CN113517747A - 一种电池簇均衡储能系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池簇均衡储能系统及其控制方法，其第二级变换单元的第二侧分别接入对应电池簇的功率传输回路中，以构成一个串联支路，而第二级变换单元的第一侧通过第一级变换单元连接电源；相比于现有技术中设置于各电池簇的功率传输支路上的DCDC变换器，第二级变换单元输出的电压仅需要调整不同电池簇之间的电压偏差，其功率容量、输入电压及输出电压设计范围均能够满足电池簇之间电压偏差的需求即可，降低了相应成本；而且，由于上述连接关系的设置，经过两级变换单元的功率只是电池簇功率的很小一部分，而电池簇的大部分功率传输并不需要经过变换单元，所以避免了电池簇的充放电功率传输损耗，电池簇的电能传输效率得到大幅度提高。

Description

一种电池簇均衡储能系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种电池簇均衡储能系统及其控制方法。

背景技术

传统储能系统方案的架构中，多簇电池簇Rack直接并联接入DCAC变换器的直流侧；由于簇内电芯个体容量、电池簇内阻等因素的差异，导致不同电池簇Rack之间的SOC(State of Charge，电池荷电状态，也称剩余电量)存在差异，加上各电池簇Rack实际工作环境温度无法保持完全一致，导致多电池簇Rack并联出现不可避免的SOC及簇电压失配问题。例如，某一电池簇Rack的SOC为n个电池簇Rack中SOC值的最小值，则在放电过程中，由于其电量最少，导致其将最先放空，提前达到放电截止电压，进而退出运行，DCAC变换器无法按设计时间持续满功率放电，大大降低了储能系统的恒功率运行能力。

针对该问题，目前的技术方案如图1所示，在每个电池簇Rack功率传输支路中设置一个DCDC变换器，通过DCDC变换器来均衡不同电池簇Rack之间的SOC，使得各个电池簇Rack的SOC均相等，即不同电池簇Rack的可用电量始终保持一致，同时也允许了DCDC变换器的电池侧电压出现不同步，解决了不同电池簇Rack之间并联失配的问题。

但是图1所示的该方案中，由于DCDC变换器是设置于电池簇Rack功率传输支路中的，必然会导致电池簇Rack的充放电功率传输多一级损耗，因此不仅导致效率损失严重，还会带来散热成本较高的问题；另外，这种设置方式还会导致DCDC变换器的功率容量、输入电压及输出电压设计范围均较高，导致成本高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电池簇均衡储能系统及其控制方法，以降低损耗和成本。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种电池簇均衡储能系统，包括：至少两个电池簇、第一级变换单元及第二级变换单元；其中：

所述第一级变换单元的第一侧，连接电源；

所述第一级变换单元的第二侧连接所述第二级变换单元的第一侧；

所述第二级变换单元的第二侧，分别串联接入对应所述电池簇的功率传输回路中，以与对应所述电池簇构成一个串联支路；

各所述串联支路的两端并联连接于第一直流汇流母线。

可选的，所述第一级变换单元包括：至少一个第一变换器；

所述第一变换器的第一侧连接所述电源，所述第一变换器的第二侧连接第二汇流母线。

可选的，所述第二汇流母线为直流母线时，所述第一变换器为DCDC变换器，所述电源为所述第一直流汇流母线；或者，所述第一变换器为ACDC变换器，所述电源为所述电池簇均衡储能系统的辅助供电变压器、交流母线或电网；

所述第二汇流母线为交流母线时，所述第一变换器为DCAC变换器，所述电源为所述第一直流汇流母线；或者，所述第一变换器为ACAC变换器，所述电源为所述电池簇均衡储能系统的辅助供电变压器、交流母线或电网。

可选的，所述第二级变换单元包括：至少一个第二变换器；

所述第二变换器的第一侧连接第二汇流母线；

所述第二变换器的第二侧，分别与各个所述电池簇串联为一个相应的所述串联支路；

所述第二汇流母线为直流母线时，所述第二变换器为DCDC变换器；所述第二汇流母线为交流母线时，所述第二变换器为ACDC变换器。

可选的，所述第二级变换单元中所述第二变换器的个数，与所述电池簇的个数相同；

各所述第二变换器的第二侧，分别与各自对应的所述电池簇串联为一个相应的所述串联支路。

可选的，所述第二变换器的第二侧正负极之间，还连接有一个电控开关。

可选的，所述第二变换器具备：正电压输出能力、负电压输出能力或者正负电压可调输出能力；

各所述第二变换器的第二侧，分别与相应所述电池簇同向串联或反向串联；

各所述串联支路中，所述第二变换器的第二侧分别连接于相应所述电池簇的正极母线、负极母线或其中任意相邻两个电池包之间；且各所述串联支路中，所述第二变换器的第二侧的位置相同或不同。

可选的，还包括：至少一个DCAC变换器；

所述DCAC变换器的直流侧连接所述第一直流汇流母线；

所述DCAC变换器的交流侧用于直接或间接连接电网和/或负载，和/或，用于提供辅助供电。

本发明第二方面还提供了一种电池簇均衡储能系统的控制方法，用于实现对于如上述任一段落所述的电池簇均衡储能系统中各电池簇的均衡控制；所述控制方法包括：

获取各所述电池簇的运行参数；

判断各所述电池簇的运行参数是否满足预设均衡条件；

若各所述运行参数满足所述预设均衡条件，则控制所述电池簇均衡储能系统中的第一级变换单元和第二级变换单元运行，以减小所述电池簇均衡储能系统中各电池簇的运行参数之间的差值。

可选的，所述预设均衡条件为：各所述运行参数之间的差值大于等于预设阈值；或者，存在至少一个所述运行参数为全部所述运行参数中的最大值，又或者，存在至少一个所述运行参数与平均值之间的差值大于预设值。

可选的，所述第二级变换单元中包括多个并联于第二汇流母线的第二变换器，且所述第二变换器的个数与所述电池簇的个数相同时，所述控制方法中，控制所述电池簇均衡储能系统中的第一级变换单元和第二级变换单元运行，包括：

控制所述第一级变换单元为所述第二汇流母线提供预设电压，并以扩大所述均衡电池簇系统中各串联支路的运行参数之间的差异为目标，控制相应所述第二变换器按照各自的指令电压进行输出。

可选的，控制相应所述第二变换器按照各自的指令电压进行输出，包括：

仅控制所述预设均衡条件相关的所述第二变换器，按照各自的指令电压进行输出；或者，

控制全部所述第二变换器均按照各自的指令电压进行输出。

可选的，所述指令电压正比例于：相应所述串联支路中所述电池簇的电压减去预设值之差；

所述预设值为动态变化值。

可选的，各所述第二变换器均具备正负电压可调输出能力时，或者，部分所述第二变换器具备正电压输出能力而部分所述第二变换器具备负电压输出能力时，所述预设值为：各所述电池簇的电压平均值；

各所述第二变换器均具备正电压输出能力时，所述预设值为：各所述电池簇的电压最大值；

各所述第二变换器均具备负电压输出能力时，所述预设值为：各所述电池簇的电压最小值。

可选的，所述第二变换器的运行个数大于1时，各所述第二变换器的功率之和为零。

可选的，所述第二变换器的第二侧正负极之间连接有电控开关时，所述控制方法中，控制相应所述第二变换器按照各自的指令电压进行输出的同时，还包括：控制相应的所述电控开关断开。

可选的，判断各所述电池簇的运行参数是否满足预设均衡条件之后，还包括：

若各所述运行参数不满足所述预设均衡条件，则控制所述第一级变换单元和所述第二级变换单元均停机。

可选的，所述运行参数为：电压、SOC、SOH或者平均温度；

获取各所述电池簇的运行参数，是实时或周期性执行的。

可选的，所述电池簇均衡储能系统还包括至少一个DCAC变换器时，所述控制方法中，在获取各所述电池簇的运行参数之前，还包括：

判断所述DCAC变换器是否处于运行状态；

若所述DCAC变换器不处于运行状态，则执行获取各所述电池簇的运行参数的步骤。

本发明提供的电池簇均衡储能系统，其第二级变换单元的第二侧分别接入对应电池簇的功率传输回路中，以构成一个串联支路，而第二级变换单元的第一侧通过第一级变换单元连接电源；相比于现有技术中设置于各电池簇的功率传输支路上的DCDC变换器，第二级变换单元输出的电压仅需要调整不同电池簇之间的电压偏差，其功率容量、输入电压及输出电压设计范围均能够满足电池簇之间电压偏差的需求即可，降低了相应成本；而且，由于上述连接关系的设置，经过两级变换单元的功率只是电池簇功率的很小一部分，而电池簇的大部分功率传输并不需要经过变换单元，所以避免了电池簇的充放电功率传输损耗，电池簇的电能传输效率得到大幅度提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的储能系统的结构示意图；

图2、图3和图4分别为本发明实施例提供的电池簇均衡储能系统的三种结构示意图；

图5a和图5b分别为本发明实施例提供的第二变换器的两种结构示意图；

图6和图7分别为本发明实施例提供的电池簇均衡储能系统的控制方法的两种流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对于现有技术中通过DCDC变换器设置于电池簇功率传输支路中的方案，其存在多个缺点，具体如下所述：

参见图1，各个电池簇Rack中，1#Rack的SOC为SOC₁，n#Rack的SOC为SOC_n；假设此系统为1C系统，其电池簇1#Rack的容量为P₁ kWh，其DCDC变换器1#DCDC的功率容量为P₂ kW，由于是1C系统，所以在数值上P₂＝P₁，令P₂＝P₁＝P；也即，DCDC变换器的功率容量必须设计为大于等于电池簇容量的值。而对于0.5C系统，则是DCDC变换器的功率容量必须设计为大于等于0.5倍的电池簇容量值。无论何种系统，都要求DCDC变换器的功率容量大，成本高。

另外，假设1#Rack的最大工作电压为U₁，1#DCDC的最大工作电压为U₂，则1#DCDC的最大工作电压U₂必须大于等于U₁，即U₂≥U₁；因此，DCDC变换器的输入电压设计范围必须大于等于电池簇最高电压，而输入电压较高，也会导致成本高。

再假设DCAC变换器要求的最低可运行直流电压为U₄，DCDC变换器汇流侧允许最大工作电压为U₃，则U₃必须大于等于U₄，即U₃≥U₄；也即，DCDC变换器的输出电压设计范围必须大于等于DCAC变换器的最低可运行直流电压值，而输出电压较高，也会导致成本高。

再假设1#Rack的工作电流为I，1#DCDC的转换效率为a，则1#DCDC的功率损耗为P*(1-a)，而损耗高、降低效率的同时，还会带来散热成本较高的问题。

因此，本发明提供一种电池簇均衡储能系统，以降低损耗和成本。

参见图2至图4，该电池簇均衡储能系统，包括：至少两个电池簇(如图2至图4中所示的1#Rack、2#Rack…n#Rack)、第一级变换单元101及第二级变换单元102；其中：

第一级变换单元101的第一侧，连接电源。第一级变换单元101包括：一个第一变换器，或者，至少两个并联连接的第一变换器。该第一变换器可以是DCDC变换器、DCAC变换器、ACDC变换器或者ACAC变换器，视其具体应用环境而定即可。

第一级变换单元101的第二侧连接第二级变换单元102的第一侧，实际应用中，两者的连接可以通过第二汇流母线来实现，比如交流母线(未进行图示)或者图2至图4中所示的直流汇流母线2。不论该第一变换器为何种形式的变换器，其均用于为该第二汇流母线提供稳定的预设电压。

第二级变换单元102的第二侧，分别串联接入对应电池簇的功率传输回路中，比如正极母线、负极母线或其中任意相邻两个电池包之间，以与对应电池簇构成一个串联支路；实际应用中，第二级变换单元102的第二侧可以分别连接于相应电池簇的同一极母线，图2至图4中均以第二级变换单元102的第二侧分别串联接入对应电池簇的负极母线为例进行展示，当然也可以串联接入对应电池簇的正极母线或相同位置的电池包之间，此处不再一一展示，均在本申请的保护范围内。当然，第二级变换单元102的第二侧，也可以分别串联接入对应电池簇的不同位置，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

各串联支路的两端并联连接于第一直流汇流母线(即图2至图4中所示的直流汇流母线1)。实际应用中，该电池簇均衡储能系统还可以包括至少一个DCAC变换器；如图2至图4中所示，该DCAC变换器的直流侧连接直流汇流母线1，而其交流侧用于直接或间接连接电网和/或负载，和/或，用于提供辅助供电；比如，该交流侧可以通过并网变压器连接电网，也可以通过负载供电变压器连接负载，还可以通过辅助供电变压器提供系统配电；实际应用中，其交流侧可以连接并网变压器、负载供电变压器以及辅助供电变压器中的至少一个；此处不做限定，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

以图2所示结构为例，该电池簇均衡储能系统的具体工作原理为：

当各电池簇的电压不一致、差值较大时，可以控制第二级变换单元102的第二侧输出合适的电压，比如正电压或负电压，以调整各个串联支路的电压，扩大各个串联支路之间的压差；则电压较高的电池簇所在串联支路的电压会更高，而电压较低的电池簇所在串联支路的电压会更低于其他串联支路；因此，各串联支路并联情况下，会使电压较低的电池簇更多的获得或保留一些电能，而电压较高的电池簇更多的释放或更少的存储一些电能；进而促使各个电池簇之间的SOC趋于平衡。

值得说明的是，由于电池簇的SOC与电压成正比关系，所以实际应用中并不仅限于对上述电压参数进行判断，也可以以SOC来代替电压实现上述判断过程；或者，还可以用SOH(state of health，电池健康度)或者平均温度等，此处不再进行赘述，只要是为了满足各个电池簇之间相应指标的均衡要求即可，均在本申请的保护范围内。

另外，实际应用中，上述判断和调整的过程，可以实时或周期性进行，每次判断和调整，均可以根据各个电池簇的当前情况而进行，直至各个电池簇之间的相应指标趋于平衡。

还需要说明的是，由于直流汇流母线1的母线电压比较高，而各个第二级变换单元102输出的串联电压比较低，所以在控制第二级变换单元102的第二侧输出合适的电压之前，应当先通过第一级变换单元101来实现一级降压，也即先控制第一级变换单元101输出预设电压至该直流汇流母线2，因此需要两级变换。

本实施例提供的该电池簇均衡储能系统，其通过两级变换单元为相应电池簇提供均衡电压，且第二级变换单元通过其第二侧分别接入对应电池簇的功率传输回路中，以构成一个串联支路；相比于现有技术中设置于各电池簇的功率传输支路上的DCDC变换器，第二级变换单元输出的电压仅需要调整不同电池簇之间的电压偏差，所以第二级变换单元的输出电压可以大幅度降低，使得第二级变换单元的器件耐压降低，相同电流等级的情况下，器件耐压的降低，也就意味着器件成本的下降，并且电压等级降低，安规的成本也相应的降低；而第二级变换单元的输入端电压可以根据应用场景的条件灵活设计，如追求变换效率时，可以将相应电源的电压值设计成和第二级变换单元的输出电压值接近；同时，第二级变换单元的功率容量也不受限于相应电池簇的功率容量；也即，其功率容量、输入电压及输出电压设计范围均能够满足电池簇之间电压偏差的需求即可，在不影响不同电池簇均衡效果的基础上，降低了相应成本；而且，由于上述连接关系的设置，经过两级变换单元的功率只是电池簇功率的很小一部分，而电池簇的大部分功率传输并不需要经过变换单元，所以避免了电池簇的充放电功率传输损耗，电池簇的电能传输效率得到大幅度提高。

另外，各个串联支路并联汇流至DCAC变换器，即使在DCAC变换器不运行期间，也即该电池簇均衡储能系统在静置期间，也可以通过两级变换单元实现多个电池簇间的均衡，保障各电池簇在接入DCAC变换器整体运行之前先达到状态同步。

在上一实施例的基础之上，可选的，第二级变换单元102包括：至少一个第二变换器；该第二变换器具体为DCDC变换器，其第一侧连接第二汇流母线(即图2至图4中所示的直流汇流母线2)；其第二侧，分别与各个电池簇串联为一个相应的串联支路。

实际应用中，各个电池簇可以共用同一个第二变换器串联得到相应的串联支路，此时，各个第二变换器的第二侧正负极之间，还连接有一个电控开关。若某一个或某几个电池簇需要进行均衡，则其对应电控开关将会受控切换为断开状态；而其他无需进行均衡的电池簇，其对应电控开关保持闭合状态。

更为优选的，可以为各个电池簇分别配备各自相应的第二变换器(如图2至图4中所示的1#DCDC、2#DCDC…n#DCDC)，也即第二变换器的个数，与电池簇的个数相同；各第二变换器的第二侧，分别与各自对应的电池簇串联为一个相应的串联支路。此时，各个第二变换器的第二侧正负极之间，也可以连接有一个电控开关(如图2至图4中所示的K1、K2…Kn)，以在无需均衡时闭合相应电控开关，进而避免第二变换器运行带来的损耗。具体的，当电控开关闭合时，相应第二变换器被旁路，相应串联支路中仅电池簇可投入运行，该串联支路的电压即为该电池簇的电压。而电控开关断开时，相应第二变换器也投入运行，该串联支路的电压为相应电池簇的电压与该第二变换器第二侧输出的电压之和。

对于第一级变换单元101，当其第一变换器为DCDC变换器(如图2中所示的m#DCDC)时，其连接的电源为直流源，实际应用中可以直接利用该电池簇均衡储能系统的直流汇流母线1来实现，进而省去该直流源，如图2中所示，此时，由于1～n#DCDC的输出电压相对于电池簇电压非常小，例如电池簇电压1500V，1～n#DCDC的输出电压是15V，则1～n#DCDC的升压比将很高，因此可以通过m#DCDC先将直流汇流母线1的电压进行一级降压，进而有效的降低1～n#DCDC的升压比。m#DCDC运行在恒输出电压模式，为1～n#DCDC提供一个恒压源。

当其第一变换器为ACDC变换器(如图3和图4中所示的ACDC)时，其交流侧连接的电源为交流源，比如该电池簇均衡储能系统的DCAC变换器的交流侧或电网；此时，ACDC运行在直流恒压模式，为1～n#DCDC提供一个恒压源；当然，为了进一步降低1～n#DCDC的升压比，鉴于储能系统一般会配置一个配电变压器给系统部件配电，可以利用该电池簇均衡储能系统的辅助供电变压器设置低压绕组，来给ACDC提供交流源，进一步利于节省器件成本。

上述仅为一些具体示例，当然，该第一变换器所接的电源也可以是其他额外的电源，其具体选择视其应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

值得说明的是，图2至图4中均以第二汇流母线为直流汇流母线2为例进行展示，实际应用中，该第二汇流母线也可以是交流母线；对应的，电源为第一直流汇流母线时，该第一变换器为DCAC变换器；或者，电源为电池簇均衡储能系统的辅助供电变压器、交流母线或电网时，该第一变换器为ACAC变换器。另外，此时各个第二变换器分别为ACDC变换器。具体的工作原理与上述内容类似，此处不再赘述。具体的，该第二汇流母线可以是单相交流母线，也可以是三相交流母线，与各个变换器的拓扑相互匹配即可，均在本申请的保护范围内。

实际应用中，两级变换单元中的各变换器可以分别为隔离式变换器或者非隔离式变换器。其具体拓扑可以采用现有技术中的结构，此处不做限定，视其具体应用环境而定即可。

另外，各第二变换器分别具备：正电压输出能力、负电压输出能力或者正负电压可调输出能力。

当各第二变换器均具备正电压输出能力时，相应串联支路的电压调整方向为增大。

而当各第二变换器均具备负电压输出能力时，相应串联支路的电压调整方向为减小。

当各第二变换器均具备正负电压可调输出能力时，即各第二变换器均可以根据实际情况输出正电压和负电压中的任意一种；或者，部分第二变换器具备正电压输出能力、而部分第二变换器具备负电压输出能力，则此时，电压低于平均值的电池簇，其所在串联支路的电压调整方向为减小，而电压高于平均值的电池簇，其所在串联支路的电压调整方向为增大；不过，各串联支路电压增大或减小的目标均为更加远离该平均值。

实际应用中，假如各第二变换器的第二侧仅可以输出一种方向的电压，以隔离式拓扑为例，其结构如图5a所示，则其与相应电池簇同向串联时，其第二侧输出的电压将正向作用于电池簇的电压，即具备正电压输出能力；而当其与相应电池簇反向串联时，其第二侧输出的电压将反向作用于电池簇的电压，即具备负电压输出能力。当其具备正负电压可调输出能力时，要求其内部拓扑能够使第二侧输出两种方向的电压，仍以隔离式拓扑为例，则其结构如图5b所示。

其余结构及原理均与上一实施例相同，此处不再一一赘述。

在上一实施例的基础之上，各个第二变换器的第一侧并联于直流汇流母线2，若各第二变换器均具备正负电压可调输出能力，或者，部分第二变换器具备正电压输出能力而部分第二变换器具备负电压输出能力，则在均衡电池簇相应指标偏差的同时，多个第二变换器各自运行时带来的功率传输，能够形成功率内循环，实现能量在电池簇间转移，几乎不用消耗电源的电能，进而降低电源的功率；若各第二变换器的功率之和为零，则可以完全不消耗电源的电能。而且，即便各第二变换器的功率之和不为零，其所带来的功率传输，也可以通过直流母线汇流1或者辅助供电变压器流入或流出，进而使功率依旧在系统内部循环，尽可能的减小功率损耗。

其余结构及原理均与上一实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明另一实施例还提供一种电池簇均衡储能系统的控制方法，用于实现对于如上述任一实施例所述的电池簇均衡储能系统中各电池簇的均衡控制。该电池簇均衡储能系统的结构和原理可以参见上述实施例，此处不再一一赘述。

参见图6，该控制方法包括：

S101、获取各电池簇的运行参数。

该获取动作，可以是实时或周期性的，也即，该控制方法可以是多次执行的。

该运行参数可以是电压，也可以是与电压成比例关系的SOC，还可以是SOH或者平均温度等，视其具体应用环境中需要满足的均衡要求而定即可，均在本申请的保护范围内。

S102、判断各电池簇的运行参数是否满足预设均衡条件。

该步骤S102具体可以是，判断各电池簇的运行参数之间的差值是否大于等于预设阈值；若差值大于等于预设阈值，也即，若各个运行参数之间的差值较大，则执行步骤S103。

运行参数取不同参数时，所对应的预设阈值的取值不同，视其具体的均衡要求而定即可。

或者，该步骤S102也可以是，判断是否存在至少一个运行参数为全部运行参数中的最大值；若存在，也即若各个运行参数不一致，则执行步骤S103。

又或者，该步骤S102还可以是，判断是否存在至少一个运行参数与平均值之间的差值大于预设值；若存在，也即若各个运行参数不一致，则执行步骤S103。

S103、控制电池簇均衡储能系统中的第一级变换单元和第二级变换单元运行，以减小电池簇均衡储能系统中各电池簇的运行参数之间的差值。

如图2至图4所示，当第二级变换单元102中包括多个并联于直流汇流母线2的第二变换器，且第二变换器的个数与电池簇的个数相同时，优选的，该步骤S103具体包括：控制第一级变换单元为第二汇流母线提供预设电压，并以扩大该均衡电池簇系统中各串联支路的运行参数之间的差异为目标，控制相应第二变换器按照各自的指令电压进行输出。

第二变换器进行电压输出时，其指令电压正比例于：相应串联支路中电池簇的电压减去预设值之差。该预设值可以是一个固定值，更为优选的，该预设值可以是根据实时采集结果而确定的一个动态变化值。

该预设值为动态变化值时，对于不同的情况，其具体取值不同，其可以是各电池簇的以下任意一种：电压平均值、电压最大值或者电压最小值。具体的：

(1)各第二变换器均具备正负电压可调输出能力时，或者，部分第二变换器具备负电压输出能力时，而部分第二变换器具备正电压输出能力时，该预设值为：各电池簇的电压平均值。

(2)各第二变换器均具备正电压输出能力时，该预设值为：各电池簇的电压最大值。

(3)各第二变换器均具备负电压输出能力时，该预设值为：各电池簇的电压最小值。

以图2所示结构及电压参数为例，假设各第二变换器均可以输出正负电压，1#Rack的电压为V1，1#DCDC的输出电压指令为Vref1，2#Rack的电压为V2，2#DCDC的输出电压指令为Vref2，n#Rack的电压为Vn，n#DCDC的输出电压指令为Vrefn；假设电池簇之间电压的不均衡程度最大为ΔU，也即各电池簇的电压之间的最大压差为ΔU；假设电池簇中的最高电压为Vmax，最低电压为Vmin，各电池簇的电压平均值为Vavg＝(V1+V2+…+Vn)/n，则该平均值即为该预设值，每个电池簇对应的第二变换器的输出电压指令为Vrefi＝(Vi-Vavg)*k；其中，i的取值为0～n，k的取值可以根据均衡速率要求的快慢来调整。

本实施例通过第二变换器之间的均衡策略，能够通过对该预设值的设置，使得多个第二变换器各自运行时带来的功率传输，形成功率内循环，进而使能量在电池簇间转移，尽可能的减小其直流汇流母线2上的功率值，甚至可以使各个第二变换器的功率之和为零，也即将直流汇流母线2上的功率降低为零。

若各第二变换器均可以输出正电压，则该预设值将为各电池簇的电压最小值，也即最低电压，每个电池簇对应的第二变换器的输出电压指令为Vrefi＝(Vi-Vmin)*k；其中，i的取值为0～n，k的取值可以根据均衡速率要求的快慢来调整。

若各第二变换器均可以输出负电压，则该预设值将为各电池簇的电压最大值，也即最高电压，每个电池簇对应的第二变换器的输出电压指令为Vrefi＝(Vi-Vmax)*k；其中，i的取值为0～n，k的取值可以根据均衡速率要求的快慢来调整。

实际应用中，k的取值可以根据工程应用背景来选择，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

值得说明的是，当该预设均衡条件为：各运行参数之间的差值大于等于预设阈值时，可以控制各个第二变换器均进行电压输出(如上述内容所述)，也可以仅控制相应的第二变换器进行电压输出。视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内

而当该预设均衡条件为：存在至少一个运行参数为全部运行参数中的最大值时，仅控制相应的一个第二变换器进行电压输出即可，具体的：实时判断比较所有电池簇的运行参数，找到最大的运行参数所对应的电池簇，开启对应的第二变换器进行均衡，并且继续判断所有电池簇的运行参数；如果出现有其他电池簇的运行参数大于正在均衡的电池簇，则正在均衡的电池簇停止均衡，停止其第二变换器，新的运行参数最大的电池簇开启其第二变换器进行均衡；如此，循环往复。当然，实际应用中，也可以控制全部第二变换器均进行电压输出。视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

当该预设均衡条件为：存在至少一个运行参数与平均值之间的差值大于预设值时，也可以如上一段落所述，仅单独运行对应的第二变换器，进行均衡，而其余第二变换器可以不运行，以进一步降低系统均衡的损耗。当然，实际应用中，也可以控制全部第二变换器均进行电压输出。视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

另外，当第二变换器的第二侧正负极之间连接有电控开关时，正常情况下各个电控开关均处于闭合状态；而控制相应第二变换器按照各自的指令电压进行输出的同时，还应当控制相应的电控开关断开，以避免对于相应第二变换器的旁路；当停止第二变换器时，应当同时闭合其相应的可控开关，比保证相应电池簇保持投入状态。

实际应用中，该电池簇均衡储能系统的控制方法如图6所示，在步骤S102之后，若各运行参数不满足预设均衡条件，则可以执行步骤S104。

S104、控制第一级变换单元和第二级变换单元均停机。

当第二变换器的第二侧正负极之间连接有电控开关时，执行步骤S104的同时，还需要控制各个电控开关均闭合。也即，第二变换器第二侧的电控开关可以在电池簇运行参数一致时闭合，并同时控制各个变换器停止运行；而仅在电池簇运行参数差异较大时，才控制第一级变换单元及相应的第二变换器运行，进而可以进一步降低损耗。

而且，实际应用中，为了实现各个电池簇间的均衡，可以多次执行该控制方法；每次执行该控制方法之前，各电控开关的状态可以均为断开或闭合，或者，部分电控开关的状态为断开而部分电控开关的状态为闭合。

另外，该电池簇均衡储能系统的控制方法，可以在系统运行时实时或周期性执行，也可以在系统静置期间执行，即在系统运行之前提前实现各个电池簇间的均衡，保障各电池簇在接入DCAC变换器整体运行之前先达到状态同步。

如图7所示，在步骤S101之前，还可以包括：

S100、判断电池簇均衡储能系统的DCAC变换器是否处于运行状态。

若DCAC变换器不处于运行状态，则执行后续步骤。

后续步骤参见上述内容即可，不再一一赘述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (19)

1.一种电池簇均衡储能系统，其特征在于，包括：至少两个电池簇、第一级变换单元及第二级变换单元；其中：

所述第一级变换单元的第一侧，连接电源；

所述第一级变换单元的第二侧连接所述第二级变换单元的第一侧；

所述第二级变换单元的第二侧，分别串联接入对应所述电池簇的功率传输回路中，以与对应所述电池簇构成一个串联支路；

各所述串联支路的两端并联连接于第一直流汇流母线。

2.根据权利要求1所述的电池簇均衡储能系统，其特征在于，所述第一级变换单元包括：至少一个第一变换器；

所述第一变换器的第一侧连接所述电源，所述第一变换器的第二侧连接第二汇流母线。

3.根据权利要求2所述的电池簇均衡储能系统，其特征在于，所述第二汇流母线为直流母线时，所述第一变换器为DCDC变换器，所述电源为所述第一直流汇流母线；或者，所述第一变换器为ACDC变换器，所述电源为所述电池簇均衡储能系统的辅助供电变压器、交流母线或电网；

所述第二汇流母线为交流母线时，所述第一变换器为DCAC变换器，所述电源为所述第一直流汇流母线；或者，所述第一变换器为ACAC变换器，所述电源为所述电池簇均衡储能系统的辅助供电变压器、交流母线或电网。

4.根据权利要求1所述的电池簇均衡储能系统，其特征在于，所述第二级变换单元包括：至少一个第二变换器；

所述第二变换器的第一侧连接第二汇流母线；

所述第二变换器的第二侧，分别与各个所述电池簇串联为一个相应的所述串联支路；

所述第二汇流母线为直流母线时，所述第二变换器为DCDC变换器；所述第二汇流母线为交流母线时，所述第二变换器为ACDC变换器。

5.根据权利要求4所述的电池簇均衡储能系统，其特征在于，所述第二级变换单元中所述第二变换器的个数，与所述电池簇的个数相同；

各所述第二变换器的第二侧，分别与各自对应的所述电池簇串联为一个相应的所述串联支路。

6.根据权利要求4所述的电池簇均衡储能系统，其特征在于，所述第二变换器的第二侧正负极之间，还连接有一个电控开关。

7.根据权利要求4所述的电池簇均衡储能系统，其特征在于，所述第二变换器具备：正电压输出能力、负电压输出能力或者正负电压可调输出能力；

各所述第二变换器的第二侧，分别与相应所述电池簇同向串联或反向串联；

各所述串联支路中，所述第二变换器的第二侧分别连接于相应所述电池簇的正极母线、负极母线或其中任意相邻两个电池包之间；且各所述串联支路中，所述第二变换器的第二侧的位置相同或不同。

8.根据权利要求1-7任一项所述的电池簇均衡储能系统，其特征在于，还包括：至少一个DCAC变换器；

所述DCAC变换器的直流侧连接所述第一直流汇流母线；

所述DCAC变换器的交流侧用于直接或间接连接电网和/或负载，和/或，用于提供辅助供电。

9.一种电池簇均衡储能系统的控制方法，其特征在于，用于实现对于如权利要求1-8任一项所述电池簇均衡储能系统中各电池簇的均衡控制；所述控制方法包括：

获取各所述电池簇的运行参数；

判断各所述电池簇的运行参数是否满足预设均衡条件；

若各所述运行参数满足所述预设均衡条件，则控制所述电池簇均衡储能系统中的第一级变换单元和第二级变换单元运行，以减小所述电池簇均衡储能系统中各电池簇的运行参数之间的差值。

10.根据权利要求9所述的电池簇均衡储能系统的控制方法，其特征在于，所述预设均衡条件为：各所述运行参数之间的差值大于等于预设阈值；或者，存在至少一个所述运行参数为全部所述运行参数中的最大值，又或者，存在至少一个所述运行参数与平均值之间的差值大于预设值。

11.根据权利要求9所述的电池簇均衡储能系统的控制方法，其特征在于，所述第二级变换单元中包括多个并联于第二汇流母线的第二变换器，且所述第二变换器的个数与所述电池簇的个数相同时，所述控制方法中，控制所述电池簇均衡储能系统中的第一级变换单元和第二级变换单元运行，包括：

控制所述第一级变换单元为所述第二汇流母线提供预设电压，并以扩大所述均衡电池簇系统中各串联支路的运行参数之间的差异为目标，控制相应所述第二变换器按照各自的指令电压进行输出。

12.根据权利要求11所述的电池簇均衡储能系统的控制方法，其特征在于，控制相应所述第二变换器按照各自的指令电压进行输出，包括：

仅控制所述预设均衡条件相关的所述第二变换器，按照各自的指令电压进行输出；或者，

控制全部所述第二变换器均按照各自的指令电压进行输出。

13.根据权利要求11所述的电池簇均衡储能系统的控制方法，其特征在于，所述指令电压正比例于：相应所述串联支路中所述电池簇的电压减去预设值之差；

所述预设值为动态变化值。

14.根据权利要求13所述的电池簇均衡储能系统的控制方法，其特征在于，各所述第二变换器均具备正负电压可调输出能力时，或者，部分所述第二变换器具备正电压输出能力而部分所述第二变换器具备负电压输出能力时，所述预设值为：各所述电池簇的电压平均值；

各所述第二变换器均具备正电压输出能力时，所述预设值为：各所述电池簇的电压最大值；

各所述第二变换器均具备负电压输出能力时，所述预设值为：各所述电池簇的电压最小值。

15.根据权利要求11-14任一项所述的电池簇均衡储能系统的控制方法，其特征在于，所述第二变换器的运行个数大于1时，各所述第二变换器的功率之和为零。

16.根据权利要求11-14任一项所述的电池簇均衡储能系统的控制方法，其特征在于，所述第二变换器的第二侧正负极之间连接有电控开关时，所述控制方法中，控制相应所述第二变换器按照各自的指令电压进行输出的同时，还包括：控制相应的所述电控开关断开。

17.根据权利要求9-14任一项所述的电池簇均衡储能系统的控制方法，其特征在于，判断各所述电池簇的运行参数是否满足预设均衡条件之后，还包括：

若各所述运行参数不满足所述预设均衡条件，则控制所述第一级变换单元和所述第二级变换单元均停机。

18.根据权利要求9-14任一项所述的电池簇均衡储能系统的控制方法，其特征在于，所述运行参数为：电压、SOC、SOH或者平均温度；

获取各所述电池簇的运行参数，是实时或周期性执行的。

19.根据权利要求9-14任一项所述的电池簇均衡储能系统的控制方法，其特征在于，所述电池簇均衡储能系统还包括至少一个DCAC变换器时，所述控制方法中，在获取各所述电池簇的运行参数之前，还包括：

判断所述DCAC变换器是否处于运行状态；

若所述DCAC变换器不处于运行状态，则执行获取各所述电池簇的运行参数的步骤。

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