分布式电池储能系统SoC平衡控制方法及系统与流程

分布式电池储能系统soc平衡控制方法及系统
技术领域
1.本发明涉及电力储能技术领域，具体而言，涉及一种分布式电池储能系统soc平衡控制方法及系统。


背景技术：

2.电池储能系统主要利用电池储存电能，传统的电池储能系统通常由多个电池簇并联组成，每个电池簇中通常需要多个串联的电池包，而且需要串联的电池包数量越多，每个电池包个体对储能系统的影响程度越高。因此，需要对电池储能系统中各个储能模块进行均流控制，而进行各个储能模块的均流控制需要精准获取各个储能模块的剩余容量。现有技术中经常采用荷电状态(stateofcharge，soc)，来反映电池的剩余容量，其数值上定义为剩余容量占电池容量的比值，常用百分数表示。其取值范围为0～1，当soc＝0时表示电池放电完全，当soc＝1时表示电池完全充满。平衡以电池soc为控制对象，设计权重因子，达到对单体电池充放电速率动态调节的目的，实现分布式电池电源模块储能系统的soc均衡，保证系统运行的稳定性。
3.但在实际运行过程中，分布式电池电源模块储能系统的均衡模块均衡能力均远远低于电池单体的工作电流，且平衡控制系统复杂度高，尤其是对于储能调频的复杂工况来说，电池持续的处于充电或放电状态，缺少闲置的机会，影响电芯质量，并且在电池使用过程中，电池内的各电芯受直流内阻等因素的影响，会导致采集到的各电芯的电压与电芯实际的电压存在偏差，进而影响电池均衡判断的准确度。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明旨在提出一种分布式电池储能系统soc平衡控制方法及系统，以解决现有技术中电池均衡判断不准确的问题。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
6.一种分布式电池储能系统soc平衡控制方法，储能系统中的电池簇包括多个电池模块，多个电池模块正负极依次串联而成，每个电池模块均包括一个电池能量包和一个igbt模块，igbt模块的正极连接到电池的正极，igbt模块的负极连接到电池的负极，门极通过驱动电路来控制igbt的导通和断开，每个电池能量包均包括至少一个电池单体和一个能量切割模块，能量切割模块包括两个能量开关和控制器，能量切割模块通过能量开关的高频通断将电池单体的模拟能量离散化切割成数字能量流，构成电池单体充电或放电的多个能量控制节点，其中一个能量开关的连接到电池单体的正极，另一个能量开关连接到电池单体的负极，分布式电池储能系统soc平衡控制方法包括以下步骤：
7.获取各电池簇中所有电池能量包的荷电状态soc值；
8.将得到的各个电池能量包的soc值按从小到大进行排序；
9.根据储能需求功率选择性地对不同soc值的电池进行优先充电或放电；
10.根据充电过程中电池的最大电芯与最小电芯之间的压差对目标电芯进行均衡。
11.进一步的，根据储能需求功率选择性地对不同soc值的电池进行优先充电或放电包括：
12.获取有关储能功率分配的参数数据；
13.根据获取到的储能功率分配参数数据结合储能系统的工作模式，实时确定判断储能需实现的功能为充电功能或放电功能。
14.进一步的，储能需求功率p＞0，表示储能需实现放电功能；储能需求功率p＜0，表示储能需实现充电功能；储能需求功率p＝0，表示储能不需要实现充放电功能。
15.进一步的，有关储能功率分配的参数数据包括：电网指令、各电池组实时soc、各pcs额定功率。
16.进一步的，根据充电过程中电池的最大电芯与最小电芯之间的压差对目标电芯进行均衡包括如下过程：
17.获取同一电池的一个工作周期内最大电芯与最小电芯之间的压差，一个工作周期包括一次充电和一次放电过程，则同一电池再一个工作周期内具有两个压差，重复n次充放电过程，得到2n个压差；
18.根据得到的2n个压差对该目标电芯进行均衡。
19.进一步的，判断压差与预设压差阈值的关系；
20.若2n个压差中大于预设压差阈值的压差数量占比大于预设概率阈值，则对该电池进行均衡；
21.若2n个压差中大于预设压差阈值的压差数量占比不超过预设概率阈值，则对不需要该电池进行均衡。
22.进一步的，预设概率阈值根据实际需求进行设置为60％～90％。
23.相对于现有技术，本发明所述的分布式电池储能系统soc平衡控制方法具有以下优势：
24.本发明提供的分布式电池储能系统soc平衡控制方法，能够周期性的使soc值低或高的电池切换至闲置状态，通过电池自身调节能力，修复电池状态，同时在电池使用过程中根据最大电芯与最小电芯之间的压差来对电芯进行均衡，充分保证均衡判断的准确性，进而提高整个系统平衡控制方法的准确度。
25.本发明还提供了一种分布式电池储能系统soc平衡控制系统，包括以上所述的平衡控制方法。所述平衡控制系统包括信息采集模块、计算模块、能量切割模块、电能集线器、电能交换机、电池能量云、储能监控系统ems。
26.进一步的，信息采集模块，用于在储能系统运行过程中采集所有电池能量包的电池信息，以及采集储能功率分配的参数数据；
27.计算模块，用于根据信息采集模块采集的信息计算荷电状态soc值以及储能需求功率；
28.能量切割模块，设置在电池能量包内，与电池单体连接，用于将电池单体的模拟能量离散化切割成数字能量流，构成电池单体充电或放电的多个能量控制节点；
29.电能集线器，包括能量流控制器、信息流控制器和控制器，电能集线器用于能量切割模块联网和通信交互控制。具体的，电能集线器连接多个能量切割模块，电能集线器对与能量切割模块所连接的电池单体进行管理和能量调度，信息流控制器用于电能集线器与多
个能量切割模块实现能量切割模块的局部联网和交互控制，并将信息反馈给控制器，控制器向能量流控制器发送指令，能量流控制器接收控制器的指令，并根据控制器的指令进行本地能量切割模块所连接电池的管理和能量调度，此外，电能集线器的控制器与电能交换机进行信息交互，并接受电能交换机的调度；
30.电能交换机，用于电能集线器联网和交换控制。电能交换机与基于云服务平台的电池自动巡检和能量调度平台进行交互，并接受平台调度。
31.云服务平台，用于提供基于云计算和大数据，实现单体电池的能量调度和自动巡检，进而对所有电池进行自动巡检和能量调度。
32.所述控制系统与上述控制方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
33.图1为本发明实施例所述的电压-容量曲线示意图；
34.图2为本发明实施例所述的分布式电池储能系统soc平衡控制方法流程图。
具体实施方式
35.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
36.一种分布式电池储能系统soc平衡控制方法及系统，
37.储能系统中的电池簇包括多个电池模组，多个电池模组正负极依次串联而成，每个电池模组均包括一个电池能量包和一个igbt模块，igbt模块的正极连接到电池的正极，igbt模块的负极连接到电池的负极，门极通过驱动电路来控制igbt的导通和断开，
38.每个电池能量包均包括至少一个电池单体和一个能量切割模块，能量切割模块包括两个能量开关和控制器，能量切割模块通过能量开关的高频通断将电池单体的模拟能量离散化切割成数字能量流，构成电池单体充电或放电的多个能量控制节点。其中一个能量开关的连接到电池单体的正极，另一个能量开关连接到电池单体的负极。分布式电池储能系统soc平衡控制方法包括以下步骤：
39.s100、获取各电池簇中所有电池能量包的荷电状态soc值；
40.具体地，步骤s100包括如下步骤：
41.s101、获取各电池簇中所有电池单体的电池信息；
42.在电池模块运行过程中，每隔预设周期采集各个电池单体的电池信息，其中电池信息包括电池的电压、电流、电池容量等。
43.s102、形成电池的电压-容量曲线；
44.根据步骤s101采集到的电池信息形成每个电池单体的电压-容量曲线。进一步的，在电池使用时间不同的情况下，电压-容量曲线会稍有不同，例如在电池的寿命初期，电压-容量曲线对应的电池被完全充电时的剩余容量最大，随着电池使用时间的延长，电压-容量曲线对应的电池被完全充电时的剩余容量变小，对应的电压-容量曲线下移。因此，本实施例优选的在电池经历x个充放电周期后，根据当前电池状态，更新电池的电压-容量曲线；优选的，x为5。
45.如附图1所示为某一时刻的电压-容量曲线示意图，在l点之前随着电池容量的增加，电压升高较快，到达l点时，电压ua达到平台期；随后电压随电池容量的变化较为缓慢，电压基本保持平稳或缓慢上升趋势；在到达h点、电压升高至uc后，随着电池容量的增加，电压再次呈现快速增长的趋势。其中电压ua对应的容量为低容量阈值，低容量阈值是指电池在其低突状态被触发时对应的容量；电压uc对应的容量为高容量阈值，高容量阈值是指电池在其高突状态被触发时对应的容量。在电压保持平稳或缓慢上升的h点与l点之间，对应的电压为ub，该状态下的电压能够基本保持正常高效工作，且不易引发电池的容量突变。
46.s103、根据电池-容量曲线计算电池的荷电状态soc值；
47.电池的soc计算公式如下：soc＝(u
b-ua)/(u
c-ua)，其中，对于具体的电池来说，当电池处于低容量阈值和高容量阈值区间时，根据当前时刻电池容量对应的电压ub，以及电池-容量曲线中的ua和uc计算当前电池的soc值。剔除高容量阈值以上和低容量阈值以下对应的电压，避免电压不准影响soc值计算准确度。
48.s200、将步骤s100计算得到的各个电池能量包的soc值按从小到大进行排序；
49.s300、根据储能需求功率选择性地对不同soc值的电池能量包进行优先充电或放电；
50.具体的，步骤s300还包括如下具体过程：获取有关储能系统调配的参数数据。根据获取到的储能系统调配参数数据结合储能系统的工作模式，实时确定判断储能需求。其中参数数据包括：电网指令、各电池模组的实时soc、各储能变流器pcs额定功率。
51.s302a、若储能需求功率p＞0，表示储能需实现放电功能；控制该电池簇中荷电状态soc值排名靠后预设比例的电池模组中的igbt导通，使导通的电池能量包处于可投入状态，并控制该电池簇中其余电池模块中的igbt断开，使其余电池能量包处于切除状态；
52.进一步的，在导通的电池能量包处于可投入状态时，根据储能需求功率的实际大小动态调整可投入电池能量包之间的串并联组合。例如，在初始开启放电时，控制soc值排名靠后预设比例的所有电池模组串联，随着放电的进行，根据储能需求功率的实际变化动态调整串联电池模组的数量，例如控制随着放电的进行调整soc值排名靠后预设比例的电池模组中soc值相对较大的电池模组串联放电，甚至根据根据储能需求功率的实际变化可以间歇性的控制单个电池能量包的离散化放电，例如控制两个半电池的放电。
53.s302b、若储能需求功率p＜0，表示储能需实现充电功能；控制该电池簇中荷电状态soc值排名靠前预设比例的电池模组中的igbt导通，使导通的电池能量包处于可投入状态，并控制该电池簇中其余电池模块中的igbt断开，使其余电池能量包处于切除状态；
54.进一步的，在导通的电池能量包处于可投入状态时，根据储能需求功率的实际大小动态调整可投入电池能量包之间的串并联组合。例如，在初始开启充电时，控制soc值排名靠后预设比例的所有电池模组串联，例如控制随着放电的进行调整soc值排名靠后预设比例的电池模组中soc值相对较小的电池模组串联放电，随着充电的进行，根据储能需求功率的实际变化动态调整串联电池模组的数量，甚至根据根据储能需求功率的实际变化可以间歇性的控制单个电池能量包的离散化放电。
55.s302c、若储能需求功率p＝0，表示储能不需要实现充放电功能，静置即可。
56.进一步的，排名靠后预设比例设置为排名靠后的60％，排名靠前预设比例设置为排名靠前的60％。
57.重复上述过程，由此使得不同的电池都能得到与主电路断开、闲置的机会，减少电池的充放电频率，延长电池的使用寿命，降低电池的老化速度，同时减少电池自放电损耗，进而保证均衡控制的高效准确。
58.s400、根据充电过程中电池的最大电芯与最小电芯之间的压差对目标电芯进行均衡。
59.其中，一个电池单体包括至少两个电芯，根据充电过程中最大电芯与最小电芯之间的压差对目标电芯进行均衡包括如下过程：
60.s401、获取同一电池的一个工作周期内最大电芯与最小电芯之间的压差，一个工作周期包括一次充电和一次放电过程，则同一电池再一个工作周期内具有两个压差，重复n次充放电过程，得到2n个压差。
61.s402、根据得到的2n个压差对该电芯进行均衡。
62.s403、判断压差与预设压差阈值的关系；
63.s404a、若2n个压差中大于预设压差阈值的压差数量占比大于预设概率阈值，则对该电池进行均衡；
64.s404b、若2n个压差中大于预设压差阈值的压差数量占比不超过预设概率阈值，则对不需要该电池进行均衡。
65.进一步的，本实施方式中，预设压差阈值可以根据设计规范中认为满足电压一致性时所允许的压差范围进行设置。预设概率阈值可以根据实际需求进行设置，例如可以设置为60％～90％，优选的，设置为80％，但不作为限制。
66.本实施方式的均衡控制方法，当2n个压差中大于预设压差阈值的压差数量占比大于预设概率阈值时，说明电压过高或过低的情况超出安全范围，继续对其均衡控制。通过上述2n个压差的设置，从统计学的角度准确反映出该目标电芯为需要进行均衡的电芯的可能性，进而根据这2n个压差对目标电芯进行均衡，提高电池均衡判断的准确度。
67.本实施例提供的分布式电池储能系统soc平衡控制方法，能够周期性的是soc值低或高的电池切换至闲置状态，通过电池自身调节能力，修复电池状态，同时在电池使用过程中根据最大电芯与最小电芯之间的压差来对电芯进行均衡，充分保证均衡判断的准确性，进而提高整个系统平衡控制方法的准确度。
68.作为本发明实施例的一部分，电池可以是锂电池、钒电池、钠离子电池等。
69.作为本发明实施例的一部分，还提供了一种分布式电池储能系统soc控制系统，包括：
70.信息采集模块，用于在储能系统运行过程中采集所有电池能量包的电池信息，以及采集储能功率分配的参数数据；
71.计算模块，用于根据信息采集模块采集的信息计算荷电状态soc值以及储能需求；
72.能量切割模块，设置在电池能量包内，与电池单体连接，用于将电池单体的模拟能量离散化切割成数字能量流，构成电池单体充电或放电的多个能量控制节点；
73.电能集线器，包括能量流控制器、信息流控制器和控制器，电能集线器用于能量切割模块联网和通信交互控制。具体的，电能集线器连接多个能量切割模块，电能集线器对与能量切割模块所连接的电池单体进行管理和能量调度，信息流控制器用于电能集线器与多个能量切割模块实现能量切割模块的局部联网和交互控制，并将信息反馈给控制器，控制
器向能量流控制器发送指令，能量流控制器接收控制器的指令，并根据控制器的指令进行本地能量切割模块所连接电池的管理和能量调度，此外，电能集线器的控制器与电能交换机进行信息交互，并接受电能交换机的调度。
74.电能交换机，用于电能集线器联网和交换控制。电能交换机与基于云服务平台的电池自动巡检和能量调度平台进行交互，并接受平台调度。
75.云服务平台，用于提供基于云计算和大数据，实现单体电池的能量调度和自动巡检，进而对所有电池进行自动巡检和能量调度。
76.储能监控系统ems用于监控、控制和管理储能系统的运行，实时检测储能系统的运行状态，并根据云服务平台的调度需求控制各电池模块的运行和均衡控制。
77.所述控制系统与上述控制方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
78.虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

技术特征：
1.一种分布式电池储能系统soc平衡控制方法，其特征在于，储能系统中的电池簇包括多个电池模块，多个电池模块正负极依次串联而成，每个电池模块均包括一个电池能量包和一个igbt模块，igbt模块的正极连接到电池的正极，igbt模块的负极连接到电池的负极，门极通过驱动电路来控制igbt的导通和断开，每个电池能量包均包括至少一个电池单体和一个能量切割模块，能量切割模块包括两个能量开关和控制器，能量切割模块通过能量开关的高频通断将电池单体的模拟能量离散化切割成数字能量流，构成电池单体充电或放电的多个能量控制节点，其中一个能量开关的连接到电池单体的正极，另一个能量开关连接到电池单体的负极，分布式电池储能系统soc平衡控制方法包括以下步骤：获取各电池簇中所有电池能量包的荷电状态soc值；将得到的各个电池能量包的soc值按从小到大进行排序；根据储能需求功率选择性地对不同soc值的电池进行优先充电或放电；根据充电过程中电池的最大电芯与最小电芯之间的压差对目标电芯进行均衡。2.根据权利要求1所述的分布式电池储能系统soc平衡控制方法，其特征在于，根据储能需求功率选择性地对不同soc值的电池进行优先充电或放电包括：获取有关储能功率分配的参数数据；根据获取到的储能功率分配参数数据结合储能系统的工作模式，实时确定判断储能需实现的功能为充电功能或放电功能。3.根据权利要求2所述的分布式电池储能系统soc平衡控制方法，其特征在于，储能需求功率p＞0，表示储能需实现放电功能；储能需求功率p＜0，表示储能需实现充电功能；储能需求功率p＝0，表示储能不需要实现充放电功能。4.根据权利要求2所述的分布式电池储能系统soc平衡控制方法，其特征在于，有关储能功率分配的参数数据包括：电网指令、各电池组实时soc、各储能变流器pcs额定功率。5.根据权利要求1所述的分布式电池储能系统soc平衡控制方法，其特征在于，根据充电过程中电池的最大电芯与最小电芯之间的压差对目标电芯进行均衡包括如下过程：获取同一电池的一个工作周期内最大电芯与最小电芯之间的压差，一个工作周期包括一次充电和一次放电过程，则同一电池再一个工作周期内具有两个压差，重复n次充放电过程，得到2n个压差；根据得到的2n个压差对该目标电芯进行均衡。6.根据权利要求5所述的分布式电池储能系统soc平衡控制方法，其特征在于，判断压差与预设压差阈值的关系；若2n个压差中大于预设压差阈值的压差数量占比大于预设概率阈值，则对该电池进行均衡；若2n个压差中大于预设压差阈值的压差数量占比不超过预设概率阈值，则对不需要该电池进行均衡。7.根据权利要求6所述的分布式电池储能系统soc平衡控制方法，其特征在于，预设概率阈值根据实际需求进行设置为60％～90％。8.一种分布式电池储能系统soc平衡控制系统，其特征在于，使用权利要求1值7中任意一项所述的分布式电池储能系统soc平衡控制方法，所述平衡控制系统包括信息采集模块、计算模块、能量切割模块、电池能量放大器、电能交换机、电池能量云、储能监控系统ems。
9.根据权利要求8所述的分布式电池储能系统soc平衡控制系统，其特征在于，信息采集模块，用于在储能系统运行过程中采集所有电池能量包的电池信息，以及采集储能功率分配的参数数据；计算模块，用于根据信息采集模块采集的信息计算荷电状态soc值以及储能需求功率；能量切割模块，设置在电池能量包内，与电池单体连接，用于将电池单体的模拟能量离散化切割成数字能量流，构成电池单体充电或放电的多个能量控制节点；电能集线器，包括能量流控制器、信息流控制器和控制器，电能集线器用于能量切割模块联网和通信交互控制。具体的，电能集线器连接多个能量切割模块，电能集线器对与能量切割模块所连接的电池单体进行管理和能量调度，信息流控制器用于电能集线器与多个能量切割模块实现能量切割模块的局部联网和交互控制，并将信息反馈给控制器，控制器向能量流控制器发送指令，能量流控制器接收控制器的指令，并根据控制器的指令进行本地能量切割模块所连接电池的管理和能量调度，此外，电能集线器的控制器与电能交换机进行信息交互，并接受电能交换机的调度；电能交换机，用于电能集线器联网和交换控制。电能交换机与基于云服务平台的电池自动巡检和能量调度平台进行交互，并接受平台调度；云服务平台，用于提供基于云计算和大数据，实现单体电池的能量调度和自动巡检，进而对所有电池进行自动巡检和能量调度。10.根据权利要求9所述的分布式电池储能系统soc平衡控制系统，其特征在于，储能监控系统ems用于监控、控制和管理储能系统的运行，实时检测储能系统的运行状态。

技术总结
本发明提供一种分布式电池储能系统SoC平衡控制方法，储能系统中的电池簇包括多个电池模组，多个电池模组正负极依次串联而成，每个电池模组均包括电池能量包和IGBT模块，IGBT模块门极通过驱动电路来控制IGBT的导通和断开，分布式电池储能系统SoC平衡控制方法包括：获取各电池簇中所有电池能量包的荷电状态SoC值；将得到的各个电池的SoC值按从小到大进行排序；根据储能需求功率选择性地对不同SoC值的电池进行优先充电或放电；根据充电过程中电池的最大电芯与最小电芯之间的压差对目标电芯进行均衡。周期性的使SoC值低或高的电池切换至闲置状态，通过电池自身调节能力，修复电池状态，充分保证均衡判断的准确性，进而提高整个系统平衡控制方法的准确度。整个系统平衡控制方法的准确度。整个系统平衡控制方法的准确度。


技术研发人员：王运方 周杨林 慈松 杨峰 李学峰 李志民 赵九军 司呈恪
受保护的技术使用者：云储新能源科技有限公司
技术研发日：2023.07.04
技术公布日：2023/10/5