[發明專利]一種鋰電池儲能系統SOC一致性均衡方法

有效

• 申請號: 202010806670.8
• 申請日: 2020-08-12
• 公開（公告）號: CN112054571B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 凡紹桂;張強;鞏冰;游江;孟繁榮;張敬南
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/44
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種鋰電池儲能系統SOC一致性均衡方法，提出采用主動式電壓均衡系統對鋰電池充放電，構造出“虛擬容量”的方法，在電壓平臺期SOC估計精度較低，采用“虛擬容量”均衡方法進行均衡，在非電壓平臺期，SOC估計精度較高，對“虛擬容量”的均衡結果進行修正。本發明采用基于“虛擬容量”的SOC一致性均衡方法，避免了電壓平臺期SOC估計精度低導致的欠均衡或過均衡現象，實現鋰電池電壓平臺期的準確快速SOC一致性均衡策略。降低了電壓平臺期對SOC的依賴程度，提高了鋰電池電壓平臺期的SOC均衡精度。

技術領域

本發明涉及一種鋰電池儲能系統SOC一致性均衡方法，特別是一種基于虛擬容量的鋰電池儲能系統SOC一致性均衡方法，屬于儲能系統均衡領域。

背景技術

鋰電池儲能系統由大量鋰電池單體串并聯組成，雖然在成組前，經過嚴格的容量匹配，仍然會存在一定初始容量差異，且在使用過程中，由于單體溫度以及制造工藝存在差異，導致使用過程中的容量衰減不一致，儲能系統中單體容量存在無法消除的不一致現象，將導致電池組存在安全風險及單體容量利用率低的問題。

鋰電池過充電、過放電將產生不可逆的容量衰減，過充電還會帶來燃燒甚至爆炸的安全隱患。為避免鋰電池的過充電或者過放電，一般設置充電截止電壓與放電截止電壓。低容量單體充電/放電至截止電壓時，停止充電/放電，而高容量單體未達到截止電壓，導致鋰電池儲能系統容量受低容量單體限制，無法充分利用電池組中各個單體容量。在動力電池梯次利用等單體容量不一致較嚴重的應用場合，單體容量的不一致將大大降低儲能系統容量。電壓均衡系統可提高鋰電池儲能系統安全性與單體容量利用率。

目前在均衡拓撲方面，具有單體充放電能力的主動式均衡拓撲能夠完成均衡系統任務，在均衡策略方面，荷電狀態(State of charge,SOC)一致性均衡策略能夠適應更多的應用場合。鋰電池存在電壓平臺期，當鋰電池處于電壓平臺期時，開路電壓(Open circuitvoltage,OCV)隨SOC變化較小。時瑋,姜久春,李索宇等作者，在文章《磷酸鐵鋰電池SOC估算方法研究》中介紹了一款容量為20A.h的磷酸鐵鋰電池，電壓平臺期充電3.5A.h后，電壓僅變化0.01V，其開路電壓與荷電狀態曲線如圖1所示。鋰電池電壓平臺期間，電荷量變化引起的電壓變化較小，會被測量噪聲淹沒，鋰電池OCV的估計精度將受到影響，導致電壓平臺期SOC估計精度遠低于非電壓平臺期。由于鋰電池電壓平臺期間SOC估計精度較低，對傳統的依賴電池單體SOC估計精度的SOC一致性均衡策略的實施帶來困難，可能出現欠均衡或過均衡現象，導致均衡電路反復動作。

采用先進SOC估計算法，提高SOC估計精度，可在一定程度上解決鋰電池電壓平臺期SOC一致性均衡問題。劉浩，謝樺，姜久春等作者在文章《純電動汽車用鋰離子電池SOC估算方案的研究》中，采用擴展卡爾曼濾波算法(EKF)，用安時積分法計算電池SOC的同時，采用觀測的電壓值修正安時積分法計算的SOC值，提高了估計精度。Ephrem C.,Phillip J.K,Matthias P.,等作者在文章《Long Short-Term Memory Networks for Accurate State-of-Charge Estimation of Li-ion Batteries》中，采用神經網絡估計鋰電池SOC，提高了估計精度。但這些方法的實驗效果均是基于實驗室環境，采用的測量儀器精度較高且有些算法較復雜不適合單體SOC在線估計。在專利《一種動態修正SOC的鋰電池組均衡控制方法和系統，CN201710562904.7》中，將鋰電池分為使用期與靜置期，在使用期采用安時積分法，在靜置期采用開路電壓法對安時積分法進行修正，但電池需要靜置較長時間才能獲得開路電壓，該方法適用場合較少。考慮到實際應用環境中，采樣精度一般在5mV左右，鋰電池電壓平臺期間，電荷量變化引起的電壓變化較小，微小的電壓變化量會被測量噪聲淹沒，鋰電池OCV的估計精度將受到影響，導致電壓平臺期SOC估計精度遠低于非電壓平臺期。