本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种储能系统及电池簇间电压差的控制方法。
背景技术：
锂离子电池具有单体电压高、比能量大、循环寿命长等优点，因此锂离子电池正逐渐成为储能系统的发展趋势。电池簇由多个锂离子电池通过串联与并联的方式组成，串联的目的是升高电池端电压，并联的目的是增大电池容量。电池簇作为储存与释放电能的关键部件，是储能系统的关键设备，直接影响到储能系统的安全稳定运行。
受锂离子电池特性及电池簇自身结构影响，电池簇的内阻很小。若储能系统要求更高容量时，则需要多组电池簇并联运行。如果并联的电池簇间存在较大的电压差，就会在并联电池簇间形成较大的环流，影响到储能系统设备的安全稳定运行，甚至造成设备损坏。
目前针对电池簇并联运行的环流问题，主要通过电池簇电压筛选的方法，让电压接近的电池簇并联。此方法可有效的降低电压差引起的环流造成的影响，但对于电池簇间电压差值较大时则无法进行电池簇并联运行。
技术实现要素：
本发明提供一种储能系统及电池簇间电压差的控制方法，已解决现有的对于电池簇间电压差值较大时则无法进行电池簇并联运行的问题。
第一方面，本发明提供一种储能系统，包括：
至少一个电池簇、直流母线、控制单元；
每个所述电池簇包括：储能电池和高压箱；所述高压箱包括：电池管理系统bms、主正接触器、主负接触器、预充接触器和预充电阻；所述预充接触器和所述预充电阻串联形成第一支路，所述第一支路与所述主正接触器并联形成第二支路，所述第二支路的一端与所述储能电池的正极连接，所述第二支路的另一端与所述直流母线的正极连接；所述主负接触器的一端与所述储能电池的负极连接，所述主负接触器的另一端与所述直流母线的负极连接；
所述控制单元与所述bms连接，所述控制单元用于：若所述电池簇中使能的电池簇组中最高电压的电池簇与最低电压的电池簇的压差大于预设的第一阈值，则对所述压差进行控制，以实现各个所述电池簇的并联运行。
第二方面，本发明提供一种电池簇间电压差的控制方法，应用于储能系统，包括：至少一个电池簇、直流母线、控制单元；每个所述电池簇包括：储能电池和高压箱；所述高压箱包括：电池管理系统bms、主正接触器、主负接触器、预充接触器和预充电阻；所述预充接触器和所述预充电阻串联形成第一支路，所述第一支路与所述主正接触器并联形成第二支路，所述第二支路的一端与所述储能电池的正极连接，所述第二支路的另一端与所述直流母线的正极连接；所述主负接触器的一端与所述储能电池的负极连接，所述主负接触器的另一端与所述直流母线的负极连接；所述控制单元与所述bms连接；所述方法，包括：
确定所述电池簇中使能的电池簇组；所述电池簇组包括至少一个使能的电池簇；
若所述电池簇中使能的电池簇组中最高电压的电池簇与最低电压的电池簇的压差大于预设的第一阈值，则对所述压差进行控制，以实现各个所述电池簇的并联运行。
本发明提供的储能系统及电池簇间电压差的控制方法，应用于储能系统，包括：至少一个电池簇、直流母线、控制单元；每个所述电池簇包括：储能电池和高压箱；所述高压箱包括：电池管理系统bms、主正接触器、主负接触器、预充接触器和预充电阻；所述预充接触器和所述预充电阻串联形成第一支路，所述第一支路与所述主正接触器并联形成第二支路，所述第二支路的一端与所述储能电池的正极连接，所述第二支路的另一端与所述直流母线的正极连接；所述主负接触器的一端与所述储能电池的负极连接，所述主负接触器的另一端与所述直流母线的负极连接；所述控制单元与所述bms连接；所述控制单元具体用于：若所述电池簇中使能的电池簇组中最高电压的电池簇与最低电压的电池簇的压差大于预设的第一阈值，则对所述压差进行控制，以实现各个所述电池簇的并联运行，上述过程中在电池簇间的压差较大时，对压差进行控制来主动均衡电池簇间的电压差，使储能系统各电池簇尽快实现并联运行，可有效的降低电压差引起的环流造成的影响。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1为本发明实施例提供的储能系统的总体结构图；
图2为本发明实施例中储能系统一实施例的控制策略主流程示意图；
图3为本发明实施例中储能系统一实施例的免预充控制子流程示意图；
图4为本发明实施例中储能系统一实施例的预充控制子流程示意图；
图5为本发明实施例中储能系统又一实施例的维护控制子流程示意图；
图6本发明实施例提供的电池簇间电压差的控制方法一实施例的流程示意图。
通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本发明的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1本发明实施例提供的储能系统的总体结构示意图。如图1所示，本实施例的储能系统包括：
至少一个电池簇、直流母线、控制单元；
每个所述电池簇包括：储能电池和高压箱；所述高压箱包括：电池管理系统bms、主正接触器、主负接触器、预充接触器和预充电阻；所述预充接触器和所述预充电阻串联形成第一支路，所述第一支路与所述主正接触器并联形成第二支路，所述第二支路的一端与所述储能电池的正极连接，所述第二支路的另一端与所述直流母线的正极连接；所述主负接触器的一端与所述储能电池的负极连接，所述主负接触器的另一端与所述直流母线的负极连接；
所述控制单元与所述bms连接，所述控制单元用于：若所述电池簇中使能的电池簇组中最高电压的电池簇与最低电压的电池簇的压差大于预设的第一阈值，则对所述压差进行控制，以实现各个所述电池簇的并联运行。
具体的，储能电池用于储存或释放电能，提供正极、负极电气接口；高压箱提供正极、负极电气接口；直流母线用于汇集各电池簇的电能，直流母线分为正极直流母线与负极直流母线；各电池簇的高压箱正极与正极直流母线间用电力电缆连接，各电池簇高压箱负极与负极直流母线间用电力电缆连接。
其中，预充接触器km3与预充电阻串联形成第一支路a，第一支路a再与主正接触器km1并联形成第二支路b，第二支路b通过铜排连接在储能电池正极与高压箱正极之间；主负接触器km2通过铜排连接在储能电池负极与高压箱负极之间。
控制单元用于：若所述电池簇中使能的电池簇组中最高电压的电池簇与最低电压的电池簇的压差大于预设的第一阈值，则对所述压差进行控制，以实现各个所述电池簇的并联运行。
bms可以用于采集储能电池中的每个电池单体电压、电池簇使能状态、电流测量值、电压测量值、预充电阻的温度、各个接触器位置状态等信息，实现与控制单元的信息交互，可以控制主正接触器、主负接触器、预充接触器的吸合与断开等。
本发明实施例中控制单元控制各电池簇并入直流母线的时间与方式，避免电池簇间压差产生的回路电流损坏设备。
具体的，将至少一个电池簇中使能的电池簇组成电池簇组，确定该使能的电池簇组中最高电压的电池簇，以及最低电压的电池簇，若最高电压与最低电压的压差大于第一阈值，则对该压差进行控制，以使压差减小，从而实现至少两个电池簇中各个电池簇的并联运行，即将各个电池簇与直流母线连通。
在一些实施方式中，如图2所示，控制单元具体可以进行如下操作：
步骤z01、定义一个bmsarray数组bmsarray，并清空；
步骤z02、遍历各个bms中电池簇的使能状态，将各个bms中电池簇的使能状态为真的电池簇作为一个元素加入所述bmsarray数组(图中bmsarray.add(bmsn)表示将使能状态为真的电池簇作为一个元素加入所述bmsarray数组)；
步骤z03、判断bmsarray数组的元素个数bmsn，有下述两种情况：
1)若bmsn值等于1，执行步骤z04；
2)若bmsn值大于1，执行步骤z05；
步骤z04、闭合主正接触器km1、闭合主负接触器km2，执行步骤z08(此时仅有一个电池簇使能，不用考虑压差，直接并入直流母线)；
步骤z05、确定bmsarray中的电池簇的储能电池的电压，并对电压按照从大到小的顺序进行排序；
步骤z06、计算bmsarray中各个电池簇中的最高电压、最低电压，以及最高电压与最低电压之间的压差δv；
步骤z07、预先设定两个阈值参数，第一阈值para1、第二阈值para2，假定para1小于para2；判断所述压差δv与para1、para2的关系，有下述三种情况：
1)若δv小于等于para1，执行免预充控制子流程；
2)若δv大于para1并且δv小于等于para2，执行预充控制子流程；
3)若δv大于para2，执行维护控制子流程；
步骤z08，控制策略主流程结束。
可选的，所述控制单元，具体用于：
a：若所述压差大于所述第一阈值，且，小于或等于预设的第二阈值，则闭合最高电压的电池簇中的主负接触器；
b：若经过预设的第一时长后，所述电池簇的电池测量电压与母线测量电压的压差小于或等于所述第二阈值且大于所述第一阈值，或所述压差小于或等于所述第二阈值且所述直流母线的负极与所述电池簇的负极之间的电流大于电流阈值，则闭合所述电池簇中的预充接触器；所述电池测量电压为所述电池簇中储能电池的正极与负极之间的电压；所述母线测量电压为所述储能电池的负极与所述电池簇中高压箱的正极之间的电压；
c：若经过预设的第一时长后，所述电池簇的电池测量电压与母线测量电压的压差小于或等于所述第一阈值，且所述直流母线的负极与所述电池簇的负极之间的电流小于或等于所述电流阈值，则闭合所述电池簇中的主正接触器，并断开预充接触器；
更新所述电池簇组，重复执行所述a-c，直至所述电池簇组为空。
可选的，所述控制单元，还具体用于：
闭合所述电池簇中的预充接触器后，且经过预设的第二时长后，若所述预充接触器的闭合时长小于或等于预设的时间阈值，且所述电池簇中的预充电阻的温度小于或等于预设的温度阈值，则重复执行b或c。
上述过程为预充控制子流程的操作过程。如图4所示：
步骤y01、查找bmsarray数组中储能电池的电压v1最大的电池簇；
步骤y02、闭合步骤y01中所述电池簇的主负接触器km2；
步骤y03、延时t3(第一时长)；
步骤y04、计算步骤y01中所述电池簇的电池测量电压v2与母线测量电压v3之差的绝对值abs(v2-v3)；判断abs(v2-v3)与步骤z07中所述第二阈值para2的关系，分下述两种情况：
若abs(v2-v3)大于para2，执行步骤y11；
若abs(v2-v3)小于等于para2，执行步骤y05；
步骤y05、判断abs(v2-v3)与步骤z07中所述第一阈值para1的关系，同时判断直流母线的负极与所述电池簇的负极之间的电流i的值，分下述两种情况：
若abs(v2-v3)大于para1，或者电流i大于电流阈值para3，执行步骤y06；
若abs(v2-v3)小于等于para1，并且电流i小于等于所述电流阈值para3，执行步骤y08；
步骤y06、闭合步骤y01中所述电池簇的预充接触器km3；
步骤y07、延时t4(第二时长)，判断预充接触器km3闭合时长t与预充电阻的温度temp，分下述两种情况：
若闭合时长t大于预设的时间阈值para4，或者预充电阻的温度temp大于预设的温度阈值para5，执行步骤y11；
若闭合耗时t小于等于时间阈值para4，并且预充电阻的温度小于等于所述温度阈值para5，执行步骤y05；
步骤y08、闭合步骤y01中所述电池簇的主正接触器km1，断开预充接触器km3；
步骤y09、延时t5；
步骤y10、bmsarray数组中消去步骤y01中所述电池簇元素；判断bmsarray数组是否为空，若为空执行步骤y11，若非空执行步骤y01；
步骤y11、预充控制子流程结束。
其中，电池测量电压v2为电池簇中储能电池的正极与负极之间的电压；母线测量电压v3为所述储能电池的负极与所述电池簇中高压箱的正极之间的电压，分别可通过两个电压测量设备测量。
直流母线的负极与所述电池簇的负极之间的电流i可以用电流测量设备测量。
可选的，所述控制单元，具体用于：
d：若所述压差小于或等于所述第一阈值，则闭合最高电压的电池簇中的主负接触器；
e：若经过预设的第三时长后，所述电池簇的电池测量电压与母线测量电压的差值，大于所述第一阈值，则执行所述a-c；
f：若经过预设的第三时长后，所述电池簇的电池测量电压与母线测量电压的差值，小于或等于所述第一阈值，则闭合所述电池簇中的主正接触器；更新所述电池簇组，重复执行所述d-f，直至所述电池簇组为空。
具体的，上述过程为免预充控制子流程的操作过程。如图3所示：
步骤m01、查找bmsarray数组中储能电池的电压v1最大的电池簇；
步骤m02、闭合步骤m01中所述电池簇的主负接触器km2；
步骤m03、延时t1(第三时长)；
步骤m04、计算步骤m01中所述电池簇的电池测量电压v2与母线测量电压v3之差的绝对值abs(v2-v3)；判断abs(v2-v3)与步骤z07中所述第一阈值para1的关系，分下述两种情况：
1)若abs(v2-v3)大于para1，执行预充控制子流程(执行所述a-c)；
2)若abs(v2-v3)小于等于para1，执行步骤m05；
步骤m05、闭合步骤m01中所述电池簇的主正接触器km1；
步骤m06、延时t2；
步骤m07、bmsarray数组中消去步骤m01中所述电池簇元素；判断bmsarray是否为空，若为空执行步骤m08，若非空执行步骤m01；
步骤m08，免预充控制子流程结束。
本实施例的储能系统，包括：至少一个电池簇、直流母线、控制单元；每个所述电池簇包括：储能电池和高压箱；所述高压箱包括：电池管理系统bms、主正接触器、主负接触器、预充接触器和预充电阻；所述预充接触器和所述预充电阻串联形成第一支路，所述第一支路与所述主正接触器并联形成第二支路，所述第二支路的一端与所述储能电池的正极连接，所述第二支路的另一端与所述直流母线的正极连接；所述主负接触器的一端与所述储能电池的负极连接，所述主负接触器的另一端与所述直流母线的负极连接；所述控制单元与所述bms连接；所述控制单元具体用于：若所述电池簇中使能的电池簇组中最高电压的电池簇与最低电压的电池簇的压差大于预设的第一阈值，则对所述压差进行控制，以实现各个所述电池簇的并联运行，上述过程中在电池簇间的压差较大时，对压差进行控制来主动均衡电池簇间的电压差，使储能系统各电池簇尽快实现并联运行，可有效的降低电压差引起的环流造成的影响。
在上述实施例的基础上，可选的，所述控制单元，具体用于：
若所述压差大于预设的第二阈值，则将与所述最高电压的压差小于所述第一阈值的电压对应的电池簇，作为放电组的电池簇；
将与所述最低电压的压差小于所述第一阈值的电压对应的电池簇，作为充电组的电池簇；
根据所述储能系统的运行状态，将所述充电组和所述放电组中的其中一组作为维护组，对所述维护组进行充电或放电维护，直至所述最高电压的电池簇的电压值，以及所述最低电压的电池簇的电压值的压差小于预设的第三阈值，停止对所述维护组进行充电或放电维护。
可选的，所述控制单元，具体用于：
当所述运行状态为放电状态，则将所述放电组作为维护组，对所述维护组进行放电维护；
当所述运行状态为充电状态，则将所述充电组作为维护组，对所述维护组进行充电维护；
当所述运行状态为空载状态，则将所述充电组和所述放电组中电池簇数量最多的其中一组作为维护组，对所述维护组进行充电或放电维护。
具体的，上述过程为维护控制子流程的操作过程，如图5所示：
步骤w01、定义放电组needdischargearray，将bmsarray数组中的储能电池的电压最大的v1值作为参考电压vmax，且将最大的v1值对应的电池簇加入放电组，将bmsarray数组中储能电池的电压值与所述vmax值相差小于所述第一阈值para1对应的电池簇加入放电组；
步骤w02、定义充电组needchargearray，将bmsarray数组中的储能电池的电压最小的v1值作为参考电压vmin，且将最小的v1值对应的电池簇加入充电组，将bmsarray数组中储能电池的电压值与所述vmin值相差小于所述第一阈值para1的电池簇加入充电组；
步骤w03、定义维护组maintainarray，判断储能系统运行状态，分下述三种情况：
1)储能系统处于放电状态，将步骤w01中所述放电组作为维护组；
2)储能系统处于充电状态，将步骤w02中所述充电组作为维护组；
3)储能系统处于空载状态，将步骤w01中所述放电组与步骤w02中所述充电组两者中电池簇数量多者作为维护组；
步骤w04、根据储能系统运行状态，对所述维护组进行充电或放电维护；具体为按照闭合主负接触器km2、延时t6，闭合主正接触器km1，延时t7的步骤依次操作步骤w03中所述维护组中的电池簇；
步骤w05、将vmax对应电池簇的当前v1值定义为vh，将vmin对应电池簇的当前v1值定义为vs；对充电或放电维护，判断vh与vs的大小，若两者的差值的绝对值小于预设的第三阈值，执行步骤w06，若两者的差值的绝对值大于或等于第三阈值，执行步骤w04；
步骤w06、按照断开主正接触器km1、延时t8，断开主负接触器km2，延时t9的步骤依次操作步骤w03中所述维护组中的电池簇；
步骤w07、维护控制子流程结束，继续执行控制策略主流程步骤z05。
本发明实施例中，对电池簇间的不同的电压差大小进行等级划分(划分为不同的阶段)，对电压差较小的电池簇，通过免预充控制直接实现各电池簇并联运行，对电压差较大的电池簇，通过预充控制、维护控制等方法来主动均衡电池簇间的电压差，使储能系统各电池簇尽快实现并联运行。本发明实施例的控制策略对储能系统的充电、放电、空载等不同运行模式均适用。
图6本发明实施例提供的电池簇间电压差的控制方法一实施例的流程示意图。如图6所示，本实施例的电池簇间电压差的控制方法，应用于储能系统，包括：至少一个电池簇、直流母线、控制单元；每个所述电池簇包括：储能电池和高压箱；所述高压箱包括：电池管理系统bms、主正接触器、主负接触器、预充接触器和预充电阻；所述预充接触器和所述预充电阻串联形成第一支路，所述第一支路与所述主正接触器并联形成第二支路，所述第二支路的一端与所述储能电池的正极连接，所述第二支路的另一端与所述直流母线的正极连接；所述主负接触器的一端与所述储能电池的负极连接，所述主负接触器的另一端与所述直流母线的负极连接；所述控制单元与所述bms连接；所述方法，包括：
步骤601、确定所述电池簇中使能的电池簇组；所述电池簇组包括至少一个使能的电池簇；
步骤602、若所述电池簇中使能的电池簇组中最高电压的电池簇与最低电压的电池簇的压差大于预设的第一阈值，则对所述压差进行控制，以实现各个所述电池簇的并联运行。
可选的，所述对所述压差进行控制，具体包括：
a：若所述压差大于所述第一阈值，且，小于或等于预设的第二阈值，则闭合最高电压的电池簇中的主负接触器；
b：若经过预设的第一时长后，所述电池簇的电池测量电压与母线测量电压的压差小于或等于所述第二阈值且大于所述第一阈值，或所述压差小于或等于所述第二阈值且所述直流母线的负极与所述电池簇的负极之间的电流大于电流阈值，则闭合所述电池簇中的预充接触器；所述电池测量电压为所述电池簇中储能电池的正极与负极之间的电压；所述母线测量电压为所述储能电池的负极与所述电池簇中高压箱的正极之间的电压；
c：若经过预设的第一时长后，所述电池簇的电池测量电压与母线测量电压的压差小于或等于所述第一阈值，且所述直流母线的负极与所述电池簇的负极之间的电流小于或等于所述电流阈值，则闭合所述电池簇中的主正接触器，并断开预充接触器；
更新所述电池簇组，重复执行所述a-c，直至所述电池簇组为空。
可选的，闭合所述电池簇中的预充接触器后，还包括：
经过预设的第二时长后，若所述预充接触器的闭合时长小于或等于预设的时间阈值，且所述电池簇中的预充电阻的温度小于或等于预设的温度阈值，则重复执行b或c。
可选的，所述对所述压差进行控制，还具体包括：
若所述压差大于预设的第二阈值，则将与所述最高电压的压差小于所述第一阈值的电压对应的电池簇，作为放电组的电池簇；
将与所述最低电压的压差小于所述第一阈值的电压对应的电池簇，作为充电组的电池簇；
根据所述储能系统的运行状态，将所述充电组和所述放电组中的其中一组作为维护组，对所述维护组进行充电或放电维护，直至所述最高电压的电池簇的电压值，以及所述最低电压的电池簇的电压值的压差小于预设的第三阈值，停止对所述维护组进行充电或放电维护。
可选的，根据所述储能系统的运行状态，将所述充电组和所述放电组中的其中一组作为维护组，包括：
当所述运行状态为放电状态，则将所述放电组作为维护组，对所述维护组进行放电维护；
当所述运行状态为充电状态，则将所述充电组作为维护组，对所述维护组进行充电维护；
当所述运行状态为空载状态，则将所述充电组和所述放电组中电池簇数量最多的其中一组作为维护组，对所述维护组进行充电或放电维护。
可选的，本实施例的方法，还包括：
d：若所述压差小于或等于所述第一阈值，则闭合最高电压的电池簇中的主负接触器；
e：若经过预设的第三时长后，所述电池簇的电池测量电压与母线测量电压的差值，大于所述第一阈值，则执行所述a-c；
f：若经过预设的第三时长后，所述电池簇的电池测量电压与母线测量电压的差值，小于或等于所述第一阈值，则闭合所述电池簇中的主正接触器；更新所述电池簇组，重复执行所述d-f，直至所述电池簇组为空。
本实施例的方法，其实现原理和技术效果与前述的系统实施例类似，此处不再赘述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。