本發(fā)明涉及蓄電池充放電技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種儲能電池充放電方法。

背景技術(shù)：

電池的充電方法主要有恒流充電、恒壓充電和恒流-恒壓充電。恒流充電是保持整個充電電流的恒定，速度快；恒壓充電是在充電過程電池電流會隨著電池端電壓的增加而減小，速度慢；恒流-恒壓充電是目前常用的充電方法，第一階段以恒定電流充電，當(dāng)電壓達(dá)到預(yù)定值時轉(zhuǎn)入第二階段進(jìn)行恒壓充電，此時電流逐漸減小，當(dāng)充電電流下降到零時，電池充電完畢。對儲能電池充放電控制的關(guān)鍵是對儲能變流器的控制。對于目前電池常用的充電方法，并網(wǎng)模式下的儲能變流器需要下發(fā)電壓或電流指令，控制儲能變流器輸出期望的電壓或電流，這時需要加入電壓環(huán)或電流環(huán)的控制。并且，對電池使用恒流-恒壓充電方式進(jìn)行充電時，還需要切換儲能變流器的控制模式，使其從恒流控制模式切換到恒壓控制模式，比較復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種儲能電池充放電方法，使用功率作為儲能變流器的單一控制變量，無需加入電壓環(huán)或電流環(huán)的控制，無需進(jìn)行恒流、恒壓控制模式的切換，從而簡化儲能變流器的控制。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述儲能電池充放電方法，包括：

利用儲能變流器對所述儲能電池進(jìn)行充放電，在儲能電池充放電過程中，首先進(jìn)行恒功率充放電階段，然后進(jìn)行階梯降功率充放電階段，

其中，根據(jù)所述儲能電池的荷電量，控制所述儲能變流器由恒功率充放電階段轉(zhuǎn)變?yōu)殡A梯降功率充放電階段。

優(yōu)選的，在恒流-恒壓模式下對所述儲能電池進(jìn)行充放電，根據(jù)恒流充放電階段儲能電池的充放電電流和電壓，計算出儲能變流器的功率，作為恒功率充放電階段的功率。

優(yōu)選的，在儲能電池額定功率的范圍內(nèi)，以儲能電池的充電量與預(yù)期充電時間的比值作為恒功率充放電階段的功率。

進(jìn)一步地，優(yōu)選的，在恒流-恒壓模式下采用不同倍率對所述儲能電池進(jìn)行充放電，根據(jù)電流和電壓計算出所述儲能電池的充放電功率，并提取不同倍率下功率下降點對應(yīng)的功率與時間，預(yù)測不同充放電功率對應(yīng)的由恒功率充放電階段轉(zhuǎn)變?yōu)殡A梯降功率充放電階段的轉(zhuǎn)折點的時間。

進(jìn)一步地，計算不同倍率下的儲能電池的荷電量，并提取不同倍率下功率下降點對應(yīng)的荷電量與時間，來預(yù)測不同充放電功率對應(yīng)的所述轉(zhuǎn)折點的荷電量，并將所述轉(zhuǎn)折點的荷電量作為所述轉(zhuǎn)折點的判斷依據(jù)。

優(yōu)選的，在對所述儲能電池進(jìn)行充放電的過程中，以單體電壓作為安全約束。

進(jìn)一步地，優(yōu)選的，所述單體電壓的安全約束包括：在所述儲能電池充電接近飽和時，減小最高單體電壓的增加速度；在所述儲能電池放電接近放空時，減小最低單體電壓的降低速度。

優(yōu)選的，控制階梯降功率充放電階段的功率下降頻率為1次/分鐘。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果：

本發(fā)明中儲能變流器在并網(wǎng)模式下采用PQ控制(恒功率控制)模式，在儲能電池充放電的過程中，采用了恒功率-階梯降功率充放電方式，采用功率作為儲能變流器的單一控制變量，無需切換儲能變流器的控制模式，簡化了儲能變流器的控制，更利于儲能變流器響應(yīng)上級指令。本發(fā)明利用單體電壓數(shù)值作為安全約束提高了儲能電池的可用容量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明采用儲能變流器與電網(wǎng)的連接回路圖；

圖2是本發(fā)明并網(wǎng)模式下儲能變流器PQ控制框圖；

圖3a是本發(fā)明儲能電池不同充電倍率下采用恒流-恒壓充電方式的電流-時間曲線圖；

圖3b是本發(fā)明儲能電池不同充電倍率下采用恒流-恒壓充電方式的電壓-時間曲線圖；

圖3c是本發(fā)明儲能電池不同充電倍率下采用恒流-恒壓充電方式的功率-時間曲線圖；

圖3d是擬合得到的下降點功率-時間曲線圖；

圖4a是本發(fā)明儲能電池不同充電倍率下采用恒流-恒壓充電方式的荷電量-時間曲線圖；

圖4b是擬合得到的下降點功率-荷電量曲線圖；

圖5是充電倍率為0.5C時，本發(fā)明與傳統(tǒng)恒流-恒壓充電方式結(jié)果對比圖。

具體實施方式

下面將參考附圖來描述本發(fā)明所述的實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認(rèn)識到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式或其組合對所描述的實施例進(jìn)行修正。因此，附圖和描述在本質(zhì)上是說明性的，而不是用于限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。此外，在本說明書中，附圖未按比例畫出，并且相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分。

下面結(jié)合圖1至圖5來詳細(xì)說明本實施例。

圖1是本發(fā)明采用儲能變流器與電網(wǎng)的連接回路圖，如圖1所示，儲能變流器100由三組橋臂與第一電容器110并聯(lián)組成，接入儲能電池200兩端，其中，儲能電池200可以包括多個單體電池串聯(lián)，儲能變流器100的每組橋臂由兩個開關(guān)管120串聯(lián)，且每個開關(guān)管120均反并聯(lián)一個二極管130。每組橋臂中間分別外接一個由第一電感器300和第二電容器400組成的LC濾波電路，且三個第一電感器300分別通過第二電感器500和線路阻抗600接入三相電網(wǎng)700的三相。

如圖2所示，并網(wǎng)模式下，儲能變流器100采用PQ控制模式，調(diào)節(jié)儲能電池充放電過程中，下發(fā)功率指令，使儲能變流器100輸出期望的有功或無功功率，采用功率作為儲能變流器100的單一控制變量。

圖2中，P′、Q′為儲能變流器并網(wǎng)運行時上級發(fā)出的有功功率指令和無功功率指令。V_abc為并網(wǎng)側(cè)電壓，V_d、V_q為并網(wǎng)側(cè)電壓前饋d、q軸分量，I_abc為并網(wǎng)側(cè)電流，I_d、I_q為并網(wǎng)側(cè)電流前饋d、q軸分量，I_d′、I_q′為有功電流指令值和無功電流指令值，ωL₂I_d、ωL₂I_q為d、q軸電流解耦項。儲能變流器通過上級下發(fā)的有功功率指令值P′和無功指令值Q′，以及并網(wǎng)側(cè)電壓V_abc，計算出有功電流指令值I_d′和無功電流指令值I_q′，利用電流閉環(huán)控制方法(利用PI控制)，增加前饋項V_d、V_q和解耦項ωL₂I_d、ωL₂I_q后，采用空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM，Space Vector Pulse Width Modulation)控制方式驅(qū)動儲能變流器100中的開關(guān)管120工作。其中，空間矢量脈寬調(diào)制為優(yōu)選的調(diào)制方式，而不限于此。

詳細(xì)而言，本發(fā)明采用恒功率-階梯降功率充放電方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的恒流-恒壓充放電方式，其中，以恒功率充放電階段代替恒流階段，以階梯降功率充放電階段代替恒壓階段，即在利用儲能變流器100對儲能電池200進(jìn)行充放電的過程中，先進(jìn)行恒功率充放電階段，再進(jìn)行階梯降功率充放電階段，其中，以儲能電池200的荷電量數(shù)值作為判斷依據(jù)，控制儲能變流器100由恒功率充放電階段轉(zhuǎn)變?yōu)殡A梯降功率充放電階段。優(yōu)選地，在階梯降功率充放電階段，以單體電壓數(shù)值作為安全約束。其中，單體電壓的安全約束包括：在儲能電池200充電接近飽和時，減小最高單體電壓的增加速度；在儲能電池200放電接近放空時，減小最低單體電壓的降低速度。

基于恒流-恒壓充放電方式，根據(jù)恒流充放電階段的電流和電壓，計算出儲能變流器的功率，作為恒功率充放電階段的功率，以使采用恒功率-階梯降功率的充放電方式的效果達(dá)到采用恒流-恒壓充放電方式的效果。為了增加儲能變流器的控制簡單性，可選用恒定值作為恒功率充放電階段的功率值，優(yōu)選地，在儲能電池額定功率的范圍內(nèi)，以儲能電池充電量(單位kWh)與預(yù)期充電時間(單位h)的比值作為恒功率充放電階段的恒定功率值。

之后，由恒功率充放電階段轉(zhuǎn)為階梯降功率充放電階段，所以，需要確定由恒功率充放電階段轉(zhuǎn)變?yōu)殡A梯降功率充放電階段的轉(zhuǎn)折點，以確保儲能電池的充放電效果。

本實施例基于現(xiàn)有的恒流-恒壓充放電方式對本發(fā)明圖2的連接回路中儲能電池進(jìn)行充放電試驗。本實施例中采用充電倍率分別為1C、0.8C、0.7C、0.6C、0.5C、0.3C的恒流-恒壓充電方式進(jìn)行試驗，輸出圖3a和圖3b所示的本發(fā)明儲能電池不同充電倍率下采用恒流-恒壓充電方式的電流、電壓與時間之間關(guān)系曲線圖。根據(jù)圖3a和圖3b中電流和電壓，計算得出儲能電池200的充電功率，得到圖3c中的功率隨時間變化曲線，如圖3c所示，不同充電倍率下，功率均是先升后降，分別提取不同充電倍率下功率下降點對應(yīng)的功率與時間，并對提取的下降點進(jìn)行擬合，從而得到圖3d所示的下降點功率與時間的關(guān)系曲線圖，進(jìn)而可以根據(jù)此曲線預(yù)測不同充電功率對應(yīng)的由恒功率充電階段轉(zhuǎn)變?yōu)殡A梯降功率充電階段的轉(zhuǎn)折點的時間。

圖4a是本發(fā)明儲能電池不同充電倍率下采用恒流-恒壓充電方式的荷電量-時間曲線圖，由圖4a可以提取不同充電倍率下功率下降點對應(yīng)的儲能電池荷電量和對應(yīng)時間，并對提取的下降點進(jìn)行擬合，從而得到圖4b所示的下降點功率與荷電量之間的關(guān)系曲線圖，進(jìn)而可以根據(jù)此曲線預(yù)測不同充電功率對應(yīng)的轉(zhuǎn)折點的荷電量數(shù)值，并將此轉(zhuǎn)折點的荷電量作為轉(zhuǎn)折點的判斷依據(jù)。

在采用恒功率-階梯降功率的充放電方式時，可以根據(jù)前述預(yù)測的轉(zhuǎn)折點對應(yīng)的荷電量數(shù)值，確定由恒功率充電階段轉(zhuǎn)變?yōu)殡A梯降功率充電階段的轉(zhuǎn)折點，控制充放電方式由恒功率充放電轉(zhuǎn)為階梯降功率充放電方式。圖5是充電倍率為0.5C時，本發(fā)明與傳統(tǒng)恒流-恒壓充電方式結(jié)果對比圖，在本實施例的試驗中，控制階梯降功率階段的功率下降頻率為1次/分鐘，而對于降功率的階數(shù)和每一階持續(xù)時間是以單體電壓作為安全約束進(jìn)行控制的，并沒有嚴(yán)格的控制要求。

如圖5所示，本發(fā)明采用恒功率-階梯降功率的充放電方式得到的結(jié)果與采用傳統(tǒng)的恒流-恒壓充放電方式的結(jié)果基本一致。本發(fā)明采用功率作為單一控制變量，無需進(jìn)行恒流和恒壓控制模式的切換，簡化了儲能變流器的控制。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。