一种适用于直流链式储能装置的SOC均衡方法和系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用于直流链式储能装置的SOC均衡方法和系统，所述方法包括：获取当前有效的DCDC功率模块数量，选择数据源；计算数据源值的最大值、最小值、平均值以及数据源值与平均值的差值，当存在差值超过设定的启动阈值时，获取所有有效DCDC功率模块电容电压的最大值和最小值，计算基本调制波的变化范围并获得电流方向符号值；计算SOC均衡控制限幅值，在所述限幅值的限制下设置SOC均衡比例系数；计算每个功率DCDC功率模块的调制波补偿量，将调制波补偿量叠加到基本调制波，获得每个DCDC功率模块的最终输出调制波，完成SOC均衡。本发明专利技术能够安全的实现SOC偏差极大的极端工况下的快速均衡，均衡效率高。均衡效率高。均衡效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于直流链式储能装置的SOC均衡方法和系统


[0001]本专利技术属于直流链式储能装置SOC均衡
，涉及一种适用于直流链式储能装置的SOC均衡方法和系统。

技术介绍

[0002]高压级联电池储能系统因其单机大容量和高效率的优势，在大容量电池储能应用中受到广泛关注。高压级联电池储能系统又因应用场景不同划分为交流型高压级联链式储能和直流型高压级联链式储能。直流链式储能装置通常为基于DCDC功率模块串联的直流型高压级联链式储能系统，具备系统拓扑简单、滤波环节占比小、容量易于扩展等显著特点，其拓扑结构如图1所示。
[0003]直流链式储能装置的功率阀体由n个DCDC功率模块组成，DCDC功率模块一侧直流端口串联，经过限流电感后接入高压直流，另一侧直流端口各自接入电池簇，实现低压电池到高压直流的变换。在这种拓扑结构下，各电池簇在直流端相互独立，分散到各个子模块中，最大限度的减少了电芯并联数量，降低了生产运行的安全风险。相应的，储能控制系统需要保证每个子模块对应的电池簇的SOC(State of Charge，荷电状态)基本均衡，SOC定义为电池运行一段时间或长期搁置不用后的剩余容量(可用容量)与其完全充电状态的容量(最大可用容量)的比值，常用百分数表示，其为描述电池状态的重要参数，如果各个独立的电池簇之间的SOC不一致，会影响高压直流储能装置的性能以及电池簇的使用寿命。
[0004]直流链式储能装置进行放电时，如果所有的电池簇放电电流相同，则SOC较小的电池簇会先放完电、先达到电压保护阈值，使得整个储能装置退出放电。充电时，如果所有的电池簇充电电流相同，会出现SOC较大的电池簇先充满电，使整个系统退出充电。这就导致系统容量利用不充分，而且也会影响电池簇的长期使用寿命。
[0005]为了解决上述问题，需要对各个电池簇进行SOC均衡管理，对各个电池簇的电流在一定范围内分别控制，实现充电状态下，SOC低的电池多充，SOC高的电池少充，放电状态下，SOC低的电池少放，SOC高的电池多放。经过一段时间的充放电后，各个电池簇SOC值基本一致。
[0006]由图1可知，高压链式直流储能装置对电池簇充放电电流的控制是通过对每个DCDC功率模块的PWM波调节实现的。为了调整每个电池簇的电流，就需要对每个功率模块的调制波进行分别计算。现有技术一般是在计算出系统的总调制波后，人为设定一个相对系统来说比较安全的系数，作为设备参数输入到控制系统中，控制系统将该参数作为补偿系数与当前模块的SOC值结合起来，计算出一个补偿量，叠加在系统的总调制波上，得到当前模块自身的调制波，从而进行SOC均衡调节。但是通过输入参数作为补偿系数(SOC均衡系数)，该参数通常是根据某一种工况计算得出的，一般比较固定，当系统参数发生改变时，该参数，不能跟随储能系统当前运行状态进行调节，SOC均衡系数不能实时做出改变，自适应性不高；且为了安全性考虑，调试人员如果不能确定参数的上限，会输入一个较小的参数以保证储能系统的正常运行，这就降低了效率，导致各电池簇达到SOC均衡的时间变长；另外，
如果输入参数不当，不符合储能系统的当前特性，还可能造成过流等故障，造成储能系统停止运行，安全性不高。

技术实现思路

[0007]为解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种适用于直流链式储能装置的SOC均衡方法和系统，综合考虑电池荷电状态偏差、当前模块电容电压水平、直流极电压控制裕度及输出调制波上下限，实时计算均衡比例系数，实现控制参数自适应，能够安全的实现SOC偏差极大的极端工况下的快速均衡，均衡效率高。
[0008]本专利技术采用如下的技术方案。
[0009]一种适用于直流链式储能装置的SOC均衡方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1、检测获取直流链式储能装置中当前有效的DCDC功率模块数量，并选择均衡用数据源，其中数据源分为电池簇SOC值和电池簇电压值；
[0011]步骤2、针对当前有效的DCDC功率模块，计算其数据源的最大值、最小值、平均值以及数据源值与平均值的差值，当存在所述差值超过设定的启动阈值时，启动SOC均衡控制，进入步骤3；
[0012]步骤3、获取所有有效DCDC功率模块电容电压的最大值和最小值，根据直流链式储能装置输出电压的变化范围、电池额定电压、有效DCDC功率模块数量计算基本调制波的变化范围，并将当前直流极电流与电流判断门槛值进行比较，获得电流方向符号值；
[0013]步骤4、数据源值的最大值、最小值、平均值、电容电压的最大值和最小值、基本调制波的变化范围、电流方向符号值结合直流链式储能装置的最大、最小调制比，计算SOC均衡控制限幅值，在SOC均衡控制限幅值的限制下设置SOC均衡比例系数；
[0014]步骤5、根据SOC均衡比例系数、电流方向符号值与所述差值计算每个功率DCDC功率模块的调制波补偿量，将调制波补偿量叠加到基本调制波，获得每个DCDC功率模块的最终输出调制波，完成SOC均衡。
[0015]优选地，步骤1中，检测DCDC功率模块旁路状态，使用直流链式储能装置中DCDC功率模块总数量减去被旁路的DCDC功率模块数量，获得当前有效的DCDC功率模块数量。
[0016]优选地，步骤1中，优先选择DCDC功率模块的电池簇SOC值作为均衡用数据源，当电池簇SOC值无法获取时，选择DCDC功率模块的电池簇电压值作为均衡用数据源。
[0017]优选地，步骤3中，基本调制波的变化范围计算公式为：
[0018][0019][0020]式中：ΔU
max
为输出电压基本调制波上限；
[0021]ΔU
min
为输出电压基本调制波下限；
[0022]k
up
为直流链式储能装置输出电压上限系数；
[0023]k
dn
为直流链式储能装置输出电压下限系数；
[0024]U
dc_ref
为直流链式储能装置输出电压目标值；
[0025]U
bat
为电池电压额定值；
[0026]N
m
为有效DCDC功率模块数量。
[0027]优选地，步骤3中，电流方向符号值为：
[0028][0029]式中：I
dcpcs1
为直流链式储能装置直流极电流值；
[0030]I
k1
为电流判断门槛值；
[0031]I
sgn
为电流方向符号值。
[0032]优选地，步骤4中，当数据源为电池簇SOC值时，SOC均衡控制限幅值k
SOCmax
的计算公式为：
[0033][0034]式中：SOC
max
、SOC
min
、SOC0分别为SOC最大值、最小值、平均值；
[0035]U
capmax
和U
capmin
分别为DCDC功率模块电容电压的最大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于直流链式储能装置的SOC均衡方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1、检测获取直流链式储能装置中当前有效的DCDC功率模块数量，并选择均衡用数据源，其中数据源分为电池簇SOC值和电池簇电压值；步骤2、针对当前有效的DCDC功率模块，计算其数据源的最大值、最小值、平均值以及数据源值与平均值的差值，当存在所述差值超过设定的启动阈值时，启动SOC均衡控制，进入步骤3；步骤3、获取所有有效DCDC功率模块电容电压的最大值和最小值，根据直流链式储能装置输出电压的变化范围、电池额定电压、有效DCDC功率模块数量计算基本调制波的变化范围，并将当前直流极电流与电流判断门槛值进行比较，获得电流方向符号值；步骤4、数据源值的最大值、最小值、平均值、电容电压的最大值和最小值、基本调制波的变化范围、电流方向符号值结合直流链式储能装置的最大、最小调制比，计算SOC均衡控制限幅值，在SOC均衡控制限幅值的限制下设置SOC均衡比例系数；步骤5、根据SOC均衡比例系数、电流方向符号值与所述差值计算每个功率DCDC功率模块的调制波补偿量，将调制波补偿量叠加到基本调制波，获得每个DCDC功率模块的最终输出调制波，完成SOC均衡。2.根据权利要求1所述的一种适用于直流链式储能装置的SOC均衡方法，其特征在于：步骤1中，检测DCDC功率模块旁路状态，使用直流链式储能装置中DCDC功率模块总数量减去被旁路的DCDC功率模块数量，获得当前有效的DCDC功率模块数量。3.根据权利要求1所述的一种适用于直流链式储能装置的SOC均衡方法，其特征在于：步骤1中，优先选择DCDC功率模块的电池簇SOC值作为均衡用数据源，当电池簇SOC值无法获取时，选择DCDC功率模块的电池簇电压值作为均衡用数据源。4.根据权利要求1所述的一种适用于直流链式储能装置的SOC均衡方法，其特征在于：步骤3中，基本调制波的变化范围计算公式为：步骤3中，基本调制波的变化范围计算公式为：式中：ΔU
max
为输出电压基本调制波上限；ΔU
min
为输出电压基本调制波下限；k
up
为直流链式储能装置输出电压上限系数；k
dn
为直流链式储能装置输出电压下限系数；U
dc_ref
为直流链式储能装置输出电压目标值；U
bat
为电池电压额定值；N
m
为有效DCDC功率模块数量。5.根据权利要求1所述的一种适用于直流链式储能装置的SOC均衡方法，其特征在于：步骤3中，电流方向符号值为：
式中：I
dcpcs1
为直流链式储能装置直流极电流值；I
k1
为电流判断门槛值；I
sgn
为电流方向符号值。6.根据权利要求1所述的一种适用于直流链式储能装置的SOC均衡方法，其特征在于：步骤4中，当数据源为电池簇SOC值时，SOC均衡控制限幅值k
SOCmax
的计算公式为：式中：SOC
max
、SOC
min
、SOC0分别为SOC最大值、最小值、平均值；U
capmax
和U
capmin
分别为DCDC功率模块电容电压的最大值和最小值；ΔU
max
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志芳，于华龙，王继慷，王一，韩峰，张文昕，李昆，
申请(专利权)人：保定四方三伊电气有限公司北京四方继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：