前言：在兆瓦級的儲能調(diào)頻電站均衡管理過程中，要求均衡電流大，均衡過程會產(chǎn)生較大的損耗，軟開關(guān)可以減少開關(guān)損耗，提高均衡效率，避免電磁干擾以及減小體積，是均衡拓撲結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢。但在未來大容量電池的發(fā)展下，提高電池本體的一致性才是延長儲能電站使用壽命的首要方向。

研究背景：鋰離子電池因具有能量密度高、響應(yīng)速度快、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，近年來在儲能電站調(diào)頻領(lǐng)域得到了飛速發(fā)展。為滿足調(diào)頻電站的電壓和功率要求，需將大量電池單體進行串聯(lián)，如此產(chǎn)生的電池組串聯(lián)不一致性問題，以及調(diào)頻過程中高倍率和頻繁切換充放電狀態(tài)對不一致性程度的加劇，嚴重影響電池組的使用壽命和安全性能。在緩解不一致性的措施中，電池制造工藝和電池分選僅提高調(diào)頻電池組初始狀態(tài)的一致性，電池老化維護管理只針對非工作狀態(tài)下調(diào)頻模組，而使用環(huán)境和使用工況管理也只能減緩電池組在調(diào)頻應(yīng)用過程中不一致性惡化的速度。因此，在現(xiàn)有的制造工藝水平限制下，主要還應(yīng)采用更為有效的均衡管理技術(shù)對電池組進行主動控制以提高基于電力調(diào)頻的串聯(lián)鋰離子電池組在靜置狀態(tài)以及使用狀態(tài)下的不一致性問題。

重點內(nèi)容導讀：目前鋰離子串聯(lián)電池組均衡管理技術(shù)主要應(yīng)用于小容量蓄電池組、電動汽車動力電池以及儲能電站等應(yīng)用場景，針對儲能調(diào)頻電池的均衡管理研究還比較少，因此本文針對現(xiàn)有鋰離子串聯(lián)電池組均衡管理技術(shù)并結(jié)合電力調(diào)頻的特點進行研究，對基于電力調(diào)頻的鋰離子串聯(lián)電池組均衡管理技術(shù)的適用性進行綜述分析。

其中任意單體間能量轉(zhuǎn)移型均衡拓撲結(jié)構(gòu)具有均衡效率高的優(yōu)點，但均衡速度較低。采用多個任意單體間能量轉(zhuǎn)移型拓撲結(jié)構(gòu)進行分層控制可以增加一次均衡過程的目標電池數(shù)量，但成本會大大增加，控制也會更復雜，用于大規(guī)模儲能電站串聯(lián)鋰離子電池組均衡管理缺乏經(jīng)濟性。單體與電池組間能量轉(zhuǎn)移型均衡拓撲結(jié)構(gòu)在一次均衡過程中就可以實現(xiàn)一節(jié)電池與整個電池組之間的能量傳遞，具有均衡速度快的優(yōu)點，在大規(guī)模儲能調(diào)頻電站應(yīng)用場合具有快速均衡的優(yōu)勢。但此類拓撲中在均衡過程中存在對部分電池單體反向均衡的現(xiàn)象，即在由電量最高的單體電池傳遞電量給整個電池組時，電池組中部分電量較高的電池單體原本應(yīng)該釋放電量卻增加了自身的電量，導致了反向均衡的現(xiàn)象，因此還需逐步改進。電池組間能量轉(zhuǎn)移型均衡拓撲是將部分電量較高的電池的電量傳遞給電池組內(nèi)電量較低的部分電池，兼具均衡速度快和均衡效率高的優(yōu)點，是大規(guī)模儲能調(diào)頻電站均衡管理的未來發(fā)展趨勢，目前的主要問題在于開關(guān)數(shù)量較多，控制方式復雜，相關(guān)研究尚處于起步階段。本文認為電池組間任意多節(jié)電池的能量轉(zhuǎn)移型均衡結(jié)構(gòu)可以在解決反向均衡的問題的同時，兼顧均衡速度，這方面拓撲結(jié)構(gòu)具有重要研究價值，對未來大規(guī)模儲能串聯(lián)鋰離子電池均衡管理具有重要意義。

結(jié)論：本文分別從能量流向和均衡控制目標對串聯(lián)鋰離子電池組不同均衡拓撲及控制策略進行了分類綜述，并結(jié)合基于調(diào)頻的儲能電池的高倍率淺充淺放以及充放電狀態(tài)頻繁切換的特點，對儲能調(diào)頻電站電池組均衡的適用性進行了分析。對目前兆瓦級大規(guī)模儲能調(diào)頻電站串聯(lián)鋰離子電池組的均衡技術(shù)發(fā)展趨勢有如下建議：

（1）目前單體與電池組雙向能量轉(zhuǎn)移型均衡拓撲結(jié)構(gòu)中均衡效率可達72%~93%，應(yīng)用最為廣泛，而電池組間相鄰兩節(jié)能量轉(zhuǎn)移型拓撲結(jié)構(gòu)中均衡效率高達75%~99%。在均衡過程中提高一次均衡過程中均衡目標電池的節(jié)數(shù)和任意均衡目標電池的可選擇性可緩解反向現(xiàn)象，提高均衡效率和均衡速度。在未來尤其是電池組間任意多節(jié)電池能量轉(zhuǎn)移型均衡拓撲結(jié)構(gòu)具有重要研究價值，對兆瓦級大規(guī)模儲能調(diào)頻電站均衡管理具有重要意義。

（2）在均衡策略方面，由于電池組的參數(shù)相互耦合，關(guān)系復雜，應(yīng)與實際應(yīng)用緊密結(jié)合，針對不同的應(yīng)用場合選擇合適的參數(shù)作為均衡一致性評價標準。選擇多個參數(shù)作為均衡目標的均衡策略可有效避免均衡目標失效，相比于以單一參數(shù)作為均衡目標的均衡策略更為可靠，能更好的適用于電力調(diào)頻儲能電池均衡，但其控制過程復雜，技術(shù)要求更高，有待進一步研究。

（3）均衡拓撲結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量減少電氣元件和開關(guān)的使用數(shù)量，降低成本和控制的復雜度以及減少元器件發(fā)生事故的概率，降低均衡拓撲結(jié)構(gòu)本身給儲能電站壽命帶來的影響。此外，在兆瓦級的儲能調(diào)頻電站均衡管理過程中，要求均衡電流大，均衡過程會產(chǎn)生較大的損耗，軟開關(guān)可以減少開關(guān)損耗，提高均衡效率，避免電磁干擾以及減小體積，是均衡拓撲結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢。但在未來大容量電池的發(fā)展下，提高電池本體的一致性才是延長儲能電站使用壽命的首要方向。