本發(fā)明涉及電池儲(chǔ)能系統(tǒng)均衡控制領(lǐng)域，特別是涉及一種高過(guò)載運(yùn)行條件下的均衡控制策略。

背景技術(shù)：

1、隨著電化學(xué)儲(chǔ)能的快速發(fā)展，儲(chǔ)能系統(tǒng)本質(zhì)安全的問(wèn)題日益凸顯。儲(chǔ)能電池系統(tǒng)往往由若干電池模組串并聯(lián)構(gòu)成，而同一規(guī)格型號(hào)的電芯，其電壓、荷電狀態(tài)、容量、內(nèi)阻、壽命、自放電率等參數(shù)存在天然差別，這些細(xì)微差別在組成電池模組后會(huì)得到放大，這就使得整個(gè)電池系統(tǒng)的離散化程度變得很高。在一個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)中，串聯(lián)在一起的模組所接受充放電電流一致。但由于離散現(xiàn)象的存在，每個(gè)電池模組間的容量存在差異，而整個(gè)電池系統(tǒng)的充放電容量取決于容量最小的單體電池，因此就會(huì)形成“木桶效應(yīng)”。

2、在充放電過(guò)程中，容量小的電池模組先達(dá)到充放深度閾值，制約電池系統(tǒng)中其他電池的充放電能力。如果電池系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法被滿充或滿放，則會(huì)損失部分容量，對(duì)電池系統(tǒng)容量造成不可逆的傷害，整個(gè)電池系統(tǒng)soc不準(zhǔn)確，放電深度下降，運(yùn)行效率降低。在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行下，電池的兩極分化越來(lái)越嚴(yán)重，電池系統(tǒng)的可用容量還將進(jìn)一步下降，進(jìn)而引發(fā)整個(gè)電池系統(tǒng)在安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面的問(wèn)題，因此電池的均衡技術(shù)就尤為重要。

3、近年來(lái)，基于動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字儲(chǔ)能系統(tǒng)得到了廣泛的關(guān)注。動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)通過(guò)低功耗功率半導(dǎo)體器件與電池進(jìn)行深度耦合，將電池從電化學(xué)反應(yīng)裝置轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N新型數(shù)字裝置，并通過(guò)毫秒級(jí)電池物理連接拓?fù)渲貥?gòu)從原理上杜絕了由于過(guò)充過(guò)放所帶來(lái)的熱堆積和熱失控問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了電池系統(tǒng)級(jí)本質(zhì)安全。此外，動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)能夠快速診斷并切除故障電池，同時(shí)保持電化學(xué)儲(chǔ)能的正常運(yùn)行，極大提升了系統(tǒng)的可用性和可靠性。

4、對(duì)于傳統(tǒng)數(shù)字儲(chǔ)能均衡策略，當(dāng)功率需求不超過(guò)n-1列電池容量時(shí)，執(zhí)行n選n-1(列)、m選m-1(行)的充放電控制；而當(dāng)功率指令超過(guò)n-1列電池容量上限但未達(dá)n列電池容量時(shí)，則將n列電池全部投入使用。此時(shí)均衡策略失效，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行對(duì)電池單體的壽命產(chǎn)生不利影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，對(duì)傳統(tǒng)方法進(jìn)行改進(jìn)，采用pwm充放電控制。所謂pwm充放電控制，即將每個(gè)延時(shí)間隔劃分為更小的時(shí)間尺度，在功率指令超過(guò)n-1列電池容量上限但未達(dá)n列電池容量時(shí)，通過(guò)計(jì)算超出部分功率與單串容量之比，得到未導(dǎo)通列每個(gè)電池單體導(dǎo)通的占空比，進(jìn)而對(duì)未導(dǎo)通列電池單體的電力電子開(kāi)關(guān)進(jìn)行pwm控制開(kāi)斷。與常規(guī)數(shù)字儲(chǔ)能二維均衡策略相比，改進(jìn)策略更適用于高過(guò)載的工況，提高了電池利用率，相應(yīng)地延長(zhǎng)了電池壽命，儲(chǔ)能成本也有所降低。

2、本發(fā)明提出一種基于動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的pwm充放電控制策略，其特征在于快速實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)電量均衡的同時(shí)可為系統(tǒng)提供高過(guò)載功率，主要包括如下步驟：

3、1)建立動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的電路拓?fù)淠Ｐ?，主要包括建立基于磷酸鐵鋰電池單體的n并m串的電池網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并分別為每個(gè)磷酸鐵鋰電池單體串聯(lián)一個(gè)高頻電力電力開(kāi)關(guān)，同時(shí)每n個(gè)并聯(lián)單體與一個(gè)旁路高頻電力電力開(kāi)關(guān)并聯(lián)，此處的高頻電力電子開(kāi)關(guān)均選擇mosfet器件。

4、2)監(jiān)測(cè)并采集儲(chǔ)能系統(tǒng)的各項(xiàng)電氣參數(shù)，包括各電池單體的荷電狀態(tài)(state?ofcharge,soc)、儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)外輸出電壓電流和外部功率指令。

5、3)建立動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的傳統(tǒng)數(shù)字儲(chǔ)能均衡控制模型，將取得的各電池單體soc數(shù)據(jù)以及外部功率指令輸入控制模塊，基于各電池單體soc數(shù)據(jù)通過(guò)控制模塊控制mosfet通斷進(jìn)而控制每個(gè)電池單體的投入和切出，對(duì)電池網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行動(dòng)態(tài)重構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的soc均衡。

6、4)建立雙向dc/dc變流器控制模型，構(gòu)建基于pid控制的電流環(huán)。

7、5)對(duì)雙向dc/dc變流器采用定功率控制，將監(jiān)測(cè)采集到的外部功率指令輸入雙向dc/dc變流器控制模型，基于功率指令不同得到不同的電流指令，通過(guò)pid電流環(huán)讓儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出電流跟蹤電流指令，進(jìn)而控制儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電。

8、6)對(duì)傳統(tǒng)soc均衡控制模型進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)外部功率指令對(duì)高頻電力電子開(kāi)關(guān)進(jìn)行pwm控制，實(shí)現(xiàn)pwm充放電控制，當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)滿載后運(yùn)行于全功率模式，保證輸出功率匹配。

技術(shù)特征：

1.一種基于動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的pwm充放電控制策略，其特征在于快速實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)電量均衡的同時(shí)可為系統(tǒng)提供高過(guò)載功率，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟s10包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟s20包括：

4.一種儲(chǔ)能系統(tǒng)檢測(cè)單元，用于監(jiān)測(cè)采集權(quán)利要求3中所提及的電池單體soc、儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出電壓電流以及外部功率指令數(shù)據(jù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟s30包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟s40包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟s50包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟s60包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的pwm充放電控制策略，其特征在于，所述裝置的硬件結(jié)構(gòu)主要分為主電路和控制程序部分，其中主電路由動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和雙向dc/dc變流器組成，以便測(cè)試權(quán)利要求1所提及的相關(guān)控制策略。

技術(shù)總結(jié)
基于能量數(shù)字化的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池儲(chǔ)能技術(shù)，改變了電池發(fā)明以來(lái)固定串并聯(lián)的應(yīng)用范式，將電池之間的物理連接由傳統(tǒng)固定串并聯(lián)的剛性連接改變?yōu)槌绦蚩刂频娜嵝赃B接，通過(guò)控制每個(gè)電池接入充放電回路里的時(shí)間實(shí)現(xiàn)了較好的均衡控制效果。本發(fā)明針對(duì)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，提出了一種條件下PWM充放電控制策略，通過(guò)給未導(dǎo)通電池單體施加占空比信號(hào)，使其在一個(gè)周期內(nèi)不完全導(dǎo)通，很好的兼顧了輸出功率指令和均衡效果。同時(shí)相比于傳統(tǒng)的均衡控制策略，改進(jìn)策略的均衡速度也有提升，極大提升電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性和能量效率，為構(gòu)建大規(guī)模長(zhǎng)壽命低成本電池儲(chǔ)能系統(tǒng)提供了新的均衡控制思路。

技術(shù)研發(fā)人員：賈焦心,楊耀輝,顏湘武
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華北電力大學(xué)（保定）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6