一种储能电源系统及其充放电控制方法与流程

本发明属于充放电技术领域，更具体的说，尤其涉及一种储能电源系统及其充放电控制方法。

背景技术：

随着储能技术的发展，储能电源系统有着广泛的应用前景，如户外应急电源、移动补电车以及通信基站备用电源等。

目前，锂电池的成本居高不下，可以通过延长电池的循环寿命从而降低其度电成本。锂电池的充放电策略对其循环寿命甚至安全可靠性影响重大，所以，锂电池在合适的充放电电流范围内进行充放电，可以延长其循环寿命，并保障其充放电的安全性。

现有技术一般是在储能电源系统的充电过程中，依据电池管理系统发出的电流需求，由充电器向电池输出相应的充电电流，但是，电池管理系统发出的电流需求值通常是电池出厂时就已经确定；然而，在后续使用过程中，随着电池的衰老，电池的可接收充电电流也会发生变化，导致电池老化之后，电池接收的充放电电流与电池的可接收充放电电流不匹配，加速电池损耗，度电成本较高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种储能电源系统及其充放电控制方法，用于对储能电源系统的充放电优化参数进行实时控制，以使充放电优化参数与电池的可接收充放电参数相匹配。

本发明第一方面公开了一种储能电源系统的充放电控制方法，应用于所述储能电源系统的电池管理系统；所述储能电源系统的充放电控制方法包括：

确定所述储能电源系统中储能电池的降额系数；

确定所述储能电池的充放电目标参数；

依据所述充放电目标参数和所述降额系数，计算得到所述储能电池的充放电优化参数；

将所述充放电优化参数发送至所述储能电源系统中的控制器，以使所述储能电池按照所述充放电优化参数进行充放电。

可选的，所述确定所述储能电源系统中储能电池的降额系数，包括：

根据所述储能电池的总吞吐容量和所述储能电池目前积累的吞吐容量，采用公式η＝1-cn/(k×c0)，或者，η＝1-b*exp(-ea/rt)cn^k1，计算得到所述储能电池的降额系数；

其中，η为所述储能电池的降额系数，c0为所述储能电池的总吞吐容量，cn为所述储能电池目前积累的吞吐容量，k和k1为衰减因子，b为指前因子，ea为活化能，r是理想气体常数，t是环境温度。

可选的，k＝5，k1＝0.5。

可选的，所述确定所述储能电池的充放电目标参数，包括：

获取所述储能电池的剩余电量soc和温度；

依据所述soc和温度以及预设的充放电限值矩阵表，确定所述储能电池的充放电目标参数。

可选的，所述获得储能电池的剩余电量soc，包括：

依据按时积分法，计算得到所说储能电池的soc。

可选的，所述依据所述充放电目标参数和所述降额系数，计算得到所述储能电池的充放电优化参数，所采用的公式为：

q＝q0*η；

其中，q为所述充放电优化参数，q0为所述充放电目标参数，η为所述降额系数。

可选的，所述充放电目标参数和所述放电优化参数均为：电流参数，或者，功率参数。

可选的，若所述储能电池即将进入放电状态，则在将所述充放电优化参数发送至所述储能电源系统中的控制器之前，还包括：

通过所述控制器接收负载发送的充电需求参数；

判断所述充电需求参数是否小于所述充放电优化参数；

若所述充电需求参数小于所述充放电优化参数，则以所述充电需求参数更新所述充放电优化参数。

本发明第二方面公开了一种储能电源系统，包括：储能电池、电池管理系统、控制器、变流器系统、充电接口和充电枪；其中：

所述变流器系统的第一端与所述充电接口相连；

所述变流器系统的第二端与所述储能电池相连；

所述变流器系统的第三端通过所述充电枪连接负载的电池；

所述电池管理系统用于检测和记录所述储能电池的运行参数，并执行本发明第一方面公开的任一项所述的储能电源系统的充放电控制方法；

所述控制器分别与所述变流器系统的控制端、所述电池管理系统以及负载的电池管理系统相连。

可选的，所述变流器系统包括：dc/dc变换器和dc/ac变换器；

所述dc/dc变换器连接于所述储能电池和所述充电枪之间；

所述dc/ac变换器的交流侧与所述充电接口相连，所述dc/ac变换器的直流侧与所述充电枪相连。

可选的，所述储能电池包括：磷酸铁锂电池，三元电池和锰酸锂电池中的任意一种。

可选的，所述储能电源系统为移动式储能电源系统或者固定式储能电源系统。

从上述技术方案可知，在本发明提供的一种储能电源系统的充放电控制方法中，先确定储能电源系统中储能电池的降额系数和确定储能电池的充放电目标参数，再依据充放电目标参数和降额系数，计算得到储能电池的充放电优化参数，接着将充放电优化参数发送至储能电源系统中的控制器，以使储能电池按照充放电优化参数进行充放电，因此，无论储能电池的状态如何，均对储能电池按照与可接收充放电参数匹配的充放电优化参数进行充放电，从而降低储能电池损耗，度电成本较低。

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是本发明实施例提供的一种储能电源系统的充放电控制方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种储能电源系统的充放电控制方法中确定储能电源系统的充放电目标参数的流程图；

图3是本发明实施例提供的另一种储能电源系统的充放电控制方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的一种储能电源系统的示意图；

图5是本发明实施例提供的一种储能电源系统中变流器系统的示意图。

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做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。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明实施例公开了一种储能电源系统的充放电控制方法，以解决随着电池的衰老，电池的可接收充放电电流也会发生变化，导致电池老化之后，电池接收充放电电流与电池的可接收充放电电流不匹配，加速电池损耗，度电成本较高的问题。

该充放电控制方法应用于储能电源系统的电池管理系统，参见图1，其示出了一种储能电源系统的充放电控制方法的流程图，具体包括以下步骤：

s101、确定储能电源系统中储能电池的降额系数。

储能电池的降额系数与储能电池的老化程度有关，其中，储能电池的老化程度越大，对应的降额系数越小。

实际应用中，可以用储能电池目前积累的吞吐容量或者储能电池目前积累的充放次数这两种参数来表征储能电池的老化程度，具体可以用这两种参数占各自预设总量的百分比来表征储能电池的老化程度，这两种参数的占各自预设总量的百分比越大，则储能电池的老化程度越大，当然，其他可以表示储能电池的寿命的值也可以用来表征储能电池的老化程度，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

在本实施中，通过引入降额系数，以解决电池在充放电过程中，因储能电池老化引起的储能电池可接收充放电参数下降，而导致储能电池损坏的问题，进一步延长储能电池的使用寿命。

假设可接受充放电电流是随着容量衰减而线性降低的，那么在实际应用中，可以根据储能电池的总吞吐容量和储能电池目前积累的吞吐容量，采用公式η＝1-cn/(k×c0)，计算得到储能电池的降额系数。其中，η为储能电池的降额系数，c0为储能电池的总吞吐容量，cn为储能电池目前积累的吞吐容量；k为衰减因子，由于储能电池寿命截止时的容量是初始值的80％，所以k值优选取5，这样最后的充放电电流也刚好是初始值的80％；当然，实际应用中k也可以取其他数值，比如4.9或者5.1等，此处不做具体限定，视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

或者，也可以采用公式η＝1-b*exp(-ea/rt)cn^k1，计算得到储能电池的降额系数；其中，b为指前因子，ea为活化能，均为根据实验而获得的数据；r是理想气体常数，r＝8.314j·mol^-1·k^-1；t是环境温度，单位k；k1为另一衰减因子，根据经验值，优选0.5，其具体取值视其应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

当然，还可以根据其他公式进行降额系数的计算，此处仅为一种示例，并不仅限于此，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

s102、确定储能电池的充放电目标参数。

上述充放电目标参数为，理想条件下对储能电池进行充放电时的参数。其中，该充放电目标参数与储能电池的状态参数有关，如储能电池的soc(stateofcharge，剩余电量)和温度等。

在实际应用中，充放电目标参数可以是电流参数，也可以是功率参数。在充放电目标参数是电流参数时，确定储能电池的充放电目标电流参数，在充放电目标参数是功率参数时，确定储能电池的充放电目标功率参数。

需要说明的是，在本实施例中，可以先执行步骤s101，再执行步骤s102的执行，也可以先执行步骤s102，再执行步骤s101，或者，两者也可以同时进行；在此，不对步骤s101和步骤s102执行的先后顺序作具体限定，均在本申请的保护范围内。

s103、依据充放电目标参数和降额系数，计算得到储能电池的充放电优化参数。

在实际应用中，充放电目标参数和充放电优化参数可以均是电流参数，或者，充放电目标参数和充放电优化参数也可以均是功率参数。充放电优化参数的类别和充放电目标参数的类别应当一致，也就是说，若充放电目标参数为电流参数，则充放电优化参数为电流参数，若充放电目标参数为功率参数，则充放电优化参数为功率参数。

具体的，在充放电目标参数和充放电优化参数均是电流参数时，依据充放电目标电流参数和降额系数，计算得到储能电池的充放电优化电流参数；在充放电目标参数和充放电优化参数均是功率参数时，依据充放电目标功率参数和降额系数，计算得到储能电池的充放电优化功率参数。

在实际应用中，依据公式q＝q0*η，计算得到储能电池的充放电优化参数，其中，q为充放电优化参数，q0为充放电目标参数，η为降额系数。q可以代表电流也可以代表功率，此处不再赘述。

s104、将充放电优化参数发送至储能电源系统中的控制器，以使储能电池按照充放电优化参数进行充放电。

在充放电优化参数为充放电优化电流参数时，将充放电优化电流参数发送至储能电源系统中的控制器，以使储能电池按照充放电优化电流参数的大小进行充放电。

在充放电优化参数为充放电优化功率参数时，将充放电优化功率参数发送至储能电源系统中的控制器，以使储能电池按照充放电优化功率参数的大小进行充放电。

在本实施例中，通过依据充放电目标参数和降额系数，计算得到储能电池的充放电优化参数，因此无论储能电池的状态如何，均对储能电池按照与可接收充放电参数匹配的充放电优化参数进行充放电，从而降低储能电池损耗，度电成本较低。

可选的，在本发明实施例图1步骤s102中涉及的确定储能电池的充放电目标参数，参见图2，具体包括以下步骤：

s201、获取储能电池的soc和温度。

在本实施例中，可以是通过储能电池的电池管理系统获得soc和温度。

在实际应用中，可以依据安时积分法，计算得到储能电池的soc；当然，也可以是根据积分法计算得到本次充放电过程导致的电量变化，再以该电量变化对本次充放电之前的总电量进行更新，然后除以储能电池的额定容量，得到储能电池的soc。

s202、依据soc和温度以及预设的充放电限值矩阵表，确定储能电池的充放电目标参数。

预设的充放电限值矩阵表为控制器中预先设置的，预设的充放电限值矩阵表包括soc、温度和充放电目标参数的对应关系，预设的充放电限值矩阵表可以是充放电限流矩阵表，也可以是充放电功率限值矩阵表。

若充放电目标参数为电流参数，则依据soc和温度以及预设的充放电限流矩阵表，确定储能电池的充放电目标电流参数。若充放电目标参数为功率参数，则依据soc和温度以及预设的充放电功率限值矩阵表，确定储能电池的充放电目标功率参数。充放电限流矩阵表包括：soc、温度和充放电目标电流参数的对应关系；充放电功率限值矩阵表包括：soc、温度和充放电目标功率参数的对应关系。

需要说明的是，只要储能电池的soc和温度相同，则从该预设的充放电限值矩阵表中得到该soc和温度对应的充放电目标参数相同，即从该预设的充放电限值矩阵表得到的充放电目标参数与储能电池的老化程度无关，也就是说，无论是刚出厂的储能电池，还是即将报废的储能电池，在储能电池的soc和温度一致时，从预设的充放电限值矩阵表得到的充放电目标参数是相同的。

因此，若以充放电目标参数对储能电池进行充放电，可能会导致储能电池以大于自身可接收充放电参数的参数进行充放电，导致储能电池的损坏，缩短储能电池的使用寿命。

而本实施例通过后续对充放电目标参数进行优化，得到充放电优化参数，并以该充放电优化参数对储能电池进行充放电，解决了上述可能会导致储能电池以大于自身可接收充放电参数的参数进行充放电，导致储能电池的损坏，缩短储能电池的使用寿命的问题。

并且，实际应用中，s102的实现方式并不限于通过步骤s201和步骤s202实现，也可以通过其他方式实现，具体实现方式可以参见现有技术，在此不一一赘述，均在本申请的保护范围内。

可选的，在本发明实施例图1和2基础之上，若储能电池即将进入放电状态，则在步骤s104之前，参见图3(以在图1的基础上为例进行展示)，还可以包括：

s301、通过控制器接收负载发送的充电需求参数。

需要说明的是，储能电池执行放电动作之前需要先接收负载发送的充电请求，其中充电请求包括充电需求参数，充电请求触发储能电池放电，其中储能电池的放电参数的大小与负载发送的充电需求参数相关。

s302、判断充电需求参数是否小于充放电优化参数。

在实际应用中，由于负载的规格不同，其充电需求参数不同，为了满足负载的充电请求及其安全性，在储能电池为负载充电时，储能电池的放电参数应当不大于负载发送的充电需求参数，从而避免负载过流损坏，保证负载的安全使用，因此，若充电需求参数大于等于充放电优化参数，则无需更新充放电优化参数，直接执行步骤s104即可；储能电池以充放电优化参数进行放电，使负载以充放电优化参数进行充电，保证了储能电池的安全性，延长储能电池的使用寿命。而若充电需求参数小于充放电优化参数，则执行步骤s303。

s303、以充电需求参数更新充放电优化参数。

更新后的充放电优化参数为充电需求参数，也就是说，在充电需求参数小于充放电优化参数时，储能电池以充电需求参数进行放电，使负载以充电需求参数进行充电。

在本实施例中，在充电需求参数小于充放电优化参数时，以充电需求参数更新充放电优化参数，使得在放电过程中，储能电池以负载发送的充电需求参数为负载充电，即负载以本身能够承受的充电参数进行充电，进而避免负载过流损坏，保证负载的安全性，进一步的延长负载的使用寿命。

本发明实施例公开了一种储能电源系统，参见图4，包括：储能电池410、电池管理系统420、控制器430、变流器系统440、充电接口450和充电枪460。

变流器系统440的第一端与充电接口450相连。

变流器系统440的第二端与储能电池410相连。

变流器系统440的第三端通过充电枪460连接负载的电池。

电池管理系统420用于检测和记录储能电池410的运行参数。

控制器430分别与变流器系统440的控制端、电池管理系统420以及负载的电池管理系统相连。

电池管理系统420执行该充放电控制方法的过程及原理参见上述实施例，在此不再一一赘述。

在此，将充电过程的充放电优化参数称为充电优化参数，将放电过程的充放电优化参数称为放电优化参数，并分别对充电过程和放电过程中，储能电源系统中的各个部件及进行说明，如下：

充电过程：电池管理系统420执行上述任一实施所述的储能电源系统的充放电控制方法得到充电优化参数之后，向控制器430发送充电请求，充电请求中包括充电优化参数；控制器430将充电请求发送至供电设备，供电设备接收到储能电源系统的控制器430发送的充电请求之后，通过充电接口450向变流器系统440输出电能，变流器系统440接收到供电设备输出的电能之后，对该电能进行变换处理，并将处理后的电能输出至储能电池410，以使储能电池410进行充电。

在此，以充电优化参数为电流参数为例进行说明：电池管理系统420向控制器430发送充电请求，其中，充电请求中包括：充电优化电流参数。控制器430将充电请求发送至供电设备，供电设备接收到储能电源系统的控制器430发送的充电请求，通过充电接口450向变流器系统440输出供电电流参数，变流器系统440对供电设备输出的供电电流参数进行变换处理，并将处理后的供电电流参数输出至储能电池410，以使储能电池410以供电设备输出的供电电流参数进行充电，其中，供电设备输出的供电电流参数与储能电源系统的控制器430发送的充电请求中的充电优化电流参数可以相同，也可以不同，供电设备输出的供电电流参数的大小与供电设备的规格相关，在此不作阐述。以充电优化参数为功率参数和以充电优化参数为电流参数的执行过程和原理相同，在此不再赘述。

放电过程：负载的电池管理系统向储能电源系统的控制器430发送充电请求，充电请求中包括充电需求参数，控制器430向电池管理系统420发送充电请求，电池管理系统420接收到控制器430发送的充电请求之后，执行上述任一实施例所述的储能电源系统的充放电控制方法得到放电优化参数，并将放电请求发送至控制器430，其中，放电请求包括放电优化参数，控制器430控制储能电池410经变流器系统440和充电枪460放电至负载。

在此，以充电优化参数为功率参数为例进行说明：负载的电池管理系统向储能电源系统的控制器430发送充电请求，充电请求中包括充电需求功率参数，控制器430接收到负载发送的充电请求之后，向电池管理系统420发送负载发送的充电需求参数，电池管理系统420接收到控制器430发送的充电需求参数之后，执行上述任一实施例所述的储能电源系统的充放电控制方法得到放电优化功率参数，并将放电请求发送至控制器430，其中，放电请求包括放电优化功率参数，控制器430控制储能电池410执行放电动作，储能电池410向变流器系统440输出功率，变流器系统440对储能电池410输出的放电优化功率参数进行处理，并将处理后的功率经充电枪460放电至负载，以使负载以储能电池410输出的放电优化功率参数进行充电。其中，储能电池410输出的放电优化功率参数与负载的充电请求中的需求功率可以相同，也可以不相同，储能电池410输出的放电优化功率参数的大小，请参见上述实施例，在此不再赘述。

可选的，本发明实施例图4中变流器系统440，参见图5，包括：dc/dc变换器510和dc/ac变换器520；

dc/dc变换器510连接于储能电池410和充电枪460之间。

dc/ac变换器520的交流侧与充电接口450相连，dc/ac变换器520的直流侧与充电枪460相连。

在实际应用中，上述储能电池410包括磷酸铁锂电池，三元电池和锰酸锂电池中的任意一种。

在实际应用中，上述储能电源系统可以是移动式储能系统，比如储能充电车；或者，该储能电源系统也可以是固定储能系统，比如充电桩。当然，移动式储能系统以及固定储能系统也可以是其他实现电力转换的装置，此处仅为一种示例，并不仅限于此，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。