一种动力电池分段变流末端均衡诱导养护方法及系统与流程

本发明属于动力电池管理，具体涉及一种动力电池分段变流末端均衡诱导养护方法及系统。

背景技术：

1、在储能、备电等场景中，为兼顾寿命与响应裕度，电池组通常被长期控制在约40%～80%soc区间浅充浅放，极少经历完整满充。现有均衡策略普遍依赖充电末端高压或高电压差触发，在长期无法进入满充区间时，均衡电路近乎不工作。

2、对于磷酸铁锂电池，其宽泛平坦的电压平台导致不同电芯即使存在明显soc差异，端电压仍极为接近，传统电压判别法在此彻底失效。这造成电芯间soc偏差持续累积而无法消除。最终，高soc单体提前触发过充边界，低soc单体提前触发欠压边界，导致系统可用容量下降、提前限功率甚至停机，导致储能系统运行收益显著下降。

3、因此，针对上述技术问题，有必要提供一种动力电池分段变流末端均衡诱导养护方法及系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种动力电池分段变流末端均衡诱导养护方法及系统，其能够解决背景技术中提出的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明一具体实施例提供的技术方案包括：

3、一种动力电池分段变流末端均衡诱导养护方法，包括以下步骤：s1、响应于养护触发条件，当电池组的平均荷电状态处于预设的中段平坦电压区间，且所述电池组距离上一次满充的静默时长超过预设养护周期时，进入中段诱导养护模式；s2、在所述中段诱导养护模式下，控制双向变流装置向所述电池组施加包含至少两个扰动频点的变流扰动，并同步获取各单体电芯在所述变流扰动下的动态响应信息；s3、根据各单体电芯在至少两个扰动频点下的动态响应信息，构建各单体电芯的阻抗特征；s4、根据各单体电芯的阻抗特征与预设参考阻抗模型之间的偏离度，确定待养护单体电芯；s5、以降低所述待养护单体电芯的偏离度为目标，根据所述待养护单体电芯的偏离度生成对应的修复性微电流波形；s6、控制所述双向变流装置向电池组输出修复性微电流波形，使所述待养护单体电芯在修复性微电流波形作用下产生阻抗收敛响应；s7、在输出所述修复性微电流波形的过程中，监测各单体电芯的阻抗特征变化；s8、当各单体电芯的阻抗特征与所述预设参考阻抗模型之间的偏离度满足预设退出条件时，停止输出所述修复性微电流波形，并退出所述中段诱导养护模式。

4、在本发明的一个或多个实施例中，所述动态响应信息包括各单体电芯在变流扰动下的动态端电压响应；所述阻抗特征为由等效阻抗参数构成的离散阻抗特征集合；所述等效阻抗参数由所述变流扰动的电流幅值、相位信息与所述动态端电压响应计算得到，包括阻抗幅值、阻抗实部、阻抗虚部、相位角、电压响应幅值、电压响应相位滞后、电压恢复时间常数中的至少一种。

5、在本发明的一个或多个实施例中，所述预设参考阻抗模型根据以下至少一种方式确定：由所述电池组中各单体电芯的阻抗特征的平均值或中位值生成；由所述电池组在出厂测试、首次投运测试或历史健康状态测试中获得的阻抗特征生成；由相同型号、相同温度区间、相同荷电状态区间下的健康电芯阻抗特征生成；根据温度、荷电状态和健康状态参数进行修正后生成。

6、在本发明的一个或多个实施例中，所述偏离度根据以下至少一种参数计算得到：单体电芯在多个频率下的阻抗幅值偏差；单体电芯在多个频率下的相位角偏差；单体电芯在电荷转移阻抗主导频段的阻抗偏差；单体电芯在扩散阻抗主导频段的阻抗偏差；单体电芯的阻抗特征向量与所述预设参考阻抗模型对应特征向量之间的距离；以及上述参数的加权组合。

7、在本发明的一个或多个实施例中，s5步骤具体包括：确定所述待养护单体电芯的偏离频段；当所述偏离频段对应电荷转移阻抗主导频段时，生成第一频率范围内的双向微扰动波形；当所述偏离频段对应扩散阻抗主导频段时，生成第二频率范围内的低频脉冲波形；当所述偏离频段对应欧姆阻抗主导频段时，降低所述修复性微电流波形的幅值，或退出本次养护。

8、在本发明的一个或多个实施例中，所述修复性微电流波形满足以下至少一种条件：所述修复性微电流波形的平均电流的绝对值小于预设平均电流阈值；所述修复性微电流波形在一个养护周期内造成的电池组平均荷电状态变化量不超过预设荷电状态变化阈值；所述修复性微电流波形的电流幅值小于所述电池组正常充电电流或正常放电电流；所述修复性微电流波形不使任一单体电芯的端电压、温度、压升速率或温升速率超过对应安全阈值。

9、在本发明的一个或多个实施例中，所述同步获取各单体电芯在所述变流扰动下的动态响应信息，包括：对所述变流扰动与各单体电芯的动态端电压响应进行同步采样，并采用锁相检测、傅里叶变换、相关分析或同步解调中的至少一种方式提取各单体电芯在对应频率下的同频电压响应分量。

10、在本发明的一个或多个实施例中，所述中段平坦电压区间对应于40%至80%荷电状态区间，所述电池组为磷酸铁锂电池组，且所述电池组应用于储能、备电、待机、低功率运行或计划维护场景。

11、为了实现上述目的，本发明一具体实施例提供的技术方案还包括：

12、一种动力电池分段变流末端均衡诱导养护系统，包括养护触发模块、双向变流装置、阻抗特征构建模块、偏离度计算模块、波形生成模块和养护控制模块，养护触发模块用于响应养护触发条件，在电池组的平均荷电状态处于预设的中段平坦电压区间，且所述电池组距离上一次满充的静默时长超过预设养护周期时，生成中段诱导养护指令；双向变流装置用于响应所述中段诱导养护指令，向所述电池组施加包含至少两个扰动频点的变流扰动以及输出修复性微电流波形；阻抗特征构建模块用于在所述双向变流装置施加变流扰动的过程中，同步获取各单体电芯的动态响应信息，并根据各单体电芯在所述至少两个扰动频点下的动态响应信息，构建各单体电芯的阻抗特征；偏离度计算模块用于计算各单体电芯的阻抗特征与预设参考阻抗模型之间的偏离度，并根据所述偏离度确定待养护单体电芯；波形生成模块用于以降低所述待养护单体电芯的偏离度为目标，根据所述待养护单体电芯的偏离度生成对应的修复性微电流波形；养护控制模块用于控制所述双向变流装置向电池组输出修复性微电流波形，并在各单体电芯的阻抗特征与所述预设参考阻抗模型之间的偏离度满足预设退出条件时，控制所述双向变流装置停止输出修复性微电流波形。

13、在本发明的一个或多个实施例中，所述双向变流装置包括双向直流变换器、储能变流器、具备双向功率调节能力的充放电装置或具备电流波形调制能力的功率变换单元中的至少一种；所述波形生成模块用于调节修复性微电流波形的频率、幅值、占空比、相位、持续时间、充放电脉冲比例或平均电流值中的至少一种；所述阻抗特征构建模块包括锁相检测单元、傅里叶分析单元、相关分析单元或同步解调单元中的至少一种。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

15、第一，本发明通过监测电池组距离上一次满充的静默时长，并结合平均荷电状态是否处于中段平坦电压区间作为养护触发条件，使养护动作不再依赖充电末端高压或高电压差触发，能够在电池组长期未经历完整满充的情况下主动进入中段诱导养护模式，避免因均衡长期静默导致的电芯间不一致性持续累积。

16、第二，本发明通过向电池组施加包含至少两个扰动频点的变流扰动，获取各单体电芯的动态响应信息并构建阻抗特征，以动态阻抗特征差异替代静态端电压差异作为判别依据，能够在端电压极为接近的情况下有效识别单体电芯之间的内部状态差异，克服了平坦电压平台下传统电压判别法失效的缺陷。

17、第三，本发明根据阻抗偏离度确定待养护单体电芯，并以降低偏离度为目标生成修复性微电流波形，通过双向变流装置作用于电池组，使待养护单体产生阻抗收敛响应，在中段soc区间即可实现诱导式养护，抑制电芯间不一致性的持续扩大，从而降低系统因单体提前到达充放电边界而导致的可用容量下降、提前限功率或停机的风险。

18、第四，本发明以修复性微电流波形替代传统被动耗散放电均衡，波形平均电流的绝对值小于预设平均电流阈值，一个养护周期内造成的电池组平均荷电状态变化量不超过预设阈值，养护过程不明显改变电池组整体soc，不影响储能系统的备用容量和调度响应裕度，在保证养护效果的同时维持了中段浅循环运行策略，提升了储能系统的运行收益和全生命周期可靠性。