CN116961166A - 一种储能电池pack的均衡管理方法 - Google Patents

一种储能电池pack的均衡管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电池均衡管理，具体涉及一种储能电池PACK的均衡管理方法，获取电池包中各电池单体的荷电状态数据和电压值，并基于各电池单体的荷电状态数据判断电池包是否满足预设均衡条件；在满足预设均衡条件的情况下，基于各电池单体的荷电状态数据确定电池包当前状态；基于电池包当前状态确定均衡控制变量，根据均衡控制变量对电池包进行均衡管理，并判断电池包是否处于均衡状态；在不处于均衡状态的情况下，根据各电池单体的荷电状态数据与电池包中其余电池单体的荷电状态数据的差值，采用纳什均衡方法获得各电池单体的充放电策略；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的不能对储能电池包进行有效主动均衡管理的缺陷。

Description

一种储能电池PACK的均衡管理方法
技术领域
本发明涉及电池均衡管理，具体涉及一种储能电池PACK的均衡管理方法。
背景技术
大规模储能电池包为提高系统电压采用串联工作，但其中电池单体的性能由于各种原因(包括材料、生产、保存、工作环境等)存在差异，在充放电过程中，性能差的电池单体受到的损害越大，极易造成过充、过放、过温等情况，严重影响储能电池包的生命周期。
目前，单个储能电池能够获得较好的储能效果，但大规模储能电池包需要将大量小容量、低电压的电池单体串并联使用，其效果变得不够理想。由于电池单体之间的性能存在差异，这种差异会造成储能电池包在充放电时，电池单体出现容量差异，最终导致个别电池单体充电不能完全充满，放电也不能完全放完。随着储能电池包充放电次数的增加，这种电池单体之间的容量差异将会越来越明显，进而导致储能电池包的容量越来越小。现有技术中的电池组均衡管理方法不能对储能电池包进行有效的主动均衡管理，因此有必要提出一种储能电池PACK的均衡管理方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种储能电池PACK的均衡管理方法，能够有效克服现有技术所存在的不能对储能电池包进行有效主动均衡管理的缺陷。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种储能电池PACK的均衡管理方法，包括以下步骤：
S1、获取电池包中各电池单体的荷电状态数据和电压值，并基于各电池单体的荷电状态数据判断电池包是否满足预设均衡条件；
S2、在满足预设均衡条件的情况下，基于各电池单体的荷电状态数据确定电池包当前状态；
S3、基于电池包当前状态确定均衡控制变量，根据均衡控制变量对电池包进行均衡管理，并判断电池包是否处于均衡状态；
S4、在不处于均衡状态的情况下，根据各电池单体的荷电状态数据与电池包中其余电池单体的荷电状态数据的差值，采用纳什均衡方法获得各电池单体的充放电策略；
S5、根据各电池单体的充放电策略对电池包进行均衡管理。
优选地，S1中基于各电池单体的荷电状态数据判断电池包是否满足预设均衡条件，包括：
基于各电池单体的荷电状态数据确定电池包各相邻电池单体之间的SOC差值；
若SOC差值中的最大值与最小值之间的差值不小于预设均衡开启阈值，则判断电池包满足预设均衡条件，否则判断电池包不满足预设均衡条件。
优选地，所述各电池单体的荷电状态数据的获取方法，包括：
获取各电池单体的当前状态数据和历史状态数据，得到各电池单体的衰减数据和当前电量数据；
根据各电池单体的衰减数据和当前电量数据，获取各电池单体的荷电状态数据。
优选地，S2中在满足预设均衡条件的情况下，基于各电池单体的荷电状态数据确定电池包当前状态，包括：
若所有SOC差值均不小于电池包的电压平台期的始端值，且不大于电池包的电压平台期的末端值，则判断电池包当前处于电压平台期，否则判断电池包当前不处于电压平台期。
优选地，S3中基于电池包当前状态确定均衡控制变量，包括：
若电池包当前处于电压平台期，则选择电池单体的荷电状态数据作为均衡控制变量，否则选择电池单体的电压值作为均衡控制变量。
优选地，S3中根据均衡控制变量对电池包进行均衡管理，包括：
根据电池单体的荷电状态数据对电池包进行均衡管理时，基于各电池单体的荷电状态数据确定电池包各相邻电池单体之间的SOC差值及电池包的SOC均值；
采用模糊控制法对SOC差值中的最大值、SOC均值进行模糊计算，得到SOC差值中的最大值、SOC均值的隶属度，并确定对均衡电流的第一激励强度；
基于预设模糊关系确定第一激励强度对应的第一均衡电流，并根据第一均衡电流对电池包各相邻电池单体依次进行均衡管理。
优选地，S3中根据均衡控制变量对电池包进行均衡管理，包括：
根据电池单体的电压值对电池包进行均衡管理时，基于各电池单体的电压值确定电池包各相邻电池单体之间的电压差值及电池包的电压均值；
采用模糊控制法对电压差值中的最大值、电压均值进行模糊计算，得到电压差值中的最大值、电压均值的隶属度，并确定对均衡电流的第二激励强度；
基于预设模糊关系确定第二激励强度对应的第二均衡电流，并根据第二均衡电流对电池包各相邻电池单体依次进行均衡管理。
优选地，S3中判断电池包是否处于均衡状态，包括：
基于均衡控制变量确定电池包的离散度；
若离散度不大于预设均衡开启阈值，则判断电池包处于均衡状态，否则判断电池包不处于均衡状态。
优选地，S4中在不处于均衡状态的情况下，根据各电池单体的荷电状态数据与电池包中其余电池单体的荷电状态数据的差值，采用纳什均衡方法获得各电池单体的充放电策略，包括：
根据各电池单体的荷电状态数据与电池包中其余电池单体的荷电状态数据的差值，获得各电池单体的效用函数；
基于各电池单体的效用函数采用纳什均衡方法，获得各电池单体的充放电策略。
优选地，所述基于各电池单体的效用函数采用纳什均衡方法，获得各电池单体的充放电策略，包括：
基于预设约束条件采用纳什均衡方法对各电池单体的效用函数求解，得到各电池单体的效用函数对应的纳什均衡解；
根据各电池单体的效用函数对应的纳什均衡解，获得各电池单体的充放电策略。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种储能电池PACK的均衡管理方法，具有以下有益效果：
1)获取电池包中各电池单体的荷电状态数据和电压值，并基于各电池单体的荷电状态数据判断电池包是否满足预设均衡条件，在满足预设均衡条件的情况下，基于各电池单体的荷电状态数据确定电池包当前状态，基于电池包当前状态确定均衡控制变量，根据均衡控制变量对电池包进行均衡管理，从而能够基于电池包当前状态选择合适的均衡控制变量，有效提升对储能电池包的主动均衡管理效果；
2)在不处于均衡状态的情况下，根据各电池单体的荷电状态数据与电池包中其余电池单体的荷电状态数据的差值，采用纳什均衡方法获得各电池单体的充放电策略，根据各电池单体的充放电策略对电池包进行均衡管理，当无法根据电池包当前状态对储能电池包进行较好的主动均衡管理时，通过获取各电池单体的效用函数，并基于预设约束条件采用纳什均衡方法对效用函数进行求解，得到各电池单体的充放电策略，从而能够进一步提升对储能电池包的主动均衡管理效果。
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他的附图。
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明中基于电池包当前状态对电池包进行均衡管理的流程示意图；
图3为本发明中根据各电池单体的充放电策略对电池包进行均衡管理的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种储能电池PACK的均衡管理方法，如图1和图2所示，①获取电池包中各电池单体的荷电状态数据和电压值，并基于各电池单体的荷电状态数据判断电池包是否满足预设均衡条件。
具体地，基于各电池单体的荷电状态数据判断电池包是否满足预设均衡条件，包括：
基于各电池单体的荷电状态数据确定电池包各相邻电池单体之间的SOC差值；
若SOC差值中的最大值与最小值之间的差值不小于预设均衡开启阈值，则判断电池包满足预设均衡条件，否则判断电池包不满足预设均衡条件。
本申请技术方案中，各电池单体的荷电状态数据的获取方法，包括：
获取各电池单体的当前状态数据和历史状态数据，得到各电池单体的衰减数据和当前电量数据；
根据各电池单体的衰减数据和当前电量数据，获取各电池单体的荷电状态数据。
②在满足预设均衡条件的情况下，基于各电池单体的荷电状态数据确定电池包当前状态，具体包括：
若所有SOC差值均不小于电池包的电压平台期的始端值，且不大于电池包的电压平台期的末端值，则判断电池包当前处于电压平台期，否则判断电池包当前不处于电压平台期。
③基于电池包当前状态确定均衡控制变量，根据均衡控制变量对电池包进行均衡管理，并判断电池包是否处于均衡状态。
1)基于电池包当前状态确定均衡控制变量，包括：
若电池包当前处于电压平台期，则选择电池单体的荷电状态数据作为均衡控制变量，否则选择电池单体的电压值作为均衡控制变量。
2)根据均衡控制变量对电池包进行均衡管理，包括：
A、根据电池单体的荷电状态数据对电池包进行均衡管理时，基于各电池单体的荷电状态数据确定电池包各相邻电池单体之间的SOC差值及电池包的SOC均值；
采用模糊控制法对SOC差值中的最大值、SOC均值进行模糊计算，得到SOC差值中的最大值、SOC均值的隶属度，并确定对均衡电流的第一激励强度；
基于预设模糊关系确定第一激励强度对应的第一均衡电流，并根据第一均衡电流对电池包各相邻电池单体依次进行均衡管理；
B、根据电池单体的电压值对电池包进行均衡管理时，基于各电池单体的电压值确定电池包各相邻电池单体之间的电压差值及电池包的电压均值；
采用模糊控制法对电压差值中的最大值、电压均值进行模糊计算，得到电压差值中的最大值、电压均值的隶属度，并确定对均衡电流的第二激励强度；
基于预设模糊关系确定第二激励强度对应的第二均衡电流，并根据第二均衡电流对电池包各相邻电池单体依次进行均衡管理。
3)判断电池包是否处于均衡状态，包括：
基于均衡控制变量确定电池包的离散度；
若离散度不大于预设均衡开启阈值，则判断电池包处于均衡状态，否则判断电池包不处于均衡状态。
上述技术方案，获取电池包中各电池单体的荷电状态数据和电压值，并基于各电池单体的荷电状态数据判断电池包是否满足预设均衡条件，在满足预设均衡条件的情况下，基于各电池单体的荷电状态数据确定电池包当前状态，基于电池包当前状态确定均衡控制变量，根据均衡控制变量对电池包进行均衡管理，从而能够基于电池包当前状态选择合适的均衡控制变量，有效提升对储能电池包的主动均衡管理效果。
如图1和图3所示，④在不处于均衡状态的情况下，根据各电池单体的荷电状态数据与电池包中其余电池单体的荷电状态数据的差值，采用纳什均衡方法获得各电池单体的充放电策略，具体包括：
根据各电池单体的荷电状态数据与电池包中其余电池单体的荷电状态数据的差值，获得各电池单体的效用函数；
基于各电池单体的效用函数采用纳什均衡方法，获得各电池单体的充放电策略。
具体地，基于各电池单体的效用函数采用纳什均衡方法，获得各电池单体的充放电策略，包括：
基于预设约束条件采用纳什均衡方法对各电池单体的效用函数求解，得到各电池单体的效用函数对应的纳什均衡解；
根据各电池单体的效用函数对应的纳什均衡解，获得各电池单体的充放电策略。
⑤根据各电池单体的充放电策略对电池包进行均衡管理。
上述技术方案，在不处于均衡状态的情况下，根据各电池单体的荷电状态数据与电池包中其余电池单体的荷电状态数据的差值，采用纳什均衡方法获得各电池单体的充放电策略，根据各电池单体的充放电策略对电池包进行均衡管理，当无法根据电池包当前状态对储能电池包进行较好的主动均衡管理时，通过获取各电池单体的效用函数，并基于预设约束条件采用纳什均衡方法对效用函数进行求解，得到各电池单体的充放电策略，从而能够进一步提升对储能电池包的主动均衡管理效果。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种储能电池PACK的均衡管理方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、获取电池包中各电池单体的荷电状态数据和电压值，并基于各电池单体的荷电状态数据判断电池包是否满足预设均衡条件；
S2、在满足预设均衡条件的情况下，基于各电池单体的荷电状态数据确定电池包当前状态；
S3、基于电池包当前状态确定均衡控制变量，根据均衡控制变量对电池包进行均衡管理，并判断电池包是否处于均衡状态；
S4、在不处于均衡状态的情况下，根据各电池单体的荷电状态数据与电池包中其余电池单体的荷电状态数据的差值，采用纳什均衡方法获得各电池单体的充放电策略；
S5、根据各电池单体的充放电策略对电池包进行均衡管理。
2.根据权利要求1所述的储能电池PACK的均衡管理方法，其特征在于：S1中基于各电池单体的荷电状态数据判断电池包是否满足预设均衡条件，包括：
基于各电池单体的荷电状态数据确定电池包各相邻电池单体之间的SOC差值；
若SOC差值中的最大值与最小值之间的差值不小于预设均衡开启阈值，则判断电池包满足预设均衡条件，否则判断电池包不满足预设均衡条件。
3.根据权利要求2所述的储能电池PACK的均衡管理方法，其特征在于：所述各电池单体的荷电状态数据的获取方法，包括：
获取各电池单体的当前状态数据和历史状态数据，得到各电池单体的衰减数据和当前电量数据；
根据各电池单体的衰减数据和当前电量数据，获取各电池单体的荷电状态数据。
4.根据权利要求2所述的储能电池PACK的均衡管理方法，其特征在于：S2中在满足预设均衡条件的情况下，基于各电池单体的荷电状态数据确定电池包当前状态，包括：
若所有SOC差值均不小于电池包的电压平台期的始端值，且不大于电池包的电压平台期的末端值，则判断电池包当前处于电压平台期，否则判断电池包当前不处于电压平台期。
5.根据权利要求4所述的储能电池PACK的均衡管理方法，其特征在于：S3中基于电池包当前状态确定均衡控制变量，包括：
若电池包当前处于电压平台期，则选择电池单体的荷电状态数据作为均衡控制变量，否则选择电池单体的电压值作为均衡控制变量。
6.根据权利要求5所述的储能电池PACK的均衡管理方法，其特征在于：S3中根据均衡控制变量对电池包进行均衡管理，包括：
根据电池单体的荷电状态数据对电池包进行均衡管理时，基于各电池单体的荷电状态数据确定电池包各相邻电池单体之间的SOC差值及电池包的SOC均值；
采用模糊控制法对SOC差值中的最大值、SOC均值进行模糊计算，得到SOC差值中的最大值、SOC均值的隶属度，并确定对均衡电流的第一激励强度；
基于预设模糊关系确定第一激励强度对应的第一均衡电流，并根据第一均衡电流对电池包各相邻电池单体依次进行均衡管理。
7.根据权利要求5所述的储能电池PACK的均衡管理方法，其特征在于：S3中根据均衡控制变量对电池包进行均衡管理，包括：
根据电池单体的电压值对电池包进行均衡管理时，基于各电池单体的电压值确定电池包各相邻电池单体之间的电压差值及电池包的电压均值；
采用模糊控制法对电压差值中的最大值、电压均值进行模糊计算，得到电压差值中的最大值、电压均值的隶属度，并确定对均衡电流的第二激励强度；
基于预设模糊关系确定第二激励强度对应的第二均衡电流，并根据第二均衡电流对电池包各相邻电池单体依次进行均衡管理。
8.根据权利要求6或7所述的储能电池PACK的均衡管理方法，其特征在于：S3中判断电池包是否处于均衡状态，包括：
基于均衡控制变量确定电池包的离散度；
若离散度不大于预设均衡开启阈值，则判断电池包处于均衡状态，否则判断电池包不处于均衡状态。
9.根据权利要求8所述的储能电池PACK的均衡管理方法，其特征在于：S4中在不处于均衡状态的情况下，根据各电池单体的荷电状态数据与电池包中其余电池单体的荷电状态数据的差值，采用纳什均衡方法获得各电池单体的充放电策略，包括：
根据各电池单体的荷电状态数据与电池包中其余电池单体的荷电状态数据的差值，获得各电池单体的效用函数；
基于各电池单体的效用函数采用纳什均衡方法，获得各电池单体的充放电策略。
10.根据权利要求9所述的储能电池PACK的均衡管理方法，其特征在于：所述基于各电池单体的效用函数采用纳什均衡方法，获得各电池单体的充放电策略，包括：
基于预设约束条件采用纳什均衡方法对各电池单体的效用函数求解，得到各电池单体的效用函数对应的纳什均衡解；
根据各电池单体的效用函数对应的纳什均衡解，获得各电池单体的充放电策略。
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