本發(fā)明屬于電儲(chǔ)能，具體為一種大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的主動(dòng)均衡方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、電化學(xué)儲(chǔ)能裝置是指通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能進(jìn)行儲(chǔ)存，并在需要時(shí)通過(guò)逆反應(yīng)將化學(xué)能釋放為電能的設(shè)備。在大規(guī)模應(yīng)用中，這些裝置通常用于平衡電力供需、提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和促進(jìn)可再生能源的消納。

2、電化學(xué)儲(chǔ)能是由成千上百顆電芯串并聯(lián)組成。在充放電過(guò)程中，由于電芯的差異性會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電芯簇的充放電電量的減少。因此，電芯管理系統(tǒng)會(huì)采用均衡策略來(lái)對(duì)同一簇電芯做均衡。

3、電芯管理系統(tǒng)的均衡策略分為主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡。被動(dòng)均衡需要改變其他設(shè)備或元件的狀態(tài)，這就會(huì)增加電路的復(fù)雜性和成本。此外由于要檢測(cè)各個(gè)單體電芯的差值來(lái)實(shí)現(xiàn)均衡，所以需要額外增加一個(gè)采集系統(tǒng)。隨著可再生能源的快速發(fā)展和電力系統(tǒng)的深度轉(zhuǎn)型，大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能裝置的市場(chǎng)需求將持續(xù)增長(zhǎng)，主動(dòng)均衡技術(shù)越來(lái)越受到重視。主動(dòng)均衡又細(xì)分為多個(gè)技術(shù)路線，其中以電流轉(zhuǎn)移法和功率控制法為主，但這兩種方法都存在系統(tǒng)復(fù)雜度高的問(wèn)題，也需要高質(zhì)量的電子元件和精密的制造工藝，導(dǎo)致成本較高。此外，復(fù)雜的算法和控制系統(tǒng)也會(huì)增加成本。

4、因此，亟需一種能夠高效、靈活且具有可擴(kuò)展性，可以在一定程度上降低均衡成本、提高成本效益的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

2、本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)主動(dòng)均衡方法，所述方法使用均衡開關(guān)法，在同一簇電芯中利用均衡開關(guān)來(lái)控制電量從電量高的電芯向電量低的電芯轉(zhuǎn)移；

3、所述均衡開關(guān)采用雙向dc/ac電源變換器，控制直流和交流之間雙向能量轉(zhuǎn)換；

4、所述均衡開關(guān)法通過(guò)實(shí)施均衡算法控制策略實(shí)現(xiàn)；

5、所述均衡算法控制策略包括如下步驟：

6、步驟1、判斷儲(chǔ)能系統(tǒng)是否在充電狀態(tài)，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟2，如果否，則轉(zhuǎn)入步驟5；

7、步驟2、計(jì)算同一簇電芯的平均可充電量；

8、步驟3、比較單顆電芯的可充電量與平均可充電量的大小，如果單顆電芯的可充電量大于平均可充電量與門檻值之和，則轉(zhuǎn)入步驟4，如果單顆電芯的可充電量小于平均可充電量與門檻值之差，則轉(zhuǎn)入步驟8，如果單顆電芯的可充電量不小于平均可充電量與門檻值之差，且單顆電芯的可充電量不大于平均可充電量與門檻值之和，則轉(zhuǎn)入步驟9；

9、步驟4、對(duì)所述電芯進(jìn)行充電均衡，然后轉(zhuǎn)入步驟9；

10、步驟5、判斷儲(chǔ)能系統(tǒng)是否在放電狀態(tài)，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟6，如果否，則轉(zhuǎn)入步驟9；

11、步驟6、計(jì)算同一簇電芯的平均可放電量；

12、步驟7、比較單顆電芯的可放電量與平均可放電量的大小，如果單顆電芯的可放電量大于平均可放電量與門檻值之和，則轉(zhuǎn)入步驟8，如果單顆電芯的可放電量小于平均可放電量與門檻值之差，則轉(zhuǎn)入步驟4，如果單顆電芯的可放電量不小于平均可放電量與門檻值之差，且單顆電芯的可放電量不大于平均可放電量與門檻值之和，則轉(zhuǎn)入步驟9；

13、步驟8、對(duì)所述電芯進(jìn)行放電均衡；

14、步驟9、終止。

15、進(jìn)一步，所述步驟2通過(guò)以下公式計(jì)算：

16、ge_ave?=式（1）

17、其中，ge_ave為平均可充電量，為剩余電量百分比，為電芯狀態(tài)健康度， i為簇內(nèi)電芯的標(biāo)號(hào)， n為簇內(nèi)電芯的數(shù)量。

18、進(jìn)一步，所述步驟6通過(guò)以下公式計(jì)算：

19、dge_ave?=式（2）

20、其中，dge_ave為平均可放電量，為剩余電量百分比，為電芯狀態(tài)健康度， i代表簇內(nèi)電芯的標(biāo)號(hào)， n為簇電芯的數(shù)量。

21、進(jìn)一步，所述步驟4為調(diào)整充電速率，通過(guò)控制均衡開關(guān)改變充電電流大小，實(shí)現(xiàn)電芯的均衡。

22、進(jìn)一步，所述步驟8為調(diào)整放電速率，通過(guò)控制均衡開關(guān)改變放電電流大小，實(shí)現(xiàn)電芯的均衡。

23、優(yōu)選地，對(duì)所述電芯進(jìn)行充電均衡、放電均衡還包括通過(guò)外部交流電源調(diào)節(jié)所有簇間電芯的電量。

24、本發(fā)明的第二個(gè)方面，還提供一種基于本發(fā)明的方法的電芯管理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

25、儲(chǔ)能變流器pcs：調(diào)整電芯的充放電策略以及交流電的輸出；

26、電芯簇：由多個(gè)電芯串聯(lián)組成；

27、均衡開關(guān)：每個(gè)電芯均連接一個(gè)均衡開關(guān)；

28、電芯管理單元：制定均衡策略，控制均衡開關(guān)的閉合與斷開；

29、匯流柜體：所有電芯通過(guò)均衡開關(guān)轉(zhuǎn)換后的交流電匯聚到匯流柜體；

30、所述匯流柜體還與外部交流電源相連。

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

32、高效性：本發(fā)明使用的均衡開關(guān)法能夠迅速響應(yīng)電芯簇中的不均衡狀態(tài)，通過(guò)快速切換開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)電量的轉(zhuǎn)移，相對(duì)傳統(tǒng)電芯管理系統(tǒng)均衡來(lái)說(shuō)，少了一級(jí)變換，效率更高。

33、靈活性：均衡開關(guān)法可以根據(jù)電芯簇的具體情況和需求進(jìn)行靈活配置，這里沒(méi)有采用開關(guān)陣列，而是利用站用電通過(guò)控制均衡開關(guān)轉(zhuǎn)換給電芯進(jìn)行均衡，以適應(yīng)不同的均衡策略。

34、可擴(kuò)展性：隨著電芯簇規(guī)模的擴(kuò)大，均衡開關(guān)法可以通過(guò)增加開關(guān)數(shù)量和優(yōu)化控制算法來(lái)保持均衡效果，具有良好的可擴(kuò)展性。

35、成本效益：雖然主動(dòng)均衡技術(shù)的整體成本較高，但均衡開關(guān)法通過(guò)優(yōu)化電路設(shè)計(jì)和控制策略，可以在一定程度上降低均衡成本，提高成本效益。

技術(shù)特征：

1.一種大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的主動(dòng)均衡方法，其特征在于，所述方法使用均衡開關(guān)法，在同一簇電芯中利用雙向dc/ac電源變換器作為均衡開關(guān)來(lái)控制電量從電量高的電芯向電量低的電芯轉(zhuǎn)移；所述均衡開關(guān)，通過(guò)實(shí)施均衡算法控制策略，控制直流和交流之間雙向能量轉(zhuǎn)換；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的主動(dòng)均衡方法，其特征在于，所述步驟2通過(guò)以下公式計(jì)算：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的主動(dòng)均衡方法，其特征在于，所述步驟6通過(guò)以下公式計(jì)算：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的主動(dòng)均衡方法，其特征在于，所述步驟4為調(diào)整充電速率，通過(guò)控制均衡開關(guān)改變充電電流大小，實(shí)現(xiàn)電芯的均衡。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的主動(dòng)均衡方法，其特征在于，所述步驟8為調(diào)整放電速率，通過(guò)控制均衡開關(guān)改變放電電流大小，實(shí)現(xiàn)電芯的均衡。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的主動(dòng)均衡方法，其特征在于，對(duì)所述電芯進(jìn)行充電均衡、放電均衡還包括通過(guò)外部交流電源調(diào)節(jié)所有簇間電芯的電量。

7.一種電芯管理系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求?1-6?任一項(xiàng)所述的方法，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的主動(dòng)均衡方法及系統(tǒng)，屬于電儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域。所述方法使用均衡開關(guān)法，在同一簇電芯中利用均衡開關(guān)來(lái)控制電量從電量高的電芯向電量低的電芯轉(zhuǎn)移。本發(fā)明能夠迅速響應(yīng)電芯簇中的不均衡狀態(tài)，通過(guò)快速切換開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)電量的轉(zhuǎn)移，相對(duì)傳統(tǒng)電芯管理系統(tǒng)均衡來(lái)說(shuō)，少了一級(jí)變換，效率更高，具有良好的靈活性和可擴(kuò)展性。

技術(shù)研發(fā)人員：朱彥兆
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9