一种基于温度场控制的大型电池储能系统及其能量调度方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电池温度场控制技术领域，特别设及一种基于温度场控制的大型电池 储能系统及其能量调度方法。
【背景技术】
[0002] 在目前电池应用领域，电池散热技术通常采用的都是外部强冷（风冷、水冷等）， 散热设计方案的目标都是均热，保证电池工作在安全温度范围，达到延长电池使用寿命的 目的。在大型的储能应用中，为满足储能功率、容量等需求通常需要将单体电池串并联成组 应用，配合电能变换装置向上一级功率系统提供或者吸收功率。大型储能装置工作环境并 不良好，环境的通风散热并不能满足电池系统散热要求，因此需要对电池系统进行特殊的 散热设计。电池抗滥用性能差，倍率特性受温度影响很大，换而言之，电池本体温升跟充放 电电流倍率有关，如果可W控制电池的充放电电流大小，那么在一定程度上就可W实现对 电池温度的控制。
[0003] 因此，可W从大型电池储能装置系统整体的角度，结合电能变换调节储能功率模 块充放电电流，提供一种新型的控制方法，不仅可W实现电能变换满足功率需求，而且可W 通过调节电池充放电电流大小的方式实现对电池温度的控制，最终实现电池寿命的延长。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种基于温度控制的大型电池储能系统及其能量调度方法，通过控制 储能系统充放电方法满足提供系统功率需求W及保证储能系统中的所有电池组工作在安 全温度区的双目标。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006] 一种基于温度场控制的大型电池储能系统，它由多个储能功率模块并联而成，储 能功率模块包括电池组W及基于电池的双向电能变换拓扑电路。
[0007] 进一步地，所述基于电池的双向电能变换拓扑电路包括双向直流-直流变换模 块、双向直流-交流变换模块和电压输出端。
[000引进一步地，所述基于电池的双向电能变换拓扑电路包括开关器件和电池组接口。
[0009] 进一步地，所述开关器件为碳化娃功率管、晶闽管、场效应管或绝缘栅双极性晶体 管。
[0010] 进一步地，它还包括用于实时监控单体电池状态的电池管理模块和用于监控电能 变换系统运行状态的控制单元。
[0011] 进一步地，所述控制单元包括用于根据外部负载需求控制系统启用状态的状态开 关模块和用于根据电池管理模块获取的电池组电压、电流、SOC、温度信息，对电池进行状态 评估处理模块。
[0012] 一种基于温度场控制的大型电池储能系统的能量调度方法，该方法包括
[0013] SI、监测评估储能系统中所有电池组外部特性；soc、电压、电流、温度是否超过限 定值，如某组电池组只有有一个或者一个W上的外部特性超过限定值，则返回执行步骤S1; 反之，则执行步骤S2;
[0014]S2、电池组安全接入，双目标控制开始，执行S3至S6;
[0015]S3、计算各粒子在目标1下的适应值；
[0016]S4、找出目标1下个体和群体最优值；
[0017] S5、更新各粒子的速度和位置；
[0018] S6、终止条件1判断，若成立执行S7,反之则返回执行S3 ;
[0019] S7、计算各粒子在目标2下的适应值；
[0020]S8、找出目标2下个体和群体最优值；
[0021] S9、更新各粒子的速度和位置；
[0022]S10、终止条件2判断，若成立执行S11，反之则返回执行S7;
[0023]S11、目标函数模糊化；
[0024]S12、寻找系统最优值；
[0025]S13、终止条件3判断，若成立执行S14,反之则返回执行S12;
[0026]S14、输出各储能模块功率分配；
[0027]S15、重复步骤S1 至S14。
[002引本发明和现有技术相比，具有W下优点和效果：本发明可W实现储能系统满足系 统储能功率需求的同时，又能保护、维护电池组，使电池组工作在安全、合适的温度范围，最 终实现电池寿命的延长。
【附图说明】
[0029] 图1为一种基于温度控制的大型电池储能系统的示意图；
[0030] 图2为本发明一种基于温度控制的大型电池储能系统控制的示意图；
[0031] 图3为本发明一种基于温度场控制的大型电池储能系统的能量调度方法实施的 示意图；
[0032] 图4为本发明一种基于温度场控制的大型电池储能系统的能量调度方法中电池 接入判断策略实施的示意图；
[0033] 图5为本发明一种基于温度场控制的大型电池储能系统的能量调度方法中双目 标控制策略实施的示意图。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，W下实施例是对本发 明的解释而本发明并不局限于W下实施例。
[0035] 一种基于温度场控制的大型电池储能系统，它由多个储能功率模块并联而成，储 能功率模块包括电池组W及基于电池的双向电能变换拓扑电路。
[0036] 所述基于电池的双向电能变换拓扑电路包括双向直流-直流变换模块、双向直 流-交流变换模块和电压输出端。
[0037] 所述基于电池的双向电能变换拓扑电路包括开关器件和电池组接口。
[003引所述开关器件为碳化娃功率管、晶闽管、场效应管或绝缘栅双极性晶体管。
[0039] 它还包括用于实时监控单体电池状态的电池管理模块和用于监控电能变换系统 运行状态的控制单元。
[0040] 所述控制单元包括用于根据外部负载需求控制系统启用状态的状态开关模块和 用于根据电池管理模块获取的电池组电压、电流、SOC、温度信息，对电池进行状态评估处理 模块。
[0041] 基于温度控制的大型电池储能系统的双目标模型如下，
[0042] 目柄1 ;功率匹配目柄：
[0043]
[0044] 对于储能系统来说，要满足系统储能功率要求。储能系统中既有直流储能，又有交 流储能，两者相加即为储能系统的总功率。又储能系统由各个储能功率模块并联组成，则储 能系统总功率即为各个储能功率模块的功率？"(*)相加（P可正可负，正代表电池放电，负 代表给电池充电），i代表储能功率模块编号，t代表当前运行时刻。
[0045] 目柄2 :温度目柄；
[0046]
[0047] 尸2=min(Tbatt)
[0048] 电池安全使用角度，为了保证电池组工作在安全温度范围内，目标就是尽量让电 池工作在安全区间，甚至是舒适的温度区间，该对于保护电池组安全，延长电池组寿命，维 护电池来说非常关键。因为电池本体温度无法取得，本发明考虑W电池外部温度即BMS检 测采回温度Tbatt#i作为控制变量，W求解电池组温度和的最小值为优化目标2。
[0049] 通常储能系统充放电调度问题主要考虑的约束条件有电池充电功率和电池容量 约束约束条件，本发明进一步加上电池温度约束条件和电流倍率约束条件。具体的约束条 件如下，
[0化日]电池组充电功率约束；
[0051]Pi,i〇w《PC(t)《Pi'high
[005引式中；i为储能功率模块编号，下同；Py。，为t时刻编号为i的储能功率模块中电 能变换变流器最小充电功率；为i时刻编号为i的储能功率模块中电能变换变流器最 大充电功率。
[0化3] 电池组电量约束；
[0054] 《Si h袖
[005引式中；为t时刻编号为i的储能功率模块中电池组最低电量，S 为t时刻 编号为i的储能功率模块中电池组最高电量。
[0056] 电池组荷电状态SOC约束；
[0057] SOCli"《SOCi(t)《SOClm出
[005引式中；SOCi(t)为t时刻编号为i的储能功率模块中电池组荷电状态，SOC。。,为 编号为i的储能功率模块中电池组S0C下限，SOCihigh为编号为i的储能功率模块中电池组 soc上限。
[0化9] 电池组温度限制：
[0060] TLiw《Ti(t)《Tlm出
[0061] 式中；Ti(t)为t时刻编号为i的储能功率模块中电池组温度大小，Til。，为编号 为i的储能功率模块中电池组温度下限，Tihigh为编号为i的储能功率模块中电池组温度上 限。
[0062] 电池组电流倍率限制：
[0063] Cehar_i(t)《Cehar丄hi出；
[0064] C"schar_i似《Cdischar丄hi曲
[0065] 式中；Cthad(t)为t时刻编号为i的储能功率模块中电池组充电电流倍率大小， Cdkelw^a)为t时刻编号为i的储能功率模块中电池组放电电流倍率大小，high为编 号为i的储能功率模块中电池组