SOC不一致的电池并联性能研究
融合单体电压和SOC不一致性的磷酸铁锂电池组高效均衡策略研究
融合单体电压和SOC不一致性的磷酸铁锂电池组高效均衡策略研究750000摘要：随着电动汽车和储能系统的快速发展，磷酸铁锂电池作为重要的能量存储设备，其高效均衡策略研究对于提升电池组性能和可靠性至关重要。
然而，由于电池单体之间存在电压和SOC（State of Charge）不一致性，电池组的循环寿命和能量利用效率受到一定程度的限制。
因此，本文以磷酸铁锂电池组为研究对象，探索一种融合单体电压和SOC不一致性的高效均衡策略。
关键词：磷酸铁锂电池组；单体电压；SOC不一致性；高效均衡策略引言磷酸铁锂电池组在实际使用中往往由多个电池单体串联组成，而电池单体之间存在着电压和SOC的差异。
这种不一致性会导致电池单体的充放电特性不同，进而引发电池组容量衰减加剧、能量利用率下降等问题。
因此，如何解决磷酸铁锂电池组中不一致性问题，实现单体间的高效均衡，成为提升电池组性能和延长寿命的关键。
一、单体电压和SOC不一致性分析通过对磷酸铁锂电池组的各个单体进行测试与分析，我们可以深入探讨电压和SOC的不一致性产生的原因和特点。
首先，我们需要了解磷酸铁锂电池组的组成结构和工作原理。
磷酸铁锂电池组由多个电池单体串联而成。
每个电池单体都有不同的电化学性能和老化特征，使得它们之间存在电压和SOC的差异。
这种不一致性主要有以下几个原因：1. 制造差异：在电池单体的制造过程中，可能会存在一定的生产差异，如材料配比、工艺参数、温度控制等因素。
这些差异可能导致不同单体的内部结构和性能存在差异，从而引起电压和SOC的不一致性。
2. 使用差异：在实际使用过程中，电池单体的工作环境和工作条件也会对其性能产生影响。
比如，温度变化、放电速率、充电策略等因素都会导致不同单体的电压和SOC发生变化，进而产生不一致性。
3. 老化差异：随着电池组的使用和充放电循环次数的增加，不同单体的老化程度可能会有所不同。
一些单体可能出现容量衰减严重、内阻增加等老化现象，从而导致其电压和SOC与其他单体产生差异。
影响动力电池一致性的因素分析以及6大解决措施
影响动力电池一致性的因素分析以及6大解决措施编者按锂离子电池一致性是指：用于成组的单体电池的初期性能指标的一致，包括：容量、阻抗、电极的电气特性、电气连接、温度特性、衰变速度等。
以上因数的不一致，将直接影响运行中输出电参数的差异。
锂离子电池目前在新能源汽车、智能电网等领域中大规模应用情况在逐年增加，但目前电池参数的不一致性是影响电池组使用寿命的关键因素，虽然热管理水平的提升在某种程度上保证了电池组的安全运行，但对于提升电池的一致性水平仍然是大规模使用锂电池的重要技术影响因素。
通过对一个10串10并电池组的模拟，阐明了电池组内的温度分布对其性能与循环寿命的影响。
平均温度越低，温度不均匀程度越高，电池组内单电池放电深度的不一致性越高；平均温度越高，温度不均匀程度越高，电池组循环寿命越短。
值得注意的是，不均匀的温度分布会导致并联支路间电流分配不均，从而恶化单电池老化速率的一致性。
锂离子电池一致性是指：用于成组的单体电池的初期性能指标的一致，包括：容量、阻抗、电极的电气特性、电气连接、温度特性、衰变速度等。
以上因数的不一致，将直接影响运行中输出电参数的差异。
锂离子电池组的不一致性或电池组的离散现象就是指同一规格型号的单体蓄电池组成电池组后, 其电压、荷电量、容量、衰退率、内阻及其随时间变化率、寿命、温度影响、自放电率及其随时间变化率。
单体电池在制造出来后，本身存在一定性能差异。
初始的不一致度随着电池在使用过程中连续的充放电循环而累计，导致各单体电池状态（SOC、电压等）产生更大的差异；电池组内的使用环境对于各单体电池也不尽相同。
这就导致了单体电池的不一致度在使用过程中逐步放大，从而在某些情况下使某些单体电池性能加速衰减，并最终引发电池组过早失效。
不一致性原因从时间顺序划分，电池组中单体电池的不一致性主要体现在两方面：制造过。
性能不一致的储能电池出力的自适应控制策略
doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0094
中图分类号：TM 464
文献标志码：A
文章编号：2095-4239（2019）06-1253-07
Adaptive control strategy for ห้องสมุดไป่ตู้nergy storage battery output with inconsistent performance
文献 [17] 研究发现，PI 和 PD 控制对储能电池 的控制效果不理想，基于能量的（EB）控制和模 糊控制的方法来控制 BESS 的充放电。现有的一些 针对集中式储能控制策略的文献大多采用固定的充 放电系数 K 来模拟传统电源调频的下垂控制特性进 行调频，只考虑用电需求，这种控制方式对于电池 荷电状态（SOC）的维持能力较差，容易导致过充 过放的问题，降低电池循环寿命 。 [18] 文献 [19-21] 提出混合自适应控制策略。考虑 EV 参与频率控制， 是一种考虑电池 SOC 状态变调节系数的控制策略， 能避免储能电池的过充过放。文献 [22] 在文献 [19] 的基础上考虑在储能参与情况下电网可承受的最大 负荷扰动，在此基础上提出自适应控制策略，通过 调整充放电系数 K 在保证调频效果的基础上保护电 池的健康状态（下文简称“常规变 K”）。
锂离子电池组不一致性及热管理的模拟研究
锂离子电池组不一致性及热管理的模拟研究锂离子电池组是有望在新能源汽车、智能电网等领域中大规模应用的储能装置之一，但目前仍有许多问题亟待解决。
其中，单电池参数的不一致性是影响电池组使用寿命的关键因素，热管理是保证电池组安全运行的重要手段，对两者的深入研究有助于电池组在各领域的应用。
以某商业化的磷酸铁锂电池为样品，我们建立了单电池等效电路模型。
该模型考虑了电池的阻抗特性随荷电状态及温度的变化，并考虑了开路电压的滞后效应。
因此，在保持等效电路模型计算快捷这一优点的同时，该模型在较宽的温度和倍率范围内都具有很高的模拟精度。
这一模型是后续建立电池组模型以分析不一致性影响的基础。
我们模拟了采用不同连接方式的电池组在不一致性影响下的不同表现，并选出了一个合适的连接成组方式以尽量避免不一致性的不利影响。
对采用先串后并与先并后串这两种连接方式的电池组的模拟研究表明，在相同程度的不一致性影响下，前者的续航能力更弱，但循环寿命更长。
考虑电池组续航与循环寿命之间的平衡，我们选择了一种新的电池连接成组方式，即单电池先串联成电池单元、电池单元再并联成电池模块、电池模块最后串联成电池组。
该方式有利于避免不一致性的不利影响。
通过对一个10串10并电池组的模拟，我们阐明了电池组内的温度分布对其性能与循环寿命的影响。
平均温度越低，温度不均匀程度越高，电池组内单电池放电深度的不一致性越高；平均温度越高，温度不均匀程度越高，电池组循环寿命越短。
值得注意的是，不均匀的温度分布会导致并联支路间电流分配不均，从而恶化单电池老化速率的一致性。
利用该模型，我们对电池组温控目标进行了讨论。
结果表明，对于一个连续的充放电循环过程，电池组的整体温度应当控制在20°C，而组内最大允许温差可放宽至10°C。
在电池组热管理方面，我们提出了一种对并行式空冷电池组内部的流场与温度场进行快捷估算的方法。
该方法由流动阻力网络模型和暂态传热模型组成，避免了计算流体动力学方法用于模拟大型电池组时计算量过大的问题，同时保证了很高的估算精度。
动力电池组SOC估算及均衡控制方法研究共3篇
动力电池组SOC估算及均衡控制方法研究共3篇动力电池组SOC估算及均衡控制方法研究1动力电池组SOC估算及均衡控制方法研究随着电动汽车的普及，如何保证电动汽车的续航里程成为了一个热门话题。
电动汽车的续航里程需要依赖电池组的能量储存，因此动力电池组的管理非常重要。
其中，动力电池组SOC估算及均衡控制方法的研究是管理电池组的核心问题之一。
本文将探讨动力电池组SOC估算及均衡控制方法的研究进展。
动力电池组SOC估算SOC（State of Charge）是动力电池组的电量状态，表示电池组剩余电能与总容量的比值。
因此，动力电池组SOC的估算是很有必要的。
SOC的估算方法大致可以分为开路电压法、能量平衡法、卡尔曼滤波法、神经网络法等。
其中能量平衡法和卡尔曼滤波法被广泛应用于电动汽车动力电池SOC的估算。
能量平衡法是将电池组内外流的能量总和与动力电池的容量进行比较，通过能量平衡方程进行SOC估算。
这种方法可以有效地避免电池内部参数的变化，较为稳定可靠。
但是，能量平衡方法需要获得电池组的状态变化信息，且需要考虑电池组的温度、内阻等因素对SOC的影响。
卡尔曼滤波法是一种基于状态空间模型的线性滤波方法，通过对测量值进行加权平均，得到对系统状态的精确估计。
卡尔曼滤波法在动力电池组SOC估算中可以减小误差和噪声的影响，提高SOC估算的准确度。
但是，该方法需要预先定义一个状态空间模型，且需要测量电流、电压等多个物理量，系统复杂度较高。
动力电池组均衡控制方法动力电池组的均衡控制可以有效地减少电池组内部的SOC差异，延长电池组的使用寿命。
目前，动力电池组均衡控制方法主要分为被动平衡和主动平衡。
被动平衡方法是利用电阻、电感、二极管等元件来消耗电池组内部SOC差异，使得电池组能够达到均衡状态。
该方法的优点是结构简单，成本低。
但被动平衡方法对电池组的使用和控制有一定的局限性，难以实现精确控制。
主动平衡方法是通过控制电池组中的开关器件，实现电池组内部的SOC均衡。
孤岛电网中多储能设备SOC一致性优化策略
孤岛电网中多储能设备SOC一致性优化策略王炜信;段建东;张润松;国海峰;孙力【摘要】基于下垂控制策略的蓄电池储能管理方案被广泛应用于孤岛电网,但在放电过程中并联蓄电池储能设备相互间将出现电荷状态(State of Charge,SOC)差异,使某些储能设备提前退出运行,显著削弱了系统稳定性.针对上述问题,提出一种适用于多储能设备的SOC一致性控制策略,并进行优化.将SOC作为下垂控制器输入量,根据SOC实时调节储能设备的输出功率,使并联储能设备的SOC在放电过程中逐渐趋于一致,进而在孤岛电网频率偏移约束以及逆变器最大输出有功功率限制下对加速因子进行在线优化,显著减少了并联蓄电池储能设备间SOC最终差值,达到更佳的均衡效果.仿真与实验结果验证了SOC一致性优化控制策略理论分析的正确性和实现方案的有效性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2015(030)023【总页数】10页(P126-135)【关键词】孤岛电网;多蓄电池储能设备;下垂控制;SOC一致性【作者】王炜信;段建东;张润松;国海峰;孙力【作者单位】哈尔滨工业大学电气工程及其自动化学院哈尔滨 150001;哈尔滨工业大学电气工程及其自动化学院哈尔滨 150001;中国石油装备制造分公司北京100007;哈尔滨工业大学电气工程及其自动化学院哈尔滨 150001;哈尔滨工业大学电气工程及其自动化学院哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】TM315在孤岛电网运行中，由于可再生能源的输出功率具有间歇性与随机性特征，其安全性与可靠性较弱［1-6］。
因此，孤岛电网除含发电系统外还需配置一定容量的储能环节，以协调发电与用电之间的功率平衡，维持电网稳定运行。
蓄电池因具有可靠性高、成本低、技术成熟以及能量密度大的优点，被广泛应用于储能环节［7-10］，成为孤岛电网储能系统的首选。
相关领域学者在蓄电池储能设备（Battery Energy StorageDevice，BESD）的容量规划［5］、配置方式［6-8］以及控制策略［9，10］等方面进行了大量研究，并取得了一些成果。
SOC不一致的电池并联性能研究
形可能会对电池造成伤害 ，因此应尽量避免开路 电压相差较大的 电池直接并联 在并联搁置时 ，电压 较高的电池会对 电压较低 的电池进行充 电，起到 自我均衡 的作用 ；并联恒流放电过程中 ，经过并联单 体的支路 电流 不断变化 ；并联放 电结束后 ，两电池之间仍然在相互充电以达到电压平衡 ；无论并联整
表 ２ 不 同 Ｓ０Ｏ ／ ０） ０ （％５ ％ 电池并 联搁 置稳 定后放 电干路 电压
与支路 电流 变化
容 量 略 多。
完 全 一 样 的 电 池 ，如 果 仅 仅
Ｓ ＯＣ 不 一 样 ，则 并 联 时 ， 电压
高 的 电池 会对 电压 低 的 电池进 行 充 电 ， 由于 二者 之 间 形 成 回路 ，
０５Ｃ 充 电至 ４２Ｖ，恒 压 充 电 ． Ａ ．
截止 电流 Ｏ０ Ａ。 ．２Ｃ
１所示 。
② ３７ Ｖ ｈ 电 池 １ ０ ． ４Ａ ％ ０
Ｓ ＯＣ： 以 ０５Ｃ 放 电至 ２７ ． Ａ ．５Ｖ
其 中 ： Ｃ ｌ ／ ｅｌ 分 别 为 ｅｌ Ｃ ｌ ｌ ２
截 止后 ，以 ０５Ｃ 充 电至 ４２Ｖ， ． Ａ ．
２ １ 第１ 豳 ０１ ０
领 域 ，如 手 机 、 ＭＰ ３这些 产 品 ，
对 此 ，下面 以实验 的 方式研 究了Ｓ ＯＣ 不一 致 的 两 电池 并 联 性 能。
只 需 几 安 时 的 电量 ，单 颗 （ ） 块 电池就 可 以 满足 要 求。但 在 某 些
１ 实验方案
（） 实验样 品 ： ３２Ｖ Ａ １ ． １ ｈ ０ 磷 酸 铁 锂 电池 ２只 ，３７Ｖ ｈ ． ４Ａ
基于MMC的光储系统SOC均衡策略
• 89•图1 储能型MMC拓扑1.2 储能型MMC子模块运行工况分析开关器件的通断决定了储能子模块的工作模式。
MMC 储能子模块工作模式如图2。
在各个模式的切换过程中为了防止上下管直通发生短路，往往还会加入一段两个开关管均不导通的时间，称为死区时间。
图2 MMC储能子模块的工作模式（1）闭锁模式此刻的T 1、T 2全部断开，电流经过反向二极管D 1对蓄电池充电或经过反向二极管D 2使蓄电池旁路。
此时系统处于非正常运行工况。
后文也针对故障工况也设计了相应的改进均衡策略。
（2）投入模式此时断开开关器件T 2，仍保持T 1导通。
电流经过反向二极管D 1对蓄电池充电；或经过开关器件T 1使蓄电池放电。
这两种情况下的系统均处于正常运行状态。
（3）切除模式改变开关器件T 1，T 2的通断状态，使T 1断开，T 2导通。
电流经基于MMC的光储系统SOC均衡策略国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司 嘉兴恒创电力设计研究院有限公司 李佳鹏 卢 奇 洪晓燕同济大学浙江学院 李 凯在模块化多电平变换器的子模块直流侧加入蓄电池构成储能型模块化多电平变换器以实现储能和换流的双重功能。
通过分析光储系统的复杂工况，提出了基于功率控制的相间、桥臂间、桥臂内与子模块电池组间的四级荷电状态均衡控制策略，并对故障状况下的荷电状态均衡策略加以改进，最后通过仿真验证了所提策略的可行性。
随着新能源技术的迅速发展，储能技术成为了当下研究的热点之一。
传统的模块化多电平变化器（Modular Multilevel Converter ，MMC ）可以利用其自身特定的模块化结构，与蓄电池相连接结合构成模块化光伏储能系统(Modular Multilevel Converter Energy Storage System,MMC-ESS)，从而利用其结冗余性和模块化的特点，达到对每个储能元件的独立控制，进而弥补光伏发电的间歇性和分散性，提高系统的效率和可靠性。