一種采用鎳系二次電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池組均衡方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種儲(chǔ)能系統(tǒng)的均衡方法，尤其是涉及一種不依賴額外的電池管理系統(tǒng)均衡電路的鎳系電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的均衡方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展引發(fā)了一系列的社會(huì)問題，如能源危機(jī)、環(huán)境污染等，而新能源電池作為可以在一定程度上緩解上述問題的清潔能源，開始廣泛應(yīng)用于各個(gè)能源領(lǐng)域。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是由大量的單體電池進(jìn)行串并聯(lián)組合，構(gòu)建成一個(gè)完整的系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)一定規(guī)模電能的存儲(chǔ)和釋放的功能，主要由電池儲(chǔ)能載體和儲(chǔ)能功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成。但是單體電池之間往往存在電化學(xué)性能的不一致性，尤其是隨著使用次數(shù)的增多，這種性能的不一致性也逐漸擴(kuò)大，進(jìn)而影響到儲(chǔ)能系統(tǒng)中電池的使用壽命。
[0003]目前，關(guān)于電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的均衡方法主要是針對(duì)鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，而對(duì)鎳系電池儲(chǔ)能系統(tǒng)則鮮有研宄和解決方案。但是鎳系電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)模化應(yīng)用，必須要有可靠的均衡方法，完全采用鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)現(xiàn)有的均衡技術(shù)，不僅電池管理系統(tǒng)成本奇高，而且均衡的可靠性和效果也不甚理想。
[0004]通常使用的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的均衡方法是在BMS (電池管理系統(tǒng))中添加硬件結(jié)構(gòu)電路作為均衡管理模塊，當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)需要均衡的時(shí)候，開啟均衡模式，對(duì)系統(tǒng)中高電壓或高SOC的單體電池中多余的電量進(jìn)行消耗，將單體電池的電壓和帶電量調(diào)整到系統(tǒng)設(shè)定的目標(biāo)水平，以此達(dá)到均衡的目的，但是這種方法存在均衡管理成本高、均衡效率低的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明旨在提供一種低成本、高效率的鎳系電池儲(chǔ)能系統(tǒng)均衡方法。本發(fā)明通過以下方案實(shí)現(xiàn):
[0006](I)當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到電池組的SOC不能滿足一致性要求，即生成均衡指令；
[0007](2)設(shè)定均衡模式中電池組的平均帶電量值的下限值SOCL和上限值SOCH，此時(shí)若儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體平均電量值若小于SOCL值，施以一定大小的充電電流1?向電池組充電至儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體平均電量值達(dá)到均衡模式范圍內(nèi)的任一數(shù)值；此時(shí)若儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池組平均電量值大于SOCH值，施以一定大小的放電電流一使電池組放電至儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池組平均電量值達(dá)到均衡模式范圍內(nèi)的任一數(shù)值；
[0008](3)在均衡模式范圍內(nèi)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池組以1$充電和以Ik放電反復(fù)若干次；直至電池管理系統(tǒng)判定電池的一致性滿足設(shè)定的要求值，停止充電或放電；
[0009]所述電池組的一致性要求為當(dāng)單體電池SOC的極差大于20%時(shí)，開啟均衡模式，當(dāng)極差小于3%時(shí)終止均衡模式。
[0010]所述均衡模式的范圍為電池組的平均帶電量值不小于50%，電池組的平均帶電量值的下限值SOCL范圍優(yōu)選60%?80%，上限值SOCH范圍優(yōu)選85%?90%。
[0011]所述充電電流1?為儲(chǔ)能系統(tǒng)允許最大充電電流的60%?80%。
[0012]與現(xiàn)在技術(shù)相比，本發(fā)明有以下的優(yōu)點(diǎn):
[0013]1.不需要設(shè)置任何的額外均衡電路，降低了電池管理系統(tǒng)成本；
[0014]2.可以實(shí)現(xiàn)高效、快速均衡；
[0015]3.可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)均衡和正常工作的良好結(jié)合。當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)需要均衡的時(shí)候，只需要通過調(diào)整和限定SOC范圍的形式，即將該儲(chǔ)能系統(tǒng)的SOC工作范圍調(diào)整到均衡模式范圍，可以實(shí)現(xiàn)在使用過程中自動(dòng)實(shí)現(xiàn)均衡，只是縮小了儲(chǔ)能系統(tǒng)允許工作的SOC范圍，儲(chǔ)能系統(tǒng)的其它工作功能全部保留，因此基本不影響儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用。待均衡完成后，再解除SOC均衡模式范圍限制。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實(shí)施例中鎳氫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)均衡過程SOC變化走勢(shì)圖
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本實(shí)施例采用鎳氫D型1.2V 6Ah電池，以及由該型號(hào)單體電池所組成的儲(chǔ)能系統(tǒng)來進(jìn)行說明。儲(chǔ)能系統(tǒng)由288只單體電池全部串聯(lián)組成，儲(chǔ)能系統(tǒng)額定電壓為345.6V，儲(chǔ)能系統(tǒng)允許的最大充電電流為12000mA(2C);電池管理系統(tǒng)以單體電池作為一個(gè)最小管理單元，實(shí)施對(duì)最小管理單元溫度、電壓的監(jiān)測(cè)。
[0019]本實(shí)施例中選用的充電電流I充=7200mA(1.2C)，放電電流Ia= 1200mA(0.2C)，均衡模式中電池組的平均帶電量的下限值SOCL = 60%，上限值SOCH = 90%。
[0020]當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到電池組的中單體電池的SOC > 20%，生成均衡指令，并進(jìn)一步判斷儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC為29.8%，低于選定的均衡模式范圍(60%?90% )，以1$對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行充電使得平均帶電量SOC值達(dá)到均衡模式范圍。
[0021]此時(shí)，通過電池管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)中電池組的平均SOC為60%，其中，電池單元中最大SOC為70%，最小SOC為40%，極差為30%。啟動(dòng)均衡充放電，以充電電流1$將電池組平均帶電量SOC充至90 %，再以放電電流Ik將電池組平均帶電量SOC放至60 %，重復(fù)充放電，圖1是本發(fā)明實(shí)施例中鎳氫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)均衡過程SOC變化走勢(shì)圖。由圖可以看出，重復(fù)充放電各15次后，儲(chǔ)能系統(tǒng)中電池帶電量SOC極差由30 %縮小至2 %，達(dá)到均衡設(shè)定要求(< 3% )，解除SOC均衡模式范圍限制，儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)入正常使用狀態(tài)。
[0022]本發(fā)明雖然是以鎳氫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)1.2C充電均衡來進(jìn)行說明，但是由于隨著充電倍率的增加，鎳氫電池充電效率隨初始SOC的變化的差異更加顯著，因此更加有利于快速高效的均衡。因此，均衡充電電流為鎳氫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)允許最大電流的60%?80%時(shí)，即充分滿足快速均衡需求，又不至于因充電電流過大而影響儲(chǔ)能系統(tǒng)的循環(huán)壽命。
[0023]實(shí)施例2
[0024]將實(shí)施例中鎳氫電池更換為1.2V 6Ah的鎳鎘電池，儲(chǔ)能系統(tǒng)的最大充電電流也為 12000mA(2C)，選定的 I充為 7800mA(1.3C)，Ik為 1200mA(0.2C)，均衡模式為(50 % ?90% )。
[0025]當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到電池組的中單體電池的SOC > 20%，生成均衡指令，并進(jìn)一步判斷儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC為43.1 %，低于選定的均衡模式范圍(50%?90% )，以1$對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行充電使得平均帶電量SOC值達(dá)到均衡模式范圍。
[0026]此時(shí)，通過電池管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)中電池組的平均SOC為50%，其中，電池單元中最大SOC為64.6%，最小SOC為38.1%，極差為26.5%。啟動(dòng)均衡充放電，以充電電流1?將電池組平均帶電量SOC充至90%，再以放電電流Ik將電池組平均帶電量SOC放至50%，重復(fù)充放電，圖1是本發(fā)明實(shí)施例中鎳氫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)均衡過程SOC變化走勢(shì)圖。由圖可以看出，重復(fù)充放電各10次后，儲(chǔ)能系統(tǒng)中電池帶電量SOC極差縮小至2.5%，達(dá)到均衡設(shè)定要求(< 3% )，解除SOC均衡模式范圍限制，儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)入正常使用狀態(tài)。
[0027]本發(fā)明雖然是以一次性設(shè)置均衡模式范圍來進(jìn)行儲(chǔ)能系統(tǒng)的專門均衡進(jìn)行說明，同樣也可以將均衡的目的融入到儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)際使用工況中，即在儲(chǔ)能系統(tǒng)需要進(jìn)行均衡的時(shí)候，有意識(shí)的進(jìn)行SOC工作范圍的調(diào)整和限定，既不影響儲(chǔ)能系統(tǒng)的正常工作，又能達(dá)到均衡的目的。
[0028]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種采用鎳系二次電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池組均衡方法，其特征在于該方法包括如下步驟: (1)當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到電池組的SOC不能滿足一致性要求，即生成均衡指令； (2)設(shè)定均衡模式中電池組的平均帶電量值的下限值SOCL和上限值S0CH，此時(shí)若儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體平均電量值若小于SOCL值，施以一定大小的充電電流1?向電池組充電至儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體平均電量值達(dá)到均衡模式范圍內(nèi)的任一數(shù)值；此時(shí)若儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池組平均電量值大于SOCH值，施以一定大小的放電電流Ik使電池組放電至儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池組平均電量值達(dá)到均衡模式范圍內(nèi)的任一數(shù)值； (3)在均衡模式范圍內(nèi)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池組以1$充電和以一放電反復(fù)若干次；直至電池管理系統(tǒng)判定電池的一致性滿足設(shè)定的要求值，停止充電或放電。2.如權(quán)利要求1所述的采用鎳系二次電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池組均衡方法，其特征在于:所述電池組的一致性要求為當(dāng)單體電池SOC的極差大于20%時(shí)，開啟均衡模式，當(dāng)極差小于3%時(shí)終止均衡模式。3.如權(quán)利要求1所述的采用鎳系二次電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池組均衡方法，其特征在于:所述均衡模式的范圍為電池組的平均帶電量值不小于50%。4.如權(quán)利要求3所述的采用鎳系二次池的儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池組均衡方法，其特征在于:所述均衡模式的范圍中電池組的平均帶電量值的下限值SOCL范圍優(yōu)選60%?80%，上限值SOCH范圍優(yōu)選85%?90%。5.如權(quán)利要求1所述的采用鎳系二次池的儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池組均衡方法，其特征在于:所述充電電流1?為儲(chǔ)能系統(tǒng)允許最大充電電流的60 %?80 %。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種采用鎳系二次電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池組均衡方法，當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)生成均衡指令，首先判斷儲(chǔ)能系統(tǒng)中電池組是否處于均衡模式范圍內(nèi)；如在均衡模式外施以一定大小的放電電流I放或充電電流I充使電池組平均電量值達(dá)到均衡模式范圍內(nèi)；然后在均衡模式范圍內(nèi)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池組以I充充電和以I放放電反復(fù)若干次；直至電池管理系統(tǒng)判定電池的一致性滿足設(shè)定的要求值，停止充電或放電；采用本發(fā)明的均衡方法，不需要設(shè)置任何的額外均衡電路，降低了成本，可以實(shí)現(xiàn)高效、快速均衡，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)均衡和正常工作的良好結(jié)合。
【IPC分類】H02J7/00
【公開號(hào)】CN104935045
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510351344
【發(fā)明人】劉宏兵, 陳曉峰, 胡順華, 卓亨, 黃蘭妮, 徐佳英, 鐘發(fā)平
【申請(qǐng)人】深圳先進(jìn)儲(chǔ)能材料國(guó)家工程研究中心有限公司
【公開日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年6月24日