一种锂离子电池组均衡管理系统及均衡控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统领域，特别涉及一种锂离子电池组均衡管理系统及均衡控制方法。
【背景技术】
[0002]风力发电是实现我国能源和电力可持续发展战略的重要组成之一。由于风电输出功率具有很强的波动性、随机性，且风速预测存在一定的误差，大规模风电并网会给电力系统的安全稳定运行带来一系列的技术难题。因此，为了更高效地利用可再生能源，在风能资源比较丰富的环境中，一般构建风储互补系统进行发电，采用储能技术对风机机组输出功率进彳丁调控，使风电场效益最大化，以提尚风电场并网运彳丁能力，提尚系统供电的连续性、稳定性和可靠性。
[0003]现有的电能存储方式，主要有物理储能、电磁储能(如超导电磁储能等)和电池储能三大类。其中，电池储能主要包括有蓄电池、电容器及燃料电池等。但由于超级电容器、燃料电池在蓄电容量和价格等方面的限制使其不适用于大规模蓄电场合。因此，目前大规模蓄电主要采用蓄电池。其中，铅酸蓄电池，铅酸电池是比较成熟的蓄电技术，虽具有价格低廉、安全性能相对可靠的优点，但仍存在循环寿命较短、不可深度放电、其容量与放电的功率密切相关、运行维护费用高等缺点，很难满足大规模蓄电发展的要求。钠硫电池的技术门槛较高，其正、负极活性物质的强腐蚀性，对电池材料、电池结构及运行条件的要求苛刻，且短路时存在严重安全隐患；该电池的充放电状态(SOC)不能准确在线测量；需要附加供热设备来维持运行温度，导致启动时间长，不能适应夏季风力发电资源不佳时，需要储能系统间歇性运行的启动要求。
[0004]锂离子电池在安全性、能量转换效率和经济性等方面取得重大突破，产业化应用的条件日趋成熟，被认为是未来储能技术发展的主要方向之一。然而，为了适应储能电站等大型系统的应用需求，通常将大量的单体电池进行串并联后形成电池组，由于各个生产厂家采用的正、负极材料、电解质材料的质量及工艺不同，其性能上会有些差异。例如同一种型号(同一种封装的标准电池)，其电池的容量有较大差别(10%?20%)。因而，如何使电池组中任意一个或多个电池单元进行均衡充电，实现灵活控制，均衡电流恒定，以改善电池组的一致性，是当前亟需解决的一个问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种锂离子电池组均衡管理系统及均衡控制方法，可以通过能量转移的方式对电池组中任意一个或多个电池单元进行均衡充电，均衡电流恒定，控制灵活，能有效的改善电池组的一致性，满足储能电站等大型系统的应用需求。
[0006]为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种锂离子电池组均衡管理系统，所述系统设置有电池组均衡电路，其中包含:均衡控制器、能量转移式电路；所述的能量转移式电路，进一步包含:多个变压器、多个恒流模块及多个单刀单掷开关，分别与电池组中串联的多个电池相对应；
其中，每个变压器的主线圈与电池组的总充放电回路相连接；每个变压器的副线圈，连接恒流模块及单刀单掷开关，并和与之相应的一个电池并联；
任意一个电池相对应的单刀单掷开关在根据均衡控制器输出的控制信号闭合时，使电池组的能量经过相对应的变压器，以相对应恒流模块控制的恒定电流给该电池充电。
[0007]优选地，所述电池组均衡电路还设置有能量补偿式电路，其中进一步包含:一个恒流源、一个恒流负载、一个双刀双掷开关，以及与电池组中的各个电池相对应的多个双刀单掷开关；
其中，所述双刀双掷开关根据均衡控制器输出的控制信号，选择将恒流源或将恒流负载中的一个与各个双刀单掷开关连接；
任意一个双刀单掷开关和与之相应的电池并联，在根据均衡控制器输出的控制信号闭合时，将相应的电池与恒流源或将恒流负载连接，通过恒流源对该电池进行恒定电流的补充，或通过恒流负载对该电池进行恒定电流的均衡放电。
[0008]优选地，任意一簇电池，包含串联的多个电池模块，每个电池模块包含串联的多个电池；
所述系统设置有箱均衡系统，其中进一步包含:
箱均衡电源，为这一簇电池提供均衡电流，并与交流电网连接；
电池组控制模块，通过第一 CAN总线与所述箱均衡电源连接，提供驱使所述箱均衡电源获取能量来向相应电池模块均衡充电的控制信号；
多个电池监护模块，分别与多个电池模块相对应，并分别通过第二 CAN总线与所述电池组控制模块连接进行交互。
[0009]优选地，所述电池监护模块设置在与之对应的电池模块的电池箱中，采集该电池模块的信息。
[0010]本发明的另一个技术方案是提供一种锂离子电池组均衡管理方法，其包含:
对输入电池组均衡管理系统的电池数据进行数据预处理；
为串联多个电池形成的电池组中的每个电池设置有对应的均衡实现单元进行均衡保护；
所述均衡实现单元中设有变压器，其副线圈通过恒流模块及单刀单掷开关与对应电池并联，主线圈与电池组的总充放电回路相连接；所述单刀单掷开关在根据对应于电池组的均衡控制器输出的控制信号闭合时，使电池组的能量经过相对应的变压器，以相对应恒流模块控制的恒定电流给该电池充电；
所述均衡实现单元中还设有与对应电池并联的双刀单掷开关，其还与对应于电池组的一个双刀双掷开关连接，并根据均衡控制器输出的控制信号闭合时，与闭合的双刀双掷开关所选择的恒流源或恒流负载进行连接，通过对应于电池组的恒流源对相应电池进行恒定电流的补充，或通过对应于电池组的恒流负载对相应电池进行恒定电流的均衡放电。
[0011]优选地，系统设置为自动均衡模式时，通过控制均衡实现单元中相应开关的闭合或断开，对与该均衡实现单元对应的电池进行放电均衡、开路均衡或充电均衡的操作；
系统设置为非自动均衡模式时，下发各电池的充放电均衡状态。
[0012]优选地，任意一簇电池，包含串联的多个电池模块，每个电池模块包含串联的多个电池；为一簇电池配置有相对应的一个箱均衡系统；
所述箱均衡系统中，多个电池监护模块分别采集相应的多个电池模块的信息，并通过第二 CAN总线发送给电池组控制模块；
由所述电池组控制模块判断其中能量少于其他的落后电池模块，并通过第一 CAN总线向箱均衡电源发送控制信号，使该箱均衡电源从交流电网获取能量发送给落后电池模块进行均衡充电。
[0013]优选地，在进行放电均衡测试时，包含以下过程:
使用充电机对整个电池组充满电，并且通过锂电池单体维护设备对各个电池进行调整以保证其各自都充满后，分别通过可调负载模块对其中一些电池随机调整容量，使其放掉部分容量；
通过可调负载模块进行整组0.5C放电，关闭电池组均衡管理系统，记录电池组放电阶段的数据并绘制第一放电曲线；
使用充电机对整个电池组充电，在其中任意一个电池充满时停止；
通过可调负载模块进行整组0.5C放电，开启电池组均衡管理系统，记录电池组放电阶段的数据并绘制第二放电曲线；
比较第一放电曲线及第二放电曲线，并判断第二放电曲线中各电池放电的均衡程度。
[0014]优选地，在进行充电均衡测试时，包含以下过程:
在放电均衡测试的基础上，通过可调负载模块对整个电池组放完电，并且通过锂电池单体维护设备对各个电池进行调整以保证其各自都放空后，分别通过可调负载模块对其中一些电池随机调整容量，使其充进部分容量；
使用充电机对整个电池组进行0.5C充电，关闭电池组均衡管理系统，记录电池组充电阶段的数据并绘制第一充电曲线；
通过可调负载模块对整个电池组放电，在其中任意一个电池放空时停止；
使用充电机对整个电池组进行0.5C充电，开启电池组均衡管理系统，记录电池组充电阶段的数据并绘制第二充电曲线；
比较第一充电曲线及第二充电曲线，并判断第二充电曲线中各电池充电的均衡程度。
[0015]与现有技术相比