基于大数据的电池管理系统被动均衡控制方法及系统与流程

本发明涉及电池均衡管理，尤其涉及一种基于大数据的电池管理系统被动均衡控制方法及系统。

背景技术：

1、随着新能源发电及储能技术的发展，储能电站等大型储能系统的容量和电池单体数量不断增加。储能电池系统通常由多个电池组构成，每个电池组包括多个串联或并联的电池单体（也即电芯）。

2、受制造工艺、材料性能及使用环境等因素影响，不同电池单体在容量、内阻、自放电率和老化速度等方面存在差异。经过长期充放电运行后，各电池单体之间的电压差异会逐渐增大，进而限制电池组的可用容量，缩短其使用寿命，严重时还可能引发过充、过放等安全问题。

3、为改善电池单体间的一致性，现有电池管理系统通常为各电池单体配置由均衡开关和放电电阻组成的被动均衡电路。当检测到电池组内的单体电压差超过预设启动阈值时，对电压较高的电池单体进行放电；当电压差降低至预设停止阈值时，停止放电。

4、然而，现有被动均衡策略大多仅依据当前采集的单体电压和预先设置的固定阈值进行控制，未能充分利用电池单体在长期运行过程中形成的历史电压、电流、温度、健康状态及均衡记录等数据。随着电池老化程度和运行工况发生变化，固定均衡阈值难以持续适配电池特性，容易出现均衡启动过于频繁、停止时机不合理、均衡不足或过度均衡等情况，不仅影响均衡效果，还会增加能量损耗及均衡电路的热负荷。

5、因此，有必要对现有储能电池系统的被动均衡控制方式进行改进。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种能够基于电池的历史运行数据动态更新被动均衡的阈值条件的基于大数据的电池管理系统被动均衡控制方法及系统。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种基于大数据的电池管理系统被动均衡控制方法，应用于储能电池系统，所述储能电池系统包括若干电池组，每一所述电池组中具有若干电池单体，每一所述电池单体配置有被动均衡电路；其所述控制方法包括：

3、采集并存储各所述电池单体的历史运行数据，以获得历史数据集；

4、基于所述历史数据集生成或更新所述储能电池系统的均衡参数，所述均衡参数至少包括均衡启动压差阈值和均衡停止压差阈值；

5、采集各所述电池单体的实时电压，并针对任一所述电池组，当该电池组中的任两所述电池单体之间的实时电压差大于所述均衡启动压差阈值时，将该实时电压差所对应的两个所述电池单体中电压相对较高者确定为待均衡电池单体，并控制所述待均衡电池单体所配置的被动均衡电路启动；

6、针对任一处于被动均衡中的所述电池单体，当该电池单体与其所在电池组中的其余各所述电池单体之间的实时电压差均小于所述均衡停止压差阈值时，控制该电池单体所配置的被动均衡电路停止。

7、较佳地，所述历史运行数据包括各所述电池单体的历史电压数据、历史电流数据、历史温度数据、历史荷电状态数据、历史健康状态数据以及历史均衡记录中的至少一种。

8、较佳地，基于所述历史运行数据生成所述均衡参数的方法包括：

9、对所述历史运行数据进行数据清洗，所述数据清洗包括去噪和插值中的至少一种；

10、根据清洗后的历史运行数据，提取各所述电池单体的一致性特征量，所述一致性特征量包括电压波动特征量、容量衰减特征量和内阻增长特征量中的至少一种；

11、将所述一致性特征量输入大数据分析模型，由所述大数据分析模型输出所述均衡启动压差阈值和所述均衡停止压差阈值。

12、较佳地，所述储能电池系统还包括能量管理服务器以及与所述能量管理服务器通信连接的电池管理控制器；

13、基于所述能量管理服务器采集并存储各所述电池单体的历史运行数据，并生成或更新所述均衡参数，并将所述均衡参数经通信链路下发至所述电池管理控制器；

14、基于所述电池管理控制器执行对所述电池单体的状态数据采集及被动均衡的控制。

15、较佳地，所述均衡参数还包括与每一所述电池单体相对应的优先系数，所述优先系数用于表征相应的所述电池单体的均衡优先程度；

16、如果所述待均衡电池单体的个数超过预设的限制阈值时，根据各所述待均衡电池单体所对应的所述优先系数，确定均衡执行的优先顺序。

17、较佳地，所述优先系数的生成方法包括：

18、根据所述历史运行数据，获取每一所述电池单体的电压波动特征量、健康状态衰减量以及内阻增长量；

19、对所述电压波动特征量、所述健康状态衰减量以及所述内阻增长量进行加权求和，得到该电池单体的优先系数。

20、较佳地，所述均衡参数还包括预均衡触发标识，所述预均衡触发标识为基于所述历史运行数据所反映的所述电池单体的一致性变化趋势确定；

21、所述方法还包括：

22、当所述实时电压差小于所述均衡启动压差阈值时，控制该实时电压差所对应的两所述电池单体中带有所述预均衡触发标识的一者所配置的被动均衡电路启动。

23、较佳地，所述预均衡触发标识通过如下方式动态生成：

24、根据所述历史运行数据，预测各所述电池单体在未来预设时长内的电压变化趋势；

25、根据所述电压变化趋势，为预测在所述未来预设时长内电压偏离程度满足预设发散条件的电池单体配置所述预均衡触发标识。

26、较佳地，所述均衡参数还包括最大均衡时长；

27、所述方法还包括：

28、针对任一处于放电中的电池单体，统计该电池单体所配置的被动均衡电路的连续放电时长；

29、当所述连续放电时长达到所述最大均衡时长时，控制该电池单体所配置的被动均衡电路停止放电。

30、较佳地，所述最大均衡时长通过如下方式生成：

31、根据所述历史运行数据中各次均衡放电所对应的放电时长、放电期间的温度变化数据以及环境温度，构建温升预测模型，所述温升预测模型用于预测电池单体在持续均衡放电状态下的温升；

32、根据所述温升预测模型所预测的温升以及安全温度上限，将使电池单体的温度不超过所述安全温度上限的最长连续放电时长，确定为所述最大均衡时长。

33、较佳地，所述均衡参数还包括手动均衡推荐列表；

34、针对各所述电池单体，根据所述历史运行数据中所述电池单体的电压、内阻增长速率和健康状态指标识别待手动均衡的电池单体，以生成所述手动均衡推荐列表；

35、在人机交互界面上显示所述手动均衡推荐列表；

36、接收通过所述人机交互界面输入的手动均衡指令，所述手动均衡指令指定所述手动均衡推荐列表中至少一个待手动均衡的电池单体;

37、根据所述手动均衡指令控制对应的被动均衡电路启动。

38、较佳地，对于待手动均衡的电池单体，根据该电池单体的电压分布特征和容量衰减轨迹，计算推荐均衡时长和推荐目标电压，将所述推荐均衡时长和推荐目标电压关联进所述手动均衡推荐列表中；和或，对于待手动均衡的电池单体，根据所述历史运行数据中该电池单体的内阻和容量衰减程度确定针对该电池单体的推荐均衡电流档位，并将所述推荐均衡电流档位关联进所述手动均衡推荐列表中。

39、较佳地，根据所述手动均衡指令控制对应的被动均衡电路启动放电之前，还包括安全校验的方法：

40、判断待手动均衡的电池单体是否存在故障状态，或当前是否存在不可恢复的报警，或预测到的被动均衡电路在执行所述手动均衡指令期间的最高温度是否超过安全温度上限；

41、若是，拒绝执行所述手动均衡指令，并保持当前运行模式。

42、较佳地，接收通过所述人机交互界面输入的手动均衡指令之前，还包括：

43、判断当前是否存在正在执行的自动均衡任务；

44、若是，保存该自动均衡任务的现场状态后，暂停该自动均衡任务；

45、所述现场状态包括正在进行均衡的电池单体标识、已累积的均衡时长、和当前均衡电路的工作参数。

46、较佳地，根据所述手动均衡指令控制对应的被动均衡电路启动放电之后，还包括：

47、在所述手动均衡指令执行期间，实时监测所述待手动均衡的电池单体的电压、对应被动均衡电路的放电电流和均衡电阻的温度；

48、当满足以下条件之一时，断开对应的被动均衡电路：

49、所述待手动均衡的电池单体的电压达到目标电压；

50、已累积的均衡时长达到预设的均衡时长；

51、所述待手动均衡的电池单体的温度或所述均衡电阻的温度超过预设的安全阈值；

52、所述放电电流超过预设的安全范围；

53、接收到紧急停止指令。

54、较佳地，所述断开对应的被动均衡电路之后，还包括：

55、进入恢复过渡期，在所述恢复过渡期内禁止启动任何自动均衡任务；

56、所述恢复过渡期的时长由所述均衡参数配置；

57、当所述恢复过渡期结束后，恢复自动均衡的就绪状态，并根据当前电池单体状态重新评估是否满足自动均衡的启动条件。

58、本发明还提供一种电池管理系统被动均衡控制系统，所述控制系统基于如上所述的电池管理系统被动均衡控制方法对电池单体执行被动均衡。

59、本发明还提供一种电池管理系统被动均衡控制系统，其包括：

60、一个或多个处理器；

61、存储器；

62、以及一个或多个程序，其中一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如上所述的电池管理系统被动均衡控制方法的指令。

63、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其包括计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以完成如上所述的电池管理系统被动均衡控制方法。

64、与现有技术相比，上述技术方案提供的被动均衡控制方法，基于储能电池系统中各电池单体的历史运行数据，动态生成或更新由系统内所有电池组共同使用的均衡启动压差阈值和均衡停止压差阈值，使均衡判据能够随系统一致性及老化特性的变化而自适应调整，并保证不同电池组采用统一的均衡控制基准；同时，通过组内单体两两压差识别电压相对较高的电池单体并实施被动均衡，且在其与同组其余单体的压差均低于停止阈值时及时停止，从而提高待均衡单体识别及均衡停止控制的准确性，减少固定阈值造成的欠均衡、过度均衡和无效能量损耗，改善电池一致性并延长储能电池系统的使用寿命。