智能电池组及电池组特性自适应调整控制方法和系统与流程
- 国知局
- 2024-10-15 09:31:24
本发明涉及电池,具体涉及一种具有特性自适应调整控制功能的智能电池组,以及一种电池组特性自适应调整控制方法和系统。
背景技术:
1、随着锂电池储能系统的快速大规模应用,储能系统的可能会在较短的时间内出现市场饱和。在储能系统市场达到饱和后,未来的储能系统的市场将大部分为对已有储能系统的升级和维护。因此,未来储能系统必然会出现大量新旧智能电池组混用的场景。新旧智能电池组的soc和soh将会不同,这种不一致性将导致串并联储能系统充放电过程中的“马太效应”。更具体的说,soc低的储能智能电池组最先耗尽,soc高的储能系统最先充满,这不仅导致储能系统的容量的无效利用,也使较低soc的智能电池组保持在高放电深度的循环中,使得旧智能电池组劣化速度加剧,系统寿命和效率进一步降低。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种设计合理,通过自适应调整自身的输出特性的智能电池组。
2、本发明所要解决的另一技术问题是针对现有技术的不足,提供一种设计合理,使用上述具有特性自适应调整控制功能的智能电池组的方法。该方法为通过软硬件配合,通过自适应调整自身的输出特性,保证系统功率的同时能够使新旧智能电池组soc和soh趋于一致,提升整个储能系统的利用率及使用寿命。
3、本发明所要解决的再一技术问题是针对现有技术的不足,提供一种设计合理,与上述具有特性自适应调整控制功能的智能电池组配合的系统。
4、为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
5、一种具有特性自适应调整控制功能的智能电池组,其特点是,该装置包括机箱、安装在机箱内的电芯模组和自动调整电芯模组电压的控制电路;
6、所述控制电路包括主板,主板上设有dc/dc变换器、信号采集芯片、内设控制芯片的核心板以及提供电源的开关电源,信号采集芯片用于采集电芯模组电压及重要节点位置的温度,信号采集芯片通过uart接口与核心板连接;电芯模组的正极通过熔断器与dc/dc变换器的正输入端连接,电芯模组的负极与dc/dc变换器的负输出端连接,dc/dc变换器的正输入端通过模拟隔离放大电路ⅰ与控制芯片的ad管脚连接,dc/dc变换器的正输出端通过模拟隔离放大电路ⅱ与控制芯片的ad管脚连接,控制芯片的pwm管脚通过驱动电路与dc/dc变换器连接。
7、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现,所述电芯模组由若干个电芯串联而成。
8、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现,在所述主板上还设有散热器及板载温度采集电路,热器及板载温度采集电路与控制芯片的ad管脚相连。
9、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现,所述控制芯片采用数字信号处理器,数字信号处理器的型号为tms320f280049,信号采集芯片的型号为bq79616。
10、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现,所述机箱包括箱体和机箱面板,机箱面板上还设有正极端口、负极端口、soc指示灯、充放电指示灯、报警指示灯、2路can通讯接口、2路485通讯接口、按钮、wifi天线、拨码开关,正极端口和负极端口通过装在主板上的emi滤波电路与dc/dc变换器连接。
11、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现,dc/dc变换器的拓扑结构包括但不限于两电平双向buck-boost电路、三电平buck-boost电路、双有源桥高频隔离dc/dc电路。
12、一种电池组特性自适应调整控制方法,其特点是,采用上述的智能电池组,该方法为,信号采集芯片采集电芯模组的电压v0、电流i0及温度t输送至控制芯片,模拟隔离放大电路ⅰ采集dc/dc变换器输入端的电压v1和电流i1输送至控制芯片,模拟隔离放大电路ⅱ采集dc/dc变换器输出端的电压v2和电流i2输送至控制芯片;
13、控制芯片根据采集到v2、i2,利用安时积分法测得本智能电池组的soc,并对充放电次数进行统计,完成本智能电池组的soh,再根据每个电池组的soc、soh及每个电池组温度t向dc/dc变换器输出pwm的控制信号,从而通过dc/dc变换器完成输出功率的调整。
14、一种电池组特性自适应调整控制系统,其特点是,该系统包括逆变器和若干如上所述的智能电池组,智能电池组间并联设置,各智能电池组的控制芯片之间、各智能电池组的控制芯片与逆变器之间均通过can进行通讯。
15、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现,该系统的工作过程为,
16、(1)荷电状态soc与电池健康状态soh的计算
17、信号采集芯片采集电芯模组的电压v0、电流i0,输送至控制芯片,控制芯片利用安时积分法测得本智能电池组的荷电状态soc,并对充放电次数进行统计,完成本智能电池组的电池健康状态soh;
18、(2)智能电池组的总体调度
19、首先,确定每个智能电池组的充放电优先级pri;
20、在逆变器为智能电池组充电时,定义
21、pri=sohi-soci-k*ti (1)
22、其中,sohi为第i个智能电池组的soh,soci为第i个智能电池组的soc,k为温度系数,ti为第i个智能电池组的温度;
23、从pri的定义可知,优先给soh较高的智能电池组充电,优先给soc较低的智能电池组充电,优先给温度较低的智能电池组充电;
24、在逆变器为智能电池组放电时,定义
25、pri=sohi+soci-k*ti (2)
26、从pri的定义可知,智能电池组放电时,优先给soh较高的智能电池组放电,优先给soc较高的智能电池组放电,优先给温度较低的智能电池组放电;
27、每个智能电池组输入输出的功率的参考值为prefi
28、prefi=p*pri/(pri+.....+prn) (3)
29、(3)智能电池组的特性模拟
30、设每个智能电池组的等效内阻模拟为r,在输出功率为prefi时,则智能电池组的等效开路电压为
31、voci=v+prefi*r/v (4)
32、其中,v为智能电池组输出侧并联的额定电压;
33、智能电池组的对外表现特性为
34、v2refi=voci-i2*r (5)
35、(4)智能电池组的功率控制
36、将得到的v2refi、v1、v2、i1、i2采用功率控制算法,得到pwm的控制信号,将该控制信号输送至dc/dc变换器,从而将v1、r1转化为voci、r,从而完成输出功率的调整;
37、(5)在智能电池组并联的情况下,通过控制芯片的总体调度,为每个智能电池组分配输出功率,使各智能电池组调整各自的输出功率,使得各个智能电池组的soc和soh趋于一致,从而完成整个系统电压的均衡控制。
38、与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
39、第一,通过设dc/dc变换器和电芯模组,电池组对外表现与传统电池组类似,即是一个电压源串联一个等效内阻的形式,通过调整电压源电压及等效内阻,在多个电池组并联的情况下可以调整各自的输出功率,再次,具体每个电池组输出功率的确定是根据电池组本身soc、soh及与其并联的其它电池组的soc、soh,通过总体调度实现的,使得各个电池组的soc和soh趋于一致;
40、第二,通过设控制芯片,控制芯片内运行bms算法程序及智能电池组特性自适应调整程序,通过软硬件配合,通过自适应调整自身的输出特性,保证系统功率的同时能够使新旧电池组soc和soh趋于一致,提升整个储能系统的利用率及使用寿命。
41、本发明通过软硬件配合,通过自适应调整自身的输出特性,保证系统功率的同时能够使新旧电池组soc和soh趋于一致,提升整个储能系统的利用率及使用寿命。
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