一种储能系统均衡方法及控制系统与流程

1.本发明涉及储能单元管理技术，尤其涉及一种储能系统均衡方法及控制系统。


背景技术：

2.储能系统由多个储能单体(例如电池或超级电容)串联而成。由于在制造和使用过程中各个储能单体必然存在电压、容量、内阻等不一致，一组串联的储能单体中总是有一个或多个储能单体的充放电速度比其他储能单体更快或更慢，从而导致了不一致现象。这种不一致会使储能系统的整体充放电效率受到影响，并且随着使用过程中储能单体之间的不一致性被逐渐放大，从而导致某些单体性能加速衰减，进而影响储能单体的使用寿命。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种能够使各个储能单体保持较好一致性的储能系统均衡方法及控制系统。
4.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
5.根据本发明的第一方面，提供了一种储能系统均衡方法，包括：
6.对各个储能单体进行数据采样；
7.对数据进行处理，求取基准电压，求出每个储能单体与基准电压的差值δu；
8.设置比较电压u1；
9.当δu＞＝u1时，被动均衡电路导通，对储能单体进行放电；
10.当δu《＝-u1时，主动均衡电路导通，对储能单体进行充电。
11.在一实施例中，该方法还包括：
12.设置滞回值u2；
13.当δu＞＝u
1-u2时，被动均衡电路导通，对储能单体进行放电；
14.当δu《＝-(u
1-u2)时，被动均衡电路导通，对储能单体进行放电。
15.在一实施例中，该方法还包括：
16.当δu＞＝u
1-u2时，过压均衡标志位置1，欠压标志清0；
17.当δu《＝-(u
1-u2)时，欠压均衡标志位置1，过压均衡标志清0；
18.当-(u
1-u2)《＝δu《＝u
1-u2时，过压均衡标志位和欠压均衡标志位均清0。
19.在一实施例中，该方法还包括：
20.判断储能系统运行状态；
21.当储能系统为静置状态时，将u1设置为第一设定值；
22.当储能系统为充放电状态时，将u1设置为第二设定值；
23.所述第一设定值小于所述第二设定值。
24.在一实施例中，该方法还包括：
25.当储能系统为静置状态时，将u2设置为第三设定值；
26.当储能系统为充放电状态时，将u2设置为第四设定值；
27.所述第三设定值小于所述第四设定值。
28.在一实施例中，该方法所述基准电压为各个储能单体电压的均值。
29.根据本发明的第二方面，提供了一种储能系统均衡方法，包括：
30.对各个储能单体进行数据采样；
31.对数据进行处理，求取基准电压，求出每个储能单体与基准电压的差值δu；设置比较电压u1和滞回值u2；
32.判断前过压均衡标志位是否为1；
33.当前过压均衡标志位为1时，判断是否δu＞＝u1-u2；
34.当δu＞＝u1-u2时，过压均衡标志位不变，欠压均衡标志位清0，被动均衡电路导通；
35.当δu《u1-u2时，过压均衡标志位清0，被动均衡电路关断；
36.当前过压均衡标志位不为1时，判断是否前欠压均衡标志位为1；
37.当前欠压均衡标志位为1时，判断是否δu＞＝u1，
38.当δu＞＝u1时，过压均衡标志位置1，欠压均衡标志位清0，被动均衡电路导通；
39.当δu《u1时，判断是否δu《＝-u1，
40.如果δu《＝-u1，欠压均衡标志位置1，过压均衡标志位清0，主动均衡电路导通；
41.如果δu＞-u1，过压均衡标志位和欠压均衡标志为均不变；
42.当前欠压均衡标志位不为1时，判断是否δu《＝-(u1-u2)；
43.如果δu《＝-(u1-u2)，欠压均衡标志位不变，过压均衡标志位清0，主动均衡电路导通；
44.如果δu＞-(u1-u2)，欠压均衡标志位清0，主动均衡电路关断。
45.在一实施例中，在设置比较电压u1和滞回值u2之前，该方法还包括：
46.判断储能系统运行状态是否为静置；
47.如果为静置状态，设置比较电压u1为第一设定值，滞回值u2为第三设定值；
48.如果不是静置状态，设置比较电压u1为第二设定值，滞回值u2为第四设定值。
49.根据本发明的第三方面，提供了一种用于执行上述任一储能系统均衡方法的控制系统，包括储能模块、采样模块、被动均衡模块、主动均衡模块、电源、mcu、主控制器和上位机；所述储能模块包括多个储能单体；所述采样模块、被动均衡模块和主动均衡模块均与所述储能模块连接；所述采样模块与所述mcu信号连接，所述上位机与所述主控制器信号连接，所述主控制器与所述mcu信号连接，所述mcu与所述主动均衡模块连接，所述电源与所述主动均衡模块和mcu连接。
50.在一实施例中，所述被动均衡模块通过电阻耗能的方式对储能单体进行放电；所述主动均衡模块通过电源充能的方式对储能单体进行充电。
51.本发明实施例的有益效果是：通过各个储能单体与基准电压的差值判断是否需要进行均衡，能够实现实时动态调整；通过过压时的被动均衡和欠压时的主动均衡，能够提高各个储能单体的电压一致性，从而提高整体充放电效率，延长储能单体的使用寿命。
附图说明
52.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
53.在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
54.图1是本技术方法实施例的流程示意图；
55.图2是本技术中各电压值关系示意图；
56.图3是本技术系统实施例的模块示意图。
具体实施方式
57.以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
58.如图1所示，本技术实施例提供了一种储能系统均衡方法，包括：
59.步骤100、系统上电，对各个储能单体进行数据采样；
60.步骤200、对数据进行处理，求取均值作为基准电压，并求出每个储能单体与基准电压的差值δu；
61.步骤300、进行储能系统运行状态判断，判断是否为静置状态；
62.步骤310、如果是静置状态，则比较电压u1取30mv，滞回值u2取10mv。
63.步骤320、如果不是静置状态则比较电压u1取50mv，滞回值u2取15mv。
64.步骤400、判断前过压均衡标志位是否为1；
65.当前过压均衡标志位为1时，进行步骤500、判断是否δu＞＝u
1-u2；
66.当δu＞＝u
1-u2时，进行步骤510、保持过压均衡标志位不变，欠压均衡标志位清0，被动均衡电路导通；
67.当δu《u
1-u2时，进行步骤520、过压均衡标志位清0，被动均衡电路关断。
68.当前过压均衡标志位不为1时，进行步骤600、判断是否前欠压均衡标志位为1；
69.当前欠压均衡标志位为1时，进行步骤700、判断是否δu＞＝u1，当δu＞＝u1时，进行步骤710、过压均衡标志位置1，欠压均衡标志位清0，被动均衡电路导通；
70.当δu《u1时，进行步骤720、判断是否δu《＝-u1，
71.如果δu《＝-u1，进行步骤721、欠压均衡标志位置1，过压均衡标志位清0，主动均衡电路导通；
72.如果δu＞-u1，进行步骤722、过压均衡标志位和欠压均衡标志为均不变；
73.当前欠压均衡标志位不为1时，进行步骤800、判断是否δu《＝-(u
1-u2)；
74.如果δu《＝-(u
1-u2)，进行步骤810、欠压均衡标志位不变，过压均衡标志位清0，主动均衡电路导通；
75.如果δu＞-(u
1-u2)，进行步骤820、欠压均衡标志位清0，主动均衡电路关断。
76.需要说明的是，上述步骤200中，基准电压既可以取各个储能单元的电压均值，也
可以采用其他能够衡量整体电压水平的值，例如中位数等。基准电压是动态的，随着各个储能单元电压值的变化而变化，因此本方法所达到的是一种动态均衡。
77.上述步骤300中，储能系统处于非静置状态时，既有可能是充电状态、也有可能是放电状态。
78.当储能系统处于静置状态时，各个储能单元与基准电压之间的差异应比充电或放电状态时各个储能单元与基准电压之间的差异小，因此静置状态下的比较电压u1和滞回值的取值更小，换言之，对静置状态下各个储能单元的一致性要求更高。
79.上述步骤400和步骤600中的前过压均衡标志位、前欠压均衡标志位，指的是前一次执行本方法后，过压均衡标志位和欠压均衡标志位的值。本方法是按设定周期循环执行的，前一次执行时储能单体处于过压状态还是欠压状态，对后一次执行过程有影响。前过压均衡标志位为1表示前一次执行本方法时，本储能单元处于过压状态，被动均衡电路此时是导通的。前过压均衡标志位为0表示前一次执行本方法时，本储能单元不处于过压状态，被动均衡电路此时是关断的。前欠压均衡标志位为1表示前一次执行本方法时，本储能单元处于欠压状态，主动均衡电路此时是导通的。前欠压均衡标志位为0表示前一次执行本方法时，本储能单元处于欠压状态，主动均衡电路此时是导通的。
80.本技术中，被动均衡指的是将多余能量释放掉的均衡，例如电阻法或稳压管法。主动均衡指的是主动对不足的储能单元进行补足的均衡，例如通过外接电源进行充电。
81.如图2所示，经过上述均衡方法，当储能单元ui与基准电压之间的差值超出u
1-u2时，都会进行被动均衡。当低于-(u
1-u2)时，都会进行主动均衡。
82.与上述方法相对应地，本技术实施例还提供了一种控制系统，如图3所示，该系统包括储能模块31、采样模块32、被动均衡模块33、主动均衡模块34、电源35、mcu(微控制器)36、主控制器37和上位机38。
83.其中，储能模块31包括多个储能单体，储能模块31既可以是串联的电池组，也可以是超级电容。采样模块32、被动均衡模块33和主动均衡模块34均与储能模块31连接。采样模块32与mcu36通过spi等接口信号连接，上位机38与主控制器37信号连接，主控制器37与mcu36通过can、485、以太网、wifi等方式信号连接，mcu36与主动均衡模块34连接，电源35与主动均衡模块34和mcu36连接。
84.在本实施例中，被动均衡模块33通过电阻耗能的方式对储能单体进行放电；主动均衡模块34通过电源充能的方式对储能单体进行充电。被动均衡和主动均衡均已有现有电路结构能够实现，因此本技术中不再赘述。
85.综上所述，本技术通过各个储能单体与基准电压的差值判断是否需要进行均衡，能够实现实时动态调整；通过过压时的被动均衡和欠压时的主动均衡，能够提高各个储能单体的电压一致性，从而提高整体充放电效率，延长储能单体的使用寿命。
86.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
87.提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普
适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
88.以上所述仅为本技术的较佳实例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术保护的范围之内。