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模块化多电平电池储能系统的电池健康状态优化控制方法

泰然健康网
2025-06-10 23:05

起点SOC i分别下降至S0C2a、S0C2b、SOC2。（其中a、b、c分别代表某个电池组），则有：
[0070] Δ SOCa= SOC !-SOC2a,
[0071] Δ SOCb= SOC !-SOC2b,
[0072] Δ SOCc= SOC !-SOC2c,
[0073] 以图中标示为例，Λ S0Ca〈 Λ S0Cb〈 Λ S0Cc，则3个电池组中，a的健康状态最优， b次之，c最差。此图用于测定所有电池组的相对S0H。
[0074] 图4(a)为一种本发明提出的新SOC变化路径的示例。其中不同健康状态电池组的放电深度有所差异。te指整个系统规划运行时间。以放电为例，SOH较高的电池组的SOC 的变化路径对应图4中更靠近横坐标轴的弧线。
[0075] 图4(b)为实际运行过程中的充放电控制策略，目的是确定某电池组SOC参考值。
[0076] 设图中SOCl到t2的直线是直线测定的所有电池组的平均值，SOCl到t2的曲线是某电池组预设的SOC路径。
[0077] 由于实际应用中，电池组SOC值变化不会太快，也为了避免引入SOC的测算误差进而影响到控制器的输出性能。本发明提出了首先测得的所有电池组的荷电状态平均值 SOCave，找到其在预先设定的电池组荷电状态变化路径图中的位置，做平行于纵轴的直线，该直线与某预设的电池组荷电状态变化曲线的交点即为此时该电池组的荷电状态参考值 SOCi' 〇
[0078] 图5为一种电池 SOC控制模块图。在收到各组电池测得的SOC平均值后，向实时数字控制器输入每组电池测得的的SOC平均值（图5中SOC 1)以及此电池组SOC参考值（图 5中SOCV )，后者减前者，差值经过比例控制器（图5中P)变换后所得数值的相反数加1，最终输出各电池荷电状态控制模块的调制参考指令值（附图5中D 1)。
[0079] 由于每个电池组的SOC值在各段时间间隔内经过平均处理，因而本发明提出的电池充放电控制策略更利于减少SOC的估算误差。
[0080] 上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1. 一种模块化多电平电池储能系统的电池健康状态优化控制方法，其特征是，通过测量电池组荷电状态的变化率，确定所有电池组的相对健康状态；在满足充放电功率要求及输出波形质量的情况下，模块化多电平电池储能系统中的各个子模块按照设定的优化管理指令对电池组的健康状态进行均衡控制。2. 如权利要求1所述的一种模块化多电平电池储能系统的电池健康状态优化控制方法，其特征是，包括以下步骤：步骤（1):各桥臂的子模块电池组进行充/放电运行，测量各个子模块电池组的荷电状态，根据各电池组荷电状态的变化率判断各电池组的相对健康状态，计算所有电池组的相对健康状态平均值并对所有电池组的健康状态进行排序；步骤（2):模块化多电平变换器的控制单元依据电池组相对健康状态的排序情况，预设各个子模块电池组的荷电状态变化曲线；步骤（3):计算所有电池组的平均荷电状态的实时数值，设定每个电池组的荷电状态参考值，根据预设的各个子模块电池组的荷电状态参考值与对应子模块测得的荷电状态的差值分配子模块电池组的充/放电功率；步骤（4):子模块电池组的充、放电功率通过控制子模块中开关器件的调制信号实现。3. 如权利要求2所述的一种模块化多电平电池储能系统的电池健康状态优化控制方法，其特征是，所述步骤（1)的具体方法为：当储能系统中所有电池组的荷电状态均在正常运行范围内时，各电池组进行充放电运行，测量系统充放电运行过程中各电池组的SOC值变化情况，以此衡量各电池组的相对健康状态；在等效的同等充放电功率下，电池组的SOC值变化越大，则电池组的相对健康状态越差，并据此对各电池组的相对健康状态进行排序。4. 如权利要求2所述的一种模块化多电平电池储能系统的电池健康状态优化控制方法，其特征是，所述步骤（2)中荷电状态变化曲线具体为：所有电池组SOC值并非传统控制方式下的一致变化，而是以预先设定的各个子模块电池组的荷电状态变化曲线变化；对通过步骤（1)得到的电池组的相对健康状态进行分类，首先找到最接近于相对健康状态平均值的电池组，健康状态高于平均值的电池组分为第一组，健康状态低于平均值的电池组分为第二组；预先设定各个子模块电池组的荷电状态变化曲线时，第一组电池组的荷电状态低于所有电池组的平均荷电状态，并且相对健康状态最高的电池组的荷电状态距离平均荷电状态最远；同理，第二组电池组的荷电状态高于所有电池组的平均荷电状态，并且相对健康状态最低的电池组的荷电状态距离平均荷电状态最远；其余各电池组的荷电状态依据相对健康状态值的排序情况依次设定。5. 如权利要求2所述的一种模块化多电平电池储能系统的电池健康状态优化控制方法，其特征是，所述步骤（3)中，计算所有电池组的平均荷电状态的实时数值的具体方法为：将测得的所有电池组的平均荷电状态SOCave作为改变电池实时输出功率出力占比的节点；根据测得的所有电池组的荷电状态平均值SOCave，找到其在预先设定的电池组荷电状态变化路径图中的位置，做平行于纵轴的直线，该直线与其他预设的电池组荷电状态变化曲线的交点，即得到某电池组荷电状态参考值SOCi'。6. 如权利要求2所述的一种模块化多电平电池储能系统的电池健康状态优化控制方法，其特征是，所述步骤（4)的具体方法为：将得到的每组电池组SOC参考值减去此电池实际测得的SOC值，差值经过比例控制器变换后所得数值的相反数加1，最终输出各电池荷电状态控制模块的调制参考指令值；通过改变子模块中开关器件的调制信号，实现各子模块电池组的充、放电运行；同时BMS实时监测校正每个电池组的运行状态。7. 如权利要求1所述的一种模块化多电平电池储能系统的电池健康状态优化控制方法，其特征是，随着电池储能系统工作时间的增加及循环次数的增多，不同电池组的SOH差异会逐渐缩减，累计差值达到一定循环次数后，重新对所有电池组的健康状态进行排序，调整不同电池组的充放电功率分配；直至最终不同电池组的SOH趋于一致。8. 如权利要求1所述的一种模块化多电平电池储能系统的电池健康状态优化控制方法，其特征是，不同电池组实时输入/输出功率相对于总功率的占比随荷电状态的变化而变化。
【专利摘要】本发明公开了一种模块化多电平电池储能系统的电池健康状态优化控制方法，通过测量电池组荷电状态的变化率，确定所有电池组的相对健康状态；预设各个子模块电池组的荷电状态变化曲线；据其实时分配不同电池组实时输入/输出功率相对于总功率的占比，实现储能系统在充/放电状态下均衡各电池组的SOH，最终缩小各电池组SOH的差异。本发明同时在个别电池组性能下降时，能够通过控制MMC相应模块减少其放电倍率和放电深度加以保护；并且降低了模块化多电平电池储能系统的热管理的要求。
【IPC分类】H02J3/28, H01M10/44
【公开号】CN105048484
【申请号】CN201510567724
【发明人】高峰, 张倩
【申请人】山东大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年9月8日