CN115276174A - 一种多簇电池并联均流控制系统及并联均流控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多簇电池并联均流控制系统及并联均流控制方法，其中系统包括主功率直流汇流母线和至少两个电池簇回路；至少两个电池簇回路并联在主功率直流汇流母线上；电池簇回路包括电池簇和优化器；电池簇与优化器串联后连接在主功率直流汇流母线上；优化器的第一端连接在由电池簇与优化器组成的串联电路上，优化器的第二端与其余电池簇回路中的优化器连接，优化器的第三端和第四端分别与主功率直流汇流母线连接。本发明使得各个电池簇的SOC相同，优化并联后电池系统的综合SOC，并且可实现各个电池簇的均流控制，不仅提升了并联电池簇系统的效率、利用率和寿命，解决了电池并联的木桶效应，而且故障率低，成本低，占地面积小。

Description

一种多簇电池并联均流控制系统及并联均流控制方法

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种多簇电池并联均流控制系统及并联均流控制方法。

背景技术

随着数据中心的规模及功率的逐步越大，数据中心所需的供电电源和电池功率也相应增大。

目前，大功率数据中心的供电电源已达到MW级别。当大规模的光伏板并联，各串光伏板之间的开路电压不相等时，系统无法准确追踪到最高功率点，导致发电量降低。现有技术在多簇电池并联时一般采用两种方案：方案1，直接进行并联，各个电池簇充放电时的电流不同，导致整个电池系统可用性降低，各并联的电池簇SOC、SOH离散性加大，导致并联后各电池系统充放电效率降低，电池利用率降低，且降低了整个电池系统的寿命；方案2，电池簇与直流母线之间增加一个大功率DCDC变换器来实现电池簇单簇管理，解决了电池簇并联的短板效应，但是该方案的DCDC变换器为全功率模式，不仅功耗大、价格高，而且占地面积大。

因此，如何使并联电池的可用性和寿命得到保障是数据中心亟待解决的问题。

以上信息作为背景信息给出只是为了辅助理解本公开，并没有确定或者承认任意上述内容是否可用作相对于本公开的现有技术。

发明内容

本发明提供一种多簇电池并联均流控制系统及并联均流控制方法，以解决现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种多簇电池并联均流控制系统，所述系统包括主功率直流汇流母线和至少两个电池簇回路；其中，

至少两个所述电池簇回路并联在所述主功率直流汇流母线上；

所述电池簇回路包括电池簇和优化器；

所述电池簇与所述优化器串联后连接在所述主功率直流汇流母线上；

所述优化器的第一端连接在由所述电池簇与所述优化器组成的串联电路上，所述优化器的第二端与其余所述电池簇回路中的所述优化器连接，所述优化器的第三端和第四端分别与所述主功率直流汇流母线连接。

进一步地，所述多簇电池并联均流控制系统中，所述电池簇回路还包括失电闭合旁路单元；

所述失电闭合旁路单元的第一端和第二端并联在所述优化器的两端，所述失电闭合旁路单元的第三端和第四端并联在所述电池簇的两端。

进一步地，所述多簇电池并联均流控制系统中，所述主功率直流汇流母线包括正主功率直流汇流母线和负主功率直流汇流母线；

所述电池簇回路的正极输出与所述正主功率直流汇流母线连接，所述电池簇回路的负极输出与所述负主功率直流汇流母线连接。

进一步地，所述多簇电池并联均流控制系统中，所述优化器的第三端与所述正主功率直流汇流母线连接，所述优化器的第四端与所述负主功率直流汇流母线连接。

进一步地，所述多簇电池并联均流控制系统中，所述失电闭合旁路单元的第一端和第二端分别作为输入端和输出端；

所述失电闭合旁路单元的第三端和第四端作为两个供电端。

第二方面，本发明实施例提供一种多簇电池并联均流控制方法，采用如上述第一方面所述的多簇电池并联均流控制系统执行，所述方法包括：

通过所述优化器采集对应的所述电池簇的控制参数，将所述控制参数传递给其余的所述优化器，所述控制参数包括电压、电流和SOC；

根据所述优化器输出的电压类型和所述控制参数优化各个所述电池簇的SOC，并实现各个所述电池簇的均流。

进一步地，所述多簇电池并联均流控制方法中，所述根据所述优化器输出的电压类型和所述控制参数优化各个所述电池簇的SOC，并实现各个所述电池簇的均流的步骤包括：

若所述优化器输出的电压类型为正、负电压，则通过VBAT_ave-VBAT实现各个所述电池簇的均流，以及通过IΣ*k+Ibase-IBAT优化各个所述电池簇的SOC；

若所述优化器输出的电压类型为正电压，则通过VBAT_max-VBAT实现各个所述电池簇的均流，以及通过IΣ*k+Ibase-IBAT优化各个所述电池簇的SOC；

若所述优化器输出的电压类型为负电压，则通过VBAT_min-VBAT实现各个所述电池簇的均流，以及通过IΣ*k+Ibase-IBAT优化各个所述电池簇的SOC；

其中，

所述VBAT_ave为全部所述电池簇的电压的平均值；

所述VBAT为各个所述电池簇的电压；

所述IΣ为全部所述电池簇的电流之和；

所述k为预设的知识库中查询到的值；

所述Ibase为所述主功率直流汇流母线无电流时各个所述电池簇的自均衡电流；

所述IBAT为各个所述电池簇的电流；

所述VBAT_max为全部所述电池簇中的电压最高值；

所述VBAT_min为全部所述电池簇中的电压最小值。

进一步地，所述多簇电池并联均流控制方法中，在所述通过所述优化器采集对应的所述电池簇的控制参数，将所述控制参数传递给其余的所述优化器，所述控制参数包括电压、电流和SOC的步骤之前，所述方法还包括：

检测所述优化器是否故障；

若否，则断开失电闭合旁路单元，并执行所述通过所述优化器采集对应的所述电池簇的控制参数，将所述控制参数传递给其余的所述优化器，所述控制参数包括电压、电流和SOC的步骤。

进一步地，所述多簇电池并联均流控制方法中，在所述检测所述优化器是否故障的步骤之后，所述方法还包括：

若是，则闭合失电闭合旁路单元，以旁路所述优化器的输出。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例提供的一种多簇电池并联均流控制系统及并联均流控制方法，通过在各个电池簇分别串联一个优化器，然后控制各个电池簇对应的优化器的电压大小，从而使得各个电池簇的SOC相同，优化并联后电池系统的综合SOC，并且可实现各个电池簇的均流控制，不仅提升了并联电池簇系统的效率、利用率和寿命，解决了电池并联的木桶效应，而且故障率低，成本低，占地面积小。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种多簇电池并联均流控制系统的电路结构示意图；

图2是本发明实施例二提供的一种多簇电池并联均流控制方法的流程示意图；

图3是本发明实施例二中优化器输出正、负电压时的控制环路示意图；

图4是本发明实施例二中优化器输出正电压时的控制环路示意图；

图5是本发明实施例二中优化器输出负电压时的控制环路示意图。

附图标记：

电池簇10，优化器20，失电闭合旁路单元30，正主功率直流汇流母线40，负主功率直流汇流母线50。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。

此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

有鉴于上述现有的多簇电池并联技术存在的缺陷，本申请人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以希望创设能够解决现有技术中缺陷的技术，使得多簇电池并联技术更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

请参考图1，本发明实施例提供一种多簇电池并联均流控制系统，所述系统包括主功率直流汇流母线和至少两个电池簇回路；其中，

至少两个所述电池簇回路并联在所述主功率直流汇流母线上；

所述电池簇回路包括电池簇10和优化器20；

所述电池簇10与所述优化器20串联后连接在所述主功率直流汇流母线上；

所述优化器20的第一端连接在由所述电池簇10与所述优化器20组成的串联电路上，所述优化器20的第二端与其余所述电池簇回路中的所述优化器20连接，所述优化器20的第三端和第四端分别与所述主功率直流汇流母线连接。

需要说明的是，所述电池簇10可以为各种类型的电池，包括且不限定于锂离子电池、铅酸电池等，或者光伏板等，通过在每个电池簇10分别串联一个优化器20，采用非全功率补偿的方式优化，可保证可靠的电池簇10并联和电池簇10与电池簇10之间压差大的问题。

所述优化器20的输出可以只输出正电压或者只输出负电压或者可以输出正、负电压，或者在一个系统中三种输出方式中的最少两种输出方式都存在。

在本实施例中，所述电池簇回路还包括失电闭合旁路单元30；

所述失电闭合旁路单元30的第一端和第二端并联在所述优化器20的两端，所述失电闭合旁路单元30的第三端和第四端并联在所述电池簇10的两端。

需要说明的是，所述失电闭合旁路单元30正常情况是处于常闭状态的，即当系统上电时，所述失电闭合旁路单元30会断开，当系统下电或者所述优化器20出现故障而无法正常工作时，所述失电闭合旁路单元30才会闭合。

所述优化器20可以串联在所述电池簇10的正极、负极或者中间任何位置。

所述优化器20可做成单独的模块与所述电池簇10放在一起，也可以集成到高压箱内，以节省空间。

在本实施例中，所述主功率直流汇流母线包括正主功率直流汇流母线40和负主功率直流汇流母线50；

所述电池簇回路的正极输出与所述正主功率直流汇流母线40连接，所述电池簇回路的负极输出与所述负主功率直流汇流母线50连接。

所述优化器20的第三端与所述正主功率直流汇流母线40连接，所述优化器20的第四端与所述负主功率直流汇流母线50连接。

需要说明的是，所述优化器20用于采集电池簇10的控制参数，包括但不限于电压、电流、SOC，如图1所示。

每个所述优化器20通过通讯传递所述控制参数，通讯方式包括但不限于CAN、485、232、4G、5G、蓝牙、WIFI、光纤。

所述优化器20之间的通讯可使用非冗余设计，如图1所示，也可采用冗余设计，保证在一条通讯出现故障时还可正常运行而不影响SOC优化和均流，提升系统可靠性。

在本实施例中，所述失电闭合旁路单元30的第一端和第二端分别作为输入端和输出端；

所述失电闭合旁路单元30的第三端和第四端作为两个供电端。

需要说明的是，所述失电闭合旁路单元30可以是在优化器20内，也可以是单独的一个模块，其取电的位置可以在电池中取，也可在系统中的其他位置取。

尽管本文中较多的使用了电池簇，优化器，失电闭合旁路单元，正主功率直流汇流母线，负主功率直流汇流母线等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

本发明实施例提供的一种多簇电池并联均流控制系统，通过在各个电池簇分别串联一个优化器，然后控制各个电池簇对应的优化器的电压大小，从而使得各个电池簇的SOC相同，不仅提升了并联电池簇系统的效率、利用率和寿命，解决了电池并联的木桶效应，而且故障率低，成本低，占地面积小。

实施例二

请参考图2，为本发明实施例二提供的一种多簇电池并联均流控制方法的流程示意图。该方法由本发明实施例所提供的多簇电池并联均流控制系统执行，该方法的具体步骤如下：

S201、通过所述优化器采集对应的所述电池簇的控制参数，将所述控制参数传递给其余的所述优化器，所述控制参数包括电压、电流和SOC；

在本实施例中，所述步骤S202之前，所述方法还可进一步包括如下步骤：

检测所述优化器是否故障；

若否，则断开失电闭合旁路单元，并执行所述通过所述优化器采集对应的所述电池簇的控制参数，将所述控制参数传递给其余的所述优化器，所述控制参数包括电压、电流和SOC的步骤。

若是，则闭合失电闭合旁路单元，以旁路所述优化器的输出。

S202、根据所述优化器输出的电压类型和所述控制参数优化各个所述电池簇的SOC，并实现各个所述电池簇的均流。

在本实施例中，所述步骤S202可进一步包括如下步骤：

若所述优化器输出的电压类型为正、负电压，则通过VBAT_ave-VBAT实现各个所述电池簇的均流，以及通过IΣ*k+Ibase-IBAT优化各个所述电池簇的SOC；

若所述优化器输出的电压类型为正电压，则通过VBAT_max-VBAT实现各个所述电池簇的均流，以及通过IΣ*k+Ibase-IBAT优化各个所述电池簇的SOC；

若所述优化器输出的电压类型为负电压，则通过VBAT_min-VBAT实现各个所述电池簇的均流，以及通过IΣ*k+Ibase-IBAT优化各个所述电池簇的SOC；

其中，

所述VBAT_ave为全部所述电池簇的电压的平均值；

所述VBAT为各个所述电池簇的电压；

所述IΣ为全部所述电池簇的电流之和；

所述k＝f(SOC,SOH,T)，T表示电芯温度，通过此参数可以对电池簇的SOC进行优化，使各个电池簇的SOC相等；k的数值从预设的专家知识库中查询得到；

所述Ibase为所述主功率直流汇流母线无电流时各个所述电池簇的自均衡电流，其大小与配置的电池有关，主功率直流汇流母线无电流时也可进行SOC优化；

所述IBAT为各个所述电池簇的电流；

所述VBAT_max为全部所述电池簇中的电压最高值；

所述VBAT_min为全部所述电池簇中的电压最小值。

需要说明的是，以所述优化器输出正、负电压为例。

图2为优化器输出正、负电压时的控制环路，通过VBAT_ave-VBAT可使各个电池簇的电流自动均流。

上电后断开各个失电闭合旁路单元，各个优化器通过通讯发送自己的电压、电流和SOC到通讯总线上，每个优化器都会收到其他优化器发送的电压、电流和SOC。

VBAT_ave-VBAT电压环使得各个电池簇加上优化器的电压后和电压相等，IΣ*k+Ibase-IBAT电流环使得电池SOC高的电池簇电压再升高，电池SOC低的电池簇电压再降低，则充电时SOC高的电池簇充电电流减小，SOC低的电池簇充电电流增大；放电时SOC高的电池簇放电电流增大，SOC低的电池簇放电电流减小，最终各个电池簇的SOC完全相等且一直在动态优化中；SOC在优化到相等以后，IΣ*k+Ibase-IBAT可继续进行各个电池簇的均流。

若优化器故障，则闭合故障单元对应的失电闭合旁路单元或者闭合所有失电闭合旁路单元。

图3为优化器输出正电压时的控制环路，其中VBAT_max表示各簇电池电压中最高值。图4为优化器输出负电压时的控制环路，其中VBAT_min表示各簇电池电压中最小值。

本发明实施例提供的一种多簇电池并联均流控制方法，通过在各个电池簇分别串联一个优化器，然后控制各个电池簇对应的优化器的电压大小，从而使得各个电池簇的SOC相同，不仅提升了并联电池簇系统的效率、利用率和寿命，解决了电池并联的木桶效应，而且故障率低，成本低，占地面积小。

至此，以说明和描述的目的提供上述实施例的描述。不意指穷举或者限制本公开。特定的实施例的单独元件或者特征通常不受到特定的实施例的限制，但是在适用时，即使没有具体地示出或者描述，其可以互换和用于选定的实施例。在许多方面，相同的元件或者特征也可以改变。这种变化不被认为是偏离本公开，并且所有的这种修改意指为包括在本公开的范围内。

提供示例实施例，从而本公开将变得透彻，并且将会完全地将该范围传达至本领域内技术人员。为了透彻理解本公开的实施例，阐明了众多细节，诸如特定零件、装置和方法的示例。显然，对于本领域内技术人员，不需要使用特定的细节，示例实施例可以以许多不同的形式实施，而且两者都不应当解释为限制本公开的范围。在某些示例实施例中，不对公知的工序、公知的装置结构和公知的技术进行详细地描述。

在此，仅为了描述特定的示例实施例的目的使用专业词汇，并且不是意指为限制的目的。除非上下文清楚地作出相反的表示，在此使用的单数形式“一个”和“该”可以意指为也包括复数形式。术语“包括”和“具有”是包括在内的意思，并且因此指定存在所声明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或额外地具有一个或以上的其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。除非明确地指示了执行的次序，在此描述的该方法步骤、处理和操作不解释为一定需要按照所论述和示出的特定的次序执行。还应当理解的是，可以采用附加的或者可选择的步骤。

当元件或者层称为是“在……上”、“与……接合”、“连接到”或者“联接到”另一个元件或层，其可以是直接在另一个元件或者层上、与另一个元件或层接合、连接到或者联接到另一个元件或层，也可以存在介于其间的元件或者层。与此相反，当元件或层称为是“直接在……上”、“与……直接接合”、“直接连接到”或者“直接联接到”另一个元件或层，则可能不存在介于其间的元件或者层。其他用于描述元件关系的词应当以类似的方式解释(例如，“在……之间”和“直接在……之间”、“相邻”和“直接相邻”等)。在此使用的术语“和/或”包括该相关联的所罗列的项目的一个或以上的任一和所有的组合。虽然此处可能使用了术语第一、第二、第三等以描述各种的元件、组件、区域、层和/或部分，这些元件、组件、区域、层和/或部分不受到这些术语的限制。这些术语可以只用于将一个元件、组件、区域或部分与另一个元件、组件、区域或部分区分。除非由上下文清楚地表示，在此使用诸如术语“第一”、“第二”及其他数值的术语不意味序列或者次序。因此，在下方论述的第一元件、组件、区域、层或者部分可以采用第二元件、组件、区域、层或者部分的术语而不脱离该示例实施例的教导。

空间的相对术语，诸如“内”、“外”、“在下面”、“在……的下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，在此可出于便于描述的目的使用，以描述如图中所示的一个元件或者特征和另外一个或多个元件或者特征之间的关系。空间的相对术语可以意指包含除该图描绘的取向之外该装置的不同的取向。例如如果翻转该图中的装置，则描述为“在其他元件或者特征的下方”或者“在元件或者特征的下面”的元件将取向为“在其他元件或者特征的上方”。因此，示例术语“在……的下方”可以包含朝上和朝下的两种取向。该装置可以以其他方式取向(旋转90度或者其他取向)并且以此处的空间的相对描述解释。

Claims (9)

1.一种多簇电池并联均流控制系统，其特征在于，所述系统包括主功率直流汇流母线和至少两个电池簇回路；其中，

至少两个所述电池簇回路并联在所述主功率直流汇流母线上；

所述电池簇回路包括电池簇和优化器；

所述电池簇与所述优化器串联后连接在所述主功率直流汇流母线上；

所述优化器的第一端连接在由所述电池簇与所述优化器组成的串联电路上，所述优化器的第二端与其余所述电池簇回路中的所述优化器连接，所述优化器的第三端和第四端分别与所述主功率直流汇流母线连接。

2.根据权利要求1所述的多簇电池并联均流控制系统，其特征在于，所述电池簇回路还包括失电闭合旁路单元；

所述失电闭合旁路单元的第一端和第二端并联在所述优化器的两端，所述失电闭合旁路单元的第三端和第四端并联在所述电池簇的两端。

3.根据权利要求1所述的多簇电池并联均流控制系统，其特征在于，所述主功率直流汇流母线包括正主功率直流汇流母线和负主功率直流汇流母线；

所述电池簇回路的正极输出与所述正主功率直流汇流母线连接，所述电池簇回路的负极输出与所述负主功率直流汇流母线连接。

4.根据权利要求3所述的多簇电池并联均流控制系统，其特征在于，所述优化器的第三端与所述正主功率直流汇流母线连接，所述优化器的第四端与所述负主功率直流汇流母线连接。

5.根据权利要求2所述的多簇电池并联均流控制系统，其特征在于，所述失电闭合旁路单元的第一端和第二端分别作为输入端和输出端；

所述失电闭合旁路单元的第三端和第四端作为两个供电端。

6.一种多簇电池并联均流控制方法，采用如权利要求1-5中任一项所述的多簇电池并联均流控制系统执行，其特征在于，所述方法包括：

通过所述优化器采集对应的所述电池簇的控制参数，将所述控制参数传递给其余的所述优化器，所述控制参数包括电压、电流和SOC；

根据所述优化器输出的电压类型和所述控制参数优化各个所述电池簇的SOC，并实现各个所述电池簇的均流。

7.根据权利要求6所述的多簇电池并联均流控制方法，其特征在于，所述根据所述优化器输出的电压类型和所述控制参数优化各个所述电池簇的SOC，并实现各个所述电池簇的均流的步骤包括：

若所述优化器输出的电压类型为正、负电压，则通过VBAT_ave-VBAT实现各个所述电池簇的均流，以及通过IΣ*k+Ibase-IBAT优化各个所述电池簇的SOC；

若所述优化器输出的电压类型为正电压，则通过VBAT_max-VBAT实现各个所述电池簇的均流，以及通过IΣ*k+Ibase-IBAT优化各个所述电池簇的SOC；

若所述优化器输出的电压类型为负电压，则通过VBAT_min-VBAT实现各个所述电池簇的均流，以及通过IΣ*k+Ibase-IBAT优化各个所述电池簇的SOC；

其中，

所述VBAT_ave为全部所述电池簇的电压的平均值；

所述VBAT为各个所述电池簇的电压；

所述IΣ为全部所述电池簇的电流之和；

所述k为预设的知识库中查询到的值；

所述Ibase为所述主功率直流汇流母线无电流时各个所述电池簇的自均衡电流；

所述IBAT为各个所述电池簇的电流；

所述VBAT_max为全部所述电池簇中的电压最高值；

所述VBAT_min为全部所述电池簇中的电压最小值。

8.根据权利要求6所述的多簇电池并联均流控制方法，其特征在于，在所述通过所述优化器采集对应的所述电池簇的控制参数，将所述控制参数传递给其余的所述优化器，所述控制参数包括电压、电流和SOC的步骤之前，所述方法还包括：

检测所述优化器是否故障；

若否，则断开失电闭合旁路单元，并执行所述通过所述优化器采集对应的所述电池簇的控制参数，将所述控制参数传递给其余的所述优化器，所述控制参数包括电压、电流和SOC的步骤。

9.根据权利要求6所述的多簇电池并联均流控制方法，其特征在于，在所述检测所述优化器是否故障的步骤之后，所述方法还包括：

若是，则闭合失电闭合旁路单元，以旁路所述优化器的输出。

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