一种基于欧姆内阻的储能系统主动均衡方法与流程

本发明属于电池维护，具体涉及一种储能系统的主动均衡方法。

背景技术：

1、目前，储能系统、电动汽车等应用需要使用大量的单电池串联或并串联成组。由于单电池有差异性的存在，这种差异在长期使用过程中难免会扩大，因而增加过充或过放的风险，同时亦会减低利用率。从长远来看，这种恶性循环会加速电池的损坏。因此，为进一步改善电池组的一致性、提高电池组的利用率，以及延长使用寿命，有必要对电池组进行均衡维护。

2、由于电池存在一致性问题，导致在长期充放电环境下，其容量、内阻、荷电状态等方面的差距越来越大。电池一致性问题直接决定着整个电池的使用性能，给储能系统的安全和健康带来隐患。因此，电池平衡是电池管理系统的关键。

3、维护的最基本目的是平衡电池之间剩余容量的差异。大部分目前通过电压来判读的维护方法能够反映电池的容量特性，但不能准确描述电池的剩余容量状态，也可能导致电池组过度平衡，使电池组的一致性变差。这是由于即使是同一电压锂电池的剩余容量也可能不同。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种在电池开路状态下，分析电池soc(荷电状态)，并结合估算的欧姆内阻，实现电池组基于容量的主动均衡的方法。

2、为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种基于欧姆内阻的储能系统主动均衡方法，所述储能系统包括串联电池组，对电池组进行ocv测试获取电池组的ocv-soc(开路电压-荷电状态)曲线，所述主动均衡方法包括如下步骤：

3、在放电过程中计算串联电池组各节电池的欧姆内阻rn；

4、通过ocv-soc曲线查询各节电池的soc，并通过欧姆内阻估算各节电池的soh(健康状态)，然后计算各节电池可放容量cdis-n、可充容量cchg-n、可放容量平均值cdis-avg以及可充容量平均值cchg-avg；

5、判断cdis-avg是否小于cchg-avg，若满足则以放电容量一致为目标进行主动均衡，若不满足则以充电容量一致为目标进行主动均衡；

6、以充电容量或放电容量一致为目标进行主动均衡时，对各节电池依次进行均衡状态检测，对充电容量或放电容量在目标均衡区间外的电池均进行主动均衡：高于目标均衡区间的采用放电均衡，低于目标区间的采用充电均衡，直至所有电池均满足均衡结束条件。

7、对上述技术方案的进一步设计为：所述步骤s1中计算各节电池欧姆内阻rn时温度在[20℃，30℃]范围内，电流在[0.2c，0.3c]范围内。

8、步骤s1中欧姆内阻的计算为在开路稳定状态下，放电电流i加载瞬间在预设时间内，先后记录预设次数的采样电压，并根据记录的采样电压与放电电流i计算欧姆内阻。

9、所述欧姆内阻多次计算后取平均值。

10、所述开路稳定状态为电池开路状态下持续预设时间后的状态。

11、各节电池可放容量cdis-n、可充容量cchg-n、可放容量平均值cdis-avg以及可充容量平均值cchg-avg的计算公式分别如下：

12、cdis-n＝cn×socn×sohn

13、cchg-n＝cn×(1-socn)×sohn

14、

15、

16、其中，g是串联电池组中电池的节数，socn为第n节电池的荷电状态，sohn为第n节电池的将康状态。

17、以放电容量一致为目标进行主动均衡时，对各节电池依次进行均衡状态检测，对可放容量cdis-n低于均衡目标区间[cdis-avg-h×cn，cdis-avg+h×cn]的电池进行充电均衡，对可放容量cdis-n高于均衡目标区间的电池进行放电均衡；直至所有电池均满足均衡结束条件；

18、以充电容量一致为目标进行主动均衡时，对各节电池依次进行均衡状态检测，对可充容量cchg-n低于均衡目标区间[cchg-avg-h×cn，cchg-avg+h×cn]的电池进行充电均衡，对可充容量cchg-n高于均衡目标区间的电池进行放电均衡；直至所有电池均满足均衡结束条件，其中，cn是电池的额定容量，h为均衡系数。

19、所述均衡结束条件为：

20、

21、所述均衡系数h取值为3％-7％。

22、获取soh值时，先通过离线测试建立电池组的欧姆内阻-健康状态的数据对照表，并基于最小二乘法拟合欧姆内阻-健康状态曲线，通过计算获取的欧姆内阻进行估算对应的健康状态soh。

23、一种基于欧姆内阻的储能系统的主动均衡系统，采用上述基于欧姆内阻的储能系统主动均衡方法，包括：

24、信息采集单元，用于在放电过程中计算串联电池组各节电池的欧姆内阻rn；通过ocv-soc曲线查询各节电池的soc，并通过欧姆内阻估算各节电池的soh，然后计算各节电池可放容量cdis-n、可充容量cchg-n、可放容量平均值cdis-avg以及可充容量平均值cchg-avg；

25、分析单元，判断cdis-avg是否小于cchg-avg，若满足则以放电容量一致为目标进行主动均衡，若不满足则以充电容量一致为目标进行主动均衡；

26、控制单元，以充电容量或放电容量一致为目标进行主动均衡时，对各节电池依次进行均衡状态检测，对充电容量或放电容量在目标均衡区间外的电池均进行主动均衡：高于目标均衡区间的采用放电均衡，低于目标区间的采用充电均衡，直至所有电池均满足均衡结束条件。

27、本发明的有益效果在于：

28、本发明基于电池开路状态下，分析电池荷电状态，结合估算的欧姆内阻，预测各节电池的可充容量与可放容量，直接使用维护模块对剩余容量过大的电池进行维护和放电，对剩余容量较小的电池进行充电，实现了电池组基于容量的准确地主动均衡，弥补了现有技术的缺点，能在锂电池的生命周期中提供安全有效的平衡，延长其使用寿命，方法易行，便于工程应用。

技术特征：

1.一种基于欧姆内阻的储能系统主动均衡方法，所述储能系统包括串联电池组，对电池组进行ocv测试获取电池组的ocv-soc曲线；其特征在于：

2.根据权利要求1所述基于欧姆内阻的储能系统主动均衡方法，其特征在于：所述步骤s1中计算各节电池欧姆内阻rn时温度在[20℃，30℃]范围内，电流在[0.2c，0.3c]范围内。

3.根据权利要求2所述基于欧姆内阻的储能系统主动均衡方法，其特征在于：步骤s1中欧姆内阻的计算为在开路稳定状态下，放电电流i加载瞬间在预设时间内，先后记录预设次数的采样电压，并根据记录的采样电压与放电电流i计算欧姆内阻。

4.根据权利要求3所述基于欧姆内阻的储能系统主动均衡方法，其特征在于：所述欧姆内阻多次计算后取平均值。

5.根据权利要求4所述基于欧姆内阻的储能系统主动均衡方法，其特征在于：所述开路稳定状态为电池开路状态下持续预设时间后的状态。

6.根据权利要求5所述基于欧姆内阻的储能系统主动均衡方法，其特征在于：各节电池可放容量cdis-n、可充容量cchg-n、可放容量平均值cdis-avg以及可充容量平均值cchg-avg的计算公式分别如下：

7.根据权利要求6所述基于欧姆内阻的储能系统主动均衡方法，其特征在于：以放电容量一致为目标进行主动均衡时，对各节电池依次进行均衡状态检测，对可放容量cdis-n低于均衡目标区间[cdis-avg-h×cn，cdis-avg+h×cn]的电池进行充电均衡，对可放容量cdis-n高于均衡目标区间的电池进行放电均衡；直至所有电池均满足均衡结束条件；

8.根据权利要求7所述基于欧姆内阻的储能系统主动均衡方法，其特征在于：所述均衡结束条件为：

9.根据权利要求8所述基于欧姆内阻的储能系统主动均衡方法，其特征在于：所述均衡系数h取值为3％-7％。

10.一种基于欧姆内阻的储能系统的主动均衡系统，其特征在于，采用如权利要求1-10任一所述基于欧姆内阻的储能系统主动均衡方法，包括：

技术总结
本发明提供了一种基于欧姆内阻的储能系统主动均衡方法，属于电池维护技术领域，该方法在放电过程中计算串联电池组各节电池的欧姆内阻；然后根据欧姆内阻计算各节电池可放容量、可充容量、可放容量平均值以及可充容量平均值；判断可放容量平均值是否小于可充容量平均值，若满足则以放电容量一致为目标进行主动均衡，若不满足则以充电容量一致为目标进行主动均衡；该方法在得到各节电池的可充容量与可放容量后，直接使用维护模块对剩余容量过大的电池进行维护和放电，对剩余容量较小的电池进行充电，实现了电池组基于容量的准确地主动均衡，弥补了现有技术的缺点，能在锂电池的生命周期中提供安全有效的平衡，延长其使用寿命。

技术研发人员：王庭华,吴静云,鄢博,郭鹏宇,何大瑞,黄峥,田方媛,丁静鹄
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司经济技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15