一种储能系统功率调度均衡方法与流程

1.本发明涉及储能技术领域，具体而言，涉及一种储能系统功率调度均衡方法。


背景技术：

2.储能系统通常采用多个电池单体的连接来提供高电压和高容量。然而，在一个储能系统中，电池单体间具有无法避免的不一致性，如不同电池单体的容量、内阻、自放电特性、温度特性等方面的参数普遍存在不一致的现象，即便是同厂家同批次的电池单体也难以做到参数一致，对于不同厂家的电池单体而言，其不一致性问题更加突出。上述不一致性会导致电池单体之间具有不同的充放电速度，充电快的电池单体容易出现过充的现象，如果不使用均衡技术干预，在长时间的运行下，导致部分电池出现频繁的过充，使得电池的两极分化越来越严重，电池系统的可用容量进一步下降，也进一步影响储能系统的使用寿命。
3.针对上述情况，为改善电池单体不一致导致的差异性，提高储能系统整体性能，需对储能系统进行均衡控制。
4.目前对储能系统均衡控制方法主要分为两种，主动均衡和被动均衡，主动均衡通过能量转移的方式实现均衡，此种方式无能量损耗，但是均衡速度较慢，效率比较低，无法满足较大电流的均衡要求；被动均衡通过发热负载将偏高的电池单体能量耗散达到均衡，此种方法速度较快，但是会产生热量且造成能量的浪费。
5.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

6.本发明解决的问题是，现有技术中，电池单体间通过能量转移实现均衡的速度慢，效率低，被动均衡则会产生较大的热量，导致能量的浪费。
7.为解决上述问题，本发明公开了一种储能系统功率调度均衡方法，所述储能系统包括若干个可重构的电池单体，若干个所述电池单体可重构为一个以上的并联电池组或一个以上的并联电池组和一个串联电池组，所述均衡方法包括：
8.步骤s1：根据电池单体的soc将储能系统的电池单体重构为一个以上的充电组；
9.步骤s2：计算储能系统中各个充电组的充电需求功率pi；
10.步骤s3：确定储能系统的充电总功率p
总
；
11.步骤s4：根据充电总功率p
总
分配各充电组的充电功率p
i充
；
12.步骤s5：各电池组根据各充电组的充电功率p
i充
和组内电池单体的soc分配电池单体的充电功率并进行充电；
13.其中，i表示储能系统中充电组的编号。
14.进一步的，步骤s1包括：
15.步骤s11：检测并获取储能系统中每个电池单体的soc值；
16.步骤s12：将每个电池单体的soc值与第一预设阈值soc
阈1
比较；
17.步骤s13：将soc值小于第一预设阈值soc
阈1
的电池单体标记为第一充电组；将soc
值大于等于第一预设阈值soc
阈1
的电池单体与第二预设阈值soc
阈2
比较；
18.步骤s14：将soc值小于第二预设阈值soc
阈2
的电池单体标记为第二充电组；将soc值大于等于第二预设阈值soc
阈2
的电池单体标记为第三充电组；
19.步骤s15：将第一充电组和第二充电组中的电池单体各自重构为并联电池组，将第三充电组中的电池单体全部断开；
20.其中，其中soc
阈1
和soc
阈2
均为预设值，且soc
阈1
小于soc
阈2
。
21.进一步的，所述第一预设阈值soc
阈1
的取值范围为18％-22％；所述第二预设阈值soc
阈2
的取值范围为70％-90％。
22.进一步的，所述第一预设阈值soc
阈1
的取值为20％；所述第二预设阈值soc
阈2
的取值为80％。
23.进一步的，步骤s2包括：
24.步骤s21：计算各电池单体的充电需求功率p
iq
如式(1)：
25.p
iq
＝p
max
×siq (1)
26.其中，p
max
为电池单体的额定最大充电功率，q为电池单体在其所在的充电组中对应的编号，si为功率分配因子，第一充电组的功率分配因子s1通过式(2)计算，第二充电组的功率分配因子s2通过式(3)计算：
[0027][0028][0029]
式中，soc
2max
表示第二充电组的电池单体中soc的最大值；soc
2min
表示第二充电组的电池单体中soc的最小值；
[0030]
步骤s22：计算各个充电组的充电需求功率pi如式(4)：
[0031][0032]
其中，mi为编号为i的电池簇对应的先充电组中电池单体的数量。
[0033]
进一步的，步骤s3包括：
[0034]
步骤s31：计算储能系统的充电需求总功率p
需
如式(5)：
[0035]
p
需
＝p1+p
2 (5)
[0036]
步骤s32：获取电源供电功率p
供
；
[0037]
步骤s33：将p
供
与p
需
进行比较，根据其比较结果确定充电总功率p
总
如式(6)：
[0038][0039]
进一步的，步骤s4包括：
[0040]
步骤s41：当p
总
＝p
需
时，执行步骤s42；当p
总
＝p
供
时，执行步骤s43；
[0041]
步骤s42：分配各充电组的充电功率如下：p
1充
＝p1，p
2充
＝p2；
[0042]
步骤s43：判断第一充电组中电池单体的数量是否为0，是，则执行步骤s44；否，则
执行步骤s45；
[0043]
步骤s44：p
1充
＝0，p
2充
＝p
供
；
[0044]
步骤s45：将p
供
与p1比较，根据比较结果分配各充电组的充电功率如下：
[0045]
当p
供
》p1时，p
1充
＝p1，p
2充
＝p
供-p1；
[0046]
当p
供
≤p1时，p
1充
＝p
供
，p
2充
＝0。
[0047]
进一步的，步骤s5包括：
[0048]
步骤s51：各充电组的电池单体按照式(7)分配功率进行充电，第三充电组暂不充电；
[0049][0050]
其中，p
iq充
为编号为i的充电组中，编号为q的电池单体的实际分配充电功率；
[0051]
步骤s52：当第一充电组中的电池单体的soc值大于等于第一预设阈值时，将其重构进入第二充电组，对其赋予第二充电组的编号，并重新分配相应的充电功率，当第二充电组中的电池单体的soc值大于等于第二预设阈值时，将其标记为第三充电组，并将其断开，直至储能系统中全部电池单体全部标记为第三充电组；
[0052]
步骤s53：将第三充电组的全部电池单体接入，采用涓流模式进行充电，直至电池单体充满。
[0053]
进一步的，所述储能系统包括第一正极主线、第二正极主线、第一负极主线、第二负极主线和若干电池单体、正极支线、负极支线，其中正极支线、负极支线和电池单体一一对应设置，所述正极支线的一端与电池单体的正极连接，另一端与第二正极主线连接，所述负极支线的一端与电池单体的负极连接，另一端与第二负极主线连接，在电池单体的正极一侧设置有第一并联支线，在电池单体的负极一侧设置有第二并联支线，在相邻的两个电池单体的第一并联支线和第二并联支线之间设置有串联支线，在靠近第一正极主线电源端的第一个电池单体对应的正极支线上设置有第一开关，所述第一开关设置在第一并联支线与该电池单体对应的正极支线的下游，在该电池单体与下一个电池单体之间的第一并联支线上设置有第二开关，所述第二开关设置在第一个电池单体对应的串联支线与第一并联支线连接点的上游，在相邻的两个电池单体之间的第二并联支线上各自设置有一个并联开关，所述并联开关设置在与其对应的串联支线与第二并联支线交点的下游，在每个串联支线上设置有一个串联开关，在第一正极主线与每个正极支线之间设置有一个第一分接开关，在第一并联支线与第一个以外的每个正极支线之间设置有一个第二分接开关，在第一负极主线与每一个负极支线之间设置有一个第三分接开关，在第一正极主线上设置有第一正极开关，在第二正极主线上设置有第二正极开关，在所述第一负极主线上设置有第一负极开关，在所述第二负极主线上设置有第二负极开关。
[0054]
进一步的，在所述储能系统中，与最后一个电池单体连接的第一分接开关为第一单刀双掷开关，其余的第一分接开关为单刀双掷开关和/或双刀双掷开关；与最后一个电池单体连接的第二分接开关为第二单刀双掷开关，其余的第二分接开关为单刀双掷开关和/或双刀双掷开关；与第一个电池单体连接的第三分接开关为第三单刀双掷开关，其余的第三分接开关为单刀双掷开关和/或双刀双掷开关。
[0055]
相对于现有技术，本发明所述的一种储能系统功率调度均衡方法具有以下优势：
[0056]
1)本发明通过电池单体的soc分析，在储能系统需要充电时将其进行分组控制，不同组别之间采用不同的充电功率分配方案，从而根据soc控制每个电池单体的充电速度，通过充电速度的控制实现储能系统所有电池单体的充电均衡控制；
[0057]
2)不同组内不同功率分配因子的设置可以有效地控制soc处于不同状态的电池单体的充电功率，从而控制其对应的充电速度，实现了组内电池单体的充电均衡控制，避免出现充电时电池单体过充的现象；
[0058]
3)本发明提供的储能系统的拓扑结构结构简单，操作简便，在实现上述均衡控制方法的同时，实现了储能系统充放电的灵活控制。
附图说明
[0059]
图1为本发明实施例所述可重构储能系统的拓扑结构示意图；
[0060]
图2为图1中a部位的局部放大示意图；
[0061]
图3为图1中b部位的局部放大示意图；
[0062]
图4为图1中c部位的局部放大示意图；
[0063]
图5为图1中d部位的局部放大示意图；
[0064]
图6为图1中e部位的局部放大示意图；
[0065]
图7为图1中f部位的局部放大示意图；
[0066]
图8为本发明实施例所述的功率调度均衡方法的流程示意图。
[0067]
附图标记说明：
[0068]
1、电池单体；2、第一开关；3、第二开关；4、串联开关；5、并联开关；6、第一分接开关；61、第一单刀双掷开关；611、第一掷刀；62、第二掷刀；63、第三掷刀；7、第二分接开关；71、第二单刀双掷开关；711、第四掷刀；72、第五掷刀；73、第六掷刀；8、第三分接开关；81、第三单刀双掷开关；811、第七掷刀；82、第八掷刀；83、第九掷刀；9、第一正极开关；10、第二正极开关；11、第一负极开关；12、第二负极开关；13、第一正极主线；14、第二正极主线；15、第一并联支线；16、正极支线；17、第二并联支线；18、串联支线；19、第一负极主线；20、第二负极主线；21、负极支线；a、第一开关座；b、第二开关座；c、第三开关座；d、第四开关座；e、第五开关座；f、第六开关座；g、第七开关座；h、第八开关座；k、第九开关座；u、第十开关座；v、第十一开关座；w、第十二开关座。
具体实施方式
[0069]
为使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0070]
下面结合附图具体描述本发明实施例的一种储能系统功率调度均衡方法。
[0071]
本实施例提供一种储能系统功率调度均衡方法，如图1、图8所示，所述储能系统包括若干个可重构的电池单体，若干个所述电池单体1可重构为一个以上的并联电池组或一个以上的并联电池组和一个串联电池组，所述均衡方法包括：
[0072]
步骤s1：根据电池单体1的soc将储能系统的电池单体1重构为一个以上的充电组；
[0073]
步骤s2：计算储能系统中各个充电组的充电需求功率pi；
[0074]
步骤s3：确定储能系统的充电总功率p
总
；
[0075]
步骤s4：根据充电总功率p
总
分配各充电组的充电功率p
i充
；
[0076]
步骤s5：各电池组根据各充电组的充电功率p
i充
和组内电池单体1的soc分配电池单体1的充电功率并进行充电；
[0077]
其中，i表示储能系统中充电组的编号。
[0078]
现有技术中，由于电池单体1的差异性，容易出现放电不均衡的情况，导致部分电池单体1的soc偏高，部分电池单体1的soc偏低，此时，如果直接对soc偏低的电池单体1采用大功率充电，容易出现充电电流过大影响电池单体1使用寿命的情况，在本示例中，通过上述设置，可以在储能系统充电时根据电池单体1的soc情况分配各充电组的充电功率，并针对不同的不同soc分组设置对应的充电策略，从而从电池单体1保护、充电过程均衡等方面进行相应的控制，一方面避免了soc较低的电池单体1在开始阶段快速充电导致其使用寿命缩短，另一方面避免soc较高的电池单体1在充电时出现过充的现象，由于该设置中无需设置额外的功率消耗器件，也无需进行电池单体1之间的能量转移，避免了均衡过程中能量的消耗，也节省了电池单体1之间能量转移的时间损耗，大大提高了储能系统的均衡效率，在实现充电均衡的同时提高了均衡效率和能量利用效率。需要说明的是，所述充电组的编号是储能系统充电分组后由控制系统赋予的编号。
[0079]
作为本发明的一个示例，步骤s1包括：
[0080]
步骤s11：检测并获取储能系统中每个电池单体1的soc值；
[0081]
步骤s12：将每个电池单体1的soc值与第一预设阈值soc
阈1
比较；
[0082]
步骤s13：将soc值小于第一预设阈值soc
阈1
的电池单体1标记为第一充电组；将soc值大于等于第一预设阈值soc
阈1
的电池单体1与第二预设阈值soc
阈2
比较；
[0083]
步骤s14：将soc值小于第二预设阈值soc
阈2
的电池单体1标记为第二充电组；将soc值大于等于第二预设阈值soc
阈2
的电池单体1标记为第三充电组；
[0084]
步骤s15：将第一充电组和第二充电组中的电池单体1各自重构为并联电池组，将第三充电组中的电池单体1全部断开；
[0085]
其中，其中soc
阈1
和soc
阈2
均为预设值，且soc
阈1
小于soc
阈2
。
[0086]
应当理解，第一充电组内的电池单体1的soc较低，第三充电组内的电池单体1的soc较高，如果对两者进行大功率充电，将会出现第一充电组内电池单体1的充电电流过高，进而存在影响电池单体1使用寿命、导致电池损坏甚至引发火灾的风险，或者，第三充电组内的电池单体1出现过充影响使用寿命的情况。通过上述设置，根据储能系统内每个电池单体1的soc进行相应的分组，然后对储能系统进行相应的重构，其中，第一充电组和第二充电组的并联电路各自独立，对第一充电组和第二充电组内的电池单体1进行差异化的充电设置，从而对第一充电组内的电池单体1形成充分的保护，避免对其进行大功率充电导致充电电流过大影响电池单体1的使用寿命和使用安全性的问题。此外，由于第三充电组内的电池单体1的soc较高，其充电所需时间和功率均较小，可以在前期不参与充电，一方面降低充电功率需求，另一方面有助于在供电功率不足时提升soc较低电池单体1的充电功率，进而缩短储能系统均衡充电的时间。作为其中一个可选的示例，所述第一预设阈值soc
阈1
的取值范围为18％-22％，优选为20％，所述第二预设阈值soc
阈2
的取值范围为70％-90％，优选为
80％，充电时，soc值在soc
阈2
以上的电池单体1可以暂时先不充电，从而将更多的能量优先供给soc值较低的电池单体1，以便更快实现储能系统的动态均衡，且在全部电池单体1的soc超过第二预设阈值soc
阈2
时，可以将电池单体1的充电模式改为涓流充电模式，此时无需考虑电池单体1充电功率的分配问题，也可以避免出现电池单体1过充的现象。
[0087]
作为可选的示例，步骤s2包括：
[0088]
步骤s21：计算各电池单体1的充电需求功率p
iq
如式(1)：
[0089]
p
iq
＝p
max
×siq (1)
[0090]
其中，p
max
为电池单体1的额定最大充电功率，q为电池单体1在其所在的充电组中对应的编号，si为功率分配因子，第一充电组的功率分配因子s1通过式(2)计算，第二充电组的功率分配因子s2通过式(3)计算：
[0091][0092][0093]
式中，soc
2max
表示第二充电组的电池单体1中soc的最大值；soc
2min
表示第二充电组的电池单体1中soc的最小值；
[0094]
步骤s22：计算各个充电组的充电需求功率pi如式(4)：
[0095][0096]
其中，mi为编号为i的电池簇对应的先充电组中电池单体1的数量。
[0097]
其中，soc
1q
表示第一电池组中编号为q的电池单体1的soc值，soc
2q
表示第一电池组中编号为q的电池单体1的soc值。通过第一充电组和第二充电组内功率分配因子的不同设置，使得第一充电组和第二充电组执行不同的充电策略，在第一充电组内，由于电池单体1的soc较低，对其进行大功率充电将影响电池单体1的使用寿命和使用安全性，通过s1的设置，可以看出，soc
1q
越小的电池单体1对应的s1越小，soc
1q
越大的电池单体1对应的s1越大，使得第一充电组中soc较低的电池单体1在开始时以较小的功率充电，随着soc的增大，其充电功率也慢慢增大，当其无限接近soc
阈1
时，其充电功率也无限接近于额定最大充电功率，由于在第一充电组中soc较高的电池单体1的充电功率较大，此外，由于式(2)为幂函数，使得第一充电组中soc较低的电池单体1的充电功率增长速度大于soc较高的电池单体1，从而避免第一充电组中不同soc的电池单体1的充电至soc
阈1
所需时间差距过度拉大，在保护电池单体1的同时进一步缩短储能系统整体的充电时间。通过s2的设置，可以看出，soc
2q
越小的电池单体1对应的s2越大，soc
2q
越大的电池单体1对应的s2越小，也就是说，在第二充电组中，电池单体1的充电功率随着soc的增加而逐渐降低，且其中soc
2max
对应的s2为0，也就是说，在第二充电组内，soc最高的电池单体1的充电功率为0，在此情况下，当有其他电池单体1的soc超过该最高值时，超过的电池单体1的充电功率调整为0，被超过的电池单体1重新接入进行充电，此时，第二充电组形成了soc值高的电池单体1等待soc值低的电池单体1的现象，从而更有利于实现储能系统中电池单体1充电过程中的均衡控制，当第二充电组内部全部电池单体1的soc相等时，根据第二充电组内电池单体1的数量平均分配其充电功率即可。
需要说明的是，s
1q
为第一充电组中编号为q的电池单体1的功率分配因子，s
2q
为第二充电组中编号为q的电池单体1的功率分配因子，各个充电组在分组完成之后进行编号，并在组内电池单体1发生增减后，进行新的编号。
[0098]
在本发明的示例中，步骤s3包括：
[0099]
步骤s31：计算储能系统的充电需求总功率p
需
如式(5)：
[0100]
p
需
＝p1+p
2 (5)；
[0101]
步骤s32：获取电源供电功率p
供
；
[0102]
步骤s33：将p
供
与p
需
进行比较，根据其比较结果确定充电总功率p
总
如式(6)：
[0103][0104]
其中，p1为第一充电组的充电需求功率，p2为第二充电组的充电需求功率。通过上述设置，在前期充电阶段，无需考虑给第三充电组供电，一方面可以集中对soc较低的电池单体1进行充电，降低储能系统对供电功率的需求，另一方面避免第三充电组的电池单体出现过充的情况，保证了电池单体1的使用寿命。应当理解，当p
需
≤p
供
时，表明供电系统可提供的充电功率满足储能系统的整体充电需求，此时可以按照储能系统的充电需求总功率p
需
进行充电，当p
需
》p
供
时，表明供电系统可提供的充电功率无法满足储能系统的整体充电需求，此时以p
供
为充电总功率p
总
，可以最大限度地保证储能系统的充电需求。需要说明的是，由于电池单体1的soc值在充电时为动态变化状态，因此需要持续检测储能系统中电池单体1的soc值，并据此确定p1、p2、p
需
、p
总
，从而更为精准地控制各充电组充电功率的分配，以实现充电过程中的功率调度动态均衡。
[0105]
在本示例中，步骤s4包括：
[0106]
步骤s41：当p
总
＝p
需
时，执行步骤s42；当p
总
＝p
供
时，执行步骤s43；
[0107]
步骤s42：分配各充电组的充电功率如下：p
1充
＝p1，p
2充
＝p2；
[0108]
步骤s43：判断第一充电组中电池单体1的数量是否为0，是，则执行步骤s44；否，则执行步骤s45；
[0109]
步骤s44：p
1充
＝0，p
2充
＝p
供
；
[0110]
步骤s45：将p
供
与p1比较，根据比较结果分配各充电组的充电功率如下：
[0111]
当p
供
》p1时，p
1充
＝p1，p2充＝p
供-p1；
[0112]
当p
供
≤p1时，p
1充
＝p
供
，p
2充
＝0。
[0113]
当p
总
＝p
需
时，表明充电功率可以满足系统中第一充电组和第二充电组全部电池单体1的充电需求，此时可以根据对应的需求分配充电功率，当p
总
＝p
供
时，表明充电功率无法同时满足系统中第一充电组和第二充电组全部电池单体1的充电需求，此时优先考虑满足第一充电组电池单体1的充电需求，在满足第一充电组需求的情况下，考虑第二充电组的充电需求，从而避免储能系统中soc的差异性进一步拉大，通过充电过程中的功率调度，实现了电池单体1之间的充电均衡。
[0114]
作为其中可选的示例，步骤s5包括：
[0115]
步骤s51：各充电组的电池单体1按照式(7)分配功率进行充电，第三充电组暂不充电；
[0116][0117]
其中，piq充为编号为i的充电组中，编号为q的电池单体1的实际分配充电功率；
[0118]
步骤s52：当第一充电组中的电池单体1的soc值大于等于第一预设阈值时，将其重构进入第二充电组，对其赋予第二充电组的编号，并重新分配相应的充电功率，当第二充电组中的电池单体1的soc值大于等于第二预设阈值时，将其标记为第三充电组，并将其断开，直至储能系统中全部电池单体1全部标记为第三充电组；
[0119]
步骤s53：将第三充电组的全部电池单体1接入，采用涓流模式进行充电，直至电池单体1充满。
[0120]
根据上述设置可以准确地分配第一充电组和第二充电组中各个电池单体1的充电功率，在第一充电组中可以有效地避免电池单体1的充电电流过大，有利于延长电池单体1的使用寿命，提升其使用安全性，在第二充电组中根据电池单体1的soc控制其充电功率，从而使得电池单体1在soc值小于第二预设阈值soc
阈2
时实现了功率调度的均衡，最后再通过涓流模式将电池充满，可以在实现充电功率均衡调度的同时避免电池单体1出现过充的现象，本示例提供的充电控制方法无需设置对应的能量消耗器件、也无需进行电池单体1之间的能量转移，实现了储能系统充电时的在线均衡，提高了储能系统的使用效率。
[0121]
具体的，如图1-图7所示，所述储能系统包括第一正极主线13、第二正极主线14、第一负极主线19、第二负极主线20和若干电池单体1、正极支线16、负极支线21，其中正极支线16、负极支线21和电池单体1一一对应设置，所述正极支线16的一端与电池单体1的正极连接，另一端与第二正极主线14连接，所述负极支线21的一端与电池单体1的负极连接，另一端与第二负极主线20连接，在电池单体1的正极一侧设置有第一并联支线15，在电池单体1的负极一侧设置有第二并联支线17，在相邻的两个电池单体1的第一并联支线15和第二并联支线17之间设置有串联支线18，在靠近第一正极主线13电源端的第一个电池单体1对应的正极支线16上设置有第一开关2，所述第一开关2设置在第一并联支线15与该电池单体1对应的正极支线16的下游，在该电池单体1与下一个电池单体1之间的第一并联支线15上设置有第二开关3，所述第二开关3设置在第一个电池单体1对应的串联支线18与第一并联支线15连接点的上游，在相邻的两个电池单体1之间的第二并联支线17上各自设置有一个并联开关5，所述并联开关5设置在与其对应的串联支线18与第二并联支线17交点的下游，在每个串联支线18上设置有一个串联开关4，在第一正极主线13与每个正极支线16之间设置有一个第一分接开关6，在第一并联支线15与第一个以外的每个正极支线16之间设置有一个第二分接开关7，在第一负极主线19与每一个负极支线21之间设置有一个第三分接开关8，在第一正极主线13上设置有第一正极开关9，在第二正极主线14上设置有第二正极开关10，在所述第一负极主线19上设置有第一负极开关11，在所述第二负极主线20上设置有第二负极开关12。
[0122]
在该示例中，在充电时，所述第一正极主线13可以与第一负极主线19和第二负极主线20中的一个形成回路，从而对其中的一个充电组进行充电，此时，所述第二正极主线14可以与第一负极主线19和第二负极主线20中的另一个形成回路，从而对另一个充电组进行充电，且根据上述拓扑结构的设置，可以实现各充电组独立地充电控制，且在充电过程中，各充电组内的电池单体1均可以重构为并联连接，从而更有效地控制每个电池单体1的充电
功率，实现储能系统充电时电池单体1级的在线均衡调度。所述正极支线16和第一分接开关6用于配合实现电池单体1的正极与第一正极主线13或第二正极主线14连接，所述第一分接开关6至少用于实现电池单体1正极与第一正极主线13的接通或者将其对应的正极支线16接通，所述负极支线21和第三分接开关8用于配合实现电池单体1的负极与第一负极主线19或第二负极主线20连接，所述第一并联支线15、第二并联支线17、第二开关3、并联开关5、第二分接开关7用于电池单体1充放电时的并联设置，所述串联支线18和串联开关4用于电池单体1放电时的串联设置，其中，所述第二分接开关7至少用于实现电池单体1正极与第一并联支线15的接通或者将其对应的正极支线16接通，所述第三分接开关8至少用于将电池单体1的负极与第一负极主线19或第二负极主线20连接。
[0123]
作为其中部分可选的示例，在所述储能系统中，与最后一个电池单体1连接的第一分接开关6为第一单刀双掷开关61，其余的第一分接开关6为单刀双掷开关和/或双刀双掷开关；与最后一个电池单体1连接的第二分接开关7为第二单刀双掷开关71，其余的第二分接开关7为单刀双掷开关和/或双刀双掷开关；与第一个电池单体1连接的第三分接开关8为第三单刀双掷开关81，其余的第三分接开关8为单刀双掷开关和/或双刀双掷开关。需要说明的是，本技术中的最后一个电池单体1是指，距离第一正极主线13电源端最远的电池单体1，第一个电池单体1是指，距离第一正极主线13电源端最近的电池单体1，以图1为例，其中包括五个电池单体1，分别以
①②③④⑤
为标记，其中
①
即为第一个电池单体1，
⑤
即为最后一个电池单体1，当然，储能系统中电池单体1的数量并不限于五个，上述示例仅为便于理解，可以根据储能系统中实际的电池单体1数量及连接情况判断其左后一个电池单体1和第一个电池单体1，在此不再赘述。
[0124]
图2为第三分接开关8为双刀双掷开关时的其中一种接线形式，可以看出，其包括第八掷刀82和第九掷刀83以及第一开关座a和第二开关座b，第一开关座a设置在负极支线21上，第二开关座b设置在第一负极主线19上，所述第九掷刀83与第二开关座b连接或断开，所述第八掷刀82与第一开关座a或第二开关座b连接，或者与两者均不连接，第八掷刀82与第一开关座a连接时，负极支线21被接通，对应电池单体1的负极与第二负极主线20接通，第八掷刀82与第二开关座b连接时，负极支线21被断开，对应电池单体1的负极与第一负极主线19接通，通过上述设置，电池单体1可以被接入不同的回路，从而将其分配到对应的充电组进行充电均衡控制，需要说明的是，第八掷刀82与第一开关座a连接、第九掷刀83与第二开关座b连接时，第八掷刀82与第九掷刀83之间为绝缘状态。应当理解，上述设置方式只是双刀双掷开关的一种接线形式，也可以采用其他的接线形式，以能实现上述连接目的为准，此外，该双刀双掷开关也可以设置为单刀双掷开关，此时，将所述第九掷刀83省略，第一负极主线19为直接连通的线路，且第一负极主线19上还设置有第二开关座b，第八掷刀82与图2中的设置方式一致，同样可以实现上述连接目的。
[0125]
图5为第三单刀双掷开关81的接线示意图，可以看出，第三单刀双掷开关81包括第七掷刀811以及第七开关座g和第八开关座h，第七开关座g设置在负极支线21上，第八开关座h设置在第一负极主线19上，所述第七掷刀811与第七开关座g或第八开关座h连接，或者与两者均不连接，第七掷刀811与第七开关座g连接时，负极支线21被接通，对应电池单体1的负极与第二负极主线20接通，第七掷刀811与第八开关座h连接时，负极支线21被断开，对应电池单体1的负极与第一负极主线19接通，通过上述设置，电池单体1可以被接入不同的
回路，从而将其分配到对应的充电组进行充电均衡控制。
[0126]
图3为第二分接开关7为双刀双掷开关时的其中一种接线形式，可以看出，其包括第五掷刀72和第六掷刀73以及第三开关座c和第四开关座d，第三开关座c设置在正极支线16上，第四开关座d设置在第一并联支线15上，所述第六掷刀73与第四开关座d连接或断开，所述第五掷刀72与第三开关座c或第四开关座d连接，或者与两者均不连接，第五掷刀72与第三开关座c连接时，正极支线16被接通，对应电池单体1的正极与第一正极主线13或第二正极主线14接通，第五掷刀72与第四开关座d连接时，正极支线16被断开，对应电池单体1的正极与第一并联支线15接通，通过上述设置，电池单体1可以被接入不同的回路，从而将其分配到对应的充电组进行充电均衡控制，需要说明的是，第五掷刀72与第三开关座c连接、第六掷刀73与第四开关座d连接时，第五掷刀72与第六掷刀73之间为绝缘状态。应当理解，上述设置方式只是双刀双掷开关的一种接线形式，也可以采用其他的接线形式，以能实现上述连接目的为准，此外，该双刀双掷开关也可以设置为单刀双掷开关，此时，将所述第六掷刀73省略，第一并联支线15为直接连通的线路，且第一并联支线15上还设置有第四开关座d，第五掷刀72与图3中的设置方式一致，同样可以实现上述连接目的。
[0127]
图6为第二单刀双掷开关71的接线示意图，可以看出，第二单刀双掷开关71包括第四掷刀711以及第九开关座k和第十开关座u，第九开关座k设置在正极支线16上，第十开关座u设置在第一并联支线15上，所述第四掷刀711与第九开关座k或第十开关座u连接，或者与两者均不连接，第四掷刀711与第九开关座k连接时，正极支线16被接通，对应电池单体1的正极与第一正极主线13或第二正极主线14接通，第四掷刀711与第十开关座u连接时，正极支线16被断开，对应电池单体1的正极与第一并联支线15接通，通过上述设置，电池单体1可以被接入不同的回路，从而将其分配到对应的充电组进行充电均衡控制。
[0128]
图4为第一分接开关6为双刀双掷开关时的其中一种接线形式，可以看出，其包括第二掷刀62和第三掷刀63以及第五开关座e和第六开关座f，第五开关座e设置在正极支线16上，第六开关座f设置在第一正极主线13上，所述第三掷刀63与第六开关座f连接或断开，所述第二掷刀62与第五开关座e或第六开关座f连接，或者与两者均不连接，第二掷刀62与第五开关座e连接时，正极支线16被接通，对应电池单体1的正极与第二正极主线14接通，第二掷刀62与第六开关座f连接时，正极支线16被断开，对应电池单体1的正极与第一正极主线13接通，通过上述设置，电池单体1可以被接入不同的回路，从而将其分配到对应的充电组进行充电均衡控制，需要说明的是，第二掷刀62与第五开关座e连接、第三掷刀63与第六开关座f连接时，第二掷刀62与第三掷刀63之间为绝缘状态。应当理解，上述设置方式只是双刀双掷开关的一种接线形式，也可以采用其他的接线形式，以能实现上述连接目的为准，此外，该双刀双掷开关也可以设置为单刀双掷开关，此时，将所述第三掷刀63省略，第一正极主线13为直接连通的线路，且第一正极主线13上还设置有第六开关座f，第二掷刀62与图4中的设置方式一致，同样可以实现上述连接目的。
[0129]
图7为第一单刀双掷开关61的接线示意图，可以看出，第一单刀双掷开关61包括第一掷刀611以及第十一开关座v和第十二开关座w，第十一开关座v设置在正极支线16上，第十二开关座w设置在第一并联支线15上，所述第一掷刀611与第十一开关座v或第十二开关座w连接，或者与两者均不连接，第一掷刀611与第十一开关座v连接时，正极支线16被接通，对应电池单体1的正极与第二正极主线14接通，第一掷刀611与第十二开关座w连接时，正极
支线16被断开，对应电池单体1的正极与第一正极主线13接通，通过上述设置，电池单体1可以被接入不同的回路，从而将其分配到对应的充电组进行充电均衡控制。
[0130]
为了便于理解，以图1为例，储能系统包括五个电池单体，将其标号为
①②③④⑤
，第一正极主线13和第一负极主线19形成一个回路，用于给第一充电组充电，第二正极主线14和第二负极主线20形成另一个回路，用于给第二充电组充电，当步骤s1中将
①
、
③
、
⑤
标记为第一充电组，将
②
、
④
标记为第二充电组时，对于第一充电组，第一正极开关9闭合，
①
号电池单体1的正极支线16上，第二掷刀62与第六开关座f连接，第一开关2闭合，第二开关3断开，
①
号电池单体1的负极支线21上，第七掷刀811与第八开关座h连接；
③
号电池单体1的正极支线16上，第二掷刀62与第六开关座f连接，第五掷刀72与第三开关座c连接，
③
号电池单体1的负极支线21上，第八掷刀82与第二开关座b连接；
⑤
号电池单体1的正极支线16上，第一掷刀611与第十二开关座w连接，第四掷刀711与第九开关座k连接，
⑤
号电池单体1的负极支线21上，第八掷刀82与第二开关座b连接；此外，全部的第三掷刀63与第六开关座f连接，第九掷刀83与第一开关座a连接，第一负极开关11闭合，即完成第一充电组的重构；对于第二充电组，将第二正极开关10闭合，在
②
、
④
号电池单体1的正极支线16上，第二掷刀62与第五开关座e连接，第五掷刀72与第三开关座c连接，在
②
、
④
号电池单体1的负极支线21上，第八掷刀82与第一开关座a连接；第二负极开关12闭合，及完成第二充电组的重构，从而可以对两者进行不同的充电策略的控制；充电过程中，当
③
号电池单体1的soc达到第二充电组的要求时，将其对应的正极支线16上，第二掷刀62与第五开关座e连接，第五掷刀72与第三开关座c连接，负极支线21上，第八掷刀82与第一开关座a连接，即完成了
③
号电池单体1的分组重构，简单便捷。其余的分组重构关系可以根据合理的推断进行分析，在此不再赘述。
[0131]
此外，上述拓扑结构可以在放电时实现电池单体1串并联结构的自由组合变换，以及相应的分组放电，具体分组重构方式同样可以通过合理的推断分析获得，在此不再赘述。
[0132]
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

技术特征：
1.一种储能系统功率调度均衡方法，其特征在于，所述储能系统包括若干个可重构的电池单体，若干个所述电池单体可重构为一个以上的并联电池组或一个以上的并联电池组和一个串联电池组，所述均衡方法包括：步骤s1：根据电池单体的soc将储能系统的电池单体重构为一个以上的充电组；步骤s2：计算储能系统中各个充电组的充电需求功率p
i
；步骤s3：确定储能系统的充电总功率p
总
；步骤s4：根据充电总功率p
总
分配各充电组的充电功率p
i充
；步骤s5：各电池组根据各充电组的充电功率p
i充
和组内电池单体的soc分配电池单体的充电功率并进行充电；其中，i表示储能系统中充电组的编号。2.如权利要求1所述的储能系统功率调度均衡方法，其特征在于，步骤s1包括：步骤s11：检测并获取储能系统中每个电池单体的soc值；步骤s12：将每个电池单体的soc值与第一预设阈值soc
阈1
比较；步骤s13：将soc值小于第一预设阈值soc
阈1
的电池单体标记为第一充电组；将soc值大于等于第一预设阈值soc
阈1
的电池单体与第二预设阈值soc
阈2
比较；步骤s14：将soc值小于第二预设阈值soc
阈2
的电池单体标记为第二充电组；将soc值大于等于第二预设阈值soc
阈2
的电池单体标记为第三充电组；步骤s15：将第一充电组和第二充电组中的电池单体各自重构为并联电池组，将第三充电组中的电池单体全部断开；其中，其中soc
阈1
和soc
阈2
均为预设值，且soc
阈1
小于soc
阈2
。3.如权利要求2所述的储能系统功率调度均衡方法，其特征在于，所述第一预设阈值soc
阈1
的取值范围为18％-22％；所述第二预设阈值soc
阈2
的取值范围为70％-90％。4.如权利要求2所述的储能系统功率调度均衡方法，其特征在于，所述第一预设阈值soc
阈1
的取值为20％；所述第二预设阈值soc
阈2
的取值为80％。5.如权利要求2-4任一项所述的储能系统功率调度均衡方法，其特征在于，步骤s2包括：步骤s21：计算各电池单体的充电需求功率p
iq
如式(1)：p
iq
＝p
max
×
s
iq
(1)其中，p
max
为电池单体的额定最大充电功率，q为电池单体在其所在的充电组中对应的编号，s
i
为功率分配因子，第一充电组的功率分配因子s1通过式(2)计算，第二充电组的功率分配因子s2通过式(3)计算：通过式(3)计算：式中，soc
2max
表示第二充电组的电池单体中soc的最大值；soc
2min
表示第二充电组的电池单体中soc的最小值；
步骤s22：计算各个充电组的充电需求功率p
i
如式(4)：其中，m
i
为编号为i的电池簇对应的先充电组中电池单体的数量。6.如权利要求5所述的储能系统功率调度均衡方法，其特征在于，步骤s3包括：步骤s31：计算储能系统的充电需求总功率p
需
如式(5)：p
需
＝p1+p2(5)步骤s32：获取电源供电功率p
供
；步骤s33：将p
供
与p
需
进行比较，根据其比较结果确定充电总功率p
总
如式(6)：7.如权利要求6所述的储能系统功率调度均衡方法，其特征在于，步骤s4包括：步骤s41：当p
总
＝p
需
时，执行步骤s42；当p
总
＝p
供
时，执行步骤s43；步骤s42：分配各充电组的充电功率如下：p
1充
＝p1，p
2充
＝p2；步骤s43：判断第一充电组中电池单体的数量是否为0，是，则执行步骤s44；否，则执行步骤s45；步骤s44：p
1充
＝0，p
2充
＝p
供
；步骤s45：将p
供
与p1比较，根据比较结果分配各充电组的充电功率如下：当p
供
>p1时，p
1充
＝p1，p
2充
＝p
供-p1；当p
供
≤p1时，p
1充
＝p
供
，p
2充
＝0。8.如权利要求7所述的储能系统功率调度均衡方法，其特征在于，步骤s5包括：步骤s51：各充电组的电池单体按照式(7)分配功率进行充电，第三充电组暂不充电；其中，p
iq充
为编号为i的充电组中，编号为q的电池单体的实际分配充电功率；步骤s52：当第一充电组中的电池单体的soc值大于等于第一预设阈值时，将其重构进入第二充电组，对其赋予第二充电组的编号，并重新分配相应的充电功率，当第二充电组中的电池单体的soc值大于等于第二预设阈值时，将其标记为第三充电组，并将其断开，直至储能系统中全部电池单体全部标记为第三充电组；步骤s53：将第三充电组的全部电池单体接入，采用涓流模式进行充电，直至电池单体充满。9.如权利要求1所述的储能系统功率调度均衡方法，其特征在于，所述储能系统包括第一正极主线(13)、第二正极主线(14)、第一负极主线(19)、第二负极主线(20)和若干电池单体(1)、正极支线(16)、负极支线(21)，其中正极支线(16)、负极支线(21)和电池单体(1)一一对应设置，所述正极支线(16)的一端与电池单体(1)的正极连接，另一端与第二正极主线(14)连接，所述负极支线(21)的一端与电池单体(1)的负极连接，另一端与第二负极主线(20)连接，在电池单体(1)的正极一侧设置有第一并联支线(15)，在电池单体(1)的负极一侧设置有第二并联支线(17)，在相邻的两个电池单体(1)的第一并联支线(15)和第二并联
支线(17)之间设置有串联支线(18)，在靠近第一正极主线(13)电源端的第一个电池单体(1)对应的正极支线(16)上设置有第一开关(2)，所述第一开关(2)设置在第一并联支线(15)与该电池单体(1)对应的正极支线(16)的下游，在该电池单体(1)与下一个电池单体(1)之间的第一并联支线(15)上设置有第二开关(3)，所述第二开关(3)设置在第一个电池单体(1)对应的串联支线(18)与第一并联支线(15)连接点的上游，在相邻的两个电池单体(1)之间的第二并联支线(17)上各自设置有一个并联开关(5)，所述并联开关(5)设置在与其对应的串联支线(18)与第二并联支线(17)交点的下游，在每个串联支线(18)上设置有一个串联开关(4)，在第一正极主线(13)与每个正极支线(16)之间设置有一个第一分接开关(6)，在第一并联支线(15)与第一个以外的每个正极支线(16)之间设置有一个第二分接开关(7)，在第一负极主线(19)与每一个负极支线(21)之间设置有一个第三分接开关(8)，在第一正极主线(13)上设置有第一正极开关(9)，在第二正极主线(14)上设置有第二正极开关(10)，在所述第一负极主线(19)上设置有第一负极开关(11)，在所述第二负极主线(20)上设置有第二负极开关(12)。10.如权利要求9所述的串联电池簇在线均衡方法，其特征在于，在所述储能系统中，与最后一个电池单体(1)连接的第一分接开关(6)为第一单刀双掷开关(61)，其余的第一分接开关(6)为单刀双掷开关和/或双刀双掷开关；与最后一个电池单体(1)连接的第二分接开关(7)为第二单刀双掷开关(71)，其余的第二分接开关(7)为单刀双掷开关和/或双刀双掷开关；与第一个电池单体(1)连接的第三分接开关(8)为第三单刀双掷开关(81)，其余的第三分接开关(8)为单刀双掷开关和/或双刀双掷开关。

技术总结
本发明提供一种储能系统功率调度均衡方法，所述均衡方法包括：步骤S1：根据电池单体的SOC将储能系统的电池单体重构为一个以上的充电组；步骤S2：计算储能系统中各个充电组的充电需求功率P


技术研发人员：朱宁辉 周杨林 慈松 刘智全 王伟图 李正军 张明 高红
受保护的技术使用者：云储新能源科技有限公司
技术研发日：2023.07.03
技术公布日：2023/9/19