CN114204648A - 并联电池簇状态管理方法及系统 - Google Patents

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CN114204648A CN202210008694.8A CN202210008694A CN114204648A CN 114204648 A CN114204648 A CN 114204648A CN 202210008694 A CN202210008694 A CN 202210008694A CN 114204648 A CN114204648 A CN 114204648A
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battery cluster
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Abstract

本发明公开了一种并联电池簇状态管理方法及系统，该方法包括：获得各个电池簇的电池电流、荷电状态，获得与各个电池簇对应的母线电容的电容电压；根据各个电池簇对应的电容电压确定各个电池簇对应的工作模式，根据各个电池簇的电池电流、荷电状态得到各个电池簇对应的电池电流给定值以及电容电压给定值；根据各个电池簇对应的工作模式、电池电流给定值、电池电压给定值分别对各个电池簇的电池状态进行管理。本发明，通过对各个电池簇分别进行并行控制，解决了现有并联电池簇中的电池簇过充电或无法充满、电池簇可用容量低的问题。

Description

并联电池簇状态管理方法及系统
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，特别涉及一种并联电池簇状态管理方法及系统。
背景技术
由于电池在生产制造、工作环境、老化程度上的不一致性，各个电池芯的开路电压和等效串联电阻均有不同程度的差异，导致在电池储能系统运行时，并联电池簇的荷电状态不一致。
对于并联的电池簇，在充电过程中，会存在某一电池簇已充满，而其他电池簇未充满的情况，为了避免对该电池簇的过充电，其余电池簇将无法进一步充满。
同样，在放电过程中，会存在某一电池簇已达到最小容许荷电状态，而其余电池簇仍可进一步放电的情况，为避免该电池簇过放电导致的损坏，所有并联串联的电池芯都将停止继续放电。由此可见，并联电池簇可用容量只能达到最弱电池簇的容量，导致严重的并联失配问题，使其他并联电池簇容量无法被充分使用，系统可用容量降低。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种并联电池簇状态管理方法及系统，以解决现有并联电池簇中的电池簇过充电或无法充满、电池簇可用容量低等问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：
根据本发明的第一方面，提供一种并联电池簇状态管理方法，其包括：
S101：获得各个电池簇的电池电流、荷电状态，获得与各个电池簇对应的母线电容的电容电压；
S102：根据所述各个电池簇对应的电容电压确定各个电池簇对应的工作模式，根据所述各个电池簇的电池电流、荷电状态得到各个电池簇对应的电池电流给定值以及电容电压给定值；
S103：根据各个电池簇对应的工作模式、电池电流给定值、电池电压给定值分别对各个电池簇的电池状态进行管理。
较佳地，所述S102中根据所述各个电池簇的电容电压确定各个电池簇对应的工作模式具体包括：对所有电池簇的电容电压进行排序或比较，确定电池电压最低的电池簇，所述电池电压最低的电池簇的工作模式确定为第一工作模式，其余电池簇的工作模式确定为第二工作模式。
较佳地，所述S103具体包括：
若所述电池簇的工作模式为第一工作模式，则将该电池簇的电容电压调整至电容电压给定值；
若所述电池簇的工作模式为第二工作模式，则将该电池簇的电池电流调整至电池电流给定值，且将该电池簇的电容电压限制在一预设电容电压范围内。
较佳地，所述S103中将该电池簇的电容电压限制在一预设电容电压范围内之后还包括：
限制时间达到该预设电容电压范围的预设限制时间后，调整为将该电池簇的电容电压限制在下一预设电容电压范围内。
较佳地，所述电池电流给定值的计算方式为：
Figure BDA0003458049780000021
其中，IBatk表示电池电流，k＝1，…，n，表示第k个电池簇，SOCk表示荷电状态，λ表示荷电状态的调整参数。
较佳地，所述电容电压给定值为各个电池簇的状态管理电路的最低输出电压。
根据本发明的第二方面，提供一种并联电池簇状态管理系统，其包括：多个状态管理电路、多个子控制器、总控制器以及多个母线电容；其中，
所述母线电容与所述电池簇一一对应，所述状态管理电路与所述母线电容一一对应；所述子控制器与所述状态管理电路一一对应；
所述母线电容的正端分别与对应的所述电池簇的负端相连；
所述母线电容的负端相互连接，作为并联电池簇的负端；
所述电池簇的正端相互连接，作为并联电池簇的正端；
所述状态管理电路的输出分别与对应的所述母线电容的正端、负端相连；
所述状态管理电路被配置为能够采集所述电池簇的电池电流、荷电状态、母线电容的电容电压；
所述状态管理电路分别与对应的所述子控制器电连接，以将采集的电池簇的电池电流、荷电状态、母线电容的电容电压发送给所述子控制器，还接收所述子控制器发送来的控制信号；
所述子控制器分别与所述总控制器通讯连接，以将自所述状态管理电路接收的电池电流、荷电状态、电容电压发送给所述总控制器，还接收所述总控制器发送来的工作模式、电池电流给定值、电池电压给定值；
所述总控制器被配置为能够根据所述子控制器发送来的所述电池电流、荷电状态、电容电压，获得对应的工作模式、电池电流给定值、电池电压给定值。
较佳地，所述状态管理电路的输入正端分别与对应的所述电池簇的正端相连，所述状态管理电路的输出负端分别与对应的所述电池簇的负端相连。
较佳地，所述状态管理电路的输入正端分别与对应的所述电池簇的正端相连，所述状态管理电路的输入负端分别与对应的母线电容的负端相连。
较佳地，所述状态管理电路的输入正端相互连接，所述状态管理电路的输入负端分别与对应的母线电容的负端相连。
较佳地，所述总控制器与所述子控制器之间的通讯采用低带宽通讯。
相较于现有技术，本发明具有以下优点：
(1)本发明提供的并联电池簇状态管理方法及系统，通过对各个电池簇分别进行并行控制，对每个电池簇的充电分开控制，避免了现有技术中一同充电带来的过充电或者有限电池簇未充满的问题；另外对每个电池簇的放电分开控制，避免了现有技术中一同放电带来的电池簇可用容量只能达到最弱电池簇的容量的问题；
(2)本发明提供的并联电池簇状态管理方法及系统，通过总控制器和子控制器并行的控制策略，实现了并联电池簇状态管理运行过程中各个电池簇工作模式的切换、电池电流给定值的产生、电池簇电池电流和电容电压的控制；
(3)本发明提供的并联电池簇状态管理方法及系统，通过设置与电池簇对应数量的子控制器，两者一一对应，在保证子控制器响应迅速的同时实现了电池簇电池电流和荷电状态的平衡，控制简洁，切换灵活，各个子控制器之间互不干扰，可以实现子控制器分布式自主控制。
(4)本发明提供的并联电池簇状态管理方法及系统，通过总控制器与子控制器之间采用低带宽通讯，进一步缩短了总控制器及子控制器的响应时间。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
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所需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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例的并联电池簇状态管理方法的流程图；
图2为本发明一实施例的第二工作模式的控制框图；
图3为本发明一实施例的第二工作模式下对电容电压进行分段限幅的示意图；
图4为本发明一较佳实施例的并联电池簇状态管理方法的流程图；
图5为本发明一实施例的并联电池簇状态管理系统的示意图；
图6为本发明一实施例的状态管理电路的拓扑示意图；
图7为本发明另一实施例的状态管理电路的拓扑示意图；
图8为本发明另一实施例的状态管理电路的拓扑示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
一实施例中，提供一种并联电池簇状态管理方法，其流程图如图1所示，包括：
S101：获得各个电池簇的电池电流、荷电状态，获得与各个电池簇对应的母线电容的电容电压；
S102：根据各个电池簇对应的电容电压确定各个电池簇对应的工作模式，根据各个电池簇的电池电流、荷电状态得到各个电池簇对应的电池电流给定值以及电容电压给定值；
S103：根据各个电池簇对应的工作模式、电池电流给定值、电池电压给定值分别对各个电池簇的电池状态进行管理。
一实施例中，S102中根据各个电池簇的电容电压确定各个电池簇对应的工作模式具体包括：对所有电池簇的电容电压进行排序或比较，确定电池电压最低的电池簇，电池电压最低的电池簇的工作模式确定为第一工作模式，其余电池簇的工作模式确定为第二工作模式。
一实施例中，S103具体包括：
若电池簇的工作模式为第一工作模式，则将该电池簇的电容电压调整至电容电压给定值；
若电池簇的工作模式为第二工作模式，则将该电池簇的电池电流IBatk调整至电池电流给定值Irefk，且将该电池簇的电容电压UCk限制在一预设电容电压范围内，即限制电容电压UCk在电容电压上限Uupk和电容电压下限Udownk之间，达到电容电压上下限时自动限制电容电压，请参考图2。
上述实施例中，第一工作模式为最低电压模式，第二工作模式为恒流限压模式。
一实施例中，S103中将该电池簇的电容电压限制在一预设电容电压范围内之后还包括：限制时间达到该预设电容电压范围的预设限制时间后，调整为将该电池簇的电容电压限制在下一预设电容电压范围内。请参考图3，图3中示意出了三段限幅，先将电容电压限制在第一预设电容电压范围，当限制时间达到Tw后，调整至第二预设电容电压范围，当限制时间达到Tw后，调整至第三预设电容电压范围，依次类推，但不低于所述状态管理电路的最低输出电压，亦不高于所述状态管理电路的最高输出电压。
不同实施例中，电容电压的分段限幅不一定为如图3中的分为三段，也可以不采用分段限幅，即只包括一个限制范围；也可以分为两段或三段以上；且各段的时间也不一定为图3中的每段都相同，可以根据需要进行不同的设置。
一实施例中，电池电流给定值的计算方式为：
Figure BDA0003458049780000071
其中，IBatk表示电池电流，k＝1，…，n，表示第k个电池簇，SOCk表示荷电状态，λ表示荷电状态的调整参数。
一实施例中，电容电压给定值Urefk为各个电池簇的状态管理电路的最低输出电压。
一实施例中，对上述实施例S101～S103的执行结构进行了划分举例，当然不同实施例中，各个步骤的执行结构不一定按照本实施例给出的结构进行划分，也可以有其他划分方式。本实施例中，S101～S102采用总控制器进行执行，S103采用各个子控制器执行，各个子控制器分别与各个电池簇一一对应，总控制器与子控制器之间通讯连接。
其中，请参考图4，总控制器的执行步骤为第一控制策略S1，其具体包括：
S11：从各个子控制器获得各个电池簇的电池电流、荷电状态、电容电压；
S12：对各个电容电压进行排序或比较，确定电容电压最低的电池簇，设置其工作模式为1(Modek＝1，第一工作模式)，其余电池簇的工作模式为2(Modek＝2，第二工作模式)
S13：处理获得各个电池簇的电流给定值
Figure BDA0003458049780000081
S14：将各个电池簇的工作模式、电流给定值和电容电压给定值下达给各个子控制器。
各个子控制的执行步骤为第二控制策略S2，其具体包括：
S12：采集电池簇的电池电流、荷电状态、电容电塔，从总控制器的通讯量获得工作模式、电流给定值和电容电压给定值；
S22：根据工作模式值，子控制采用不同的工作模式。
其中，第一工作模式为最低电压模式，通过直流变换器将电容电压调整至电容电压给定值；第二工作模式为恒流限压模式，通过直流变换器将电池簇电流调整至电流给定值，同时限制电容电压在上下限之间，达到电压上下限时自动限制电容电压，限制电容电压达到一定时间后调整上下限至下一幅段。
上述实施例中总控制器与子控制器之间采用低带宽通讯，响应速度更快。当然，不同实施例中，也可采用其他通讯方式。
一实施例中，还提供一种并联电池簇状态管理系统，其包括：多个状态管理电路、多个子控制器、总控制器以及多个母线电容，请参考图5。
本实施例中，电池簇总是为n(n为正整数)，电池簇包括第1电池簇Bat1、第2电池簇Bat2、……、第n电池簇Batn，其电流分别为IBat1、IBat2、……、IBatn，其荷电状态分别为SOC1、SOC2、……、SOCn；电池簇Bat1、Bat2、……、Batn的正端相互连接，作为并联电池簇的正端。母线电容包括第1母线电容C1、第2母线电容C2、……、第n母线电容Cn，其电压分别为UC1、UC2、……、UCk；母线电容与电池簇一一对应，电池簇Bat1、Bat2、……、Batn的负端分别与母线电容C1、C2、……、Cn的正端相连，母线电容C1、C2、……、Cn的负端相互连接，作为并联电池簇的负端。
状态管理电路包括：第1状态管理电路、第2状态管理电路、……、第n状态管理电路，状态管理电路与母线电容一一对应，其输出分别与母线电容C1、C2、……、Cn的正端、负端相连。状态管理电路被配置为能够采集电池簇的电池电流IBatk(k＝1，…，n)、荷电状态SOCk(k＝1，…，n)、母线电容的电容电压UCk(k＝1，…，n)。
子控制器包括：第1子控制、第2子控制器、……、第n子控制器，子控制器与状态管理电路一一对应；状态管理电路还分别与对应的子控制器电连接，以将采集的电池簇的电池电流IBatk(k＝1，…，n)、荷电状态SOCk(k＝1，…，n)、母线电容的电容电压UCk(k＝1，…，n)发送给子控制器，还接收子控制器发送来的控制信号。
子控制器分别与总控制器通讯连接，以将自状态管理电路接收的电池电流IBatk(k＝1，…，n)、荷电状态SOCk(k＝1，…，n)、母线电容的电容电压UCk(k＝1，…，n)发送给总控制器，还接收总控制器发送来的工作模式Modek(k＝1，…，n)、电池电流给定值Irefk(k＝1，…，n)、电池电压给定值Urefk(k＝1，…，n)。总控制器被配置为能够根据子控制器发送来的电池电流、荷电状态、电容电压，获得对应的工作模式、电池电流给定值、电池电压给定值。
状态管理电路与电池簇以及母线电容之间的拓扑结构可以有很多种，下面以三种为例进行举例说明，
第一种拓扑，请参考图6，第1状态管理电路、第2状态管理电路、……、第n状态管理电路的输入正端分别与电池簇Bat1、Bat2、……、Batn的正端相连，第1状态管理电路、第2状态管理电路、……、第n状态管理电路的输入负端分别与电池簇Bat1、Bat2、……、Batn的负端相连。
第二种拓扑，请参考图7，第1状态管理电路、第2状态管理电路、……、第n状态管理电路的输入正端分别与电池簇Bat1、Bat2、……、Batn的正端相连，第1状态管理电路、第2状态管理电路、……、第n状态管理电路的输入负端分别与母线电容C1、C2、……、Cn的负端相连。
第三种拓扑，请参考图8，第1状态管理电路、第2状态管理电路、……、第n状态管理电路的输入正端相互连接，第1状态管理电路、第2状态管理电路、……、第n状态管理电路的输入负端分别与母线电容C1、C2、……、Cn的负端相连。
较佳实施例中，第1子控制器、第2子控制器、……、第n子控制器与总控制器之间通过低带宽通讯上传和下发相关信息。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分形式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行、另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
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单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。前述的存储介质包括：U盘、只读存储器、随机存储器、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本说明书的描述中，参考术语“一种实施方式”、“一种实施例”、“具体实施过程”、“一种举例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种并联电池簇状态管理方法，其特征在于，包括：
S101：获得各个电池簇的电池电流、荷电状态，获得与各个电池簇对应的母线电容的电容电压；
S102：根据所述各个电池簇对应的电容电压确定各个电池簇对应的工作模式，根据所述各个电池簇的电池电流、荷电状态得到各个电池簇对应的电池电流给定值以及电容电压给定值；
S103：根据各个电池簇对应的工作模式、电池电流给定值、电池电压给定值分别对各个电池簇的电池状态进行管理。
2.根据权利要求1所述的并联电池簇状态管理方法，其特征在于，所述S102中根据所述各个电池簇的电容电压确定各个电池簇对应的工作模式具体包括：对所有电池簇的电容电压进行排序或比较，确定电池电压最低的电池簇，所述电池电压最低的电池簇的工作模式确定为第一工作模式，其余电池簇的工作模式确定为第二工作模式。
3.根据权利要求2所述的并联电池簇状态管理方法，其特征在于，所述S103具体包括：
若所述电池簇的工作模式为第一工作模式，则将该电池簇的电容电压调整至电容电压给定值；
若所述电池簇的工作模式为第二工作模式，则将该电池簇的电池电流调整至电池电流给定值，且将该电池簇的电容电压限制在一预设电容电压范围内。
4.根据权利要求3所述的并联电池簇状态管理方法，其特征在于，所述S103中将该电池簇的电容电压限制在一预设电容电压范围内之后还包括：
限制时间达到该预设电容电压范围的预设限制时间后，调整为将该电池簇的电容电压限制在下一预设电容电压范围内。
5.根据权利要求1所述的并联电池簇状态管理方法，其特征在于，所述电池电流给定值的计算方式为：
Figure FDA0003458049770000021
其中，IBatk表示电池电流，k＝1，…，n，表示第k个电池簇，SOCk表示荷电状态，λ表示荷电状态的调整参数。
6.根据权利要求1所述的并联电池簇状态管理方法，其特征在于，所述电容电压给定值为各个电池簇的状态管理电路的最低输出电压。
7.一种并联电池簇状态管理系统，其特征在于，包括：多个状态管理电路、多个子控制器、总控制器以及多个母线电容；其中，
所述母线电容与所述电池簇一一对应，所述状态管理电路与所述母线电容一一对应；所述子控制器与所述状态管理电路一一对应；
所述母线电容的正端分别与对应的所述电池簇的负端相连；
所述母线电容的负端相互连接，作为并联电池簇的负端；
所述电池簇的正端相互连接，作为并联电池簇的正端；
所述状态管理电路的输出分别与对应的所述母线电容的正端、负端相连；
所述状态管理电路被配置为能够采集所述电池簇的电池电流、荷电状态、母线电容的电容电压；
所述状态管理电路分别与对应的所述子控制器电连接，以将采集的电池簇的电池电流、荷电状态、母线电容的电容电压发送给所述子控制器，还接收所述子控制器发送来的控制信号；
所述子控制器分别与所述总控制器通讯连接，以将自所述状态管理电路接收的电池电流、荷电状态、电容电压发送给所述总控制器，还接收所述总控制器发送来的工作模式、电池电流给定值、电池电压给定值；
所述总控制器被配置为能够根据所述子控制器发送来的所述电池电流、荷电状态、电容电压，获得对应的工作模式、电池电流给定值、电池电压给定值。
8.根据权利要求7所述的并联电池簇状态管理系统，其特征在于，所述状态管理电路的输入正端分别与对应的所述电池簇的正端相连，所述状态管理电路的输出负端分别与对应的所述电池簇的负端相连。
9.根据权利要求7所述的并联电池簇状态管理系统，其特征在于，所述状态管理电路的输入正端分别与对应的所述电池簇的正端相连，所述状态管理电路的输入负端分别与对应的母线电容的负端相连。
10.根据权利要求7所述的并联电池簇状态管理系统，其特征在于，所述状态管理电路的输入正端相互连接，所述状态管理电路的输入负端分别与对应的母线电容的负端相连。
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