CN116526639B - 一种储能电池均衡控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种储能电池均衡控制方法及系统，涉及智能控制技术领域，方法包括：通过对第一储能电池组的第一电池簇中各个子电池进行实时容量监测，输出容量监测数据集的数据特征，确定转移对象和被转移对象，建立均衡控制通道模型，将容量监测数据集输入均衡控制通道模型中，获取均衡系数集合进行拟合回归分析，以回归收敛时获取第一截停指令，本发明解决了现有技术中缺乏对储能电池的主动均衡进行控制，导致储能电池内难以主动均衡的技术问题，实现了对储能电池进行合理化的主动均衡控制，进而提高储能电池内的主动均衡度。

Description

一种储能电池均衡控制方法及系统
技术领域
本发明涉及智能控制技术领域，具体涉及一种储能电池均衡控制方法及系统。
背景技术
随着科学技术的发展，特别是储能电池控制领域的发展，如今无论是新能源汽车用动力电池组，还是新能源发电用储能电池系统，往往由成百上千节电池单体进行串并联，组成超大容量储能电池。由于制作工艺的限制，电池单体的电压、荷电状态、内阻、容量等参数存在细微差别，即不一致性。初始不一致性会随着动力电池的使用而不断恶化，进一步加剧电池性能衰减，甚至引发重大安全事故。主动均衡管理是改善超大容量电池组不一致性、提升容量利用率、延长使用寿命的唯一途径。
而在现有技术中存在缺乏对超大容量储能电池的主动均衡进行控制，导致超大容量储能电池内不均衡的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种储能电池均衡控制方法及系统，用于针对解决现有技术中存在的缺乏对储能电池的主动均衡进行控制，导致储能电池内的主动均衡不均衡的技术问题。
鉴于上述问题，本申请提供了一种储能电池均衡控制方法及系统。
第一方面，本申请提供了一种储能电池均衡控制方法，所述方法包括：获取第一储能电池组的第一电池簇，其中，所述第一电池簇包括多个子电池；通过对所述第一电池簇中各个子电池进行实时容量监测，输出容量监测数据集；根据所述容量监测数据集的数据特征，确定转移对象和被转移对象；根据所述转移对象和所述被转移对象，建立均衡控制通道模型，其中，所述均衡控制通道模型至少包括两个控制通道；将所述容量监测数据集输入所述均衡控制通道模型中，获取均衡系数集合；对所述均衡系数集合进行拟合回归分析，以回归收敛时获取第一截停指令，其中，所述第一截停指令用于控制所述均衡控制通道模型处于停止状态。
第二方面，本申请提供了一种储能电池均衡控制系统，所述系统包括：电池簇模块，所述电池簇模块用于获取第一储能电池组的第一电池簇，其中，所述第一电池簇包括多个子电池；容量监测模块，所述容量监测模块用于通过对所述第一电池簇中各个子电池进行实时容量监测，输出容量监测数据集；对象确定模块，所述对象确定模块用于根据所述容量监测数据集的数据特征，确定转移对象和被转移对象；模型建立模块，所述模型建立模块用于根据所述转移对象和所述被转移对象，建立均衡控制通道模型，其中，所述均衡控制通道模型至少包括两个控制通道；第一输入模块，所述第一输入模块用于将所述容量监测数据集输入所述均衡控制通道模型中，获取均衡系数集合；指令获取模块，所述指令获取模块用于对所述均衡系数集合进行拟合回归分析，以回归收敛时获取第一截停指令，其中，所述第一截停指令用于控制所述均衡控制通道模型处于停止状态。
本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请提供的一种储能电池均衡控制方法及系统，涉及智能控制技术领域，解决了现有技术中缺乏对储能电池的主动均衡进行控制，导致储能电池内的主动均衡不均衡的技术问题，实现了对储能电池进行合理化的主动均衡控制，进而提高储能电池内的主动均衡度。
附图说明
图1为本申请提供了一种储能电池均衡控制方法流程示意图；
图2为本申请提供了一种储能电池均衡控制方法中进行等量配置流程示意图；
图3为本申请提供了一种储能电池均衡控制方法中输出多个均衡调节系数的流程示意图；
图4为本申请提供了一种储能电池均衡控制方法中进行截停控制流程示意图；
图5为本申请提供了一种储能电池均衡控制系统结构示意图；
附图标记说明：电池簇模块1，容量监测模块2，对象确定模块3，模型建立模块4，第一输入模块5，指令获取模块6。
具体实施方式
本申请通过提供一种储能电池均衡控制方法及系统，用于解决现有技术中缺乏对储能电池的主动均衡进行控制，导致储能电池内的主动均衡不均衡的技术问题。
实施例1：如图1所示，本申请实施例提供了一种储能电池均衡控制方法，该方法包括：
步骤S100：获取第一储能电池组的第一电池簇，其中，所述第一电池簇包括多个子电池；
具体而言，本申请实施例提供的一种储能电池均衡控制方法应用于一种储能电池均衡控制系统，为保证后期能够准确的对储能电池进行主动均衡的控制，首先在储能电池中随机选取一个储能电池组记作第一储能电池组，在第一储能电池组中任意选择一个电池簇记作第一电池簇，在第一电池簇中包含多个子电池，第一电池簇可以用于存储或释放电能，其第一电池簇的种类可以包含大容量铅炭电池、铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等，优选大容量铅炭电池，为后期实现对储能电池进行主动均衡控制作为重要参考依据。
步骤S200：通过对所述第一电池簇中各个子电池进行实时容量监测，输出容量监测数据集；
具体而言，以上述所提取的第一电池簇作为数据监测对象，对第一电池簇中所包含的每个子电池的电池容量进行实时监测，电池容量是用于衡量各个子电池的电池性能的指标，实时容量监测是指当第一电池簇中各个子电池的放电率、温度、终止电压等数据在一定条件下的监测数据，对每个子电池放出的电量进行放电测试，从而对每个子电池的容量进行获取，其电池容量通常以安培/小时为单位，最终将所监测到的每个子电池容量进行整合汇总后记作容量监测数据集，进而为实现对储能电池进行主动均衡控制做保障。
步骤S300：根据所述容量监测数据集的数据特征的电池容量，确定转移对象和被转移对象；
具体而言，将上述整合所获的容量监测数据集作为基础数据，对容量监测数据集中所包含的第一电池簇中各个子电池的电池容量数据特征进行提取，在容量监测数据集所对应的各个子电池的基础上，其容量监测数据与电池中的电能为正比关系，是指若子电池所对应的电池容量监测数据越大，则视为该子电池所能提供的电能越多，进一步的，以第一电池簇中的电池容量参数作为判断数据，对容量监测数据集进行电池容量的划分，将大于标准数据的电池容量所对应的子电池划分为大容量电池，将小于标准数据的电池容量所对应的子电池划分为小容量电池，标准数据的电池容量是指将第一电池簇中的每个子电池所对应的标定电池容量进行加和后除以第一电池簇中子电池的个数，将该平均值作为划分大容量电池以及小容量电池的标准数据，最终将所划分的大容量电池记作转移对象，将所划分的小容量电池记作被转移对象，为后续实现对储能电池进行主动均衡控制夯实基础。
步骤S400：根据所述转移对象和所述被转移对象，建立均衡控制通道模型，其中，所述均衡控制通道模型至少包括两个控制通道；
进一步而言，如图2所示，本申请步骤S400还包括：
步骤S410：获取所述第一电池簇中各个子电池的容量配置信息；
步骤S420：根据所述容量配置信息，获取标识所述第一电池簇子电池容量差异的第一差异度；
步骤S430：判断所述第一差异度是否大于预设差异度，若所述第一差异度小于等于所述预设差异度，对所述均衡控制通道模型中各个控制通道的均衡速率进行等量配置。
具体而言，以上述所划分的转移对象与被转移对象作为构建基础数据，对第一电池簇的均衡控制通道模型进行建立，且在该均衡控制通道模型中至少包含两个控制通道，其中一个控制通道可以是首先对第一电池簇中所包含的各个子电池中的容量配置信息进行计算，可以通过如下公式：
；
其中，C’为电池配置信息，δ为电池容量，Y为功率因数，ω为电池逆变效率，V’为电池放电临界电压，S为电池放电速率；
在此基础上，将计算结果记作第一电池簇中各个子电池的容量配置信息，进一步的，根据容量配置信息，对第一电池簇中所包含的每个子电池容量之间进行两两随机选取作差，并对所有作差所获的差值作为两个子电池实时容量之间的差异度进行标识，并任意在第一电池簇的子电池容量差异度中选取一个被标识的差异度记作第一差异度，进一步的，对第一差异度与预设差异度进行判断，其中预设差异度由相关技术人员根据每个子电池之间的差异度数据量进行预设，在该预设差异度中若子电池的电池型号、标定电池容量一致、则一个通道可视为一个单位，当判定第一差异度小于等于预设差异度时，通过平衡控制函数对均衡控制通道模型中各个控制通道的均衡速率进行等量配置，平衡控制函数的表达式如下所示：
；
其中，V为被转移子电池的控制电量速率；C为被转移子电池的实时电量；Q 1为被转移子电池电量流进或流出的速率，Q 2为转移目标子电池电量流进或流出的速率，C eq表示转移目标子电池内部平衡状态下的电量，G为转移目标子电池的电量增加速率。
通过被转移子电池电量流进或流出的速率与转移目标子电池内部平衡状态下的电量进行相乘后的数据，减去转移目标子电池电量流进或流出的速率与被转移子电池的实时电量进行相乘的数据，最终与转移目标子电池的电量增加速率进行相加后，建立均衡控制通道模型中的第一通道，从而完成对均衡控制通道模型中各个控制通道的均衡速率进行等量配置的目的，实现对储能电池的主动均衡有着控制的作用。
进一步而言，如图3所示，本申请步骤S430包括：
步骤S431：若所述第一差异度大于所述预设差异度，根据所述第一电池簇中各个子电池的容量配置信息，定位各个控制通道的两个连接对象，输出多个均衡调节系数；
步骤S432：其中，所述多个均衡调节系数的个数与所述均衡控制通道模型的控制通道个数相同，且每个均衡调节系数用于调节对应控制通道的均衡速率。
具体而言，为提升对第一电池簇进行均衡控制的效率，因此还需要对均衡控制通道模型进行建立，是指当第一差异度大于预设差异度时，则视为各个子电池的电池型号、电池容量不一致，进一步的，根据第一电池簇中各个子电池的容量配置信息，对各个控制通道中的两个连接对象，即转移对象以及被转移对象在第一电池簇中进行定位，根据转移对象以及被转移对象在第一电池簇中所处位置，对第一电池簇的多个均衡调节系数进行输出，其中，多个均衡调节系数的个数与均衡控制通道模型的控制通道个数相同，且每个均衡调节系数用于调节对应控制通道的均衡速率。
以多个均衡调节系数作为调节数据，对平衡控制函数进行更新，通过平衡控制函数对均衡控制通道模型中的第二通道进行构建，且此时在每个均衡控制通道中均包括一个平衡控制函数，且平衡控制函数的表达式如下：
；
其中，为第i个控制通道中用于电量转移速率V i 调节的均衡调节系数，f(V i )为基于第i个控制通道中被转移子电池的控制电量速率，f(V i )趋于a以达到平衡状态，a为收敛的速率。
通过多个均衡调节系数作为均衡控制通道模型中任意一个控制通道中用于电量转移速率调节的均衡调节系数，对第一电池簇进行均衡控制调节，当f(V i )趋于一稳定值a时，即视为达到平衡状态，a为f(V i )的收敛速率，例如，收敛速率的变化率可以趋于1，以便为后期对储能电池进行主动均衡控制时作为参照数据。
步骤S500：将所述容量监测数据集输入所述均衡控制通道模型中，获取均衡系数集合；
具体而言，为确保对第一电池簇进行均衡控制的精准性，因此需要将通过对第一电池簇中各个子电池进行实时容量监测所输出的容量监测数据集输入至上述所构建的均衡控制通道模型中进行判定，在容量监测数据集中所对应的第一电池簇中每个子电池容量之间进行两两随机选取作差，并对所有作差所获的差值作为两个子电池容量之间的差异度，进一步的，对计算所获得所有差异度在均衡控制通道模型中与预设差异度进行判断，当容量监测数据集中的子电池差异度小于等于预设差异度时，则输入至均衡控制通道模型中的第一通道中实现对均衡速率进行等量配置，当容量监测数据集中的子电池差异度大于预设差异度时，则输入至均衡控制通道模型中的第二通道中实现对均衡速率进行等量配置，最终将均衡控制通道模型中第一通道所调节的均衡系数与第二通道中所调节的均衡系数进行整合后记作第一电池簇的均衡系数集合，提高后期实现对储能电池进行主动均衡控制的准确率。
步骤S600：对所述均衡系数集合进行拟合回归分析，以回归收敛时获取第一截停指令，其中，所述第一截停指令用于控制所述均衡控制通道模型处于停止状态。
进一步而言，如图4所示，本申请步骤S600还包括：
步骤S610：通过对所述均衡系数集合进行拟合回归损失计算，获取第一回归损失数据；
步骤S620：通过最小化所述第一回归损失数据，确定所述均衡控制通道模型中各个控制通道的预设控制电量速率；
步骤S630：以所述预设控制电量速率对所述均衡控制通道模型进行截停控制。
具体而言，为使得第一电池簇的进行均衡控制，因此需要对均衡控制通道模型中所包含的第一通道与第二通道的电能转移速率是否处于动态平衡，首先对上述所获的均衡系数集合进行拟合回归损失计算，
第一回归损失数据的计算公式为：
；
其中，f(E xi )为n个控制通道的损失数据，n为所述均衡控制通道模型中控制通道的数量，n为大于等于0的正整数，V xi 为第i个控制通道中被转移子电池的控制电量速率，V xi ’ 为第i个控制通道中的预设控制电量速率。
通过对第一通道中被转移子电池的控制电量速率与第一通道中的预设控制电量速率进行作差，取该差值的绝对值进行合并后，获取均衡控制通道模型中所包含的通道的损失函数作为第一回归损失数据，进一步的，对所有计算所获的回归损失数据进行升序的序列化处理，将位于序列化处理的第一位作为最小化第一回归损失数据，同时通过最小化第一回归损失数据，对均衡控制通道模型中各个控制通道的预设控制电量速率进行确定，是指通过均衡控制通道模型中第一通道内根据回归损失数据的大小进行预设，二者为反比关系，即回归损失数据越大，则在均衡控制通道模型中第一通道的预设控制电量速率就越小，以保证两个通道的转移速率处于动态平衡，进一步的，基于第一回归损失数据在进行回归收敛时，以预设控制电量速率作为对电量转移的截停标准，从而对均衡控制通道模型进行截停控制，以此保证后期更好的对储能电池进行主动均衡控制。
综上所述，本申请实施例提供的一种储能电池均衡控制方法，至少包括如下技术效果，实现了对储能电池进行合理化的主动均衡控制，进而提高储能电池内的主动均衡度。
实施例2：基于与前述实施例中一种储能电池均衡控制方法相同的发明构思，如图5所示，本申请提供了一种储能电池均衡控制系统，系统包括：
电池簇模块1，所述电池簇模块1用于获取第一储能电池组的第一电池簇，其中，所述第一电池簇包括多个子电池；
容量监测模块2，所述容量监测模块2用于通过对所述第一电池簇中各个子电池进行实时容量监测，输出容量监测数据集；
对象确定模块3，所述对象确定模块3用于根据所述容量监测数据集的数据特征，确定转移对象和被转移对象；
模型建立模块4，所述模型建立模块4用于根据所述转移对象和所述被转移对象，建立均衡控制通道模型，其中，所述均衡控制通道模型至少包括两个控制通道；
第一输入模块5，所述第一输入模块5用于将所述容量监测数据集输入所述均衡控制通道模型中，获取均衡系数集合；
指令获取模块6，所述指令获取模块6用于对所述均衡系数集合进行拟合回归分析，以回归收敛时获取第一截停指令，其中，所述第一截停指令用于控制所述均衡控制通道模型处于停止状态。
进一步而言，系统还包括：
容量配置模块，所述容量配置模块用于获取所述第一电池簇中各个子电池的容量配置信息；
差异度模块，所述差异度模块用于根据所述容量配置信息，获取标识所述第一电池簇子电池容量差异的第一差异度；
第一判断模块，所述第一判断模块用于判断所述第一差异度是否大于预设差异度，若所述第一差异度小于等于所述预设差异度，对所述均衡控制通道模型中各个控制通道的均衡速率进行等量配置。
进一步而言，系统还包括：
第二判断模块，所述第二判断模块用于若所述第一差异度大于所述预设差异度，根据所述第一电池簇中各个子电池的容量配置信息，定位各个控制通道的两个连接对象，输出多个均衡调节系数；
第三判断模块，所述第三判断模块用于其中，所述多个均衡调节系数的个数与所述均衡控制通道模型的控制通道个数相同，且每个均衡调节系数用于调节对应控制通道的均衡速率。
进一步而言，系统还包括：
回归损失数据模块，所述回归损失数据模块用于通过对所述均衡系数集合进行拟合回归损失计算，获取第一回归损失数据；
速率确定模块，所述速率确定模块用于通过最小化所述第一回归损失数据，确定所述均衡控制通道模型中各个控制通道的预设控制电量速率；
截停控制模块，所述截停控制模块用于以所述预设控制电量速率对所述均衡控制通道模型进行截停控制。
本说明书通过前述对一种储能电池均衡控制方法的详细描述，本领域技术人员可以清楚的知道本实施例中一种储能电池均衡控制系统，对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种储能电池均衡控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取第一储能电池组的第一电池簇，其中，所述第一电池簇包括多个子电池；
通过对所述第一电池簇中各个子电池进行实时容量监测，输出容量监测数据集；
根据所述容量监测数据集的数据特征，确定转移对象和被转移对象；
根据所述转移对象和所述被转移对象，建立均衡控制通道模型，其中，所述均衡控制通道模型至少包括两个控制通道；
将所述容量监测数据集输入所述均衡控制通道模型中，获取均衡系数集合；
对所述均衡系数集合进行拟合回归分析，以回归收敛时获取第一截停指令，其中，所述第一截停指令用于控制所述均衡控制通道模型处于停止状态；
其中，根据所述转移对象和所述被转移对象，建立均衡控制通道模型，其中，所述均衡控制通道模型至少包括两个控制通道，包括：
获取所述第一电池簇中各个子电池的容量配置信息；
根据所述容量配置信息，获取标识所述第一电池簇子电池容量差异的第一差异度；
判断所述第一差异度是否大于预设差异度，若所述第一差异度小于等于所述预设差异度，对所述均衡控制通道模型中各个控制通道的均衡速率进行等量配置，每个均衡控制通道包括一个平衡控制函数，所述平衡控制函数的表达式如下：
；
其中，V为被转移子电池的控制电量速率；C为被转移子电池的实时电量；Q 1为被转移子电池电量流进或流出的速率，Q 2为转移目标子电池电量流进或流出的速率，C eq表示转移目标子电池内部平衡状态下的电量，G为转移目标子电池的电量增加速率；
若所述第一差异度大于所述预设差异度，根据所述第一电池簇中各个子电池的容量配置信息，定位各个控制通道的两个连接对象，输出多个均衡调节系数；
其中，所述多个均衡调节系数的个数与所述均衡控制通道模型的控制通道个数相同，且每个均衡调节系数用于调节对应控制通道的均衡速率，每个均衡控制通道包括一个平衡控制函数，所述平衡控制函数的表达式如下：
；
其中，为第i个控制通道中用于电量转移速率V i 调节的均衡调节系数，f(V i )为基于第i个控制通道中被转移子电池的控制电量速率，f(V i )趋于a以达到平衡状态，a为收敛的速率，C为被转移子电池的实时电量；Q 1为被转移子电池电量流进或流出的速率，Q 2为转移目标子电池电量流进或流出的速率，C eq表示转移目标子电池内部平衡状态下的电量，G为转移目标子电池的电量增加速率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述均衡系数集合进行拟合回归分析，方法包括：
通过对所述均衡系数集合进行拟合回归损失计算，获取第一回归损失数据；
通过最小化所述第一回归损失数据，确定所述均衡控制通道模型中各个控制通道的预设控制电量速率；
以所述预设控制电量速率对所述均衡控制通道模型进行截停控制。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一回归损失数据的计算公式为：
；
其中，为n个控制通道的损失数据，n为所述均衡控制通道模型中控制通道的数量，n为大于等于0的正整数，V xi 为第i个控制通道中被转移子电池的控制电量速率，V’ xi 第i个控制通道中的预设控制电量速率。
4.一种储能电池均衡控制系统，其特征在于，所述系统包括：
电池簇模块，所述电池簇模块用于获取第一储能电池组的第一电池簇，其中，所述第一电池簇包括多个子电池；
容量监测模块，所述容量监测模块用于通过对所述第一电池簇中各个子电池进行实时容量监测，输出容量监测数据集；
对象确定模块，所述对象确定模块用于根据所述容量监测数据集的数据特征，确定转移对象和被转移对象；
模型建立模块，所述模型建立模块用于根据所述转移对象和所述被转移对象，建立均衡控制通道模型，其中，所述均衡控制通道模型至少包括两个控制通道；
第一输入模块，所述第一输入模块用于将所述容量监测数据集输入所述均衡控制通道模型中，获取均衡系数集合；
指令获取模块，所述指令获取模块用于对所述均衡系数集合进行拟合回归分析，以回归收敛时获取第一截停指令，其中，所述第一截停指令用于控制所述均衡控制通道模型处于停止状态；
容量配置模块，所述容量配置模块用于获取所述第一电池簇中各个子电池的容量配置信息；
差异度模块，所述差异度模块用于根据所述容量配置信息，获取标识所述第一电池簇子电池容量差异的第一差异度；
第一判断模块，所述第一判断模块用于判断所述第一差异度是否大于预设差异度，若所述第一差异度小于等于所述预设差异度，对所述均衡控制通道模型中各个控制通道的均衡速率进行等量配置，每个均衡控制通道包括一个平衡控制函数，所述平衡控制函数的表达式如下：
；
其中，V为被转移子电池的控制电量速率；C为被转移子电池的实时电量；Q 1为被转移子电池电量流进或流出的速率，Q 2为转移目标子电池电量流进或流出的速率，C eq表示转移目标子电池内部平衡状态下的电量，G为转移目标子电池的电量增加速率；
第二判断模块，所述第二判断模块用于若所述第一差异度大于所述预设差异度，根据所述第一电池簇中各个子电池的容量配置信息，定位各个控制通道的两个连接对象，输出多个均衡调节系数；
第三判断模块，所述第三判断模块用于其中，所述多个均衡调节系数的个数与所述均衡控制通道模型的控制通道个数相同，且每个均衡调节系数用于调节对应控制通道的均衡速率，每个均衡控制通道包括一个平衡控制函数，所述平衡控制函数的表达式如下：
；
其中，为第i个控制通道中用于电量转移速率V i 调节的均衡调节系数，f(V i )为基于第i个控制通道中被转移子电池的控制电量速率，f(V i )趋于a以达到平衡状态，a为收敛的速率，C为被转移子电池的实时电量；Q 1为被转移子电池电量流进或流出的速率，Q 2为转移目标子电池电量流进或流出的速率，C eq表示转移目标子电池内部平衡状态下的电量，G为转移目标子电池的电量增加速率。
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