出口短接和直流控制的级联电池储能系统离线均衡方法技术方案

本发明专利技术提供了一种出口短接和直流控制的级联电池储能系统离线均衡方法，包括：短接级联电池储能系统各相功率出口；获取级联电池储能系统各个子模块电池电压、SOC、SOH、SOF、额定容量信息；计算各个子模块的可充电能量和可放电能量；计算各相的可充电能量、可放电能量和三相平均可放电能量；计算各相可放电能量与三相平均可放电能量的误差；相直流电流分配实现三相间均衡；子模块直流电压分配实现相内子模块间均衡；相电流控制产生均衡电流；判断离线均衡的结束条件。本发明专利技术可以更加便捷安全地实现级联电池储能系统运行前电池能量的离线均衡，大大减小电池储能系统运行前均衡维护的工作量。作量。作量。

【技术实现步骤摘要】
出口短接和直流控制的级联电池储能系统离线均衡方法


[0001]本专利技术涉及电池储能系统领域，更具体地，涉及一种出口短接和直流控制的级联电池储能系统离线均衡方法。

技术介绍

[0002]级联H桥式电池储能系统因其等效开关频率高、输出电压谐波特性好、模块化设计易于扩展和便于进行故障冗余控制等特点，适合应用于高压大功率的储能场合。级联H桥式电池储能系统在运行前，需要对各子模块电池电量进行均衡，以使系统正常运行，避免因电池荷电状态过度不均导致系统运行边界缩小甚至启动失败的情况。目前，电池储能系统运行前的电池均衡工作多以单个模块为单元，进行人工充放电从而均衡系统电池模块。
[0003]经检索，现有技术有不少电池均衡技术，比如申请号：201810264044.3、申请日：2018
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03
‑
28的专利技术专利申请，其公开了一种考虑电池寿命的电池组均衡系统及控制方法，包括采样模块、均衡模块、电池寿命预测模块和控制模块，电池寿命预测模块接收采样模块采集的电池信息预测电池寿命；控制模块用于电池组进入充放电状态时，接收采样模块采集的电池组电池信息及电池寿命预测模块得到的电池寿命信息，计算相邻单体电池的电压差并判断是否达到预设值，确定需均衡的相邻单体电池及均衡所需时间，控制均衡模块执行。利用电池寿命预测模块提供的电池寿命信息修正相邻单体电池的电压差，有效考虑了不同单体电池寿命衰减程度不同造成电池开路电压不一致的情况，可以避免过均衡造成的能量浪费，提高均衡效率、减少均衡时间、有效提高电池寿命。<br/>[0004]但是，截止目前，关于级联H桥式电池储能系统的自动离线均衡技术的研究还未见报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术存在的空白，提出一种出口短接通过直流电流控制实现级联H桥电池储能系统离线均衡的方法。
[0006]本专利技术第一方面，提供一种出口短接和直流控制的级联电池储能系统离线均衡方法，包括：
[0007]S1：短接级联H桥式电池储能系统各相功率出口；
[0008]S2：获取级联H桥式电池储能系统各个子模块电池电压、SOC、SOH、SOF、额定容量信息；
[0009]S3：根据S2获取的各个子模块电池SOC、SOH以及电池额定容量信息，计算出各个子模块电池的可充电能量和可放电能量，进而计算所有子模块可放电能量的与其平均值的最大误差绝对值；
[0010]S4：对S3得到的子模块可充电能量和可放电能量求和，得到各相的可充电能量、可放电能量和三相平均可放电能量：
[0011]S5：将S4得到的各相可放电能量和平均可放电能量做差，得到各相可放电能量误
差，并求得误差的最大绝对值；
[0012]S6：在S5结果上，各相的直流电流按照与相可放电电量误差成正比的原则分配，相直流电流不得超过相电流额定值，相直流电流分配实现三相间均衡；
[0013]S7：在S6相直流电流分配基础上，将相内各子模块按照与可放电能量误差成正比的原则分配子模块均衡电压，按照平均分配的原则分配各相电压到子模块，实现相内子模块均衡：
[0014]S8：在S7基础上，控制相电流产生均衡电流，通过电流闭环控制使各相电流达到分配的直流电流值；
[0015]S9：通过子模块可放电能量误差的最大绝对值与子模块平均可放电能量的比值，判断离线均衡是否结束，当此比值小到设定范围时，则认为离线均衡完成。
[0016]本专利技术第二方面，提供一种终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时用于执行所述的出口短接和直流控制的级联电池储能系统离线均衡方法。
[0017]本专利技术以在级联H桥式电池储能系统中实现电池离线均衡为目标，利用直流电流控制实现对初始电量不同的电池模块进行均衡，在考虑系统安全运行边界的同时，以便捷的方式实现电池离线均衡的目的。该方法只需将级联H桥电池储能系统出口短接，通过对各模块的输出电压以及相电流的控制，就可以利用电池储能系统初始电量便捷地实现的离线均衡，省去了传统对电池模块单独预充放电过程繁重的工作量。
[0018]与现有技术相比，本专利技术实施例具有以下有益效果：
[0019]本专利技术提供了一种快捷的级联H桥式电池储能系统的离线均衡方法，采用出口短接通过直流电流控制实现级联H桥式电池储能系统实现电池储能系统的离线均衡，为电池储能系统的离线均衡维护提供了快捷的方法。同时，本方法考虑了系统的安全运行边界，使系统均衡电压电流都在额定值以下。最终达到在级联H桥式电池储能系统中快捷、安全地实现离线均衡的目的。
附图说明
[0020]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0021]图1为本专利技术一优选实施例的出口短接和直流控制的级联电池储能系统离线均衡方法流程图；
[0022]图2为本专利技术一优选实施例的出口短接和直流控制的级联电池储能系统离线均衡示意图。
具体实施方式
[0023]下面对本专利技术的实施例作详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。
[0024]图1为本专利技术一优选实施例的出口短接和直流控制的级联电池储能系统离线均衡
方法流程图。参照图1所示，本实施例中的采用出口短接实现级联H桥式电池储能系统离线均衡方法包括如下步骤：
[0025]S1：短接级联H桥式电池储能系统各相功率出口；
[0026]S2：获取级联H桥式电池储能系统各个子模块电池电压、SOC(state of charge，电池剩余电量百分比)、SOH(state of health，电池健康度)、SOF(state of function，电池的功能状态)、额定容量信息；级联H桥式电池储能系统中，每个子模块包括电池单元和功率单元，电池单元由电池管理系统(Battery Management System，BMS)管理，功率单元作为功率转换系统(Power Conversion System，PCS)的一部分由PCS控制器控制，PCS控制器定时从BMS获取各个功率单元对应的电池单元的SOC状态和SOH状态；
[0027]S3：计算各个子模块的可充电能量和可放电能量：根据步骤S1获取的子模块电池SOC、SOH以及电池额定容量信息，可计算出各个子模块电池的可充电能量和可放电能量，进而计算所有子模块可放电能量的与其平均值的最大误差绝对值；
[0028]S4：计算各相的可充电能量、可放电能量和三相平均可放电能量；
[0029]S5：计算各相可放电能量与平均可放电能量的误差，同时求得误差的最大绝对值；
[0030]S6：相直流电流分配实现三相间均衡：各相的直流电流按照与相可放电能量误差成正比的原则分配本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种出口短接和直流控制的级联电池储能系统离线均衡方法，其特征在于，包括：S1：短接级联H桥式电池储能系统各相功率出口；S2：获取S1连接后的级联H桥式电池储能系统各个子模块电池电压、SOC、SOH、SOF、额定容量信息；S3：根据S2获取的各个子模块电池SOC、SOH以及电池额定容量信息，计算出各个子模块电池的可充电能量和可放电能量，进而计算所有子模块可放电能量的与其平均值的最大误差绝对值；S4：对S3得到的子模块可充电能量和可放电能量求和，得到各相的可充电能量、可放电能量和三相平均可放电能量：S5：将S4得到的各相可放电能量和平均可放电能量做差，得到各相可放电能量误差，并求得误差的最大绝对值；S6：在S5结果上，各相的直流电流按照与相可放电电量误差成正比的原则分配，相直流电流不得超过相电流额定值，相直流电流分配实现三相间均衡；S7：在S6相直流电流分配基础上，将相内各子模块按照与可放电能量误差成正比的原则分配子模块均衡电压，按照平均分配的原则分配各相电压到子模块，实现相内子模块均衡：S8：在S7基础上，控制相电流产生均衡电流，通过电流闭环控制使各相电流达到分配的直流电流值；S9：通过子模块可放电能量误差的最大绝对值与子模块平均可放电能量的比值，判断离线均衡是否结束，当此比值小到设定范围时，则认为离线均衡完成。2.根据权利要求1所述的出口短接和直流控制的级联电池储能系统离线均衡方法，其特征在于，S2中，级联H桥式电池储能系统中，每个子模块包括电池单元和功率单元，电池单元由电池管理系统管理，功率单元作为功率转换系统的一部分由PCS控制器控制，PCS控制器定时从BMS获取各个功率单元对应的电池单元的SOC状态和SOH状态；PCS控制器定时从BMS获取各个功率单元对应的电池单元的SOC状态和SOH状态，时间间隔根据电池储能系统的状态刷新速率确定，取0.1s
‑
1min。3.根据权利要求1所述的出口短接和直流控制的级联电池储能系统离线均衡方法，其特征在于，S3中，计算各个子模块的可充电能量和可放电能量，具体方法为：各个子模块的可充电能量SOCE
(x，n)
：SOCE
(x，n)
＝[(SOC
up
‑
SOC
x，n
)
×
SOH
x，n
×
C
N
]
×
V
N
各个子模块的可放电能量SODE
(x，n)
：SODE
(x，n)
＝[(SOC
x，n
‑
SOC
down
)
×
SOH
x，n
×
C
N
]
×
V
N
式中，SOC
up
和SOC
down
分别代表电池运行的SOC上下边界，0≤SOC
down
≤SOC
up
≤1，x表示a、b、c三相之一，n表示某一相中的子模块编号，C
N
为电池额定容量，V
N
为电池标称电压；SOC
x，n
、SOH
x，n
分别表示x相第n各子模块电池的荷电状态和健康状态；计算子模块可放电能量的平均值，然后计算各子模块的可放电能量与平均值的最大误差绝对值；子模块可放电能量的平均值SODE
avg
：
上式中，N为各相的子模块数；子模块可放电能量最大误差绝对值ΔSODE
sub_max
：ΔSODE
sub_max
＝max(|SODE
(x，n)
‑
SODE
avg
|)。4.根据权利要求1所述的出口短接和直流控制的级联电池储能系统离线均衡方法，其特征在于，S4中，计算各相的可充电能量、可放电能量和三相平均可放电能量，具体方法为：计算各相的可充电能量SOCE
x
：计算各相的可放电能量SODE
x
：式中，下标x表示a、b、c三相之一，n表示该相的第n个子模块，N为各相的子模块数；SOCE
(x，n)
为各个子模块的可充电能量；SODE
(x，n)
为各个子模块的可放电能量；计算三相平均可放电电量：式中，SODE
a
、SODE
b
、SODE
c
分别为a、b、c三相可放电电量。5.根据权利要求1所述的出口短接和直流控制的级联电池储能系统离线均衡方法，其特征在于，S5中，具体包括：计算各相可放电能量和平均可放电能量的误差：ΔSODE
a
＝SODE
a
‑
SODEΔSODE
b
＝SODE
b
‑
SODEΔSODE
c
＝SODE
c
‑
SODE式中，ΔSODE
a
，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈满，凌志斌，李勇琦，彭鹏，李毓烜，胡振恺，雷旗开，朱焕杰，田凯，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：