一种串联型锂电池组的能量管理控制方法

技术领域

本发明属于锂电池管理技术领域，涉及一种串联型锂电池组的能量管理控制方法。

背景技术

随着直流微网中储能量日益增加的需求，锂电池作为主要的储能介质，需要大量并联来满足。尤其当下在电动船舶行业急剧发展的情况下，直流电网其整个电池系统的能量管理对于船舶续航能力的影响深远。

目前，由于电芯制造厂商的制造工艺及电池装配商的装配工艺等因素的影响，很难做到并联电池组之间的等效内阻完全一致，这就导致了多簇锂电池组并联运行时存在能量分配不可控制的现象，导致各自SOC均衡度下降，影响电池系统的整体可用容量。

在储能学术领域，相关的专家学者们已经提出通过并联的DC/DC变换装置（PCS）来调节各个电池组之间的能量分配。但是该方式缺点在于所需要的DC/DC变换装置需要的功率等级较大，增加系统的成本及装置体积。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种串联型锂电池组的能量管理控制方法，不但具备解决大容量电池组之间能量分配问题，而且相比于并联型具有成本低及装置体积小等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种串联型锂电池组的能量管理控制方法，包括如下步骤：

步骤1，构建一个大容量锂电池组并联的直流电网系统：选取若干个大容量锂电池串联成一个锂电池组，在每个锂电池组的电池输出正极串联一个高变比的直流变换单元作为DC/DC能量管理单元，然后将所有的锂电池组通过断路器并联在汇流排上；在每个锂电池组中串接一个电池组监测管理单元作为电池管理系统BMS，通过CAN总线连接电池监控系统，同时向DC/DC能量管理单元发送驱动信号；

步骤2，通过电池管理系统BMS获取各个并联锂电池组当前时刻输出电流的平均值

步骤3，计算锂电池组SOC平均值与当前锂电池组SOC的差值

步骤4，计算当前锂电池组与总电池组输出电流平均值的差值

步骤5，由正差值即可得到DC/DC能量管理单元输出电压参考值

步骤6，直流变换单元控制系统根据电压指令调节自身的输出电压。

进一步，根据锂电池组电流平均值及锂电池组的电流判别系统当前工况是否处于重载工况，重载工况判别条件为系统电池组最大电流不超过额定电流及系统电流平均值不超过额定电流的0.9倍。

进一步，所述的DC/DC能量管理单元根据电压指令调节相关功率器件的导通关断占空比。

本发明的有益效果是：本发明通过在大容量锂电池组的电池输出正极串联一个基于高变比的直流变换装置的DC/DC能量管理单元，来调节各个电池组的输出功率，实现对系统内的能量分配，不但具备解决大容量电池组之间能量分配问题，而且相比于并联型具有功率小、成本低及装置体积小等优点。

附图说明

图1为本发明的直流微电网系统结构图；

图2为本发明的控制系统原理图；

图3为电池系统SOC不一致条件下锂电池组输出电流及DC/DC能量管理单元输出对比图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他的实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开的一种串联型锂电池组的能量管理控制方法，本发明的DC/DC能量管理单元的控制系统基于高变比直流变换器，通过串联的高变比直流变换器调节各个电池组之间的输出电压，实现多并联电池组之间能量再分配的目的。

本发明整个系统均衡控制主要包括以下三部分：能量控制部分、均衡调节量控制部分、高变比直流变换器恒压输出控制部分。为实现上述电池组均衡并网目的，采用了以下技术方案。

所述的直流微电网系统如图1所示，若干个电池组并联到公共直流母线；其正母线上串联高变比直流变换器。

所述的高变比直流变换器可实现大电压输入小电压输出的特点，同时输出侧还可以承受大电流。

下面结合附图为本发明的具体实行步骤进一步详述。一种串联型锂电池组的能量管理控制方法，步骤如下。

步骤1，构建多台分布式电池组（带有能量管理单元）并联的直流微电网系统，整体系统框图如附图1所示。在一个多锂电池组并联的直流电网系统中，通常需要相应的能量管理单元来分配各个并联电池组放电情况。

步骤2，通过电池管理系统BMS获取各个并联电池组当前时刻输出电流的平均值

步骤3，计算电池组SOC平均值与当前电池组SOC的差值

步骤4，计算当前电池组与总电池组平均值的差值

步骤5，由电流差值即可得到高变比直流变换器输出电压参考值

步骤6，高变比直流变换器控制系统通过识别

步骤7，高变比的直流变换单元控制系统根据电压指令调节相关功率器件的导通关断占空比。

本专利以两组锂电池组并联组成直流微电网作为例子，结合附图为本发明的具体实行步骤进一步详述。

所述的能量控制部分如图2系统控制框图所示所示，根据电池组电流平均值及电池组电流判别系统当前工况是否处于重载工况，若是则当前电池组与总电池组平均值的差值计算公式采用

所述的均衡调节量控制部分如图3所示，由高变比直流变换器控制系统通过识别

所述的高变比直流变换器恒压输出控制部分，高变比直流变换器控制系统根据电压指令调节相关功率器件的导通关断占空比。

下面对本发明的有效性进行验证。

根据图2的系统控制框图搭建仿真模型，其参数如下：电池组参数为460V，1400Ah；电池内阻取54mΩ及63mΩ两种。

图3为非重载情况下SOC不一致，电池组输出电流及能量管理单元输出电压的波形图（上图为电流波形，中图为SOC的波形图，下图为变换器输出电压波形）。可以看到SOC高的电池组，通过高变比直流变换器调压后，输出电流减小，减小输出功率，经过长期调节可以达到SOC均衡一致的效果。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何本领域技术人员在本发明的启示下都可以得出其它变形及改进的产品，但不论在其形状或结构上做任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。