一种储能电池充放电均衡控制系统及方法与流程

本技术涉及储能电池，特别涉及一种储能电池充放电均衡控制系统及方法。

背景技术：

1、随着全球能源结构的转型与环境保护需求的日益增加，可再生能源的开发和利用已成为各国重要的能源补充方式。新能源以其低碳、环保的特性成为全球工业转型的重要方向。电化学储能利用电化学原理，通过充放电过程来储存和释放电能的系统，在可再生能源整合、电网调峰、应急电源等方面发挥着重要作用。

2、在多种储能方式中，锂离子电池凭借着技术成熟、能量密度高、循环稳定性好等优点脱颖而出。在锂电池储能系统的运行过程中，储能电池会出现多种故障，其中，电池单体之间的压差过大是影响电池组性能和安全的重要因素。电池压差过大不仅会降低电池组的使用效率，缩短使用寿命，还会引起电池过热、热失控甚至爆炸，对电站安全构成严重威胁。针对储能电池压差故障，学术界和工业界已经开展了大量的研究。这些研究主要集中在压差故障的成因分析、维修与管理策略等方面。

3、储能电池在充放电过程中，由于生产工艺上的不同以及工作环境的差异，电池组中电池单体的容量、电荷状态差异逐渐增大，会存在木桶效应的问题。如图1所示，在放电过程中，能够从电池组放出的电量取决于剩余电量最小的电池单体，图1中电池4的电压达到下限截止电压，尽管其他电池还有电量没有耗尽，但是出于电池组整体安全考虑，bms会控制电池组停止放电；在充电过程中，当高电量电池充满电时，出于安全考虑，所有电池必须停止充电，造成电池组不能充电至最大容量。

4、目前，现有的均衡技术可以有效抑制电池间的不一致性，然而，对于电池单体在制造过程中存在的差异、老化程度差异、环境温度影响、电池压差过大导致某些电池单体过度充电或过度放电引起的木桶效应仍没有一种可靠稳定的处理方法。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本技术提供的一种储能电池充放电均衡控制系统及方法，可以解决电池组在充放电过程中的“木桶效应”问题，使得电池组的性能达到最佳状态，保证电池组利用率始终处于最高状态，从而提升储能电池整体的利用率。

2、为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明还提供一种储能电池最大利用系统，包括：

4、采集模块，用于采集电池组内各单体电池的监测数据，并将监测数据传输到运算模块；

5、运算模块，用于基于接收到的监测数据，计算出电池组内各单体电池的电池状态，并将电池组内各单体电池的电池状态传输给均衡模块；

6、均衡模块，还用于基于接收到的电池组内各单体电池的电池状态结合主被动均衡策略，对电池组内各单体电池进行均衡控制。

7、进一步地，采集模块，还包括：电压采集单元、电流采集单元、温度采集单元；

8、电压采集单元中将采集电路电压的微多电池检测芯片与电池组内各单体电池连接，并在多电池检测芯片的每一个输入口增设一个rc低通去耦滤波器和接地滤波电容，用于采集电池组内各单体电池的电压数据，并将采集到的电压数据传输到运算模块；

9、电流采集单元中将采集电路电流的高精度电流分流检测芯片与电池组内各单体电池连接，并在高精度电流分流检测芯片的引脚连接一个电压基准芯片，用于采集电池组内各单体电池的电流数据，并将采集到的电流数据传输到运算模块；

10、温度采集单元中通过温度传感器实时感知电池组内各单体电池的温度，用于采集电池组内各单体电池的温度数据，并将采集到的温度数据传输到运算模块。

11、进一步地，计算出电池组内各单体电池的荷电状态和健康状态，并传输给均衡模块。

12、进一步地，均衡模块，还包括：均衡电路开关模块、主控单元、驱动电路模块；

13、均衡电路开关模块，包括主动均衡单元和被动均衡单元；主动均衡单元，用于通过多个金属-氧化物半导体场效应晶体管搭建的开关列阵，控制电池组内各单体电池与公用的飞渡电容之间的回路通断，将能量从容量较高的单体电池转移至容量较低的单体电池；被动均衡单元，用于通过金属-氧化物半导体场效应晶体管控制在电池组内各单体电池两端并联的负载电阻的通断，降低容量较高的单体电池的能量；

14、主控单元，用于基于接收到的电池组内各单体电池的电池状态结合主被动均衡策略，生成对电池组内各单体电池的均衡控制指令，并将指令发送给驱动电路模块；还用于执行运算模块基于电池组内各单体电池的荷电状态和健康状态发出退出指令；

15、驱动电路模块，用于基于主控单元的均衡控制指令，通过驱动芯片对均衡电路开关模块中的金属-氧化物半导体场效应晶体管进行驱动控制。

16、进一步地，主控单元，还用于：

17、将接收到的电池组内各单体电池的电池状态中的荷电状态值，与各单体电池的初始soc值进行差值判断，根据差值所在阈值的范围，生成相对应的均衡指令；若差值大于5％，则启动主动均衡；若差值小于5％且大于1％，则启用被动均衡；若差值小于1％，则停止均衡；若启动主动均衡后，系统也会实时判断差值是否小于5％，当差值达到小于5％且大于1％的阈值时，则切换为被动均衡，当差值达到小于1％时，切换为停止均衡。

18、第二方面，本发明提供一种储能电池最大利用方法，包括：

19、采集模块采集电池组内各单体电池的监测数据，并将所述监测数据传输到运算模块；

20、运算模块基于接收到的所述监测数据，计算出电池组内各单体电池的电池状态，并将所述电池组内各单体电池的电池状态传输给均衡模块；

21、均衡模块于基于接收到的所述电池组内各单体电池的电池状态结合主被动均衡策略，对电池组内各单体电池进行均衡控制。

22、进一步地，运算模块基于接收到的监测数据，计算出电池组内各单体电池的电池状态，包括：

23、运算模块基于接收到的监测数据，采用安时积分法、卡尔曼滤波法和开路电压法不同权重相结合的电池荷电状态估算方法，计算出电池组内各单体电池的荷电状态和健康状态。

24、进一步地，均衡模块基于接收到的电池组内各单体电池的电池状态结合主被动均衡策略，对电池组内各单体电池进行均衡控制，包括：

25、均衡模块的主控单元基于接收到的电池组内各单体电池的电池状态结合主被动均衡策略，生成对电池组内各单体电池的均衡控制指令，并将指令发送给均衡模块的驱动电路模块；

26、均衡模块的驱动电路模块基于对电池组内各单体电池的均衡控制指令，对电池组内各单体电池进行均衡控制。

27、进一步地，均衡模块的主控单元基于接收到的电池组内各单体电池的电池状态结合主被动均衡策略，生成对电池组内各单体电池的均衡控制指令，包括：

28、均衡模块的主控单元将接收到的电池组内各单体电池的电池状态中的荷电状态值，与各单体电池的初始soc值进行差值判断，根据差值所在阈值的范围，生成相对应的均衡指令；若差值大于5％，则启动主动均衡；若差值小于5％且大于1％，则启用被动均衡；若差值小于1％，则停止均衡；若启动主动均衡后，系统也会实时判断差值是否小于5％，当差值达到小于5％且大于1％的阈值时，则切换为被动均衡，当差值达到小于1％时，切换为停止均衡。

29、进一步地，均衡模块的驱动电路模块基于对电池组内各单体电池的均衡控制指令，对电池组内各单体电池进行均衡控制，包括：

30、均衡模块的驱动电路模块基于对电池组内各单体电池的均衡控制指令，通过驱动芯片控制均衡模块的均衡电路开关模块中主动均衡单元的开关列阵中的金属-氧化物半导体场效应晶体管的通断或被动均衡单元中金属-氧化物半导体场效应晶体管的通断。

31、本技术提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

32、本技术的技术方案，通过采集模块采集电池组内各单体电池的监测数据，运算模块基于采集到的监测数据，采用安时积分法、卡尔曼滤波法和开路电压法不同权重相结合的电池荷电状态估算方法，计算出电池组内各单体电池的荷电状态和健康状态，进而均衡模块根据荷电状态和健康状态结合主被动均衡策略，对电池组内各单体电池进行均衡控制，以解决电池组在充放电过程中的“木桶效应”问题，使得电池组的性能达到最佳状态，保证电池组利用率始终处于最高状态，从而提升储能电池整体的利用率，进而实现电池系统的重构和故障的早诊断、早处理，保障电池安全运行与寿命优化。

33、本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。