一種基于溫度場(chǎng)控制的大型電池儲(chǔ)能系統(tǒng)及其能量調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電池溫度場(chǎng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種基于溫度場(chǎng)控制的大型電池 儲(chǔ)能系統(tǒng)及其能量調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在目前電池應(yīng)用領(lǐng)域，電池散熱技術(shù)通常采用的都是外部強(qiáng)冷（風(fēng)冷、水冷等）， 散熱設(shè)計(jì)方案的目標(biāo)都是均熱，保證電池工作在安全溫度范圍，達(dá)到延長電池使用壽命的 目的。在大型的儲(chǔ)能應(yīng)用中，為滿足儲(chǔ)能功率、容量等需求通常需要將單體電池串并聯(lián)成組 應(yīng)用，配合電能變換裝置向上一級(jí)功率系統(tǒng)提供或者吸收功率。大型儲(chǔ)能裝置工作環(huán)境并 不良好，環(huán)境的通風(fēng)散熱并不能滿足電池系統(tǒng)散熱要求，因此需要對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行特殊的 散熱設(shè)計(jì)。電池抗濫用性能差，倍率特性受溫度影響很大，換而言之，電池本體溫升跟充放 電電流倍率有關(guān)，如果可W控制電池的充放電電流大小，那么在一定程度上就可W實(shí)現(xiàn)對(duì) 電池溫度的控制。
[0003] 因此，可W從大型電池儲(chǔ)能裝置系統(tǒng)整體的角度，結(jié)合電能變換調(diào)節(jié)儲(chǔ)能功率模 塊充放電電流，提供一種新型的控制方法，不僅可W實(shí)現(xiàn)電能變換滿足功率需求，而且可W 通過調(diào)節(jié)電池充放電電流大小的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電池溫度的控制，最終實(shí)現(xiàn)電池壽命的延長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種基于溫度控制的大型電池儲(chǔ)能系統(tǒng)及其能量調(diào)度方法，通過控制 儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電方法滿足提供系統(tǒng)功率需求W及保證儲(chǔ)能系統(tǒng)中的所有電池組工作在安 全溫度區(qū)的雙目標(biāo)。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 一種基于溫度場(chǎng)控制的大型電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，它由多個(gè)儲(chǔ)能功率模塊并聯(lián)而成，儲(chǔ) 能功率模塊包括電池組W及基于電池的雙向電能變換拓?fù)潆娐贰?br>[0007] 進(jìn)一步地，所述基于電池的雙向電能變換拓?fù)潆娐钒p向直流-直流變換模 塊、雙向直流-交流變換模塊和電壓輸出端。
[000引進(jìn)一步地，所述基于電池的雙向電能變換拓?fù)潆娐钒ㄩ_關(guān)器件和電池組接口。
[0009] 進(jìn)一步地，所述開關(guān)器件為碳化娃功率管、晶閩管、場(chǎng)效應(yīng)管或絕緣柵雙極性晶體 管。
[0010] 進(jìn)一步地，它還包括用于實(shí)時(shí)監(jiān)控單體電池狀態(tài)的電池管理模塊和用于監(jiān)控電能 變換系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的控制單元。
[0011] 進(jìn)一步地，所述控制單元包括用于根據(jù)外部負(fù)載需求控制系統(tǒng)啟用狀態(tài)的狀態(tài)開 關(guān)模塊和用于根據(jù)電池管理模塊獲取的電池組電壓、電流、SOC、溫度信息，對(duì)電池進(jìn)行狀態(tài) 評(píng)估處理模塊。
[0012] 一種基于溫度場(chǎng)控制的大型電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量調(diào)度方法，該方法包括
[0013] SI、監(jiān)測(cè)評(píng)估儲(chǔ)能系統(tǒng)中所有電池組外部特性；soc、電壓、電流、溫度是否超過限 定值，如某組電池組只有有一個(gè)或者一個(gè)W上的外部特性超過限定值，則返回執(zhí)行步驟S1; 反之，則執(zhí)行步驟S2;
[0014]S2、電池組安全接入，雙目標(biāo)控制開始，執(zhí)行S3至S6;
[0015]S3、計(jì)算各粒子在目標(biāo)1下的適應(yīng)值；
[0016]S4、找出目標(biāo)1下個(gè)體和群體最優(yōu)值；
[0017] S5、更新各粒子的速度和位置；
[0018] S6、終止條件1判斷，若成立執(zhí)行S7,反之則返回執(zhí)行S3 ;
[0019] S7、計(jì)算各粒子在目標(biāo)2下的適應(yīng)值；
[0020]S8、找出目標(biāo)2下個(gè)體和群體最優(yōu)值；
[0021] S9、更新各粒子的速度和位置；
[0022]S10、終止條件2判斷，若成立執(zhí)行S11，反之則返回執(zhí)行S7;
[0023]S11、目標(biāo)函數(shù)模糊化；
[0024]S12、尋找系統(tǒng)最優(yōu)值；
[0025]S13、終止條件3判斷，若成立執(zhí)行S14,反之則返回執(zhí)行S12;
[0026]S14、輸出各儲(chǔ)能模塊功率分配；
[0027]S15、重復(fù)步驟S1 至S14。
[002引本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下優(yōu)點(diǎn)和效果：本發(fā)明可W實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)滿足系 統(tǒng)儲(chǔ)能功率需求的同時(shí)，又能保護(hù)、維護(hù)電池組，使電池組工作在安全、合適的溫度范圍，最 終實(shí)現(xiàn)電池壽命的延長。
【附圖說明】
[0029] 圖1為一種基于溫度控制的大型電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的示意圖；
[0030] 圖2為本發(fā)明一種基于溫度控制的大型電池儲(chǔ)能系統(tǒng)控制的示意圖；
[0031] 圖3為本發(fā)明一種基于溫度場(chǎng)控制的大型電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量調(diào)度方法實(shí)施的 示意圖；
[0032] 圖4為本發(fā)明一種基于溫度場(chǎng)控制的大型電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量調(diào)度方法中電池 接入判斷策略實(shí)施的示意圖；
[0033] 圖5為本發(fā)明一種基于溫度場(chǎng)控制的大型電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量調(diào)度方法中雙目 標(biāo)控制策略實(shí)施的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖并通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，W下實(shí)施例是對(duì)本發(fā) 明的解釋而本發(fā)明并不局限于W下實(shí)施例。
[0035] 一種基于溫度場(chǎng)控制的大型電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，它由多個(gè)儲(chǔ)能功率模塊并聯(lián)而成，儲(chǔ) 能功率模塊包括電池組W及基于電池的雙向電能變換拓?fù)潆娐贰?br>[0036] 所述基于電池的雙向電能變換拓?fù)潆娐钒p向直流-直流變換模塊、雙向直 流-交流變換模塊和電壓輸出端。
[0037] 所述基于電池的雙向電能變換拓?fù)潆娐钒ㄩ_關(guān)器件和電池組接口。
[003引所述開關(guān)器件為碳化娃功率管、晶閩管、場(chǎng)效應(yīng)管或絕緣柵雙極性晶體管。
[0039] 它還包括用于實(shí)時(shí)監(jiān)控單體電池狀態(tài)的電池管理模塊和用于監(jiān)控電能變換系統(tǒng) 運(yùn)行狀態(tài)的控制單元。
[0040] 所述控制單元包括用于根據(jù)外部負(fù)載需求控制系統(tǒng)啟用狀態(tài)的狀態(tài)開關(guān)模塊和 用于根據(jù)電池管理模塊獲取的電池組電壓、電流、SOC、溫度信息，對(duì)電池進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估處理 模塊。
[0041] 基于溫度控制的大型電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙目標(biāo)模型如下，
[0042] 目柄1 ;功率匹配目柄：
[0043]
[0044] 對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)來說，要滿足系統(tǒng)儲(chǔ)能功率要求。儲(chǔ)能系統(tǒng)中既有直流儲(chǔ)能，又有交 流儲(chǔ)能，兩者相加即為儲(chǔ)能系統(tǒng)的總功率。又儲(chǔ)能系統(tǒng)由各個(gè)儲(chǔ)能功率模塊并聯(lián)組成，則儲(chǔ) 能系統(tǒng)總功率即為各個(gè)儲(chǔ)能功率模塊的功率？"(*)相加（P可正可負(fù)，正代表電池放電，負(fù) 代表給電池充電），i代表儲(chǔ)能功率模塊編號(hào)，t代表當(dāng)前運(yùn)行時(shí)刻。
[0045] 目柄2 :溫度目柄；
[0046]
[0047] 尸2=min(Tbatt)
[0048] 電池安全使用角度，為了保證電池組工作在安全溫度范圍內(nèi)，目標(biāo)就是盡量讓電 池工作在安全區(qū)間，甚至是舒適的溫度區(qū)間，該對(duì)于保護(hù)電池組安全，延長電池組壽命，維 護(hù)電池來說非常關(guān)鍵。因?yàn)殡姵乇倔w溫度無法取得，本發(fā)明考慮W電池外部溫度即BMS檢 測(cè)采回溫度Tbatt#i作為控制變量，W求解電池組溫度和的最小值為優(yōu)化目標(biāo)2。
[0049] 通常儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電調(diào)度問題主要考慮的約束條件有電池充電功率和電池容量 約束約束條件，本發(fā)明進(jìn)一步加上電池溫度約束條件和電流倍率約束條件。具體的約束條 件如下，
[0化日]電池組充電功率約束；
[0051]Pi,i〇w《PC(t)《Pi'high
[005引式中；i為儲(chǔ)能功率模塊編號(hào)，下同；Py。，為t時(shí)刻編號(hào)為i的儲(chǔ)能功率模塊中電 能變換變流器最小充電功率；為i時(shí)刻編號(hào)為i的儲(chǔ)能功率模塊中電能變換變流器最 大充電功率。
[0化3] 電池組電量約束；
[0054] 《Si h袖
[005引式中；為t時(shí)刻編號(hào)為i的儲(chǔ)能功率模塊中電池組最低電量，S 為t時(shí)刻 編號(hào)為i的儲(chǔ)能功率模塊中電池組最高電量。
[0056] 電池組荷電狀態(tài)SOC約束；
[0057] SOCli"《SOCi(t)《SOClm出
[005引式中；SOCi(t)為t時(shí)刻編號(hào)為i的儲(chǔ)能功率模塊中電池組荷電狀態(tài)，SOC。。,為 編號(hào)為i的儲(chǔ)能功率模塊中電池組S0C下限，SOCihigh為編號(hào)為i的儲(chǔ)能功率模塊中電池組 soc上限。
[0化9] 電池組溫度限制：
[0060] TLiw《Ti(t)《Tlm出
[0061] 式中；Ti(t)為t時(shí)刻編號(hào)為i的儲(chǔ)能功率模塊中電池組溫度大小，Til。，為編號(hào) 為i的儲(chǔ)能功率模塊中電池組溫度下限，Tihigh為編號(hào)為i的儲(chǔ)能功率模塊中電池組溫度上 限。
[0062] 電池組電流倍率限制：
[0063] Cehar_i(t)《Cehar丄hi出；
[0064] C"schar_i似《Cdischar丄hi曲
[0065] 式中；Cthad(t)為t時(shí)刻編號(hào)為i的儲(chǔ)能功率模塊中電池組充電電流倍率大小， Cdkelw^a)為t時(shí)刻編號(hào)為i的儲(chǔ)能功率模塊中電池組放電電流倍率大小，high為編 號(hào)為i的儲(chǔ)能功率模塊中電池組