及方法可用于储能电站中储能电池阵列的快速主动均衡，提高储能电站的运行效率，延长储能电站储能电池阵列的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的储能电池快速均衡策略结构框图。
图2为本发明的储能电站主动均衡策略流程图。
图3为本发明的储能电站均衡模块电路图。
具体实施方式
结合具体实施例与附图对本发明的技术方案进一步说明。
如图1所示，本发明的分布式储能电站中储能电池阵列快速均衡系统主要由开关控制模块、均衡控制模块、多源信息采集模块以及数据库组成。
进一步的，开关控制模块用于控制对储能电池阵列的充放电以及电池阵列中每个电池单体的充放电。
本实施例的多源信息采集模块用于采集储能电池阵列当前的电池状态和实时参数，例如温度、湿度、电压、电流、SOC等。
均衡模块用于对控制中心判定需要均衡的电池阵列进行主动均衡处理。本实施例的均衡模块采用了可以实现电池间快速均衡且电路设计较为模块化的Buck-Boost变换器和Cuk变换器，即采用双向半桥型DC/DC变换器，当对电量较高的电池放电时，转换为Boost变换器，使其对整个电池组放电；对电量较低的电池充电时，转换为Buck变换器，使整个电池组对其充电。
数据库用于记录多源信息采集模块和均衡模块的历史记录和数据，例如电池阵列的历史运行轨迹、SOH、均衡次数和循环充放次数等等。
控制中心利用多源信息采集模块得到电池组的内、外参数并进行判断是否电池组需要均衡，对急需均衡的电池组的均衡控制模块传达指令进行均衡预算，确定均衡策略后控制开关模块调整电池组的电路，使电池组中单体电量较高的电池对电量较低的电池充电。
本实施例根据上述分布式储能电站中储能电池阵列快速均衡系统提供的一种储能电池阵列快速均衡方法，具体步骤如下：
步骤1)储能电站发出对电池组均衡的要求，均衡程序开始运行，对硬件设备进行初始化操作，清除寄存区和工作区；
步骤2)均衡系统开始工作，进入循环系统。通过访问数据库和多源信息模块，得到电池的内、外特性和参数：温度T、电压OCV、电流I、剩余容量SOC(或Ah)；
步骤3)均衡判定模块根据上述数据并参照相应的指标判定该电池组是否需要均衡，若不需要，则退出系统，返回指令和参数至数据库和控制中心；
步骤4)若电池组需要进行均衡处理，则对上述的数据进行综合处理，得到Cmin形成行列式排序，然后控制开关阵列模块对待均衡电池按次序进行均衡。
步骤5)均衡完成后判定是否均衡完毕，若没有则返回主循环继续操作，若均衡完毕则退出均衡系统。
步骤3)中，引入了均衡因数C作为唯一判定电池之间均衡程度的指标。
如式(1)：
表达式代表了电池i和电池j之间的均衡因数，将储能电池当前电压、储能电池SOC和储能电池内部特性指标电阻R作为主要的参考指标并具有不同的权重系数。同时，进一步地简化后续算法，将电池j改完电池min，即整个电池阵列中所有电池的均衡因数最小的电池Cmin，如下：
Cmin＝min(|Ci-Cj|) i,j≤n
步骤4)中，电池SOC高于电池Cmin的进行均衡放电，电池SOC低于电池Cmin的进行均衡充电，最后直到所有电池与电池Cmin的差距在5％以内停止均衡。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种分布式储能电站中储能电池阵列快速均衡系统，其特征在于包括：
开关控制模块，控制对储能电池阵列的充放电与电池阵列中每个电池单体的充放电；
多源信息采集模块，用于采集储能电池阵列当前的电池状态信息与包含有温度、湿度、电压、电流的实时参数；
均衡模块，包括均衡电路，所述均衡电路对控制中心判定需要均衡的电池阵列进行主动均衡处理；
数据库，记录多源信息采集模块和均衡模块的历史记录和数据；
控制中心，通过多源信息采集模块得到电池组的内、外参数判断电池组是否需要均衡；并对急需均衡的电池组的均衡控制模块传达指令进行均衡预算；在确定均衡预算后，控制开关控制模块调整电池组的均衡电路，所述均衡电路将电池组中单体电量较高的电池对电量较低的电池充电。
2.根据权利要求1所述的分布式储能电站中储能电池阵列快速均衡系统，其特征在于所述均衡电路采用双向半桥型DC/DC变换器，包括：Buck-Boost变换器和Cuk变换器，当对储能电池阵列中的单体电池进行放电时，转换为Boost变换器，使其对整个电池组放电；对储能电池阵列中的单体电池充电时，转换为Buck变换器，使整个电池组对其充电。
3.采用如权利要求1-2任一项所述的分布式储能电站中储能电池阵列快速均衡系统的储能电池阵列快速均衡方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1)储能电站发出对电池组均衡的要求，均衡程序开始运行，对硬件设备进行初始化操作，清除寄存区和工作区；
步骤2)均衡系统开始工作，进入循环系统，通过访问数据库和多源信息模块，得到电池的内、外特性与包含：温度T、电压OCV、电流I、剩余容量SOC(或Ah)的参数；
步骤3)均衡判定模块根据上述数据并参照设定的均衡因数判定该电池组是否需要均衡，若不需要，则退出系统，返回指令和参数至数据库和控制中心；
步骤4)若电池组需要进行均衡处理，则对所述参数进行综合处理，得到均衡因数最小的电池形成行列式排序，再控制开关阵列模块对待均衡电池按次序进行均衡；
步骤5)均衡完成后判定是否均衡完毕，若没有则返回主循环继续操作，若均衡完毕则退出均衡系统。
4.根据权利要求3所述的储能电池阵列快速均衡方法，其特征在于所述步骤3)中引入了均衡因数C作为唯一判定电池之间均衡程度的指标，如式(1)，
其中，Ui、Uj分别表示电池i、j的电压，SOCi、SOCj分别表示电池i、j的剩余容量，Ri、Rj分别表示电池i、j的内部特性指标电阻。
5.根据权利要求3所述的储能电池阵列快速均衡方法，其特征在于所述步骤4)中根据式(2)得到整个电池阵列中所有电池的均衡因数最小的电池Cmin，
Cmin＝min(|Ci-Cj|)i,j≤n (2)。
6.根据权利要求5所述的储能电池阵列快速均衡方法，其特征在于所述步骤4)中均衡处理具体为：控制电池SOC高于电池Cmin的进行均衡放电，电池SOC低于电池Cmin的进行均衡充电，最后直到所有电池与电池Cmin的差距在5％以内停止均衡。
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|---|---|---|---|---|
| CN112910026A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-06-04 | 国网甘肃省电力公司电力科学研究院 | 一种考虑分布式储能系统电池组均衡性的储能电池充放电方法 |
| CN113555939A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-10-26 | 深圳市超思维电子股份有限公司 | 一种分布式bms电池主动均衡管理系统 |
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- 2019-11-29 CN CN201911203793.6A patent/CN110707788A/zh not_active Withdrawn
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