[发明专利]一种串联电池组多阈值自适应聚类群组均衡控制方法

说明书

本发明公开了一种串联电池组多阈值自适应聚类群组均衡控制方法。该方法包括：实时判断各单体电池电量的一致性是否满足均衡电路启动条件；当时，启动均衡电路，将高电量电池群组的电量持续转移至低电量电池群组，直至其中，Δ＝SOC_max‑SOC_min；SOC_max为串联电池组中最高单体电量，SOC_min为串联电池组中最低单体电量；为均衡电路启动的预设阈值。本发明可根据串联电池组中各单体电量的分布状况自行判断是否将相邻多节高电量单体或低电量单体聚类成组参与均衡，可在既有硬件基础上，保证均衡效率的前提下，大大提高串联电池组均衡速度。

技术领域

本发明涉及一种串联电池组多阈值自适应聚类群组均衡控制方法，适用于电池储能系统的均衡。

背景技术

锂离子电池组广泛应用于配电网储能系统。由于制造工艺、材料等方面不可能完全一致，造成了单体电池容量、阻抗存在不可避免的一致性差异，这些差异会随着电池组运行时间而增加，进而减少电池组的可用容量及循环寿命，甚至造成过充过放，带来安全隐患。为提高电池组的能量利用率及延长其循环寿命，必须引入有效的均衡来降低电池组的一致性差异。串联电池组相比于并联电池组更容易受到单体电池一致性差异的影响，本发明内容针对串联电池组的均衡展开。

电池组均衡作为电池管理系统最重要的功能，国内外众多学者对其进行了较为深入的研究。均衡技术的研究包括均衡拓扑结构的研究和均衡控制方法的研究。本发明内容涉及均衡控制方法的研究。对于均衡控制方法的研究，重点是确定均衡指标以及能量转移方式，目前常见的均衡指标包含电池开路电压、工作电压、电池荷电状态(State ofCharge,SOC)等，常见的能量转移类型包括单体与单体、单体与模块、模块与模块等。

常见均衡指标中，电池的开路电压参数易得，且在电池处于搁置状态时，开路电压与SOC存在稳定的映射关系，但以开路电压作为均衡指标时每次测量前电池需处于搁置状态并静置一段时间，使得均衡时间较长。与开路电压相比，电池的工作电压测量更加方便快捷，可以在电池的工作过程中实时测量，但其与电池组的充放电电流大小有关，当电流变化较大时，会导致电池工作电压出现较大的波动，造成电池组均衡系统发生误动作而频繁启停，甚至出现过均衡；另外，不同类型的锂电池均存在电压平台期，在剩余电量为10％至90％之间时，电压变化很小，这导致如果以电压作为均衡指标，电压的微弱变化可能会导致剩余电量的显著变化，不利于均衡精度的提高。当以SOC作为均衡指标时，可以有效避开由于各个电池容量衰减老化程度不同而造成各自的最大可用容量不同，尽可能保证每节电池的容量充分利用。本发明以SOC作为均衡指标建立均衡控制方法。

当前常见的均衡能量转移类型包括在任意单体间、相邻单体间、单体与电池模块或整组电池间等，目前的均衡控制关注点主要放在了对串联电池组中某一个高电量单体(或单体个数固定的高电量电池模块)的放电均衡或某一个低电量单体(或单体个数固定的低电量电池模块)的充电均衡，虽然可以改善电池组的一致性，但当电池组单体数量较多时，均衡速度较慢。

实际情况中，尤其是电池组单体数量庞大时，会存在不同个数的多节相邻单体电量虽不相等，但相互之间差异很小的情况。均衡过程中，可以考虑根据实际情况，将不同个数的一致性差异较小的相邻单体进行聚类，将其作为电池群组进行均衡，实现基于不同单体个数一致性差异较小的相邻单体的聚类群组均衡，提高均衡速度。

总体而言，以电池SOC作为均衡指标可以最为直观精确地反映电池单体间的一致性差异，利用一致性差异较小的不同个数相邻单体聚类成组的群组均衡控制方法可以进一步提高均衡速度。

发明内容

本发明的目的在于以电池SOC作为均衡指标，将与最高电量单体相邻且SOC差值在一定范围内的单体和最高电量单体聚类成为高电量电池群组，将与最低电量单体相邻且SOC差值在一定范围内的单体和最低电量单体聚类成为低电量电池群组，根据成组单体的数量输出对应占空比的控制信号，实现随机数量多单体间的均衡，最终在既定硬件电路基础上，提高均衡速度。