电池组均衡控制方法及装置与流程

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电池组均衡控制方法及装置与流程

本发明涉及电池组均衡控制技术领域,具体涉及一种单电池组均衡控制方法、一种储能系统电池组均衡控制方法以及一种储能系统电池组均衡控制装置。



背景技术:

现有技术中,电池均衡控制方法众多,比如被动均衡法(能耗分流法)、主动均衡法(动态均衡法)、内均衡法(自然均衡法)等。

其中,被动均衡法采用单体电池并联分流能耗电子的方式,通过放电均衡的办法,在充电工作的过程中,让PACK内所有电芯的电压趋于一致。被动均衡法具有以下缺点:把多余的能量消耗到电阻产生热能,效率为0,浪费能量;均衡电流非常小,通常小于100mA;由于放电电阻不可能选得太小,充电结束时,根据电池特性往往小容量电池的电压最高,在静态均衡时,放掉的恰恰是小容量电池的电量,反而加大了电池间的互差;SOC估算精度也很低。

主动均衡法针对电池在使用过程中产生的容量个体,及自放电率产生的电压差异进行主动均衡;在电池组充电、放电或放置过程中,都可在电池组内部对电池单体之间的差异性进行主动均衡,以消除电池成组后由于自身和使用过程中产生的各种不一致性。主动均衡法具有以下缺点:技术复杂,成本高,实现困难;频繁切换均衡电路,对电池造成的伤害大,影响电池的寿命。

内均衡法利用BMS在对串联电池充电的过程中,通过调节充电电流和控制充电电压的拓扑算法,使得电池组中各单体电池荷电量达到基本一致。内均衡法具有以下缺点:如果电池的荷电量相差很大,则需要较长的时间才能均衡。

目前,无论是被动均衡技术还是主动均衡技术,都不能很好地解决问题。究其原因,目前普遍使用的充放电控制过程,是以固定的电压作为充放电终止条件,而电池在工作过程中,其有效电压范围是随着温度、充放电流和循环周期等条件在不断变化,因此,采用固定电压控制充放电,极易造成电池的过充或过放。而温度的变化会造成锂电池内部材料的老化,使电池过早劣化。

鉴于此,克服以上现有技术中的缺陷,提供一种新的电池组均衡控制方法成为本领域亟待解决的技术问题。



技术实现要素:

本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷,提供一种单电池组均衡控制方法、一种储能系统电池组均衡控制方法以及一种储能系统电池组均衡控制装置。

本发明的目的可通过以下的技术措施来实现:

第一方面,本发明提供了一种单电池组均衡控制方法,所述电池组包括N个电芯,该均衡控制方法包括如下步骤:

S11,获得所述N个电芯中每个电芯的SOC以及所述电池组的平均SOC;

S12,控制SOC大于电池组的平均SOC的电芯对电池组的N个电芯进行放电。

优选地,在步骤S12中,收集SOC大于电池组的平均SOC的电芯的放电电量再将所收集放电电量对电池组的N个电芯进行充电。

第二方面,本发明提供了一种储能系统电池组均衡控制方法,所述储能系统包括多个电池组,每个电池组包括N个电芯,该均衡控制方法包括如下步骤:

S1,按照权利要求1或2所述的单电池组均衡控制方法对储能系统的每个电池组进行均衡控制;

S2,获得所述多个电池组中每个电池组的SOC以及所述储能系统的平均SOC;

S3,控制SOC大于储能系统的平均SOC的电池组对SOC小于储能系统的平均SOC的电池组进行放电。

优选地,在步骤S3中,SOC大于储能系统的平均SOC的电池组向储能系统的供电回路放电,SOC小于储能系统的平均SOC的电池组从储能系统的供电回路充电。

优选地,在步骤S3中,判断当前储能系统是否处于供电间断状态;如果是,则分别以不同的占空比控制SOC大于储能系统的平均SOC的电池组和SOC小于储能系统的平均SOC的电池组向供电回路进行放电。

第三方面,本发明提供了一种储能系统电池组均衡控制装置,所述储能系统包括多个电池组,每个电池组包括N个电芯,该均衡控制装置包括:

与所述多个电池组各自对应设置的单电池组均衡控制组件,包括:用于获得所述N个电芯中每个电芯的SOC以及所述电池组的平均SOC检测模块、和用于控制SOC大于电池组的平均SOC的电芯对电池组的N个电芯进行放电的均衡模块;

与所述多个电池组各自连接的充放电组件,用于对所连接的电池组进行充放电,所述充放电组件包括用于接通或断开储能系统的供电回路的开关模块;

检测组件,用于获得所述多个电池组中每个电池组的SOC以及所述储能系统的平均SOC;以及

与多个充放电组件均连接的控制组件,用于控制SOC大于储能系统的平均SOC的电池组向储能系统的供电回路放电、SOC小于储能系统的平均SOC的电池组从储能系统的供电回路充电。

优选地,所述均衡模块包括:

与所述N个电芯各自连接的充放电单元,用于对所连接的电芯进行充放电;

与多个充放电单元连接的电量储存单元,用于存储电量;以及

与所述N个电芯均连接的控制单元,用于控制SOC大于电池组的平均SOC的电芯对所述电量存储单元进行放电、以及所述电量存储单元向电池组的N个电芯进行充电。

优选地,所述电池组均衡控制装置还包括与所述供电回路连接的电压监测模块,用于检测所述供电回路的电压并根据所检测电压判断当前储能系统是否处于供电间断状态。

优选地,所述控制组件包括PWM控制模块,用于当储能系统处于供电间断状态时分别以不同的占空比控制SOC大于储能系统的平均SOC的电池组和SOC小于储能系统的平均SOC的电池组与供电回路的连接通断。

优选地,所述控制组件为单片机。

本发明的电池组均衡控制方法在单电池组内部自放电均衡,没有对外损耗,同时上述自放电均衡有过压和欠压保护功能,不会因为过充电或者过放电导致电池的损坏或寿命缩短。进一步地,本发明的储能系统电池组均衡控制方法及装置通过系统的供电回路进行充放电均衡,在系统进行均衡的同时进行供电。进一步地,本发明的储能系统电池组均衡控制方法及装置在系统处于供电间断状态时,辅助供电,达到系统不间断供电,延长系统使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例的单电池组均衡控制方法的流程图。

图2是本发明实施例的储能系统电池组均衡控制方法的流程图。

图3是本发明实施例的储能系统电池组均衡控制方法的原理图。

图4是本发明实施例的储能系统电池组均衡控制方法的辅助供电原理图。

图5是本发明实施例的储能系统电池组均衡控制装置的结构框图。

图6是本发明实施例的储能系统电池组均衡控制装置中单电池组均衡控制组件的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。

在下文中,将参考附图来更好地理解本发明的许多方面。附图中的部件未必按照比例绘制。替代地,重点在于清楚地说明本发明的部件。此外,在附图中的若干视图中,相同的附图标记指示相对应零件。

如本文所用的词语“示例性”或“说明性”表示用作示例、例子或说明。在本文中描述为“示例性”或“说明性”的任何实施方式未必理解为相对于其它实施方式是优选的或有利的。下文所描述的所有实施方式是示例性实施方式,提供这些示例性实施方式是为了使得本领域技术人员做出和使用本公开的实施例并且预期并不限制本公开的范围,本公开的范围由权利要求限定。在其它实施方式中,详细地描述了熟知的特征和方法以便不混淆本发明。而且,并无意图受到前文的技术领域、背景技术、发明内容或下文的详细描述中给出的任何明示或暗示的理论限制。还应了解在附图中示出和在下文的说明书中描述的具体装置和过程是在所附权利要求中限定的发明构思的简单示例性实施例。因此,与本文所公开的实施例相关的具体尺寸和其他物理特征不应被理解为限制性的,除非权利要求书另作明确地陈述。

在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是机械连接或电连接,也可以是两个元件内部的连通,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本说明书中的“储能系统”是将所生成的电力存储在包括发电站、变电站和输电线路的各种相关系统中然后选择地和高效地根据需要来使用所存储的电力以提高能量效率的系统,其功能为实现对储能电站的工作状态进行全方位监控和能量调度管理。储能系统包括多个电池组,每个电池组又包括多个相互串联或者并联的电芯。

本说明书中的“SOC”,其全称是State of Charge,荷电状态,也叫剩余电量,代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值,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。

本说明书中的“电池组”与“电池包”(PACK)的意思相同,包括多颗电芯通过串并联方式组成。

图1示出了一种单电池组均衡控制方法,所述电池组包括N个电芯,该均衡控制方法包括如下步骤:

S11,获得所述N个电芯中每个电芯的SOC以及所述电池组的平均SOC;

S12,控制SOC大于电池组的平均SOC的电芯对电池组的N个电芯进行放电。

在步骤S12中,收集SOC大于电池组的平均SOC的电芯的放电电量再将所收集放电电量对电池组的N个电芯进行充电。

具体地,首先需要计算PACK内每颗电芯的SOC,当每个电芯的SOC不一致时,可同时对高于平均值的所有电芯进行放电。通过闭合相应电芯位置的开关,对电芯进行放电操作,将电量放到整个PACK上,对PACK上每一节电芯进行充电操作,例如,每个PACK上有N颗电芯,那么每颗电芯所得到的能量是放电电芯所放出能量的1/N。循环往复,可将所有高于SOC均值的电芯电量放到低于均值的所有电芯,使其每个电芯的电量在均值附近趋于一致。由此达到PACK内电量平衡的目的。

图2示出了一种储能系统电池组均衡控制方法,所述储能系统包括多个电池组,每个电池组包括N个电芯,该均衡控制方法包括如下步骤:

S1,按照上述的单电池组均衡控制方法对储能系统的每个电池组进行均衡控制;

S2,获得所述多个电池组中每个电池组的SOC以及所述储能系统的平均SOC;

S3,控制SOC大于储能系统的平均SOC的电池组对SOC小于储能系统的平均SOC的电池组进行放电。

进一步地,为了实现在系统进行均衡的同时进行供电,在步骤S3中,SOC大于储能系统的平均SOC的电池组向储能系统的供电回路放电,SOC小于储能系统的平均SOC的电池组从储能系统的供电回路充电。

更进一步地,为了实现辅助供电功能,在步骤S3中,判断当前储能系统是否处于供电间断状态;如果是,则分别以不同的占空比控制SOC大于储能系统的平均SOC的电池组和SOC小于储能系统的平均SOC的电池组向供电回路进行放电。

具体地,当PACK内部的SOC一致的情况下,则需要判断同一个系统内PACK与PACK之间是否需要进行均衡操作。首先,需要获取系统内每个PACK的SOC,当系统中出现一个或多个PACK的SOC与系统的平均值不一致的情况下,系统需要进行PACK之间的均衡操作。通过闭合相应PACK与供电回路之间的开关,高于平均值的PACK主动向供电回路释放电量,低于平均值的PACK从供电回路获取电量,循环往复,使其所有的PACK趋于平均值附近。达到系统SOC一致的目的,请参阅图3所示。

当系统外供电出现间断的情况下,通过低电压判定,使CPU获取外供电间断的信号,此时,CPU发出PWM控制信号,定时轮流闭合每个PACK上的开关,使得每个PACK都能够分时输出电量,为系统供电出力。这个过程在PACK之间的SOC不均衡的情况下也可进行,以不同的占空比控制SOC大于储能系统的平均SOC的电池组和SOC小于储能系统的平均SOC的电池组向供电回路进行放电,SOC值大的PACK输出的电量相对比SOC值小的PACK多,在一段时间后,PACK与PACK之间的SOC可达到一致,请参阅图4所示。

相应地,本发明实施例提供了一种储能系统电池组均衡控制装置,请参阅图5所示,所述储能系统包括多个电池组,例如,包括相互串联的12个电池组C1~C12,每个电池组包括N个电芯,该均衡控制装置包括:单电池组均衡控制组件10、充放电组件B1~B12、检测组件20、控制组件30和电压监测模块40,其中,单电池组均衡控制组件10的数量为12个,12个单电池组均衡控制组件10与所述多个电池组C1~C12各自对应设置,其按照图1所示的控制方法对单个电池组进行均衡控制10,其具体结构请参阅图6所示,单电池组均衡控制组件10包括:检测模块101和均衡模块102,检测模块101用于获得所述N个电芯中每个电芯的SOC以及所述电池组的平均SOC,均衡模块102用于控制SOC大于电池组的平均SOC的电芯对电池组的N个电芯进行放电;进一步地,均衡模块102包括充放电单元1021、电量储存单元1022和控制单元1023,其中,充放电单元1021与所述N个电芯各自连接,充放电单元1021的数量为N个,与电芯一一对应设置,用于对所连接的电芯进行充放电;电量储存单元1022与多个充放电单元1021连接,用于存储电量;控制单元1023与所述N个电芯均连接,用于控制SOC大于电池组的平均SOC的电芯对所述电量存储单元1022进行放电、以及所述电量存储单元1022向电池组的N个电芯进行充电。

请继续参阅图5所示,充放电组件B1~B12与所述多个电池组C1~C12各自连接,用于对所连接的电池组C1~C12进行充放电,充放电组件B1~B12分别包括用于接通或断开储能系统的供电回路的开关模块T1~T12。检测组件20用于获得所述多个电池组C1~C12中每个电池组的SOC以及所述储能系统的平均SOC。控制组件30与多个充放电组件B1~B12均连接,用于控制SOC大于储能系统的平均SOC的电池组向储能系统的供电回路放电、SOC小于储能系统的平均SOC的电池组从储能系统的供电回路充电。电压监测模块40与所述供电回路连接,用于检测所述供电回路的电压并根据所检测电压判断当前储能系统是否处于供电间断状态;控制组件30在当前储能系统处于供电间断状态时控制电池组C1~C12对供电回路进行放电。控制组件30包括PWM控制模块301,用于当储能系统处于供电间断状态时分别以不同的占空比控制SOC大于储能系统的平均SOC的电池组和SOC小于储能系统的平均SOC的电池组与供电回路的连接通断,此时,控制单元30控制各个电池组C1~C12均向供电回路放电,实现了以不同的占空比控制SOC大于储能系统的平均SOC的电池组和SOC小于储能系统的平均SOC的电池组向供电回路进行放电,例如,以第一占空比控制SOC大于储能系统的平均SOC的电池组与供电回路的连接通断,以第二占空比控制SOC小于储能系统的平均SOC的电池组与供电回路的连接通断。在本实施例中,控制组件30可以为单片机,单片机是CPU、存储器、输入输出接口等一体组装的IC芯片。

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。

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