一种串并联组合式电池簇的均衡保护控制方法与流程

1.本发明涉及充电控制技术领域，特别涉及一种串并联组合式电池簇的均衡保护控制方法。


背景技术：

2.双碳目标确立之后，能源电力系统清洁低碳转型步伐加快，新能源也迎来了新的发展机遇。但新能源发电出力不稳定、波动大、难预测的特性，天然的增加了电力系统维持安全稳定运行的工作量和难度。为了解决这一难题，各省纷纷出台政策，鼓励新能源侧配置一定比例的储能，从源头上缓解新能源发电间歇性、波动性对电力系统带来的冲击，保障新能源的友好接入。
3.为了保证储能电站中电池的安全可靠运行，储能电站都配备电池管理系统，对电池的充放电过程进行控制，并实时监测电池运行状态，同时在储能系统出现异常或故障时及时告警或跳闸，最大限度的保护电池。为了达到一定的电压等级和容量，单体电池经过串并联之后组成电池箱，电池箱串联之后组成电池簇，多簇并联组成电池堆。如图1所示，电池管理系统与电池系统架构相对应，分为三层：bmu电池管理单元、bcu电池簇管理单元和bsu电池系统管理单元。bmu负责采集电池箱内各单体电池的电压和温度信息。bcu作为电池管理系统的中间层级，收集下层bmu的单体电池信息，并向上层bsu提供整簇电池运行状态信息，可实现单体电池和电池簇的数据采集和监测、均衡管理、电量统计、热管理、保护判别等功能。bsu作为最上层单元，负责收集整堆电池的运行信息，与pcs联动控制实现整堆电池的充放电，并向监控系统提供电池堆的基本运行信息数据。
4.由于材料、工艺等原因，即使相同型号生产的同一批次的单体电池间在性能上也会存在一定的差异，且这种差异性会随着长时间的充放电表现的越来越明显，导致整簇电池的可用容量减少，降低电池使用寿命，如图2所示。为了解决串联电池组的不一致性问题，市场上主流的电池管理系统都具备主动均衡功能。通过电池箱与单体或单体与单体之间的能量转移，来减小单体电池间的差异，提高电池簇的可用容量和使用寿命。但目前针对于主动均衡的研究，主要还是集中于均衡控制策略上，以电压、soc或容量为均衡依据，通过相应的控制策略提高单体电池的一致性；很少考虑因为采样偏差、通信异常或均衡回路故障等内外因引起的误均衡、过度均衡对电池可能带来的影响。


技术实现要素：

5.本发明实施例的目的是提供一种串并联组合式电池簇的均衡保护控制方法，通过均衡电池电压保护策略，避免了由装置硬件故障、电池工作异常、通信异常等内外因可能造成的误均衡、过度均衡，最大限度的保证均衡过程中电池工作的安全可靠。
6.为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种串并联组合式电池簇的均衡保护控制方法，包括如下步骤：
7.基于电池簇管理单元获取若干个电池的运行信息；
8.依据所述运行信息及自检结果、告警保护状态和通信状态，基于所述电池簇管理单元判断每个所述电池是否满足均衡启动条件和均衡保护条件；
9.在所述均衡启动条件和所述均衡保护条件均满足时，向电池管理单元发送均衡启动指令；
10.基于所述电池管理单元，判断其电压信息和温度信息是否在预设范围内，如是则对相应所述电池进行均衡控制，如否则使所述电池维持现有状态。
11.进一步地，所述均衡启动条件包括：静置工况、充电工况和放电工况；
12.所述判断每个所述电池是否满足均衡启动条件，包括：
13.在所述电池处于静置工况时：
14.如v
max-v
avg
》v
avg-v
min
且v
max-v
avg
》v
ths
，则放电均衡，
15.如v
avg-v
min
》v
max-v
avg
且v
avg-v
min
》v
ths
，则充电均衡；
16.在所述电池处于充电工况时：
17.如v
max-v
avg
》v
thc
，则放电均衡，
18.如v
max-v
avg
《v
thc
且v
avg-v
min
》v
thc
，则充电均衡；
19.在所述电池处于放电工况时：
20.如v
max-v
avg
》v
thd
且v
avg-v
min
《v
thd
，则放电均衡，
21.如v
avg-v
min
》v
thd
，则充电均衡；
22.其中，v
max
、v
min
、v
avg
分别为单体所述电池电压的最大值、最小值和平均值，v
ths
、v
thc
、v
thd
分别为静置、充电、放电均衡启动阈值。
23.进一步地，所述判断每个所述电池是否满足均衡保护条件，包括：
24.依据均衡闭锁条件，判断所述电池是否满足均衡保护条件。
25.进一步地，所述均衡闭锁条件包括：自检故障、告警保护和/或通信异常；
26.所述自检故障包括：采样偏差及断线检测、ad自检故障和/或均衡回路故障；
27.所述告警保护包括：单体过欠压严重告警、过欠温及温差过大严重告警和/或充放电过流严重告警；
28.所述通信异常包括：电池簇管理单元与电池管理单元通信终端。
29.进一步地，所述采样偏差包括：相邻通道采样偏差和末尾通道采样偏差；
30.当1≤n≤n-1时，满足条件v
avg-vn》v
adj_th
且v
n 1-v
avg
》v
adj_th
，则判断为相邻通道采样偏差；
31.当n＝n时，满足条件v
avg-vn》v
end_th
，则判断为末尾通道采样偏差；
32.其中，n为串联电池的总个数；vn为第n节电池的电压；v
adj_th
、v
end_th
分别为相邻通道采样偏差判别阈值和末尾通道采样偏差判别阈值。
33.进一步地，所述对相应所述电池进行均衡控制之后，还包括：
34.如所述电池簇管理单元与所述电池管理单元长时通信中断，则使所述电池簇管理单元闭锁均衡输出，并使所述电池管理单元停止执行均衡。
35.进一步地，所述对相应所述电池进行均衡控制之后，还包括：
36.基于所述电池管理单元，判断所述电池的电压或温度超过预设数值，则使所述电池管理单元停止执行均衡，并向所述电池簇管理单元发送所述电池的均衡状态。
37.进一步地，所述电池的运行信息包括：电池电压、电池温度、电池簇总电压和电池
簇总电流。
38.相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述串并联组合式电池簇的均衡保护控制方法。
39.相应地，本发明实施例的第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述串并联组合式电池簇的均衡保护控制方法。
40.本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
41.通过均衡电池电压保护策略，避免了由装置硬件故障、电池工作异常、通信异常等内外因可能造成的误均衡、过度均衡，最大限度的保证均衡过程中电池工作的安全可靠。
附图说明
42.图1是本发明实施例提供的电池管理系统三层架构示意图；
43.图2是本发明实施例提供的电池不一致性对可用容量的影响示意图；
44.图3是本发明实施例提供的均衡实现原理框图；
45.图4是本发明实施例提供的均衡保护控制逻辑图；
46.图5是本发明实施例提供的均衡闭锁逻辑示意图。
具体实施方式
47.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
48.请参照图3和图4，本发明实施例的第一方面提供了一种串并联组合式电池簇的均衡保护控制方法，包括如下步骤：
49.步骤s100，基于电池簇管理单元bcu获取若干个电池的运行信息；
50.步骤s200，依据运行信息及自检结果、告警保护状态和通信状态，基于电池簇管理单元bcu判断每个电池是否满足均衡启动条件和均衡保护条件；
51.步骤s300，在均衡启动条件和均衡保护条件均满足时，向电池管理单元bmu发送均衡启动指令；
52.步骤s400，基于电池管理单元bmu，判断其电压信息和温度信息是否在预设范围内，如是则对相应电池进行均衡控制，如否则使电池维持现有状态。
53.上述技术方案中，电池管理单元bmu通过采样线束和均衡线束与电池直接相连，负责单体电池的电压、温度采集，并通过内部均衡回路和开关管的控制实现电池单体与电池箱或电池单体与电池单体间的能量转移。电池簇管理单元bcu根据电池管理单元bmu上送的电压、温度数据和自采的电流、电压数据，判断电池的工作状态，并通过均衡策略运算决策是否需要对电池进行均衡，同时将相应的均衡指令下发至电池管理单元bmu；电池管理单元bmu接收到均衡指令后，完成相应的均衡动作。
54.具体的，均衡启动条件包括：静置工况、充电工况和放电工况。
55.判断每个电池是否满足均衡启动条件，包括如下三种工况。
56.在电池处于静置工况时：
57.如v
max-v
avg
》v
avg-v
min
且v
max-v
avg
》v
ths
，则放电均衡，
58.如v
avg-v
min
》v
max-v
avg
且v
avg-v
min
》v
ths
，则充电均衡。
59.在电池处于充电工况时：
60.如v
max-v
avg
》v
thc
，则放电均衡，
61.如v
max-v
avg
《v
thc
且v
avg-v
min
》v
thc
，则充电均衡。
62.在电池处于放电工况时：
63.如v
max-v
avg
》v
thd
且v
avg-v
min
《v
thd
，则放电均衡，
64.如v
avg-v
min
》v
thd
，则充电均衡。
65.其中，v
max
、v
min
、v
avg
分别为单体电池电压的最大值、最小值和平均值，v
ths
、v
thc
、v
thd
分别为静置、充电、放电均衡启动阈值。因为不同材料和不同类型电池的充放电特性呈现差异性，均衡启动阈值的设置需要通过试验获取，以免因均衡阈值设置不当造成均衡的频繁启停。
66.进一步地，判断每个电池是否满足均衡保护条件，包括：
67.依据均衡闭锁条件，判断电池是否满足均衡保护条件。
68.具体的，请参照图5，均衡保护根据硬件自检、保护状态和通信状态的输出结果实现对均衡输出的闭锁，以避免误均衡、过度均衡对电池可能造成的损伤。均衡闭锁条件包括：自检故障、告警保护和/或通信异常。
69.自检故障包括：采样偏差及断线检测、ad自检故障和/或均衡回路故障。告警保护包括：单体过欠压严重告警、过欠温及温差过大严重告警和/或充放电过流严重告警。通信异常包括：电池簇管理单元bcu与电池管理单元bmu通信终端。
70.具体的，硬件自检主要是针对采样和均衡回路自检，以保证均衡判别的数据来源和硬件执行回路的正确。其中，采样偏差检测用于解决采样线束松动或接触不良时造成的采样数据与真实值不符的问题。断线检测可以看作采样偏差的一种极端情况。根据采样偏差情况下，电压采样值前低后高的特点，制定采样偏差的判别依据。
71.进一步地，采样偏差包括：相邻通道采样偏差和末尾通道采样偏差；
72.当1≤n≤n-1时，满足条件v
avg-vn》v
adj_th
且v
n 1-v
avg
》v
adj_th
，则判断为相邻通道采样偏差。
73.当n＝n时，满足条件v
avg-vn》v
end_th
，则判断为末尾通道采样偏差。
74.其中，n为串联电池的总个数；vn为第n节电池的电压；v
adj_th
、v
end_th
分别为相邻通道采样偏差判别阈值和末尾通道采样偏差判别阈值。
75.进一步地，步骤s400中，对相应电池进行均衡控制之后，还包括：
76.步骤s500，如电池簇管理单元bcu与电池管理单元bmu长时通信中断，则使电池簇管理单元bcu闭锁均衡输出，并使电池管理单元bmu停止执行均衡。
77.当出现电池管理单元bmu与电池簇管理单元bcu长时通信中断时，电池管理单元bmu和电池簇管理单元bcu同时采取措施，以避免过度均衡对电池造成损伤：电池管理单元bmu停止执行均衡；电池簇管理单元bcu闭锁均衡输出。
78.进一步地，步骤s400中，对相应电池进行均衡控制之后，还包括：
79.步骤s600，基于电池管理单元bmu，判断电池的电压或温度超过预设数值，则使电池管理单元bmu停止执行均衡，并向电池簇管理单元bcu发送电池的均衡状态。
80.作为均衡策略的执行单元，电池管理单元bmu设置最后一道防线，即电压约束和温度约束。当电池管理单元bmu检测到单体电池电压或温度超出设定范围时，主动停止均衡，并将此时的均衡状态上送至电池簇管理单元bcu。
81.具体的，电池的运行信息包括：电池电压、电池温度、电池簇总电压和电池簇总电流。
82.上述串并联组合式电池簇的均衡保护控制方法为了保证策略判别数据来源的正确性，实时对装置关键硬件，特别是ad芯片和均衡回路进行自检；为了避免误均衡、过度均衡对电池带来不可逆的损伤，均衡保护控制策略考虑硬件自检、告警保护状态、通信状态等的影响，设置多道防线，检测到异常状态时及时闭锁均衡输出，切实保证电池的安全可靠运行；为了进一步提高均衡保护的安全系数，均衡执行单元设置电压约束和温度约束作为最后一道防线，检测到电压、温度异常后，不响应上层指令，立刻停止均衡，并将均衡状态上送至上层。
83.相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器连接的存储器；其中，存储器存储有可被一个处理器执行的指令，指令被一个处理器执行，以使至少一个处理器执行上述串并联组合式电池簇的均衡保护控制方法。
84.相应地，本发明实施例的第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述串并联组合式电池簇的均衡保护控制方法。
85.本发明实施例旨在保护一种串并联组合式电池簇的均衡保护控制方法，包括如下步骤：基于电池簇管理单元bcu获取若干个电池的运行信息；依据运行信息及自检结果、告警保护状态和通信状态，基于电池簇管理单元bcu判断每个电池是否满足均衡启动条件和均衡保护条件；在均衡启动条件和均衡保护条件均满足时，向电池管理单元发送均衡启动指令；基于电池管理单元，判断其电压信息和温度信息是否在预设范围内，如是则对相应电池进行均衡控制，如否则使电池维持现有状态。上述技术方案具备如下效果：
86.通过均衡电池电压保护策略，避免了由装置硬件故障、电池工作异常、通信异常等内外因可能造成的误均衡、过度均衡，最大限度的保证均衡过程中电池工作的安全可靠。
87.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。