一种液态金属电池可重构分层均衡控制方法、系统、设备及介质与流程

本发明涉及电化学储能，尤其涉及一种液态金属电池可重构分层均衡控制方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、液态金属电池作为新近发展起来的一类电化学储能技术，三层液态结构的设计，采用无机熔盐和液态金属作为电解质和正负极，具有成本低、容量大、效率高等特点，在规模储能领域具有广阔的应用前景。在实际应用中单电池的电压容量有限,因此必须进行电池的串并联。由于电池本身由于材料特性、制造等原因不可能完全一致,电池的均衡充放电是各种电池应用的一大难点。因此需要针对液态金属电池的自身特性对液态金属电池均衡管理设计合适的均衡拓扑以及均衡策略。

2、目前的可均衡方法主要分为两类：实时规则型和离线优化型。

3、实时规则型可重构均衡以实时状态检测结合预设规则决策为核心，通过及时响应电池状态变化实现均衡控制。其工作流程为：实时检测电池的状态参如soc、电压并按预设工程经验规则控制开关动作，实现电池旁路、模块配置转换等操作，以缓解最低容量电池对整体容量的限制作用；其优势在于响应及时、控制逻辑简单，易于工程落地实现，但也存在局限，其基本将电池模块视为不可拆分的整体，无法充分挖掘模块内部的重构潜力，导致常用的串并联电池包拓扑难以实现全电池均衡，进而限制电池包容量利用率的最大化。

4、离线优化型可重构均衡依托优化算法实现全局容量利用率最优，核心是通过离线计算确定电池的最优配置方案。其通过动态规划（dp）等优化算法，结合单电池容量等参数，对电池的串并联组合方式进行时间序列上的离线优化，以探索能实现最大容量输出的电池配置；此外，还可针对如提升能量效率、最小化soc消耗等不同目标，在给定的时变负载前提下优化配置组合；其优势是能从理论上保证容量利用率的最优性，但优化后的电池配置固定，会丧失动态调整的灵活性；若要实现全局优化，需提前获取电池未来的工作负载信息，实际应用中也难以满足；同时，dp算法的计算负担较重，对硬件算力要求高，不利于在实时控制系统中落地应用。

5、在中国发明cn106654413a中公开了一种液态金属电池组的多级均衡控制系统和方法，通过分层均衡管理，将主动均衡与被动均衡相结合，提高液态金属电池组均衡效率。但该系统没有考虑电池串并联混合结构的均衡，且采用了相对能量效率较低的被动均衡实现，其方案具有一定的局限性。

技术实现思路

1、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明提供了一种液态金属电池可重构分层均衡控制方法及系统，解决目前液态金属电池成组使用的过程中可能出现的电池的不一致性的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明提供了一种液态金属电池可重构分层均衡控制方法应用于包含多个液态金属电池模组的电池装置，各所述模组通过三开关拓扑结构由相邻两个液态金属电池单体并联组成，且各模组之间串联连接；

5、所述控制方法，包括：

6、获取各模组的剩余容量；

7、基于所述剩余容量，确定剩余容量最低的模组集合；

8、执行均衡操作，将模组集合中的各模组从串联电路中断开，并从剩余模组中选取与所述模组集合数量相同的目标模组，拆分为两个独立的电池单体接入串联电路，使各目标模组以双倍率进行放电/充电；

9、响应于各模组剩余容量未满足均衡结束条件，重复执行所述均衡操作；

10、响应于各模组剩余容量满足均衡结束条件，恢复各模组至串联状态。

11、作为本发明所述的一种液态金属电池可重构分层均衡控制方法的一种优选方案，其中：基于所述剩余容量，确定剩余容量最低的模组集合，包括：

12、对各模组的剩余容量进行排序，确定最小剩余容量值；

13、响应于任一模组的剩余容量与所述最小剩余容量值之差小于或等于预设阈值，将相应模组归入所述模组集合。

14、作为本发明所述的一种液态金属电池可重构分层均衡控制方法的一种优选方案，其中：所述均衡结束条件为各所述模组的剩余容量相同。

15、作为本发明所述的一种液态金属电池可重构分层均衡控制方法的一种优选方案，其中：所述响应于各模组剩余容量未满足均衡结束条件，重复执行所述均衡操作，其中包括：判断断开模组数量是否满足预设数量阈值，具体为：

16、响应于各模组剩余容量未满足均衡结束条件，获取当前所述模组集合中的模组数量；

17、响应于当前所述模组集合中的模组数量未达到预设数量阈值，持续进行所述均衡操作直至均衡；

18、响应于当前所述模组集合中的模组数量达到预设数量阈值，则将一个最高容量模组拆分，同时断开一个最低容量模组，再次判断各模组剩余容量是否未满足均衡结束条件。

19、作为本发明所述的一种液态金属电池可重构分层均衡控制方法的一种优选方案，其中：所述预设数量阈值为(n+1)/2的向上取整值；其中，n为所述电池装置中模组的总数量。

20、作为本发明所述的一种液态金属电池可重构分层均衡控制方法的一种优选方案，其中：响应于各模组剩余容量满足均衡结束条件，恢复各模组至串联状态，具体为：

21、响应于各模组剩余容量满足均衡结束条件，将已拆分的各目标模组中的两个液态金属电池单体重新并联成组，并将已断开的各所述模组重新串联接入所述串联电路。

22、作为本发明所述的一种液态金属电池可重构分层均衡控制方法的一种优选方案，其中：所述控制方法适用于所述电池装置的放电过程和充电过程；

23、在所述充电过程中，各所述模组的剩余容量代表各所述模组的可充电容量；

24、所述均衡操作以各所述模组的可充电容量满足所述均衡结束条件为目标进行控制。

25、第二方面，本发明提供了一种液态金属电池可重构分层均衡控制系统，包括：数据采集单元和控制单元；

26、所述数据采集单元包括获取模块与集合确定模块；所述控制单元包括均衡模块、第一判断模块与第二判断模块；其中：

27、获取模块，用于获取各模组的剩余容量；

28、集合确定模块，用于基于所述剩余容量，确定剩余容量最低的模组集合；

29、均衡模块，用于执行均衡操作，将模组集合中的各模组从串联电路中断开，并从剩余模组中选取与所述模组集合数量相同的目标模组，将目标模组拆分为两个独立的液态金属电池单体并接入所述串联电路，使各目标模组以双倍率进行放电/充电；

30、第一判断模块，用于响应于各所述模组的剩余容量未满足均衡结束条件，根据当前所述模组集合中的模组数量调整后续确定模组集合时的模组选取数量，并返回再次执行所述均衡操作；

31、第二判断模块，用于响应于各所述模组的剩余容量满足均衡结束条件，将已拆分的各目标模组中的两个液态金属电池单体重新并联成组，并将已断开的各所述模组重新串联接入所述串联电路。

32、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：

33、存储器和处理器；

34、所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现一种液态金属电池可重构分层均衡控制方法的步骤。

35、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述一种液态金属电池可重构分层均衡控制方法的步骤。

36、与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供了具有可重构型拓扑的电池装置以及相关控制策略。该拓扑结构能使液态金属电池组具备串并联电路拓扑变换能力，从而可以对电路进行分层设计；同时当确定负载大小时，通过将并联的模组分裂再重组，切出再投入的方式改变不同模组的充放电速率，将这些串联起来的并联模组容量归为一致，提高电池组容量利用率；同时其控制策略能最大化均衡的效率，使得电池系统能最快达到理论最高；防止电池组内单体电池过充过放，延长其使用寿命，且可以为大规模储能领域的应用提供更佳广阔的前景。