CN116014844A - 一种集装箱储能系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电能存储技术领域，特别是一种集装箱储能系统的控制方法，应用于集装箱储能系统，所述系统包括电芯、DC‑AC模块、补电DC‑DC模块、电芯电量监控模块、被动均衡放电电路、充电放电切换开关、开关Ka、开关Kb、开关Kc和开关Kd；闭合开关Kc、开关Kd，并且断开开关Ka、开关Kb，补电DC‑DC模块输出的充电电压对电芯充电，直到电芯电量达到充电目标电压。该方法提高了储能系统的均衡效果，简化了控制策略；降低了基于反激变压器的传统主动均衡的风险，提高了可靠性；提高了电池储能系统的整体能源利用率。

Description

一种集装箱储能系统的控制方法

技术领域

本发明涉及电能存储技术领域，特别是一种集装箱储能系统的控制方法。

背景技术

传统的集装箱储能系统使用被动均衡的方式对电芯进行电量均衡，存在的问题在于被动均衡效率不高，而且储能系统的容量大，采用被动均衡耗时较长，所以又提出了主动均衡方式。虽然现有技术中有采用各种电力电子拓扑的电路实现主动均衡的方案，但是现有的主动均衡电路复杂，故障率高，并且电路成本过高，还有电力电子器件会浪费掉电池的部分能量，导致电池能量利用率不高。

发明内容

针对以上提出的集装箱储能中主动均衡的缺陷，构建了一种新型集装箱储能系统，在该系统架构的基础上进一步进行了控制策略的改进，通过开关的开启和关闭状态的设置实现主动均衡的切换和控制，因此，本发明提出了一种集装箱储能系统的控制方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种集装箱储能系统的控制方法，所述系统包括电芯、DC-AC模块、补电DC-DC模块、电芯电量监控模块、被动均衡放电电路、充电放电切换开关、开关Ka、开关Kb、开关Kc和开关Kd；电芯通过DC-AC模块给交流电网供电或者电芯通过DC-AC模块从交流电网获取电能；补电DC-DC模块将系统的直流工作电压转换为充电电压；电芯电量监控模块检测电芯的电能储量，并输出控制信号到充电放电切换开关、开关Ka、开关Kb、开关Kc或开关Kd；开关Ka、开关Kb、开关Kc、开关Kd、补电DC-DC模块和被动均衡放电电路串联成闭合电路；开关Kc和开关Kd分别位于所述补电DC-DC模块的两个输出端，开关Ka和开关Kb分别位于所述被动均衡放电电路两端；所述充电放电切换开关将电芯并联于所述闭合电路；

所述方法包括以下步骤：

闭合开关Kc和开关Kd并且断开开关Ka和开关Kb，将需要充电的电芯对应的充电放电切换开关进行闭合，补电DC-DC模块输出的充电电压对电芯充电，直到电芯电压达到充电目标电压。

作为本发明的优选方案，所述主动均衡方法包括以下步骤：

从多个电芯中筛选出电压值最大的电芯，得到待充电最大电压值；

分别将待充电最大电压值与多个电芯中其他电芯的电压值做差，得到各电芯的充电电压极差；

将充电电压极差大于极差阈值的电芯确定为待充电电芯，按照充电电压极差对待充电电芯排序，并按照该排序依次闭合待充电电芯对应的充电放电切换开关，对待充电电芯充电。

作为本发明的优选方案，当电芯的额定电压是3.5V时，所述极差阈值为10mV。

作为本发明的优选方案，方法包括：

闭合开关Ka和开关Kb并且断开开关Kc和开关Kd，将需要放电的电芯对应的充电放电切换开关进行闭合，电芯通过被动均衡放电电路进行放电，直到电芯电压降为放电目标电压。

作为本发明的优选方案，所述方法包括被动均衡方法，所述被动均衡方法包括以下步骤：

将各电芯的电压值与最低放电电压阈值进行比较，筛选出电压值大于最低放电电压阈值的电芯，作为待放电电芯；

从多个待放电电芯中筛选出电压值最大的电芯，得到待放电最大电压值；

分别将待放电最大电压值与多个待放电电芯中其他待放电电芯的电压值做差得到各电芯的放电电压极差，按照放电电压极差对待放电电芯排序，并按照该排序依次闭合待放电电芯对应的充电放电切换开关，以使待放电电芯放电。

作为本发明的优选方案，当电芯给交流电网供电时，

若所有电芯的电芯电压大于第一充电启动阈值，则无须进行均衡处理，断开开关Ka、开关Kb、开关Kc和开关Kd；否则，对电芯电压小于或等于第一充电启动阈值的电芯进行主动均衡。

作为本发明的优选方案，当电芯从交流电网获取电能时，

若存在电芯的电芯电压大于第二充电启动阈值，则对电芯电压大于第二充电启动阈值的电芯进行被动均衡；否则，对电芯电压小于或等于第二充电启动阈值的电芯进行主动均衡。

作为本发明的优选方案，当电芯的荷电状态SOC＜荷电状态最小阈值时，系统通过DC-AC模块从交流电网获取电量；

当荷电状态最小阈值≤SOC≤荷电状态最大阈值时，系统处于待机状态；

当SOC＞荷电状态最大阈值时，系统通过DC-AC模块逆变，输出交流电量到交流电网。

作为本发明的优选方案，所述荷电状态最小阈值取值为50%，所述荷电状态最大阈值取值为80%。

作为本发明的优选方案，所述电芯电量监控模块包括BMS主板和若干BMS从板，

所述BMS从板用于检测多个电芯的电压，并输出多个电芯的电压监控参数到所述BMS主板；

所述BMS主板用于根据BMS从板输入的电压监控参数，控制开关Ka、开关Kb、开关Kc或开关Kd的开启或关闭的状态，并控制充电放电切换开关的开启或关闭的状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明基于一种新型集装箱储能系统的架构，提供一种均衡能量流向控制方法，在新型集装箱储能系统的电池组与交流电网进行电量交互的同时，通过控制开关的开启和关闭，可以实现电芯主动均衡。

附图说明

图1为实施例1中一种新型集装箱储能系统的架构框图；

图2为实施例1中带有隔离驱动的新型集装箱储能系统的架构图；

图3为实施例2中对多组电池簇的电芯进行主动被动均衡充放电的新型集装箱储能系统的架构框图；

图4为实施例3中一种新型集装箱储能系统的实际架构图；

图5为实施例4中一种集装箱储能系统的控制方法流程图；

图6为实施例4中电芯组与交流电网进行电量交换的状态切换流程图；

图7为实施例5中均衡控制策略流程图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

一种新型集装箱储能系统，其架构框图如图1所示，包括多个串联的电芯、DC-AC模块，所述多个串联的电芯串联成一个电池簇，电池簇通过DC-AC模块给交流电网供电，常见的DC-AC模块为PCS（Power Conversion System），PCS中文译为储能变流器，可控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。PCS 由DC/AC 双向变流器、控制单元等构成。PCS 控制器通过通讯接收后台控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节。所述PCS用于将若干并联电池簇的电压转变成交流电压输出到交流电网。直流母线给系统中的其他模块提供系统的直流工作电压，直流母线的电压可以按需设置，通常为24V。该系统还包括补电DC-DC模块、电芯电量监控模块和均衡切换开关。

补电DC-DC模块将系统的直流工作电压转换为电芯的充电电压。所述电芯电量监控模块检测电芯的电能储量，并输出控制信号到均衡切换开关。

均衡切换开关用于根据所述控制信号进行开启或闭合的状态调整，将所述补电DC-DC模块输出的电芯充电电压输出到所述电芯，用于给电芯补充电量，或者将电芯的电量释放。

作为优选方案，还包括光伏供电模块，光伏供电模块用于将光能转换成电能，光伏供电模块输出的是直流电压电能，该直流电压输出到直流母线。

作为优选方案，所述均衡切换开关包括均衡模式切换开关（包括开关Ka、Kb、Kc、Kd）和充电放电切换开关（K1、K1-、K2、K2-……Kn、Kn-），所述均衡模式切换开关、补电DC-DC模块和被动均衡放电电路串联成均衡电路，均衡电路是一个闭合回路，如图1所示，补电DC-DC模块的两个输出端在连接开关Kc和开关Kd后，分别与开关Ka和开关Kb连接，开关Ka和开关Kb之间串联了被动均衡放电电路。

通过均衡切换开关部分闭合或全部闭合的状态切换，补电DC-DC模块输出的充电电压输出到所述电芯，或者所述电芯的电量通过被动均衡放电电路释放，本发明的系统架构实现了在同一集装箱储能系统中主动均衡和被动均衡可以配合使用，且电路简单，元器件少，不容易发生故障。

其中，均衡模式切换开关分为两组，第一组均衡模式切换开关Kc、Kd位于补电DC-DC模块的输出端，第二组均衡模式切换开关Ka、Kb位于被动均衡放电电阻R两端。Ka和Kb断开，Kc和Kd闭合时，系统构成了主动均衡电路，补电DC-DC模块将直流母线的电压通过充电放电切换开关输出到各电芯中。Ka和Kb闭合，Kc和Kd断开时，系统构成了被动均衡电路，各电芯通过充电放电切换开关将冗余电量输出到被动均衡放电电路，通过被动均衡放电电路消耗掉冗余电量。说明书附图1中作为一种简要的示意，采用被动均衡放电电阻串联到回路中作为被动均衡放电电路，通过电阻消耗掉冗余电量，但采用被动均衡放电电阻作为被动均衡放电电路这一方式并不构成对本方案的限制，现有技术中可以用于放电的被动均衡放电电路均在本发明的保护范围。

作为优选方案，说明书附图1给出了充电放电切换开关与电芯的连接方式，电芯两端分别通过开关并联于所述第一组均衡模式切换开关和所述第二组均衡模式切换开关之间的闭合回路部分。具体的，电芯1的两端分别串联了开关K1和K1-，开关K1和K1-的另一端并联连接到闭合电路（串联回路）中；电芯2的两端分别串联了开关K2和K2-，开关K2和K2-的另一端并联连接到闭合电路（串联回路）中；……电芯n的两端分别串联了开关Kn和Kn-，开关Kn和Kn-的另一端并联连接到闭合电路（串联回路）中。图1中只是给出了一种将电芯通过两个开关并联到闭合回路的示意，还可以电芯一端通过开关连接到闭合回路，另一端通过导线连接到闭合回路，只采用一个开关将电芯并联到闭合回路，该方式也可以起到与电芯通过两个开关并联到闭合回路一样的效果，进一步的，用于电芯两端与闭合回路并联的节点之间，还可以有多个开关构成开关组，通过开关组控制电芯的充电和放电。电芯两端与闭合回路并联的节点之间的开关设置方式不限于图1的方式，凡基于该连接方式的构思之内做出的同等替换和改进，均在本发明的保护范围之内。

进一步的，所述补电DC-DC模块输出充电电压的取值范围与所述电芯的充电电压范围匹配，若电芯的电压是3.5V、直流母线电压是24V，则补电DC-DC模块将24V转换成3.5V，给电芯充电，如果电芯电压是其他额定值，比如3.3V、5V等，则将直流母线电压的电压转换成3.3V、5V等，补电DC-DC模块实现了将系统的直流工作电压转换为电芯的额定电压，凡是该转换方式均在本发明的保护范围之内。

由于所述均衡切换开关中用到了多个开关，所以为了屏蔽开关切换对信号传输的干扰，作为优选方案，电芯电量监控模块输出控制信号端与充电放电切换开关之间连接有隔离驱动，用于对所述控制信号的进行隔离，通常采用光耦器件进行信号隔离，带有隔离驱动的新型集装箱储能系统的架构图如图2所示。

作为优选方案，光伏供电模块包括PV光伏阵列和单向DCDC模块，所述PV光伏阵列为多个PV光伏阵列，位于集装箱储能系统的顶部，用于接收光能并输出电能到所述单向DCDC模块；所述单向DCDC模块将所述电能稳定输出到集装箱储能系统，单向DCDC模块输出的电能转换为系统的直流工作电压。

作为优选方案，还包括双向DCDC模块和备用储能模块，所述双向DCDC模块用于将新型集装箱储能系统中多余的直流电压电能存储到所述备用储能模块，或者将所述备用储能模块的电能转换为所述系统的直流工作电压。备用储能模块可以是蓄电池组或者超级电容。

实施例2

实施例2是在实施例1说明书附图1架构的基础上做了扩展，作为优选方案，当多个电芯组成电池簇（也叫电池组）时，多个电池簇并联，采用上述实施例1的原理进行主动均衡和被动均衡的充放电控制，多组电池簇的电芯进行主动被动均衡充放电的新型集装箱储能系统的架构框图如图3所示，实施例2与实施例1的区别在于，多个电池簇并联输出电压到DC-AC模块，给交流电网供电，或者交流电网的交流电压通过DC-AC模块转换为直流电压，将直流电压电能存储到多个电池簇中。由于电池簇有多个，而每个电池簇又串联了多个电芯，对电芯的主动被动均衡需要在实施例1的基础上进行改进，因此将所述电芯电量监控模块的功能进行了拆分，电芯电量监控模块包括BMS主板和若干BMS从板。

所述BMS从板用于监控多个电芯的电压，并输出所述多个电芯的电压监控参数到所述BMS主板；所述BMS主板用于根据若干BMS从板输入的电压监控参数，控制主动被动均衡模式切换开关和充电放电切换开关的开启或关闭的状态。BMS主板和若干BMS从板的两级架构，使得电压监控参数的采集具有由分散到集中的数据打包过程，数据是多对一传输而不是分别点对点传输，提高了数据交互的效率。

每个电池簇都有对应的充电放电切换开关，每个电池簇的开关控制信号从BMS主板输出，各控制信号之间是并联关系，也就是BMS主板分别对充电放电切换开关进行控制，分别给不同电池簇的电芯充放电，实现了电芯充放电的独立控制，而不局限于只给某一电池簇的电芯充放电，提高了充放电的效率。

作为优选方案，用于给电芯主动均衡供电的补电DC-DC模块只有一个（也可以有多个补电DC-DC模块给电芯充电），补电DC-DC模块的输入端从直流母线上获取直流电压，并且并联输出多路电压，输出到Kc1、Kd1的电压；Kc2、Kd2的电压……Kcn、Kdn的电压呈并联关系，可以给多个电芯同时充电。若每个电池簇配备一个补电DC-DC模块，则需要n个补电DC-DC模块，电路复杂且采用的元器件较多，容易出故障，增大了维护的难度，而本实施例用一个补电DC-DC模块就能对阵列化的多个电芯供电，简化了电路，元器件减少，相应的出故障的概率也降低了。

实施例3

基于实施例2的原理，实施例3给出了一种新型集装箱储能系统的实际架构图，如图4所示。

一种新型集装箱储能系统中包括以下器件：

PV阵列1~ n：布置于集装箱顶部；

光伏单向DC~DC：输入电源取至光伏阵列，输出到24V母线上；

双向AC~DC：输入取至交流电网，输出到24V母线上；

双向DC~DC：输入取24V母线，输出到蓄电池组或超级电容，可以对蓄电池组进行充放电；

单向补电DC~DC：将24V变为3.5V给电压偏低的电芯进行补电用；

BMS主板：通过24V母线供电，用于负责收集各簇电池的状态信息，并综合汇总，并根据每簇的电池系统状态实现对每簇的充放电管理，支持对外通讯功能和逻辑控制；

BMS从板：通过BMS主板取电，用于电芯电压和温度监控；

隔离驱动：用于开关的控制通断；

开关K1~Kn，K1-~Kn-用于各个电芯的选择接通；

Ka~Kd：用于主动均衡和被动均衡的选择；

电阻R：用于电芯比较高的电芯电压放电；

PCS：用于将电池组电压转变成市电交流电压；

其中，双向DC~DC，光伏单向DC~DC，双向AC~DC，补电DC~DC（24V~3.5V）与主控BMS通过CAN或者光纤或者RS485互相通信。

上述系统架构的详细工作原理如下：

BMS供电：BMS从24V母线取电；

主动均衡原理：

BMS从板将所有电芯电压数据上传给BMS主板，BMS主控通过隔离驱动闭合Kc和Kd，断开Ka和Kb；

BMS主板再通过隔离驱动板依次将电压偏低的电芯对应开关进行关闭，这样电压偏低的电芯通过补电DCDC，从主动均衡直流母线上进行补电，一直补到目标电压为止，也可以通过一定的算法来对电芯进行补电（补电算法根据实际电芯特性进行编写）；

被动均衡原理：

如果在某种情况下需要对电压过高的电芯进行快速放电，BMS主控通过隔离驱动闭合Ka和Kb，断开Kc和Kd；

BMS主板再通过隔离驱动板将需要放电的电芯对应开关进行关闭，这样电压偏高的电芯用直流母线上电阻R进行放电，一直放到目标电压为止；

通过一定的算法，结合主被动均衡一起交错开启。

24V母线电压产生原理：

24V母线电压可以通过光伏单相DC~DC产生，也可以通过蓄电池或超级电容通过双向DC~DC产生，也可以通过市电双向AC~DC产生，实现系统功能安全上的冗余；

主动均衡能量来源：

DC~DC（24V~3.5V）从24V母线取电，将24V变为3.5V给电压偏低的电芯进行补电；

光伏单向DC~DC，双向高压DC~DC，双向AC~DC能量流动；

结合蓄电池或超级电容的荷电、市电与市电状态，通过一定的算法，决定其能力流动方向。

该电路的优点在于，

(1)储能电池组能量利用率高；(2)主被动均衡结合，可靠性高；(3)电路结构简单，成本低；(4)可以通过不同电芯特点编写不同的算法进行均衡；(5)控制电源冗余度高，降低单一故障失效风险。

实施例4

基于上述系统架构，本实施例主要公开了一种集装箱储能系统的控制方法，该方法流程图如图5所示，包括以下步骤：

构建一种新型集装箱储能系统，

所述集装箱储能系统包括电芯、DC-AC模块、补电DC-DC模块、电芯电量监控模块、被动均衡放电电路、充电放电切换开关、开关Ka、开关Kb、开关Kc和开关Kd；电芯通过DC-AC模块给交流电网供电或者电芯通过DC-AC模块从交流电网获取电能；补电DC-DC模块将系统的直流工作电压转换为充电电压；电芯电量监控模块检测电芯的电能储量，并输出控制信号到充电放电切换开关、开关Ka、开关Kb、开关Kc或开关Kd；开关Ka、开关Kb、开关Kc、开关Kd、补电DC-DC模块和被动均衡放电电路串联成闭合电路；开关Kc和开关Kd分别位于所述补电DC-DC模块的两个输出端，开关Ka和开关Kb分别位于所述被动均衡放电电路两端；所述充电放电切换开关将电芯并联于所述闭合电路。

基于上述电路的控制方法是：闭合开关Kc、Kd并且断开开关Ka、Kb，切换为主动均衡模式，将需要充电的电芯对应的充电放电切换开关进行闭合，通过补电DC-DC模块输出的充电电压对电芯充电，直到电芯电压达到充电目标电压。

步骤还包括闭合开关Ka、Kb并且断开开关Kc、Kd，切换为被动均衡模式，将需要放电的电芯对应的充电放电切换开关进行闭合，电芯通过被动均衡放电电路进行放电，一直放到放电目标电压为止。

通常主动均衡是指对同一电芯组中的多个电芯进行主动均衡，以电芯的电压极差与极差阈值的大小来判断是否对电芯主动均衡充电，具体包括以下步骤：

闭合开关Kc、Kd并且断开开关Ka、Kb，切换为主动均衡模式以后，从多个电芯中筛选出电压值最大的电芯，得到待充电最大电压值，分别将待充电最大电压值与多个电芯中其他电芯的电压值做差得到各电芯的充电电压极差，当电芯充电电压极差＞极差阈值时，则相应的电芯为待充电电芯，按照电芯充电电压极差对待充电电芯排序（作为优选方案，排序为按照电芯充电电压极差从大到小对待充电电芯排序），并按照该排序依次闭合待充电电芯对应的充电放电切换开关，前一待充电电芯充电到该电芯的电芯充电电压极差≤极差阈值后，断开开关，后一待充电电芯闭合开关充电，依次充电直到所有待充电电芯的电芯电压极差≤极差阈值。充电完毕后，断开所有均衡切换开关电芯组处于空载状态。

本方案中被动均衡是指对同一电芯组中的多个电芯进行被动均衡，以电芯的放电电压极差与极差阈值的大小来判断是否对电芯被动均衡放电，具体包括以下步骤：

闭合开关Ka、Kb并且断开开关Kc、Kd，切换为被动均衡模式后，将各电芯的电压值与最低放电电压阈值进行比较，筛选出电压值大于最低放电电压阈值的电芯，作为待放电电芯，电芯的电压值大于最低放电电压阈值，说明该电芯处于过充状态，若再充电，该电芯容易损坏，因此，需要进行被动放电。从多个待放电电芯中筛选出电压值最大的电芯，得到待放电最大电压值，分别将待放电最大电压值与多个待放电电芯中其他待放电电芯的电压值做差得到各电芯的放电电压极差，按照电芯放电电压极差对待放电电芯排序（优选方案是按照电芯放电电压极差从大到小的顺序对待放电电芯排序），并按照该排序依次闭合待放电电芯对应的充电放电切换开关，闭合后，该待放电电芯通过被动均衡放电电路进行放电，前一待放电电芯放电到该电芯的放电电芯电压极差≤极差阈值后，断开开关，后一待放电电芯闭合开关放电，依次放电直到所有待放电电芯的电芯电压极差≤极差阈值。放电完毕后，断开所有均衡切换开关电芯组处于空载状态。

作为优选方案，电芯额定电压为3.5V时，主动均衡和被动均衡中极差阈值设置为10mV。

进一步的，在主动均衡或被动均衡之前，还需要考虑电芯组的工作状态，电芯组的工作状态包括电芯组给交流电网供电和电芯组从交流电网获取电能两种状态。

当电芯组给交流电网供电时，这时电芯组作为储能系统给交流电网供电，处于输出电能的状态，主动均衡和被动均衡以不能影响电芯组输出电能为前提，所以设置了第一充电启动阈值，若电芯电压＞第一充电启动阈值，则说明该电芯电量充沛，无须进行均衡处理，断开所有均衡切换开关，电芯组处于空载状态。若电芯电压≤第一充电启动阈值，则电芯组在给交流电网供电的同时，也需要内部多个电芯的电压均衡，按照上述主动均衡的具体步骤进行主动均衡。当电芯额定电压为3.5V时，第一充电启动阈值设置为3.2V。

当电芯组从交流电网获取电能时，电芯组处于被充电的状态，电芯组中的多个电芯通常不会同步充电，而是有的充电快，有的充电慢，仍然需要主动均衡。所以设置了第二充电启动阈值，若电芯组中有电芯的电芯电压＞第二充电启动阈值，说明该电芯电量已经充满，并且若再充电，该电芯容易损坏，因此，需要进行被动放电，按照上述被动均衡的具体步骤进行被动均衡。若电芯组中有电芯的电芯电压≤第二充电启动阈值，按照上述主动均衡的具体步骤进行主动均衡。当电芯额定电压为3.5V时，第二充电启动阈值设置为3.6V。

主动均衡或被动均衡都是针对电芯进行电容量均衡的过程。另外，作为主要功能，多个电芯构成的电芯组主要是用于与交流电网进行电量交换的，电芯组与交流电网进行电量交换的状态切换流程图如图6所示。

当电芯的荷电状态SOC＜荷电状态最小阈值时，所述系统通过DC-AC模块（双向DC-AC模块）从交流电网获取电量。荷电状态最小阈值≤SOC≤荷电状态最大阈值时，所述系统处于待机状态。SOC＞荷电状态最大阈值时，所述系统DC-AC模块逆变，输出交流电量到交流电网。SOC(Stateofcharge)，即荷电状态，是用来反映电池的剩余容量的，其数值上定义为剩余容量占电池容量的比值，常用百分数表示。其取值范围为0~1，当SOC=0时表示电池放电完全，当SOC=1时表示电池完全充满，所述荷电状态最小阈值取值为50%，所述荷电状态最大阈值取值为80%。

当多个电芯并联构成蓄电池，通过蓄电池与交流电网进行电量交换时，电芯电量监控模块包括一个BMS主板和若干BMS从板，实现电量监控的总分式监控模式，BMS从板用于监控各电芯组中多个电芯的电压，并输出多个电芯的电压监控参数到BMS主板；BMS主板用于根据若干BMS从板输入的电压监控参数，控制主动均衡被动均衡模式切换开关的开启或关闭的状态，并控制主动均衡切换开关的开启或关闭的状态。这样做的好处是，电芯的电量数据可以通过BMS从板按照电池组打包发送给BMS主板，BMS主板的控制命令发送给BMS从板，BMS从板再来控制各电芯对应的开关，避免了数据点对点传输造成的通信资源的浪费，另外，通过BMS从板实现了BMS主板对电芯的分组管理，当个别电芯出现故障时，不会影响其他电池组电芯正常的均衡调节。

实施例5

另一具体的实施例如下：DC/DC与DC/AC在24V均衡母线上的能量流动

1)24V母线电压产生原理：

24V母线电压可以通过光伏单相DC~DC产生，也可以通过蓄电池或超级电容通过双向DC~DC产生，也可以通过市电双向AC~DC产生，实现系统功能安全上的冗余；该24V母线主要用于给电芯电量监控模块（BMS主板、BMS从板）均衡方式切换开关等控制模块提供工作电压。

2)电芯主动均衡能量来源：

补电DC~DC模块（24V~3.5V）从24V母线取电，将24V变为3.5V给电压偏低的电芯进行补电；

3)在系统上电后，先判断目前是否有太阳能，优先使用光伏能源进行能量输入；

4)存在PV光伏时，使用单向DCDC给系统24V母线补能，结合蓄电池的荷电状态，进行充电补能或直接逆变到电网；

5)不存在光伏时，根据电池组的荷电状态：

小于50%时有电网通过AC/DC进行补电；

大于50%小于80%时，处于待机状态；

大于80%时进行主动DC/AC逆变，回馈到电网。

均衡控制策略流程图如图7所示：

步骤B1；在系统上电后，先判断蓄电池（蓄电池由多个电芯组并联构成）的充放电模式，若蓄电池是充电状态，执行步骤B2，否则执行步骤C2；

步骤B2，BMS从板将所有电芯电压数据上传给BMS主板，BMS主板判断电芯组中最大的电芯电压是否大于3.5V并且充电电流值≤0.05C（充电电流值≤0.05C说明已经充电充满，电流减小），如果否，则执行步骤B3，如果是，则执行步骤B4；

步骤B3，判断电芯电压极差是否大于10mV，若是则闭合Kc和Kd，断开Ka和Kb，将电压机制最大的电芯对应的开关关闭，对其进行主动均衡充电，直到电芯电压增加到额定电压3.5V；并且依次将电压极差由大到小的电芯对应的开关闭合，直到电芯电压增加到额定电压3.5V。

步骤B4，判断是否有电芯电压大于3.6V，若大于3.6V，则断开Kc和Kd，闭合Ka和Kb，进行被动均衡放电，将电压大于3.6V的电芯对应开关打开，对电芯进行放电，直到放到额定电压3.5V；若小于或等于3.6V，则说明电芯电压在3.5V到3.6V的正常状态，所有开关断开，对其既不主动均衡充电，也不被动均衡放电。

C2，判断电池组是否是放电状态，若是，执行步骤C3，若不是，执行步骤C4。

C3，判断所有电芯中电芯最低电压是否为3.2V，若是，则电芯电压是正常状态，所有开关断开，对其既不主动均衡充电，也不被动均衡放电。

C4，标记最高最低电芯电压，并计算电压极差值；

C5，若电压极差值大于10mV，则依次将电压极差由大到小的电芯对应的开关关闭，直到电芯电压增加到最高标记电压，若电压极差值小于10mV，则电芯电压是正常状态，对其既不主动均衡充电，也不被动均衡放电。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集装箱储能系统的控制方法，其特征在于，

所述系统包括电芯、DC-AC模块、补电DC-DC模块、电芯电量监控模块、被动均衡放电电路、充电放电切换开关、开关Ka、开关Kb、开关Kc和开关Kd；电芯通过DC-AC模块给交流电网供电或者电芯通过DC-AC模块从交流电网获取电能；补电DC-DC模块将系统的直流工作电压转换为充电电压；电芯电量监控模块检测电芯的电能储量，并输出控制信号到充电放电切换开关、开关Ka、开关Kb、开关Kc或开关Kd；开关Ka、开关Kb、开关Kc、开关Kd、补电DC-DC模块和被动均衡放电电路串联成闭合电路；开关Kc和开关Kd分别位于所述补电DC-DC模块的两个输出端，开关Ka和开关Kb分别位于所述被动均衡放电电路两端；所述充电放电切换开关将电芯并联于所述闭合电路；

所述方法包括以下步骤：

闭合开关Kc和开关Kd并且断开开关Ka和开关Kb，将需要充电的电芯对应的充电放电切换开关进行闭合，补电DC-DC模块输出的充电电压对电芯充电，直到电芯电压达到充电目标电压。

2.如权利要求1所述的一种集装箱储能系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括主动均衡方法，所述主动均衡方法包括以下步骤：

从多个电芯中筛选出电压值最大的电芯，得到待充电最大电压值；

分别将待充电最大电压值与多个电芯中其他电芯的电压值做差，得到各电芯的充电电压极差；

将充电电压极差大于极差阈值的电芯确定为待充电电芯，按照充电电压极差对待充电电芯排序，并按照该排序依次闭合待充电电芯对应的充电放电切换开关，对待充电电芯充电。

3.如权利要求2所述的一种集装箱储能系统的控制方法，其特征在于，当电芯的额定电压是3.5V时，所述极差阈值为10mV。

4.如权利要求1-3任一所述的一种集装箱储能系统的控制方法，其特征在于，方法包括：

闭合开关Ka和开关Kb并且断开开关Kc和开关Kd，将需要放电的电芯对应的充电放电切换开关进行闭合，电芯通过被动均衡放电电路进行放电，直到电芯电压降为放电目标电压。

5.如权利要求4所述的一种集装箱储能系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括被动均衡方法，所述被动均衡方法包括以下步骤：

将各电芯的电压值与最低放电电压阈值进行比较，筛选出电压值大于最低放电电压阈值的电芯，作为待放电电芯；

从多个待放电电芯中筛选出电压值最大的电芯，得到待放电最大电压值；

分别将待放电最大电压值与多个待放电电芯中其他待放电电芯的电压值做差得到各电芯的放电电压极差，按照放电电压极差对待放电电芯排序，并按照该排序依次闭合待放电电芯对应的充电放电切换开关，以使待放电电芯放电。

6.如权利要求5所述的一种集装箱储能系统的控制方法，其特征在于，当电芯给交流电网供电时，

若所有电芯的电芯电压大于第一充电启动阈值，则无须进行均衡处理，断开开关Ka、开关Kb、开关Kc和开关Kd；否则，对电芯电压小于或等于第一充电启动阈值的电芯进行主动均衡。

7.如权利要求6所述的一种集装箱储能系统的控制方法，其特征在于，当电芯从交流电网获取电能时，

若存在电芯的电芯电压大于第二充电启动阈值，则对电芯电压大于第二充电启动阈值的电芯进行被动均衡；否则，对电芯电压小于或等于第二充电启动阈值的电芯进行主动均衡。

8.如权利要求7所述的一种集装箱储能系统的控制方法，其特征在于，

当电芯的荷电状态SOC＜荷电状态最小阈值时，系统通过DC-AC模块从交流电网获取电量；

当荷电状态最小阈值≤SOC≤荷电状态最大阈值时，系统处于待机状态；

当SOC＞荷电状态最大阈值时，系统通过DC-AC模块逆变，输出交流电量到交流电网。

9.如权利要求8所述的一种集装箱储能系统的控制方法，其特征在于，所述荷电状态最小阈值取值为50%，所述荷电状态最大阈值取值为80%。

10.如权利要求9所述的一种集装箱储能系统的控制方法，其特征在于，所述电芯电量监控模块包括BMS主板和若干BMS从板，

所述BMS从板用于检测多个电芯的电压，并输出多个电芯的电压监控参数到所述BMS主板；

所述BMS主板用于根据BMS从板输入的电压监控参数，控制开关Ka、开关Kb、开关Kc或开关Kd的开启或关闭的状态，并控制充电放电切换开关的开启或关闭的状态。

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