基于异构电池并机系统的自适应电压协调控制方法及其系统、设备、介质与流程

本发明涉及电化学储能系统，尤其涉及一种基于异构电池并机系统的自适应电压协调控制方法及其系统、设备、介质。

背景技术：

1、随着电梯梯次利用和储能系统柔性扩容需求的增长，将不同厂家、型号、新旧程度的电池混合使用已成为重要方向。目前，通过dc-dc变换器对每个电池进行电气隔离，再进行输出并联，已成为解决异构电池直接并联环流问题的有效硬件方案，然而，当前的硬件解耦方案在控制策略上仍然存在显著不足，主要表现为：

2、1、开环或者简单控制：仅仅实现简单的电压跟随，即所有dc-dc装置输出相同的固定电压，但未考虑各种电池自身状态的差异（例如：荷电状态、健康状态），这会导致新旧电池、不同容量电池的充放电深度无法智能调节，整个系统无法实现寿命的优化；

3、2、集中式电流分配：采用主控制器直接分配各支路电流指令，这种方式对通信实时性、可靠性要求极高，任一从节点的通信中断都会导致控制失效、系统鲁棒性较差，而且控制环路复杂，动态相应特性受限于通信周期；

4、3、缺乏系统级优化：通过保证电气安全（例如：无环流）和电压稳定为首要目标，未能从系统全局出发，实现根据电池状态（例如：soc）进行自适应、最优化的功率调度，无法最大化混合电池系统的整体可用容量和使用寿命。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：为了解决现有电压协调方式无法实现功率分配与能量均衡从而影响整体性能与使用寿命的技术问题，本发明提供一种基于异构电池并机系统的自适应电压协调控制方法及其系统、设备、介质，通过对异构电池并机系统电压协调控制方式的改进，以实现按照各个电池状态进行优化功率分配与能量均衡，从而提高整个系统的整体性能与使用寿命。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于异构电池并机系统的自适应电压协调控制方法，所述异构电池并机系统包括：控制器、公共直流母线、多个电池单元以及多个dc-dc模块，每个所述电池单元均通过一个所述dc-dc模块与所述控制器相连接，每个所述电池单元均还通过一个所述dc-dc模块与所述公共直流母线相连接；其中：所述dc-dc模块被配置为输出电压跟踪接收到的电压参考指令；所述控制器用于执行所述电压协调控制方法；

3、所述电压协调控制方法包括以下步骤：

4、s1、状态信息汇聚：所述控制器周期性地从每个所述电池单元实时获取状态信息；

5、s2、动态计算功率分配权重：所述控制器根据预设的能量管理策略与s1中实时获取的状态信息，以动态计算当前时刻每个所述电池单元对应的功率分配权重系数；

6、s3、动态决策统一电压参考值：所述控制器根据s2每个所述电池单元对应的功率分配权重系数、所述公共直流母线实时总功率或者总负载电流、每个所述电池单元实时参数，以计算得到所述公共直流母线统一的电压参考值；

7、s4、指令广播与本地执行：所述控制器将s3中生成所述公共直流母线统一的电压参考值广播下发至每个所述dc-dc模块，以使得每个所述dc-dc模块基于接收到的该统一电压参考值独立运行其本地电压闭环控制，并驱动所述dc-dc模块输出电压跟踪该电压参考值，从而使得每个所述电池单元的充放电功率之比与所述电池单元对应的功率分配权重系数之比相对应，以实现所述异构电池并机系统能量均衡。

8、由此，通过调节单一变量（即统一电压参考值），并利用各个dc-dc模块股友的本地电压闭环控制特性，相比于现有直接进行电流分配的方式，该方式能够自然且平滑地实现异构电池并机系统功率的按照权重进行分配，对通信延迟与中断的容忍度更高，异构电池并机系统的鲁棒性显著增强，从而提高整个系统的整体性能与使用寿命。

9、进一步地，在s1中，状态信息包括：每个所述电池单元的实时荷电状态值。

10、进一步地，所述s2包括以下步骤：

11、s2-1、所述控制器根据所述异构电池并机系统的模式与预设的管理目标以执行s2-2、s2-3、s2-4；

12、s2-2、荷电状态均衡策略：根据充放电模式以分别执行充放电策略；

13、s2-3、健康状态保护策略：根据每个所述电池单元的soh值以计算得到性能利用导向策略、衰减保护导向；

14、s2-4、多参数混合优化策略：根据荷电状态、健康状态、温度、内阻、循环次数，以实现所述异构电池并机系统的多目标优化。由此，在s2中，能够根据电池单元各项参数的实时状态，以动态调整异构电池并机系统的分配策略，自动实现能量在各个电池单元之间的智能化转移（即自动化均衡各个电池单元之间的电量），还能够有效地避免旧电池单元的深度放电，延长整个异构电池并机系统的使用寿命此外，能够为不同健康状态的电池单元分配差异化角色，充分发挥新电池单元的高性能，同时保护旧电池单元，以使得新旧电池单元混用从简单的能用提升为好用、耐用状态，极大地提升了梯次利用电池单元的经济价值。

15、进一步地，在s2-2中，所述放电策略为：

16、为实时soc较高的所述电池单元分配更大的放电权重，以使其多放电，从而使得其soc更快的下降，向较低soc的所述电池单元靠拢；

17、每个所述电池单元的功率分配权重的表达式为：

18、；

19、其中：表示第个所述电池单元的荷电状态，表示所述异构电池并机系统允许的最低荷电状态（即放电截止点）；

20、所述充电策略为：

21、为实时soc较低的所述电池单元分配更大的充电权重，以使其多充电，从而使得其soc更快的上升，向较高soc的所述电池单元靠拢；

22、在s2-3中，先将每个所述电池单元的soh值映射为一个0-1之间的健康评分 f_soh_i，在性能利用导向策略中，为f_soh_i较高的所述电池单元分配更大的权重，在衰减保护导向策略中，为f_soh_i较低的所述电池单元分配更小的权重；

23、每个所述电池单元的功率分配权重的表达式为：

24、；

25、其中：表示所述异构电池并机系统允许的最高荷电状态（即充电截止点）；

26、所述s2-4包括以下步骤：

27、s2-4-1、获取每个所述电池单元的soc_i、soh_i、温度t_i、内阻r_i、循环次数cycle_i；

28、s2-4-2、将s2-4-1中每个所述电池单元的soc_i、soh_i、温度t_i、内阻r_i、循环次数cycle_i映射到0-1区间内；

29、s2-4-3、设定参数权重向量：根据优化目标侧重重点，为每个所述控制器的每个参数分配一个静态权重α、β、γ、δ、ε，并使得α+β+γ+δ+ε=1；

30、s2-4-4、计算每个所述电池单元的综合评分：score_i = α * f_soc_i + β * f_soh_i + γ * f_temp_i + δ * f_r_i + ε * f_cycle_i；

31、s2-4-5、计算每个所述电池单元的功率分配权重：w_i = score_i / σ(score_i)，多个所述电池单元中综合状态更优的将承担更大的功率比例；

32、其中：i表示所述电池单元的数量；

33、在s2-4-2中，soc_i、soh_i为百分比；

34、温度t_i的映射值f_temp_i的计算公式为：

35、；

36、其中：表示所述电池单元的最佳工作温度，表示所述电池单元（3）允许温度范围的一半；

37、内阻r_i映射值f_r_i的计算公式为：

38、；

39、其中：表示所述电池单元的额定内阻，表示所述电池单元内阻的测量值；

40、循环次数cycle_i映射值f_cycle_i的计算公式为：

41、；

42、其中：表示所述电池单元允许的最大循环次数。

43、进一步地，在s3中，每个所述电池单元统一电压参考值的动态决策通过闭环控制实现，所述控制器将期望的功率分配权重w_i转化为可执行且统一的母线电压指令v_ref。

44、进一步地，所述s3包括以下步骤：

45、s3-1、控制目标量化：每个所述电池单元的实际功率或者电流分配比例与每个所述电池单元的目标权重比例相等；

46、s3-2、所述控制器的设计与工作；

47、s3-3、控制逻辑闭环：所述控制器不断动态调整母线电压指令v_ref，以使得所述异构电池并机系统运行实际功率或者电流分配比例等于目标权重比例。

48、进一步地，所述3-2包括以下步骤：

49、s3-2-1、计算目标电流：获取所述异构电池并机系统总需求电流i_total、s2中计算得到的权重w_i，以计算得到每个所述电池单元的目标电流i_i_target；

50、s3-2-2、获取反馈量：实时采集每个所述电池单元的实际输出电流i_i_actual；

51、s3-2-3、构建误差指标e；

52、s3-2-4、执行控制算法：所述控制器将误差指标e作为输入，以计算得到统一直流母线电压参考值v_ref；

53、s3-2-5、输出与约束处理：将s3-2-4中的统一直流母线电压参考值v_ref限制在母线电压安全允许范围[v_bus_min, v_bus_max]内，以输出约束处理后的统一直流母线电压参考值v_ref；

54、其中：在s-2-1中，每个所述电池单元的目标电流i_i_target的表达式为：

55、；

56、在s3-2-3中，误差指标e的表达式为

57、；

58、其中：表示第i个所述电池单元的电池容量的加权系数；

59、在s3-2-5中，v_bus_min表示母线电压安全允许的最小值，v_bus_max表示母线电压安全允许的最大值。

60、一种基于异构电池并机系统的自适应电压协调系统，包括：数据获取模块、数据处理模块以及电压协调模块，所述数据获取模块用于周期性地从每个电池单元实时获取状态信息，所述数据处理模块用于根据预设的能量管理策略与s1中实时获取的状态信息，以动态计算当前时刻每个所述电池单元对应的功率分配权重系数，还用于根据s2每个所述电池单元对应的功率分配权重系数、公共直流母线实时总功率或者总负载电流、每个所述电池单元实时参与，以计算得到所述公共直流母线统一的电压参考值，所述电压协调模块将s3中生成所述公共直流母线统一的电压参考值广播下发至每个所述dc-dc模块，以使得每个所述dc-dc模块基于接收到的该统一电压参考值独立运行其本地电压闭环控制。

61、一种设备，包括：存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，以实现基于异构电池并机系统的自适应电压协调控制方法。

62、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，以实现基于异构电池并机系统的自适应电压协调控制方法。

63、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

64、1、本发明通过调节单一变量（即统一电压参考值），并利用各个dc-dc模块股友的本地电压闭环控制特性，相比于现有直接进行电流分配的方式，该方式能够自然且平滑地实现异构电池并机系统功率的按照权重进行分配，对通信延迟与中断的容忍度更高，异构电池并机系统的鲁棒性显著增强，从而提高整个系统的整体性能与使用寿命。

65、2、本发明在s2中，能够根据电池单元各项参数的实时状态，以动态调整异构电池并机系统的分配策略，自动实现能量在各个电池单元之间的智能化转移（即自动化均衡各个电池单元之间的电量），还能够有效地避免旧电池单元的深度放电，延长整个异构电池并机系统的使用寿命此外，能够为不同健康状态的电池单元分配差异化角色，充分发挥新电池单元的高性能，同时保护旧电池单元，以使得新旧电池单元混用从简单的能用提升为好用、耐用状态，极大地提升了梯次利用电池单元的经济价值。