[發明專利]一種液態金屬電池組的路徑優化控制方法和裝置

有效

• 申請號: 202110281071.3
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN113065305B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 周敏;蔡敏怡;張娥;林靖;蔣凱;王康麗
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F30/367
• 分類號: G06F30/367;G06F30/373;G06N3/006;G06F111/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 王穎翀

本發明公開了一種液態金屬電池組的路徑優化控制方法和裝置，屬于液態金屬電池應用技術領域，所述方法包括：S1：建立由多個液態金屬電池組成的電池模塊對應的圖論模型；S2：設計圖論模型中電感和多繞組變壓器對應的雙層均衡拓撲；S3：利用雙層均衡拓撲圖論模型中各段路徑均衡參數計算圖論模型的均衡效率和均衡速度，并將其作為約束條件；S4：將加入權重的電路損耗和均衡時間的指標函數作為目標函數，以建立均衡路徑優化模型；S5：利用蟻群算法對均衡路徑優化模型進行求解，得到滿足目標函數和約束條件的最優均衡路徑。本發明將電池均衡問題轉化為帶約束條件的函數優化問題，并利用蟻群算法獲得最優均衡路徑，能夠提高均衡效率和均衡速度。

技術領域

本發明屬于液態金屬電池應用技術領域，更具體地，涉及一種液態金屬電池組的路徑優化控制方法和裝置。

背景技術

液態金屬電池是一種可用于電網級儲能的潛在儲能電池，具有使用壽命長、工作電流大、容量大等特點。為滿足儲能電站等大型儲能系統高電壓、大容量的需求，液態金屬電池常常以串、并聯的形式成組使用。然而，各電池單體在制造以及運行過程中存在不可避免的差異，由此產生的電池組不一致性問題將降低整個電池組的性能和可用容量，最終縮短電池組使用壽命，甚至造成電池變形、爆炸等安全隱患。因此，電池均衡是電池管理系統不可缺少的關鍵部分，更是電池組安全、高效運行的重要保障。

目前，國內關于液態金屬電池組均衡的研究尚未成熟，大多局限于常規的均衡方法，同時缺乏對傳統均衡策略的優化。中國發明專利說明書CN105141004A公開了一種針對液態金屬電池的均衡充電系統，實現了高溫條件下液態金屬電池的被動均衡。但被動均衡存在較大的能量損耗，需要解決熱管理問題，且均衡效率較低。中國發明專利說明書CN106786909B公開了一種用于液態金屬電池的主動均衡控制裝置及控制方法，但該均衡拓撲僅采用單電感轉移能量，均衡速度較慢，尤其是當串聯電池組數量較多時，該拓撲難以滿足均衡要求。

在均衡策略上，傳統均衡控制方法難以同時兼顧均衡效率和均衡速度，導致整個均衡系統的效果未得到有效優化。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種液態金屬電池組的路徑優化控制方法和裝置，其目的在于提供基于圖論和蟻群算法尋找均衡效果最優的路徑，以有效提高均衡系統的效率和速度，由此解決傳統均衡方法難以滿足長串電池組的均衡要求且無法兼顧均衡效率和均衡速度的缺陷的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種液態金屬電池組的路徑優化控制方法，包括：

S1：從所述液態金屬電池組選擇由多個液態金屬電池組成的電池模塊并建立所述電池模塊對應的圖論模型；

S2：設計所述圖論模型中電感和多繞組變壓器對應的模塊化的雙層均衡拓撲；

S3：利用所述雙層均衡拓撲對應的圖論模型中各段路徑均衡參數計算所述圖論模型的均衡效率和均衡速度，并將所述均衡效率和所述均衡速度作為約束條件；

S4：將加入權重的電路損耗和均衡時間的指標函數作為目標函數，以建立均衡路徑優化模型；

S5：利用蟻群算法對所述均衡路徑優化模型進行求解，得到滿足所述目標函數和所述約束條件的最優均衡路徑，以使得所述圖論模型對應的電路的均衡效果達到最優。

在其中一個實施例中，所述S1包括：

對于N單體串聯的所述液態金屬電池組，選取M個液態金屬電池為一個電池模塊，建立雙層單體直接均衡系統的所述圖論模型；

其中，所述圖論模型以液態金屬電池為頂點，以儲能元件為輔助點，以能量流動路徑為邊。

在其中一個實施例中，所述S2包括：

選取基于開關矩陣的單電感的均衡拓撲作為第一層均衡，基于反激式多繞組變壓器的均衡拓撲作為第二層均衡；