一种电池组的均衡控制方法与流程

本发明具体涉及一种电池组的均衡控制方法。

背景技术：

储能电站作为可循环存储、转换及释放电能的设备系统，在电网中能够起到削峰填谷、平抑可再生能源波动、提供紧急功率支持等积极作用。随着智能电网建设的深入，储能电站的容量和规模越来越大，由于电池制造工艺的限制和电池单体的本身物理、化学的差异，使得单体电池之间存在电压、电量的差异，在大量单体电池成组使用的情况下，就会出现电池组不均衡的问题，如果这种差异得不到及时平衡和抑制，不均衡性就会随着充放电循环次数的增加而不断加剧，致使单体容量快速衰减，最终个别单体的失效就会影响整个电池组乃至储能电站的工作的可靠性。

因此，对电池组运行的实时监测、电池组串各电池单体的电压和电量一致性均衡控制是储能电站安全、健康、高效运行的关键，这就对储能电站中的电池管理系统bms的均衡控制提出更高的要求。现有的bms主动均衡使用电源控制芯片，采样模拟电路控制方法，系统传递函数不能根据电池不均衡程度灵活调节，充电均衡电流和放电电流不能灵活设置，导致均衡控制策略灵活性、及时性较差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电池组的均衡控制方法，以解决目前均衡控制策略灵活性、及时性差的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种电池组的均衡控制方法，其特征在于，步骤为：

1)采集电池组中每个单体电池电压；

2)获取每个单体电池内置信息，所述内置信息包括单体电池电压与单体电池电量之间的对应关系；

3)根据所述内置信息计算电池组中单体电池的平均电量；

4)控制高于平均电量的单体电池向低于平均电量的单体电池放电。

本发明的有益效果是：本发明能够根据采集的单体电池电压实时获取每个电池的电量，通过对电池组中所有单体电池容量的计算，可以计算出每个单体电池的平均电量，根据计算出的平均电量，实时将电量高于平均电量一定量的蓄电池单体中的电量及时转移给电量低于平均电量一定量的蓄电池单体中完成主动均衡；这种均衡控制方法更加简单、灵活，实时性也更强；保障了电池储能系统的安全、高效运行。

进一步的，通过控制放电开关阵列实现放电。通过放电阵列能够方便的控制对不同单体电池进行放电。

进一步的，还采集每个单体电池的温度，步骤4)中，根据单体电池的温度，将低于平均电量的单体电池的充电电压设置为电池在该温度下的最高安全充电电压；所述最高安全充电电压与温度的关系存储于所述内置信息中。以当前允许的最高安全充电电压充电，能够提高充电速度。

进一步的，所述平均电量计算方式为：

式中，为电池组中每个单体电池的平均电量，ei为第i个单体电池的电量，n为电池组中单体电池的总个数。

附图说明

图1为本发明电池组均衡控制原理框图；

图2为本发明电池组均衡控制流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式并不局限于此。

储能电站中包括大量的电池组，电池组中包括若干串联的单体电池，每个单体电池均设置有芯片，芯片内存储的内置信息包括单体电池电压与电池电量之间的对应关系，对电池组中不同单体电池进行均衡控制的原理如图1所示，包括主控单元mcu、电池电压采样单元、放电模块和充电模块。电池电压采样单元采样连接电池组，用于采集电池组中每个单体电池电压。

放电模块包括放电电流采样单元、放电开关阵列单元和直流放电隔离单元，放电电流采集单元用于采集电池组中单体电池的放电电流；放电阵列单元用于选通单体电池的放电支路；直流放电隔离单元用于执行单体电池的放电控制；主控单元通过对放电开关阵列单元的控制，选通对应电池单体的放电支路，然后根据采集的放电电流，控制直流放电隔离单元具体执行放电策略。

充电模块包括充电电流采样单元、充电开关阵列单元和直流充电隔离单元，充电电流采集单元用于采集电池组中单体电池的充电电流；充电阵列单元用于选通单体电池的充电支路；直流充电隔离单元用于执行单体电池的充电控制；主控单元通过对充电开关阵列单元的控制，选通对应电池单体的充电支路，然后根据采集的充电电流，控制直流充电隔离单元具体执行充电策略。

基于上述的均衡控制原理，本发明具体的均衡控制方法如图2所示，具体为：

主控单元通过电压采集单元采集电池组中每个单体电池的电压，同时读取每个单体电池中的内置信息，根据单体电池电压与单体电池电量之间的对应关系，能够计算当前电池组中所有单体电池的总电量。根据电池组的总电量，再计算单体电池的平均电量。

其中，为电池组的总电量，ei为第i个单体电池的电压，1≤i≤n，n为电池组中的单体电池的总个数。

主控单元将计算得到的单体电池的平均电量作为均衡控制的目标，执行均衡控制：主要是将高于平均电量的单体电池向低于平均电量的单体电池放电。具体可以根据不同单体电池的实际情况进行控制。

在均衡控制过程中，主控单元实时读取放电单体电池的内置信息，得到当前温度及电池电压下允许的最大安全放电电流；同时还读取充电单体电池的内置信息，得到当前温度及电池电压下允许的最大安全充电电流、最高安全充电电压。

为了提高均衡速度，可以将直流充电隔离单元的输出电压设置为单体电池的允许的最高安全充电电压，但是如果将低于平均电量的单体电池的充电电流设置为最大安全放电电流，则高于平均电量的单体电池放电电流将超过该电池允许的最大安全放电电流，这样平均电量的单体电池的功率损耗过大，就会影响高于平均电量的单体电池的使用寿命；此时就需将高于平均电量的单体电池放电电流设置为其允许的最大安全放电电流，同时根据均衡效率设置低于平均电量的单体电池的充电电流。

在均衡控制过程中，实时监测不同单体电池的充电电压、充电电流和放电电流，并根据单体电池中存储的的内置信息实时对均衡控制进行调整。在执行均衡控制中，监测放电的单体电池的电量和充电的单体电池的电量，完成一对单体电池的充放均衡后，通过充电开关阵列切换至另一个需要充电的单体电池，同时通过放电开关阵列切换至另一个需要放电的单体电池；直至所有单体电池都达到平均容量，完成均衡控制。

本实施例以电池组中包括五个单体电池为例来简单介绍本发明均衡控制策略。

电池组中的五个单体电池分别为单体电池n1、单体电池n2、单体电池n3、单体电池n4、单体电池n5，电池电压采集单元实时监测五个单体电池的电压信息，同时获取五个单体电池的内置信息，根据内置信息中单体电池电压与单体电池电量之间的对应关系得到五个单体电池的电量：单体电池n1的电量为e1、单体电池n2的电量为e2、单体电池n3的电量为e3、单体电池n4的电量为e4、单体电池n5的电量为e5。

然后通过平均电量计算公式确定该电池组的平均电量：

根据计算的平均电量，若单体电池n1的电量为e1和单体电池n2的电量为e2高于平均电量、单体电池n4的电量为e4和单体电池n5的电量为e5低于平均电量，且单体电池n1的电量为e1高于平均电量的差额等于单体电池n5的电量为e5低于平均电量的差额、单体电池n2的电量为e2于平均电量的差额等于单体电池n4的电量为e4低于平均电量的差额。在执行高于平均电量的单体电池向低于平均电量的单体电池放电的控制策略时：

主控单元首先通过放电阵列开关选通单体电池n1的充放电支路和通过充电阵列开关选通单体电池n5的充放电支路，实现单体电池n1向单体电池n5放电控制，在放电过程中，实时监测单体电池n5的温度、电压和放电电流；同时监测单体电池n1的温度、充电电压和充电电流，并读取单体电池n1和单体电池n5的内置信息，主控单元制定相应的控制策略，通过直流放电隔离单元实现单体电池n1以设定放电电流i1进行放电，通过直流充电隔离单元实现单体电池n5以设定充电电流i2和设定充电电压v进行充电。当单体电池n1和单体电池n5的电量均达到平均电量时，主控单元通过放电阵列开关关断单体电池n1的充放电支路并选通单体电池n2的充放电支路，同时通过充电阵列开关关断单体电池n5的充放电支路并选通单体电池n4的充放电支路，进行单体电池n2向单体电池n4放电控制，具体控制与单体电池n1向单体电池n5放电控制相似，设定放电电流、设定充电电流和设定充电电压根据实际控制策略执行，最后五个单体电池的电量均为完成电池组的均衡控制策略。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在本发明的权利要求保护范围之内。