[发明专利]一种电化学储能系统电芯均衡系统及方法

说明书

一种电化学储能系统电芯均衡系统及方法，其方法通过电芯均衡控制模块实现对各个储能系统内电芯电压实时监控、SOC评估与均衡控制，均衡能量总线为不同电芯之间的均衡能量转移提供统一通道，均衡执行模块实现对电芯的电压、温度的数据采集，其内部一组电力电子开关与电芯连接，用来通断待均衡电芯，DC/DC模块来控制当前选中待均衡电芯的充电与放电，通过对电芯电压的精确采集与电芯低充高放的精准控制，实现能量迁移，降低电芯电量及SOC的不一致性，实现一种低成本、高效率的均衡控制技术，避免电池过充或过放，延长电池循环寿命，提升储能电站有效充放电容量，降低储能电站的平准度电成本（LCOE）。

技术领域

本发明属于电化学储能技术领域，具体涉及一种电化学储能系统电芯均衡方法。

背景技术

电化学储能电站在运行过程中，由于电池制造工艺、运行环境等因素的影响，电芯之间、模组之间逐步产生不一致性，导致部分单体的电压、电量或SOC偏高或偏低，为了避免电池单体的过充与过放带来的系列安全问题，同一簇串内必须以所有电池中单个电芯的最大、最小电压、电量（SOC）的区间来进行充电、放电操作，形成短板效应，系统不能充分充电与放电，长此以往将影响到电站的有效容量与使用寿命。

为了解决这个问题，往往采用被动均衡技术，通过对单个电芯并联电力电子开关与电阻，当监测到某组中个别电芯的电压（电量）或SOC显著高于其他电芯时（如：电压高于50mV），均衡开关导通，通过小电流持续放电，从而降低与其他电芯的差异。

另一个解决方案是采用主动均衡技术，通过电力电子开关及容性或感性装置，将高电量的电池能量转移到低电量的电池中，该方案均衡电流较大，成本较高，目前主要是用于模组级别，实现模组之间的均衡。

主流的被动均衡方案通过电路将多余的电量直接转化为热量释放，具备原理简单、均衡电流小、成本较低的特点，但在均衡过程中存在能量损失，同时带来额外的热量释放，同时无法对个别落后电芯进行均衡等缺陷，短板效应不能完全消除。而模组级的主动均衡管理粒度粗，不能解决电芯级别的电量均衡问题。

因此，申请人提出一种低成本的电芯级主动均衡方法，能有效解决现有2种均衡技术的局限，支持电芯级别的主动均衡，具有成本低、能量效率高等特点，具备较大的推广价值。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种可将电量或SOC较高电芯的能量高效地转移到电量或SOC较低的电芯，可最大限度地提升储能系统的DOD水平，提升系统的容量保持率，从而显著提升系统循环寿命的电化学储能系统电芯均衡方法。

一种电化学储能系统电芯均衡系统，它包括电芯均衡终端，电芯均衡终端分别与电芯均衡控制模块、均衡能量总线连接；

电芯均衡终端包括均衡执行模块，均衡执行模块包括至少1组电量监测模块、电力电子开关、DC/DC模块；电量监测模块用于监测各个电芯的电压并实时反馈给均衡控制模块，均衡控制模块通过控制电力电子开关以实现任意电芯的开断；

DC/DC模块分别与电力电子开关、电量均衡总线连接，可通过均衡控制模块将高电量电芯升压后接入均衡能量总线进行放电，或者根据均衡控制模块将均衡能量总线中电压降压后为低电量电芯充电。

上述均衡能量总线是指连接在各个电芯均衡终端中均衡执行模块之间的电力总线，电压/电量过高的电芯放电将能量释放到均衡能量总线中；电压/电量过低的电芯从总线中获取能量进行充电，从而实现电芯之间的能量均衡，同一条总线可以支持多个均衡执行模块同时放电或充电，可以大大减少电力线缆的布置，提高电量均衡的效率。

上述电芯均衡终端还包括第一供电电源，第一供电电源为均衡执行模块供电。

上述电芯均衡控制模块包括电芯状态分析模块、控制模块，电芯状态分析模块可获取各个均衡执行模块采集的模组内电芯的电压状态，以及计算电芯电量及SOC；控制模块可根据均衡策略向均衡执行模块下发均衡指令，监控均衡过程，评估均衡效果。