CN114825558A - 一种级联型储能系统主动soc均衡方法 - Google Patents

一种级联型储能系统主动soc均衡方法 Download PDF

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Abstract

本发明的级联型储能系统主动SOC均衡方法，通过以下步骤来实现：a).判断是否需要均衡；b).充放电模式判断；c).电池簇旁路；d).SOC均衡控制。本发明的级联型储能系统主动SOC均衡方法，利用电池簇最低电压标准差与预设值的差值来判断是否需要执行SOC均衡，根据最低电芯电压大于和小于最低电芯电压均值的数量，来选择SOC均衡模式，最后对非旁路的电池簇进行SOC均衡控制。本发明的级联型储能系统主动SOC均衡方法，可实现对级联型储能系统中电池簇的荷电状态SOC的有效均衡，有效保证了电池簇剩余电量的均衡，保证了整个级联型储能系统的容量。

Description

一种级联型储能系统主动SOC均衡方法
技术领域
本发明涉及一种SOC均衡方法，更具体的说，尤其涉及一种级联型储能系统主动SOC均衡方法。
背景技术
进入二十一世纪后，制约人类生存与发展的不再是战争与疾病，而是逐渐枯竭的化石能源。在这种时代背景下，由新能源发电与储能装置组成的新型电网应运而生。目前由电化学电池作为储能介质的储能装置数量急剧增加，逐渐成为储能的主流方式，但由于生产工艺与技术的限制，电芯存在较高的不一致性，尤其是目前主流的磷酸铁锂电芯。传统低压式储能即交流测并网电压小于1kV的储能，存在单机容量小并联数量多，不具备电池均衡功能，严重放大了电芯不一致性所带来的木桶效应。
高压级联式储能做为新型的储能变流器，通过有别于并联的级联方式，将多个电池簇组成一个大的储能系统，由于级联的电池簇数量多，级联储能系统同样也会存在由电芯不一致性带来的SOC(荷电状态)不均衡问题，从而会影响整个系统的容量。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种级联型储能系统主动SOC均衡方法。
本发明的级联型储能系统主动SOC均衡方法，级联型储能系统由电网、若干功率单元、并离网开关和电池管理系统BMS，若干功率单元串联成三相并经并离网开关与电网相连接；每个功率单元均由变流器电路及接于其两端的电池簇构成，电池簇由M个电芯串联构成，电池管理系统BMS用于采集包含电芯电压在内的电池簇信息；其特征在于，级联型储能系统主动SOC均衡方法通过以下步骤来实现：
a).判断是否需要均衡，当级联型储能系统接收到荷电状态SOC均衡指令后，通过电池管理系统BMS采集每个功率单元的电池簇中电芯数据，并根据所采集的电芯数据判断是否需要执行荷电状态SOC均衡指令，如果需要执行SOC均衡指令，则执行步骤b)；如果不需要执行SOC均衡指令，则等待SOC均衡指令的再次发出；
b).充放电模式判断，进入SOC均衡状态后，然后对级联型储能系统是进入充电SOC均衡模式还是进入放电SOC均衡模式进行判断；判断出均衡模式后，执行步骤c)；
c).电池簇旁路，选择好SOC均衡模式后，通过对电芯数据进进行比较处理得到电芯电压偏差最大的M个电池簇，然后将电芯电压偏差比较大的K个电池簇进行旁路；
d).SOC均衡控制，最后根据所选择的SOC均衡模式，对非旁路的电池簇进行预设值的充电或放电控制，以实现对整个级联型储能系统的荷电状态SOC的均衡。
本发明的级联型储能系统主动SOC均衡方法，步骤a)所述的判断是否需要均衡具体通过以下步骤来实现：
当级联型储能系统接收到荷电状态SOC均衡指令后，在电池管理系统BMS采集的电池簇电芯数据中，获取每个电池簇中的最低电芯电压Vminj，j＝1,2，...，N＝1，N为电池簇的数量；然后通过公式(1)求取电池簇最低电芯电压的均值VAVG：
VAVG＝(Vmin1+Vmin2+......+Vminj+......+VminN)/N (1)
公式(1)中，1≤j≤N；
然后通过公式(2)求取电池簇最低电压标准差SN：
Figure BDA0003672993480000021
然后通过公式(3)判断电池簇最低电压标准差SN是否大于或等于电压标准差预设值S；
SN≥S (3)
如果公式(3)成立，则表明需要执行SOC均衡指令；如果公式(3)不成立，则表明不需要执行SOC均衡指令。
本发明的级联型储能系统主动SOC均衡方法，步骤b)所述的充放电模式判断通过以下步骤来实现：
b-1).设定变量和初始值，设定整数变量a、b和j，并设定初始值a＝0、b＝0、j＝1；执行步骤b-2)；
b-2).电芯电压与均值的比较，判断公式(4)是否成立：
Vminj-VAVG＞0 (4)
如果公式(4)成立，则执行a＝a+1；如果公式(4)不成立，则判断公式(5)是否成立：
Vminj-VAVG＜0 (5)
如果公式(5)成立，则执行b＝b+1；执行步骤b-3)；
b-3).终止条件判断，然后判断j＝N是否成立，如果成立，则执行步骤b-4)；如果不成立，则执行j＝j+1，然后跳转执行步骤b-2)；
b-4).判断充放电模式，然后比较a与b的大小，如果a大于b，表明最低电芯电压大于VAVG的电池簇数量，多于最低电芯电压小于VAVG的电池簇数量，则执行放电SOC均衡模式；如果a小于或等于b，则执行充电SOC均衡模式。
本发明的级联型储能系统主动SOC均衡方法，步骤c)所述的电池簇旁路通过以下步骤来实现：
通过公式(6)求取满足条件的电池簇：
|Vminj-VAVG|＞V0 (6)
V0为大于0的预设电压值，j＝1,2,…,N；按照最低电芯电压与VAVG的差值由大至小对于满足公式(6)的电池簇进行排列，选择前M个电池簇进行电池簇旁路，M≤3。
本发明的级联型储能系统主动SOC均衡方法，步骤d)中对非旁路的电池簇进行预设值的充电或放电控制过程中，以功率PN、能量WN对非旁路的电池簇进行充电或放电控制；其中，0.1W≥WN＞0，0.2P≥PN＞0，W为单个电池簇的额定容量，P为单个电池簇的额定充放电功率。
本发明的级联型储能系统主动SOC均衡方法，步骤a)中所述的压标准差预设值S满足：0.4≥S≥0.01；步骤c)中预设电压值V0满足：1.0≥V0≥0.05。
本发明的有益效果是：本发明的级联型储能系统主动SOC均衡方法，首先通过电池管理系统BMS采集每个电池簇的最低电芯电压，并计算出最低电芯电压的均值，然后利用电池簇最低电压标准差与预设值的差值来判断是否需要执行SOC均衡；接着根据最低电芯电压大于和小于最低电芯电压均值的数量，选择出执行充电还是放电SOC均衡模式，并将最低电芯电压与均值差别比较大的前M个电池簇进行旁路，最后对非旁路的电池簇进行SOC均衡控制。可见，本发明的级联型储能系统主动SOC均衡方法，可实现对级联型储能系统中电池簇的荷电状态SOC的有效均衡，有效保证了电池簇剩余电量的均衡，保证了整个级联型储能系统的容量。
附图说明
图1为本发明的级联型储能系统的电路原理图；
图2为本发明的级联型储能系统主动SOC均衡方法的流程图。
图中：1电网，2功率单元，3并离网开关，4电池簇，5变流器电路。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，给出了本发明的级联型储能系统的电路原理图，其由电网1、若干功率单元2和并离网开关3构成，电网1为级联型储能系统所接入的三相交流电网，若干功率单元2串联形成三相并经并离网开关3与电网1相连接。所示的功率单元2均由变流器电路5和电池簇4构成，电池簇4由M个电芯串联构成，变流器电路5可选择性地工作于整流和逆变装填，电池管理系统BMS用于采集包含电芯电压在内的电池簇信息。功率单元2通过整流将电网1上的交流电转化为直流电存储在电池簇4中，实现电能存储；功率单元2通过逆变作用，将存储在电池簇4中的电能转化为交流电输入至电网1上，以实现对电网1的削峰填谷。
如图2所示，给出了本发明的级联型储能系统主动SOC均衡方法的流程图，其通过以下步骤来实现：
a).判断是否需要均衡，当级联型储能系统接收到荷电状态SOC均衡指令后，通过电池管理系统BMS采集每个功率单元的电池簇中电芯数据，并根据所采集的电芯数据判断是否需要执行荷电状态SOC均衡指令，如果需要执行SOC均衡指令，则执行步骤b)；如果不需要执行SOC均衡指令，则等待SOC均衡指令的再次发出；
该步骤中，所述的判断是否需要均衡具体通过以下步骤来实现：
当级联型储能系统接收到荷电状态SOC均衡指令后，在电池管理系统BMS采集的电池簇电芯数据中，获取每个电池簇中的最低电芯电压Vminj，j＝1,2，...，N＝1，N为电池簇的数量；然后通过公式(1)求取电池簇最低电芯电压的均值VAVG：
VAVG＝(Vmin1+Vmin2+......+Vminj+......+VminN)/N (1)
公式(1)中，1≤j≤N；
然后通过公式(2)求取电池簇最低电压标准差SN：
Figure BDA0003672993480000051
然后通过公式(3)判断电池簇最低电压标准差SN是否大于或等于电压标准差预设值S；
SN≥S (3)
如果公式(3)成立，则表明需要执行SOC均衡指令；如果公式(3)不成立，则表明不需要执行SOC均衡指令。
b).充放电模式判断，进入SOC均衡状态后，然后对级联型储能系统是进入充电SOC均衡模式还是进入放电SOC均衡模式进行判断；判断出均衡模式后，执行步骤c)；
该步骤中，所述的充放电模式判断通过以下步骤来实现：
b-1).设定变量和初始值，设定整数变量a、b和j，并设定初始值a＝0、b＝0、j＝1；执行步骤b-2)；
b-2).电芯电压与均值的比较，判断公式(4)是否成立：
Vminj-VAVG＞0 (4)
如果公式(4)成立，则执行a＝a+1；如果公式(4)不成立，则判断公式(5)是否成立：
Vminj-VAVG＜0 (5)
如果公式(5)成立，则执行b＝b+1；执行步骤b-3)；
b-3).终止条件判断，然后判断j＝N是否成立，如果成立，则执行步骤b-4)；如果不成立，则执行j＝j+1，然后跳转执行步骤b-2)；
b-4).判断充放电模式，然后比较a与b的大小，如果a大于b，表明最低电芯电压大于VAVG的电池簇数量，多于最低电芯电压小于VAVG的电池簇数量，则执行放电SOC均衡模式；如果a小于或等于b，则执行充电SOC均衡模式。
c).电池簇旁路，选择好SOC均衡模式后，通过对电芯数据进进行比较处理得到电芯电压偏差最大的M个电池簇，然后将电芯电压偏差比较大的K个电池簇进行旁路；
该步骤中，所述的电池簇旁路通过以下步骤来实现：
通过公式(6)求取满足条件的电池簇：
|Vminj-VAVG|＞V0 (6)
V0为大于0的预设电压值，j＝1,2,…,N；按照最低电芯电压与VAVG的差值由大至小对于满足公式(6)的电池簇进行排列，选择前M个电池簇进行电池簇旁路，M≤3。
d).SOC均衡控制，最后根据所选择的SOC均衡模式，对非旁路的电池簇进行预设值的充电或放电控制，以实现对整个级联型储能系统的荷电状态SOC的均衡。
步骤d)中，对非旁路的电池簇进行预设值的充电或放电控制过程中，以功率PN、能量WN对非旁路的电池簇进行充电或放电控制；其中，0.1W≥WN＞0，0.2P≥PN＞0，W为单个电池簇的额定容量，P为单个电池簇的额定充放电功率。
步骤a)中所述的压标准差预设值S满足：0.4≥S≥0.01；步骤c)中预设电压值V0满足：1.0≥V0≥0.05。
可见，本发明所公开的级联型储能系统主动SOC均衡方法，其特点是在开始通过电池电芯电压的标准差进行判断，然后通过单元自动旁路技术，从而达到的级联式储能系统的电池簇SOC均衡功能。总之，本发明提及的级联储能变流器电池簇SOC均衡策略，是被证明在并联装置在线路阻抗不匹配的情况下，可以实现电池簇SOC的主动均衡，是一种简易快速且有效的级联式储能系统SOC均衡方法。

Claims (6)

1.一种级联型储能系统主动SOC均衡方法，级联型储能系统由电网(1)、若干功率单元(2)、并离网开关(3)和电池管理系统BMS，若干功率单元串联成三相并经并离网开关与电网相连接；每个功率单元均由变流器电路(5)及接于其两端的电池簇(4)构成，电池簇由M个电芯串联构成，电池管理系统BMS用于采集包含电芯电压在内的电池簇信息；其特征在于，级联型储能系统主动SOC均衡方法通过以下步骤来实现：
a).判断是否需要均衡，当级联型储能系统接收到荷电状态SOC均衡指令后，通过电池管理系统BMS采集每个功率单元的电池簇中电芯数据，并根据所采集的电芯数据判断是否需要执行荷电状态SOC均衡指令，如果需要执行SOC均衡指令，则执行步骤b)；如果不需要执行SOC均衡指令，则等待SOC均衡指令的再次发出；
b).充放电模式判断，进入SOC均衡状态后，然后对级联型储能系统是进入充电SOC均衡模式还是进入放电SOC均衡模式进行判断；判断出均衡模式后，执行步骤c)；
c).电池簇旁路，选择好SOC均衡模式后，通过对电芯数据进进行比较处理得到电芯电压偏差最大的M个电池簇，然后将电芯电压偏差比较大的K个电池簇进行旁路；
d).SOC均衡控制，最后根据所选择的SOC均衡模式，对非旁路的电池簇进行预设值的充电或放电控制，以实现对整个级联型储能系统的荷电状态SOC的均衡。
2.根据权利要求1所述的级联型储能系统主动SOC均衡方法，其特征在于，步骤a)所述的判断是否需要均衡具体通过以下步骤来实现：
当级联型储能系统接收到荷电状态SOC均衡指令后，在电池管理系统BMS采集的电池簇电芯数据中，获取每个电池簇中的最低电芯电压Vmin j，j＝1,2，...，N＝1，N为电池簇的数量；然后通过公式(1)求取电池簇最低电芯电压的均值VAVG：
VAVG＝(Vmin1+Vmin2+......+Vminj+......+VminN)/N (1)
公式(1)中，1≤j≤N；
然后通过公式(2)求取电池簇最低电压标准差SN：
Figure FDA0003672993470000021
然后通过公式(3)判断电池簇最低电压标准差SN是否大于或等于电压标准差预设值S；
SN≥S (3)
如果公式(3)成立，则表明需要执行SOC均衡指令；如果公式(3)不成立，则表明不需要执行SOC均衡指令。
3.根据权利要求2所述的级联型储能系统主动SOC均衡方法，其特征在于，步骤b)所述的充放电模式判断通过以下步骤来实现：
b-1).设定变量和初始值，设定整数变量a、b和j，并设定初始值a＝0、b＝0、j＝1；执行步骤b-2)；
b-2).电芯电压与均值的比较，判断公式(4)是否成立：
Vminj-VAVG＞0 (4)
如果公式(4)成立，则执行a＝a+1；如果公式(4)不成立，则判断公式(5)是否成立：
Vmin j-VAVG＜0 (5)
如果公式(5)成立，则执行b＝b+1；执行步骤b-3)；
b-3).终止条件判断，然后判断j＝N是否成立，如果成立，则执行步骤b-4)；如果不成立，则执行j＝j+1，然后跳转执行步骤b-2)；
b-4).判断充放电模式，然后比较a与b的大小，如果a大于b，表明最低电芯电压大于VAVG的电池簇数量，多于最低电芯电压小于VAVG的电池簇数量，则执行放电SOC均衡模式；如果a小于或等于b，则执行充电SOC均衡模式。
4.根据权利要求3所述的级联型储能系统主动SOC均衡方法，其特征在于，步骤c)所述的电池簇旁路通过以下步骤来实现：
通过公式(6)求取满足条件的电池簇：
|Vmin j-VAVG|＞V0 (6)
V0为大于0的预设电压值，j＝1,2,…,N；按照最低电芯电压与VAVG的差值由大至小对于满足公式(6)的电池簇进行排列，选择前M个电池簇进行电池簇旁路，M≤3。
5.根据权利要求4所述的级联型储能系统主动SOC均衡方法，其特征在于，步骤d)中对非旁路的电池簇进行预设值的充电或放电控制过程中，以功率PN、能量WN对非旁路的电池簇进行充电或放电控制；其中，0.1W≥WN＞0，0.2P≥PN＞0，W为单个电池簇的额定容量，P为单个电池簇的额定充放电功率。
6.根据权利要求5所述的级联型储能系统主动SOC均衡方法，其特征在于：步骤a)中所述的压标准差预设值S满足：0.4≥S≥0.01；步骤c)中预设电压值V0满足：1.0≥V0≥0.05。
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