一种电池组性能均衡方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电池组性能均衡方法及系统，方法包括：同步采集待平衡电池组中各电池单体电气信息，计算各电池模组的待均衡性能指标，每个电池模组包括相邻多节电池单体，每相邻两个电池模组之间各有部分电池单体重叠，每节电池单体均被分组；基于各电池模组的性能指标，确定每个子电池组中指标偏离阈值最大的电池模组，并控制该子电池组中其它电池模组对该电池模组充电或控制该电池模组向其它电池模组放电，重复上述，直至每个子电池组内性能均衡，每个子电池组包括无电池单体重叠的相邻多个电池模组，每相邻两个子电池组间各有部分电池单体重叠，每个电池模组均被分组。本发明专利技术采用交错式均衡，能够高效、可靠地达到整个低压电池组的性能均衡。

A method and system of battery performance equalization

【技术实现步骤摘要】
一种电池组性能均衡方法及系统
本专利技术属于电化学储能领域，更具体地，涉及一种电池组性能均衡方法及系统。
技术介绍
传统能源的日益匮乏和环境的日趋恶化，极大地促进了新能源的发展，以风能和太阳能为代表的可再生能源发电具有间歇性和波动性，其直接并网会给电网的安全稳定运行带来显著影响。大规模储能技术可以有效解决这一难题，同时对于电力系统的“削峰填谷”，提高电力系统的安全性、稳定性，降低供电成本有着重要的意义。为达到大规模储能系统的电压和容量等级要求，一般需要将大量电池单体串并联成组工作。然而电池组在工作过程中，每个电池单体由于存在制造工艺和应用环境的差异导致其不一致性进一步扩大，电池出现不同的老化程度，性能衰退较快的电池单体会降低整个电池组的容量利用率及寿命，甚至出现电池单体失效，导致整个电池组无法正常工作，极端情况下还可能引发安全事故。因此，电池均衡成为电池管理系统(BatteryManagementSystem,BMS)的重要功能之一。目前，电池均衡的研究热点大多集中于通过能量转移的均衡方式来解决电池单体不一致性问题，即将荷电状态(StateofCharge,SoC)高的电池单体的电能转移至荷电状态低的电池单体，即主动均衡。从拓扑结构看，现有的均衡系统包括集中式和分布式：集中式均衡系统采用中央控制模块对一个均衡模块进行均衡控制，分布式均衡系统采用分层结构的主从控制模块对多个均衡模块进行均衡控制。但是集中式均衡系统和分布式均衡系统都无法实现均衡模块之间的交错连接，各均衡模块仅能对每个电池单体进行均衡管理。对于电池单体电压较低或电压平台宽的电池组，如液态金属电池等电池单体的正常工作电压甚至低于1V，在采样和估计精度的限制下，上述两种传统均衡系统的拓扑不能保证均衡控制的可靠性，且不能使用许多目前已十分成熟的用于均衡控制的集成芯片，如凌特公司的LTC3300，其初级栅极驱动所需的最小电池电压为2V。
技术实现思路
本专利技术提供一种电池组性能均衡方法及系统，用以解决现有电池组性能均衡方法中因采用集中式或分布式而导致低压电池组均衡可靠性差的技术问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种电池组性能均衡方法，包括：S1、同步采集待平衡电池组中各电池单体的电气信息，以计算各电池模组的待均衡性能指标，每个所述电池模组包括相邻多节电池单体，每相邻两个电池模组之间各有部分电池单体重叠，每节电池单体均被分组；S2、基于各电池模组的性能指标，确定每个子电池组中指标偏离阈值最大的电池模组，并控制该子电池组中其它电池模组对该电池模组充电或控制该电池模组向其它电池模组放电，重复S1，直至每个子电池组内性能均衡，其中，每个子电池组包括无电池单体重叠的相邻多个电池模组，每相邻两个子电池组间各有部分电池单体重叠，每个电池模组均被分组。本专利技术的有益效果是：本专利技术首先采集各电池单体的电压和均衡电流等电气信息，计算各电池单体和/或各电池模组的SoC，根据均衡控制方法输出均衡驱动信号，均衡控制方法具体为：首先对电池组中的各电池单体分组，例如得到M个子电池组，每个子电池组包括无电池单体重叠的相邻m个电池模组，则相当于将电池组分成M*m组相邻n节串联的电池单体(电池组内共有N个电池单体，每个电池模组包含n节电池单体)，每相邻两个子电池组间各有部分电池单体重叠，每个电池模组均被分组，基于上述各电池模组的分组方法形成子电池组，以对各电池模组之间在空间上进行交错式管理；进一步管理中，根据各电池模组的SoC与对应子电池组的平均SoC的偏差，实现在一个控制周期内对一偏差最大的电池模组进行组内充放电控制，实现各子电池组对M个电池模组进行组内非耗散、双向均衡管理。本方法采用交错式管理，能够高效、可靠地达到整个电池组的性能均衡，解决了电池荷电状态不一致的问题，提高电池组的容量利用率，延长电池组的循环寿命。这与传统集中式和分布式均衡方法相比，能够在采样和估计精度的限制下提高均衡可靠性，并且交错式均衡方法更加兼容目前市场上成熟的用于均衡控制的集成芯片。上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述待均衡性能指标为SOC均衡或电压均衡。本专利技术的进一步有益效果是：SoC能够直接反映电池单体电量(本质)，而电压能够间接反映电池单体电量(本质)，所以采用SOC或电压作为均衡指标，均衡可靠性高。进一步，每个所述电池模组均包括相邻n节电池单体，且第二至倒数第二节电池单体中每节电池单体至少分到两个不同电池模组中。本专利技术的进一步有益效果是：各电池模组中的电池单体数目相同，以使得整个电池组的分组结构简单，第二至倒数第二节电池单体中每节电池单体至少分到两个不同电池模组中，以使得各电池单体之间充分关联，提高均衡效率和精度。进一步，第二至倒数第二节电池单体中每节电池单体至多分到n个不同电池模组中。本专利技术的进一步有益效果是：各电池模组中的电池单体数目相同且均为n，则在各电池单体分组满足“每个电池模组均包括相邻n节电池单体，且第二至倒数第二节电池单体中每节电池单体至少分到两个不同电池模组中；每相邻两个电池模组之间各有部分电池单体重叠，每节电池单体均被分组”的前提下，使得第二至倒数第二节电池单体中每节电池单体至多分到n个不同电池模组中，以降低关联冗余，保证均衡效率。进一步，第二至倒数第二节电池单体中每节电池单体至少分到两个不同子电池组中。本专利技术的进一步有益效果是：在将电池模组分组以构成多个子电池组时，在保证“每个子电池组包括无电池单体重叠的相邻多个电池模组，每相邻两个子电池组间各有部分电池单体重叠，每个电池模组均被分组”的前提下，使得第二至倒数第二节电池单体中每节电池单体至少分到两个不同子电池组中，以进一步充分提高电池组的均衡效果。进一步，每个子电池组包括相同个数的电池模组。本专利技术的进一步有益效果是：每个子电池组包括相同个数的电池模组，计算复杂度低，以便于控制。进一步，所述S2包括：基于每个子电池组中各电池模组的待均衡性能指标，计算该子电池组的指标均值；计算该子电池组中各电池模组的待均衡性能指标与所述指标均值的偏差，若该子电池组中各电池模组对应的所述偏差均小于偏差阈值，则均衡完成，否则，控制最大偏差对应的电池模组向该子电池组的其它电池模组放电或者控制该子电池组中其它电池模组对最大偏离对应的电池模组充电，并重复S1。本专利技术还提供一种电池组性能均衡系统，包括：控制处理器，用于对待均衡电池组，采用如上所述的任一种电池组性能均衡方法，生成控制各子电池组中其它电池模组对指标偏离阈值最大的电池模组充电或控制指标偏离阈值最大的电池模组向其它电池模组放电的控制信号；每个子电池组对应的均衡器，一端分别与该子电池组中各电池模组电气连接，一端与该子电池组的两端连接，另一端还与所述控制处理器通信连接，用于基于所述控制处理器生成的该子电池组的控制信号，实现均衡控制。本专利技术的有益效果是：本专利技术的交错式均衡系统，基于上述交错式均衡方法，将串联的多个低压电池“捆绑”以等价为高压电池，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池组性能均衡方法，其特征在于，包括：/nS1、同步采集待平衡电池组中各电池单体的电气信息，以计算各电池模组的待均衡性能指标，每个所述电池模组包括相邻多节电池单体，每相邻两个电池模组之间各有部分电池单体重叠，每节电池单体均被分组；/nS2、基于各电池模组的性能指标，确定每个子电池组中指标偏离阈值最大的电池模组，并控制该子电池组中其它电池模组对该电池模组充电或控制该电池模组向其它电池模组放电，重复S1，直至每个子电池组内性能均衡，其中，每个子电池组包括无电池单体重叠的相邻多个电池模组，每相邻两个子电池组间各有部分电池单体重叠，每个电池模组均被分组。/n

【技术特征摘要】
1.一种电池组性能均衡方法，其特征在于，包括：
S1、同步采集待平衡电池组中各电池单体的电气信息，以计算各电池模组的待均衡性能指标，每个所述电池模组包括相邻多节电池单体，每相邻两个电池模组之间各有部分电池单体重叠，每节电池单体均被分组；
S2、基于各电池模组的性能指标，确定每个子电池组中指标偏离阈值最大的电池模组，并控制该子电池组中其它电池模组对该电池模组充电或控制该电池模组向其它电池模组放电，重复S1，直至每个子电池组内性能均衡，其中，每个子电池组包括无电池单体重叠的相邻多个电池模组，每相邻两个子电池组间各有部分电池单体重叠，每个电池模组均被分组。


2.根据权利要求1所述的一种电池组性能均衡方法，其特征在于，所述待均衡性能指标为SOC均衡或电压均衡。


3.根据权利要求1所述的一种电池组性能均衡方法，其特征在于，每个所述电池模组均包括相邻n节电池单体，且第二至倒数第二节电池单体中每节电池单体至少分到两个不同电池模组中。


4.根据权利要求3所述的一种电池组性能均衡方法，其特征在于，第二至倒数第二节电池单体中每节电池单体至多分到n个不同电池模组中。


5.根据权利要求1所述的一种电池组性能均衡方法，其特征在于，第二至倒数第二节电池单体中每节电池单体至少分到两个不同子电池组中。


6.根据权利要求1所述的一种电池组性能均衡方法，其特征在于，每个子电池组...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡涛，魏芃，韩云飞，周敏，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42