CN113644328B - 动态重构电池模组的柔性控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
动态重构电池模组的柔性控制方法及装置，涉及电池组控制技术。解决了现有动态重构技术无法解决应用于高电压场景中的串联电池模组存在的模组单元一致性问题。所述电池模组为由n个模组单元串联组成的串联电池模组，第i个模组单元是由Ni+Xi个电池单元串联组成的，所述充/放电控制方法包括：在充/放电过程中，对每个串联模组单元中的Nx和Xx进行动态迭代调整，每次迭代采用采用同步等值反向冗余数量的方式调整虚拟电压最高的模组单元和虚拟电压最低的模组单元，对于虚拟电压值最高的串联模组单体、提高其Nx同时降低Xx，对于低虚拟电压值最低的串联模组单体、降低其Nx同时提高Xx，迭代持续到所有模组单元充满/放空为止。本发明适用于对电池模组的充放电控制。
Description
技术领域
本发明涉及电池模组控制技术。
背景技术
电池模组是由固定的多个单体电池连接组成的电池系统，电池模组充/放电的电压固定为电池串联数量x个电池单体电压不可调节，充/放电运行中受单体电压变化范围的影响，导致电池模组电压在较大范围内进行充/放电工作，最终导致电池系统的运行效率低且控制复杂。
现有技术中，为保证电池模组控制的速度相应有效性，采用动态重构的电池模组中单体串联数量，而该种方式不能满足高压大容量电池系统串联电池数量的要求，需要采用多个模组串联方式才可以实现高压大容量电池模组的需求，而在串联模组中的模组单元一致性问题解决可以采用动态重构技术，但在高电压、多个动态重构电池模组串联电池应用场景中，模组一致性问题成为串联模组需要解决的新问题。
为了解决该问题，现有常用方法是通过监测各个模组单元的电压、然后有选择的使某些模组单元投入/切除供电回路，以解决模组单元一致性的问题，例如：2021年5月25日公开的专利文献CN112838653A“一种基于电池模组的电池模组均衡控制电路及方法”记载的技术方案，通过设置均衡板和电池模组来实现改善电池模组的不一致性问题，电池模组通过降压后负责给用电器供电，均衡板采集电池包、电池模组的相关信息，判断各电池模组是否需要均衡以及电池模组是否需要电池包为其充电，使其电量稳定在一个合适的区间，进而实现解决模组一致性的问题。该方案能够保证整个电池模组对外输出的稳定性，并不能够从根本上解决模组单元一致性的问题。
2018年9月7日公开的专利文献CN108512263A“一种N+x蓄电池组”给出了一种电池组的连接方式及控制方式，该文件中记载，为了解决现有蓄电池组存在的由于无法对电池单体进行全面的检测和筛选、导致一旦发现有单体电池出现劣化或失效就必须整组更换全部同组的单体电池、导致巨大浪费的问题，以及现有蓄电池组的1+1备用模式存在的占用空间大、备用成本高以及备电能力低的问题，设计了一种包括N+x个电池单元和N+x个投切开关的电池组，该电池组在任意时刻都有任意N个电池单元通过N个投切开关串联连接组成工作电池组，为外部提供工作电源，或者进行充放电。
发明内容
本发明解决了现有动态重构技术无法解决应用于高电压场景中的串联电池模组存在的模组单元一致性问题。
本发明所述的一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制方法，所述电池模组为由n个模组单元串联组成的串联电池模组，第i个模组单元是由Ni+Xi个电池单元串联组成的，i=1、2、3、……n，所述充/放电控制方法包括：
在充/放电过程中，对每个串联模组单元中的Nx和Xx进行动态迭代调整，每次迭代采用同步等值反向冗余数量的方式调整端电压最高的模组单元和端电压最低的模组单元；
迭代持续到所有模组单元充满/放空为止。
优先地，所述动态迭代是采用固定周期来控制迭代。
优先地，所述端电压为模组单元的虚拟电压值：
模组单体的虚拟电压值=电池电压基值+(∑电池充/放a%电压波动值)/(Nx+Xx)，
其中，所述电池电压基值为模组单元的电压基值；
“∑电池充/放a%电压波动值”是指模组单元中的(Nx+Xx)个电池单元中、每个电池单元电压波动值的a%之和，所述a的取值是在区间[80,95]之间。
优先地，所述每次迭代采用同步等值反向冗余数量的方式调整端电压最高的模组单元和端电压最低的模组单元的过程为：
将端电压最高的模组单元的Ni=Ni-j,同时Xi=Xi+j；
将端电压最低的模组单元的Ni=Ni+j,同时Xi=Xi-j；j=1或2。
上述方法还可以进一步包括：在每次充/放电结束时，将最后充/放电完毕的模组单元的配置参数调整为Ni=Ni-y、Xi=Xi+y，其中y为自然数，y>0且y<(Ni+Xi)/2，该参数为该模组单元下一次充/放电过程的启动参数。记录其余每个模组单元当前的Ni、Xi作为下一次充/放电过程的启动参数。
还可以进一步包括：在每次充/放电结束时，对于模组单元的虚拟电压值最高的前w组模组单元的Ni=Ni+1，同时对应的Xi=Xi-1，该参数作为该模组单元下一次充/放电过程的启动参数。
上述方法还可以进一步包括：首次充/放电启动参数配置的步骤，具体为：
根据电池模组中每个模组单元中的每个电池单元的标称有效容量配置该模组单元的初始配置参数Nx、Xx，所述Nx+Xx为模组单元的电池单元总个数，其中Nx为在线电池单元的数量。
上述首次充/放电启动参数配置的步骤还可以进一步包括：
根据串联电池模组中每个模组单元的充/放电平均功率和电池模组当前有效容量计算获得每个模组单元的充/放电容量Ci；
第i个模组单元中的参数配置Nx、Xx的设置原则为：Nx=[Nst*Ci/Cst]，Xx=Ni+Xi-Nx，其中Cst为所有Ci中的最大值，该Cst对应的模组单元的控制参数为Nst和Xst。
上述一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制方法采用软件实现，本发明还提供与上述方法对应的一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制装置。
本发明还包括一种存储介质，所述存储介质中存储有本发明所述的一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制装置。
本发明还包括一种计算机设备，该设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行本发明所述的任意一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制方法。
本发明摒弃了现有对电池组的惯有控制思路，即：必须保持模组单元中的在线电池单元的个数为恒定的个数，即：保证每个模组单元对外输出功率的一致性，而是将模组单元在线电池单元的个数N改成遵循一定的运行条件进行变动的“变量”，该种思路属于克服现有技术偏见的全新设计思路，就犹如如同高等数学中起步学习微积分一般都是定积分，定积分进一步才会有不定积分，但不定积分的广度、深度以及所能够解决的技术问题不是简单的定积分可以比拟的。
本发明所述的方法是在充放电过程中，根据综合考虑串联电池模组总容量以及每个模组单元的容量、动态调整串联电池模组中每个模组单元的在线电池数量Ni,使得容量较高的模组单元电压配置变低、容量较高的模组单元电压配置变高，进而实现克服串联电池模组中模组单元中电池单体质量不一致影响串联电池模组整体性能的问题。
本发明所述的方法在每次充放电开始时，配置每个模组单元的初始配置参数Ni、Xi时：首次初始配置是根据每个模组单元的标称容量来配置；在之后的每次充放电结束时，根据本次充放电状态配置下一次充放电的初始配置参数，使得配置参数更适应串联电池模组的实际情况，更有利于在保证串联电池模组的工作效率前提下、保证模组单元的性能一致性。
本发明所述的方法在充放电过程中，对每个模组单元的配置参数Nx、Xx，采用试错方式进行动态迭代调整，有效的保证了所有模组单元同时充满或放空的技术效果的同时，通过考虑串联的模组之间的均衡问题进一步保证了每个模组单元的一致性问题。
本发明所述的方法与原有串联电池模组的充放电控制方法的思路完全不同，改变了固有的维持每个模组单元在线电池数量为固定值的固有思路，而是将每个模组单元的在线电池数量变成“变量”，多个模组单元之间相互配置，该种控制方式打破了本领域的固有控制思路，并且取得了预料不到的技术效果，参见实施方式所述的实验结果，本发明所述的动态重构电池模组的柔性控制方法相比于现有N+X控制方法，考虑到使用过程中电池单体容量的自然衰减，具备显著优势：充电过程中几乎为恒压充电，充电总时间减少到85%左右，放电过程中发热量降低，放电过程中单体放电是整个电池簇能够达到基本同时结束。
申请人认为，该种控制方式将取代原有的控制方式，在电池模组的控制技术领域中有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明所述的动态重构电池模组的柔性控制方法的控制原理图。
具体实施方式
实施方式一、参见图1说明本实施方式，本实施方式是一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制方法，所述电池模组为由n个模组单元串联组成的串联电池模组，第i个模组单元是由Ni+Xi个电池单元串联组成的，i=1、2、3、……n，所述充/放电控制方法包括：
在充/放电过程中，对每个串联模组单元中的Nx和Xx进行动态迭代调整，每次迭代采用同步等值反向冗余数量的方式调整端电压最高的模组单元和端电压最低的模组单元；
迭代持续到所有模组单元充满/放空为止。
本实施方式所述的柔性充/放电控制方法与现有技术的区别在于，在充/放电过程中，对每个串联模组单元中的Nx和Xx采用同步等值反向冗余数量的方式调整端电压最高的模组单元和端电压最低的模组单元。该种迭代方式，使得在充/放电过程中，每个模组单元中的在线电池数量处于变化之中，与现有保持每个模组单元的在线电池数量恒定不变的思路完全不同。
本实施方式采用“同步等值反向冗余数量的方式”进行调整模组单元的在线电池数量，进而维持了整个充/放电回路总体电压的稳定性，进而确保系统的调整暂态过程时间短，对充放电系统的影响小；等值反向确保调整前和调整后充放电的电池系统在使用上没有变化，冗余数量控制可以确保在采用动态调整控制时简化控制参数的监测和调节，使电池系统根据自身单体运行情况进行调整的周期运算算法高效快捷，状态调整计算执行效率高。
本实施方式中，采用固定周期进行迭代的方式控制迭代，即：在固定时间启动迭代操作。
在实际应用中，还可以采用变周期的控制方式。
控制迭代周期主要取决于电池模组控制响应时间，其中包括电池系统的稳态数据采集和通信上传时间、模组处理器迭代算法运算时间、控制数据通信下传时间、执行机构动作响应时间。其中最主要使电池系统控制响应执行后的稳态稳定时间，该时间和电池的电化学特性相关。理论上在充放电过程中电池始终处于动态变化过程，因此与常规自动控制理论一样，系统所需要的稳态只能使准稳定状态，在满足控制需要的前提下，迭代周期越长越好；而由于动态控制效果的需要，控制系统希望保持足够的动态响应，特别使负载、温度等运行参数变化的时候，迭代周期越短越好。因此根据负载变化、温度变化、电池单体容量状态的变化等运行参数的变化进行动态变迭代周期的控制，有利于实现最好的电池管理效果。具体对周期的控制方式不是本发明保护的要点，采用现有充放电控制方法中的周期设置方式即可。
所述端电压为模组单元的虚拟电压值，该虚拟电压值得获取方法为：
模组单体的虚拟电压值=电池电压基值+(∑电池充/放a%电压波动值)/(Nx+Xx)。
其中，所述电池电压基值为模组单元的电压基值；
“∑电池充/放a%电压波动值”是指模组单元中的(Nx+Xx)个电池单元中、每个电池单元电压波动值的a%之和，所述a的取值是在区间[80,95]之间。
电池单体在正常充放电过程中，电压会在一定区间内保持线性的增减，但在该区间外会出现非线性的增减，表现为充放电开始电池单体电压快速暂态变化且不能反映电池有效充放能力，而电池放电容量达到标称容量的[80%,95%]区间时，电池单体确保进入稳定放电状态，此时的电池电化学特性具有稳定易于控制的优点，电池控制系统稳定，电性能控制效果显著。
例如：当所述串联模组单体为磷酸铁锂电池时，电池电压基值=3.0，磷酸铁锂电池电压90%充放电电压波动值=单体电池电压-电池电压基值（=3.0）。
实施方式二、本实施方式是对实施方式一所述得一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制方法的进一步限定，所述所述每次迭代采用同步等值反向冗余数量的方式调整端电压最高的模组单元和端电压最低的模组单元的过程为：
将端电压最高的模组单元的Ni=Ni-j,同时Xi=Xi+j；
将端电压最低的模组单元的Ni=Ni+j,同时Xi=Xi-j；
j=1或2。
在充放电过程中，按照设定的时间周期，根据串联模组单体的虚拟电压值，对该电压值最高和最低的两个串联模组单体的Nx和Xx进行动态调整，调整配置采用同步等值反向冗余数量的方式调整，即：对于虚拟电压值最高的串联模组单体、提高其Nx同时降低Xx，对于低虚拟电压值最低的串联模组单体、降低其Nx同时提高Xx，所述是提高或降低的参数为j。
该种调整方式能够有效的保证整个电池模组的充/放电回路在每次迭代的过程中充/放电回路的电压波最小。在实际应用中，同时调整两个串联模组，使得实际总切除数=总投入数（也即全体模组的在线增加电池单体数量=减少数量或冗余电池的减少数量=冗余电池的增加数量），全体模组的实际投入电池数量始终相等，最终实现电池模组总电压不变或仅出现短暂的电压波动的控制目标。
实施方式二、本实施方式是对实施方式一或二所述得一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制方法的进一步限定，本实施方式在首次充/放电结束时，增加了步骤：
在每次充/放电结束时，将最后充/放电完毕的模组单元的配置参数调整为Ni=Ni-y、Xi=Xi+y，其中y为自然数，y>0且y<( Ni+Xi)/2，该参数为该模组单元下一次充/放电过程的启动参数
记录其余每个模组单元当前的Ni、Xi作为下一次充/放电过程的启动参数。
本实施方式在充/放电结束时，增加了记录每个模组单元的参数Ni、Xi的步骤，该参数将作为下一次充放电启动时相应模组单元的初始设置，进而减少下一次充/放电的时间。
本实施方式中，将最后充/放电完毕的模组单元的配置参数做了调整，将调整之后的参数作为下一次充/放电起始状态的参数，实现了有效组织电池单体的配组，实现整组充/放效率提高。由于系统的迭代算法和迭代周期的原因，特别是电池模组内单体容量差异比较大的时候，通过及早使用迭代数据优化得到的Ni和Xi数据进行控制，可以进一步提高整模组在生命周期内的充放效率。
实施方式三、本实施方式是对实施方式一或二所述的一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制方法的进一步限定，本实施方式在首次充/放电结束时，增加了步骤：
在每次充/放电结束时，对于模组单元的虚拟电压值最高的前w组模组单元的Ni=Ni+1，同时对应的Xi=Xi-1，该参数作为该模组单元下一次充/放电过程的启动参数。
本实施方式在充/放电结束时，对模组单元中虚拟电压最高的前w组模组单元的参数进行了调整，并将调整之后的参数作为下一次充/放电开始的启动参数，使得下一次充放电的起始状态更适合电池模组自身的状态，提高下一次的充电效率，也提高了整个电池模组的使用寿命。
实施方式二中的参数y和实施方式三中的参数w的取值原则相同，均可以取固定值，例如取值为1、2或3；或者取值为所有模组单元在充/放电过程中每次迭代调整参数j的平均值或最大值。
实施方式四、本实施方式是对前面实施方式所述的一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制方法的进一步限定，本实施方式中，在首次充放电开始的时候，增加了首次充/放电启动参数配置的步骤，具体为：
根据电池模组中每个模组单元中的每个电池单元的标称有效容量配置该模组单元的初始配置参数Nx、Xx，所述Nx+Xx为模组单元的电池单元总个数，其中Nx为在线电池单元的数量。
具体参数设置过程可以为:根据串联电池模组中每个模组单元的充/放电平均功率和电池模组当前有效容量计算获得每个模组单元的充/放电容量Ci，其中C可以采用该模组充/放电时长T与N的乘积替代，即C=T*N。
第i个模组单元中的参数配置Nx、Xx的设置原则为：Nx=[Nst*Ci/Cst]，Xx=Ni+Xi-Nx，其中Cst为所有Ci中的最大值，该Cst对应的模组单元的控制参数为Nst和Xst。
实施方式五：本实施方式是将实施方式一所述的方法根据计算机软件实现的方案的描述方式，采用装置进行表述。本实施方式所述的是一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制装置，所述电池模组为由n个模组单元串联组成的串联电池模组，第i个模组单元是由Ni+Xi个电池单元串联组成的，i=1、2、3、……n，其特征在于，所述充/放电控制装置包括：
充/放电迭代模块：该模块用于对每个串联模组单元中的Nx和Xx进行动态迭代调整，每次迭代采用同步等值反向冗余数量的方式调整端电压最高的模组单元和端电压最低的模组单元。
所述充/放电迭代模块包括定时模块，所述定时模块用于间隔固定周期启动一次迭代。
所述充/放电迭代模块包括：
端电压获取模块：所述端电压为虚拟电压，根据公式
模组单体的虚拟电压值=电池电压基值+(∑电池充/放a%电压波动值)/(Nx+Xx)
获得每个模组电源的虚拟电压；其中，所述电池电压基值为模组单元的电压基值；
“∑电池充/放a%电压波动值”是指模组单元中的(Nx+Xx)个电池单元中、每个电池单元电压波动值的a%之和。
所述充/放电迭代模块还包括：
端电压最高模组单元调整模块：用于将虚拟电压最高的模组单元的Ni=Ni-j,同时Xi=Xi+j；
端电压最低模组单元调整模块：用于将虚拟电压最低的模组单元的Ni=Ni+j,同时Xi=Xi-j；
j=1或2。
实施方式六、本实施方式是对实施方式五所述的一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制装置的进一步限定，本实施方式中，所述控制装置还包括：
充/放电结束调整模块一：用于在每次充/放电结束时，将最先充/放电完毕的模组单元的配置参数调整为Ni-y、 Xi+y，其中y为设定的调整步长，该参数为该模组单元下一次充/放电过程的启动参数；
模组单元参数记录模块：用于在每次充/放电结束时，记录其余每个模组单元当前的Ni、Xi作为下一次充/放电过程的启动参数。
实施方式七、本实施方式是对实施方式五或六所述的一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制装置的进一步限定，本实施方式中，所述控制装置还包括：
充/放电结束调整模块二：用于在每次充/放电结束时，对于模组单元的虚拟电压值最高的前y组模组单元的Ni=Ni+1，同时对应的Xi=Xi-1，该参数作为该模组单元下一次充/放电过程的启动参数。
实施方式六、七中的参数y=1、2或3；或者为最先充/放电完毕的模组单元在整个充/放电周期中每次迭代调整参数Ni变化量的平均值或最大值。
实施方式八、本实施方式是对实施方式五至七任意一项实施方式所述的一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制装置的进一步限定，本实施方式中，所述控制装置还包括首次充/放电启动参数配置模块，该模块用于根据电池模组中每个模组单元中的每个电池单元的标称有效容量配置该模组单元的初始配置参数Nx、Xx，所述Nx+Xx为模组单元的电池单元总个数，其中Nx为在线电池单元的数量。
所述首次充/放电启动参数配置模块还包括：
模组单元充/放电容量Ci获取单元，用于根据模组单元充/放电平均功率和电池模组当前有效容量计算获得；
第i个模组单元中的参数配置单元，用于根据Nx=[Nst*Ci/Cst]、Xx=Ni+Xi-Nx或者配置参数，其中Cst为所有Ci中的最大值，该Cst对应的模组单元的控制参数为Nst和Xst。
上述实施方式是本发明所要求保护的技术方案的举例说明，不局限于本发明的保护范围。
实施方式九、本实施方式是采用现有技术与本发明所述的技术做对比实验，进而验证本发明的有益技术效果：
选择同批次退役锂电池不经筛选配对，然后采用相同重构控制电路组成20个锂电模组，每个模组由32只电池单体串联组成，全部按22+10进行配置，其中每10个模组串联组成一个电池簇，分别标记为电池簇A和电池簇B。
对于电池簇A采用柔性控制方式实现充放电，电池簇B采用原有的N+X控制方式实现充放电，所述充放电的功率和充电电量均相同，则实验现象为：
1)两个电池簇中全部电池单体在充放电过程中，均可以实现单体有效保护和充放。
2)充电过程中：
电池簇B在线电池始终为固定值，充电前期为恒流充电，充电电压较低约640V，后期电压较高约750V，电流较小，充电过程首尾过程充电功率偏低，中间过程接近为恒流最大功率充电，但充电过程明显较长。
电池簇A充电起始阶段由于单体电压低，电池模组柔性调整在线电池数，充电电流为相同恒流值，但充电电压为710V，比同时期电池簇B高出约70V，充电后期通过柔性调整在线电池数量保持充电电压710V不变，电池簇充电电量相同的情况下，电池簇A充电时间仅为电池簇B的85%左右。
3)放电测试过程中：
电池簇B由于放电末期电池簇电压偏低，相同输出功率时电池簇放电电流偏高，初期测试多次触发电池回路过流报警和线路过热报警，后期虽然通过调整报警参数消除，但实验电池簇发热明显比电池簇A偏高2摄氏度左右。
由于本次实验所采用的电池为未经筛选的退役锂电池，实验过程中数据显示电池簇A、电池簇B中各个模组容量偏差接近单体容量偏差，实测偏差最高约20%以上，实验过程中采用柔性控制的电池簇A放电末期，电池簇内的各个模组在线电池数量偏差接近容量偏差，所有电池簇内单体基本同时放电结束，而电池簇B最差模组放电结束后电池簇同时结束，放电容量低于电池簇A的结果接近20%，后经手动调整电池簇B内各模组放电N+X参数，才实现较好结果。
根据上述实验结果能够证明：本发明所述的动态重构电池模组的柔性控制方法相比于现有N+X控制方法，考虑到使用过程中电池单体容量的自然衰减，具备显著优势：充电过程中几乎为恒压充电，充电总时间减少到85%左右，放电过程中发热量降低，放电过程中单体放电是整个电池簇能够达到基本同时结束、且根据放电容量能够确定放电更充分。
Claims (10)
1.一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制方法，所述电池模组为由n个模组单元串联组成的串联电池模组，第i个模组单元是由Ni+Xi个电池单元串联组成的，i＝1、2、3、……n，其特征在于，所述充/放电控制方法包括：
在充/放电过程中，对每个串联模组单元中的Nx和Xx进行动态迭代调整，每次迭代采用同步等值反向冗余数量的方式调整端电压最高的模组单元和端电压最低的模组单元；
迭代持续到所有模组单元充满/放空为止；
所述控制方法还包括首次充/放电启动参数配置的步骤，具体为：
根据电池模组中每个模组单元中的每个电池单元的标称有效容量配置该模组单元的初始配置参数Nx、Xx，所述Nx+Xx为模组单元的电池单元总个数，其中Nx为在线电池单元的数量；
根据串联电池模组中每个模组单元的充/放电平均功率和电池模组当前有效容量计算获得每个模组单元的充/放电容量Ci；
第i个模组单元中的参数配置Nx、Xx的设置原则为：Nx＝[Nst*Ci/Cst]，Xx＝Ni+Xi-Nx，其中Cst为所有Ci中的最大值，该Cst对应的模组单元的控制参数为Nst和Xst；
在每次充/放电结束时，将最后充/放电完毕的模组单元的配置参数调整为Ni＝Ni-y、Xi＝Xi+y，其中y为自然数，y>0且y<(Ni+Xi)/2，该参数为该模组单元下一次充/放电过程的启动参数，
记录其余每个模组单元当前的Ni、Xi作为下一次充/放电过程的启动参数；
所述端电压为模组单元的虚拟电压值，
模组单体的虚拟电压值＝电池电压基值+(∑电池充/放a％电压波动值)/(Nx+Xx)，
其中，所述电池电压基值为模组单元的电压基值；
“∑电池充/放a％电压波动值”是指模组单元中的(Nx+Xx)个电池单元中、每个电池单元电压波动值的a％之和，所述a的取值是在区间[80,95]之间；
所述每次迭代采用同步等值反向冗余数量的方式调整端电压最高的模组单元和端电压最低的模组单元的过程为，将端电压最高的模组单元的Ni＝Ni-j,同时Xi＝Xi+j；
将端电压最低的模组单元的Ni＝Ni+j,同时Xi＝Xi-j；j＝1或2。
2.根据权利要求1所述的一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制方法，其特征在于，所述动态迭代是采用固定周期来控制迭代。
3.根据权利要求1所述的一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
在每次充/放电结束时，对于模组单元的虚拟电压值最高的前w组模组单元的Ni＝Ni+1，同时对应的Xi＝Xi-1，该参数作为该模组单元下一次充/放电过程的启动参数。
4.根据权利要求1所述的一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制方法，其特征在于，所述y＝1、2或3；或者为所有模组单元在充/放电过程中每次迭代调整参数j的平均值或最大值。
5.一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制装置，所述电池模组为由n个模组单元串联组成的串联电池模组，第i个模组单元是由Ni+Xi个电池单元串联组成的，i＝1、2、3、……n，其特征在于，所述充/放电控制装置包括：
充/放电迭代模块：该模块用于对每个串联模组单元中的Nx和Xx进行动态迭代调整，每次迭代采用同步等值反向冗余数量的方式调整端电压最高的模组单元和端电压最低的模组单元；
所述控制装置还包括首次充/放电启动参数配置模块，该模块用于根据电池模组中每个模组单元中的每个电池单元的标称有效容量配置该模组单元的初始配置参数Nx、Xx，所述Nx+Xx为模组单元的电池单元总个数，其中Nx为在线电池单元的数量；
所述首次充/放电启动参数配置模块还包括：
模组单元充/放电容量Ci获取单元，用于根据串联电池模组中每个模组单元的充/放电平均功率和电池模组当前有效容量计算获得；
第i个模组单元中的参数配置单元，用于根据Nx＝[Nst*Ci/Cst]、Xx＝Ni+Xi-Nx或者配置参数，其中Cst为所有Ci中的最大值，该Cst对应的模组单元的控制参数为Nst和Xst；
所述控制装置还包括：
充/放电结束调整模块一：用于在每次充/放电结束时，将最先充/放电完毕的模组单元的配置参数调整为Ni-y、Xi+y，其中y为设定的调整步长，该参数为该模组单元下一次充/放电过程的启动参数；
模组单元参数记录模块：用于在每次充/放电结束时，记录其余每个模组单元当前的Ni、Xi作为下一次充/放电过程的启动参数；
所述充/放电迭代模块包括：端电压获取模块，所述端电压为虚拟电压，根据公式
模组单体的虚拟电压值＝电池电压基值+(∑电池充/放a％电压波动值)/(Nx+Xx)
获得每个模组电源的虚拟电压；其中，所述电池电压基值为模组单元的电压基值；
“∑电池充/放a％电压波动值”是指模组单元中的(Nx+Xx)个电池单元中、每个电池单元电压波动值的a％之和；
所述充/放电迭代模块还包括:
端电压最高模组单元调整模块：用于将虚拟电压最高的模组单元的Ni＝Ni-j,同时Xi＝Xi+j；
端电压最低模组单元调整模块：用于将虚拟电压最低的模组单元的Ni＝Ni+j，同时Xi＝Xi-j；j＝1或2。
6.根据权利要求5所述的一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制装置，其特征在于，所述充/放电迭代模块包括定时模块，所述定时模块用于间隔固定周期启动一次迭代。
7.根据权利要求5所述的一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：
充/放电结束调整模块二：用于在每次充/放电结束时，对于模组单元的虚拟电压值最高的前y组模组单元的Ni＝Ni+1，同时对应的Xi＝Xi-1，该参数作为该模组单元下一次充/放电过程的启动参数。
8.根据权利要求5所述的一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制装置，其特征在于，所述y＝1、2或3；或者为最先充/放电完毕的模组单元在整个充/放电周期中每次迭代调整参数Ni变化量的平均值或最大值。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有权利要求1-4任一项所述的一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制方法。
10.一种计算机设备，其特征在于：包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行根据权利要求1-4中任一项中所述的一种动态重构电池模组的柔性充/放电控制方法。
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Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1751737A1 (ru) * | 1990-07-10 | 1992-07-30 | Специальное конструкторское бюро Производственного объединения "Коммунар" | Устройство дл синхронизации вычислительной системы |
| CN101562468A (zh) * | 2009-05-27 | 2009-10-21 | 上海交通大学 | 基于迭代消除和最大比合并的均衡装置及其方法 |
| DE102013215410A1 (de) * | 2013-08-06 | 2015-02-12 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Schaltungsanordnung zum Cell-Balancing eines elektrischen Energiespeichers |
| CN108512263A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-09-07 | 刘铭新 | N+x蓄电池组 |
| CN108565914A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-09-21 | 刘铭新 | 电池组循环充放电系统及方法 |
| CN111180814A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-05-19 | 南京航空航天大学 | 基于多模块充电器的串联锂离子电池组充电控制方法 |
| KR20200062672A (ko) * | 2018-11-27 | 2020-06-04 | 디티아이코리아(주) | 이차전지 충전 방법 |
| CN111969693A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-11-20 | 广东电网有限责任公司佛山供电局 | 一种多智能体锂电池集群储能系统 |
| CN112467851A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-03-09 | 吉林大学 | 一种磷酸铁锂电池组均衡控制方法 |
| CN113206307A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-08-03 | 福建工程学院 | 结合K-means聚类的遗传算法的冗余均衡锂电池管理电路和方法 |
| CN113263957A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-08-17 | 重庆大学 | 一种动力电池系统能量优化装置和方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015113637A1 (en) * | 2014-02-03 | 2015-08-06 | Green Power Technologies, S.L. | System and method for the distributed control and management of a microgrid |
| KR102123048B1 (ko) * | 2017-01-10 | 2020-06-15 | 주식회사 엘지화학 | 에너지 절약 및 빠른 셀 밸런싱이 가능한 충전 제어 장치 및 방법 |
| CN109103953B (zh) * | 2018-08-23 | 2021-07-20 | 广州市香港科大霍英东研究院 | 一种电池组主动均衡控制方法、系统及装置 |
-
2021
- 2021-08-20 CN CN202110958486.XA patent/CN113644328B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1751737A1 (ru) * | 1990-07-10 | 1992-07-30 | Специальное конструкторское бюро Производственного объединения "Коммунар" | Устройство дл синхронизации вычислительной системы |
| CN101562468A (zh) * | 2009-05-27 | 2009-10-21 | 上海交通大学 | 基于迭代消除和最大比合并的均衡装置及其方法 |
| DE102013215410A1 (de) * | 2013-08-06 | 2015-02-12 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Schaltungsanordnung zum Cell-Balancing eines elektrischen Energiespeichers |
| CN108512263A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-09-07 | 刘铭新 | N+x蓄电池组 |
| CN108565914A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-09-21 | 刘铭新 | 电池组循环充放电系统及方法 |
| KR20200062672A (ko) * | 2018-11-27 | 2020-06-04 | 디티아이코리아(주) | 이차전지 충전 방법 |
| CN111180814A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-05-19 | 南京航空航天大学 | 基于多模块充电器的串联锂离子电池组充电控制方法 |
| CN111969693A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-11-20 | 广东电网有限责任公司佛山供电局 | 一种多智能体锂电池集群储能系统 |
| CN112467851A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-03-09 | 吉林大学 | 一种磷酸铁锂电池组均衡控制方法 |
| CN113206307A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-08-03 | 福建工程学院 | 结合K-means聚类的遗传算法的冗余均衡锂电池管理电路和方法 |
| CN113263957A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-08-17 | 重庆大学 | 一种动力电池系统能量优化装置和方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113644328A (zh) | 2021-11-12 |
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