李佳娜 ，劉丹丹, ，朱 峰，謝 晨，侯 洋，陳永翀,

（1中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)機(jī)電與信息工程學(xué)院，北京 100083；2中國(guó)科學(xué)院電工研究所，北京 100190；3中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4北京好風(fēng)光儲(chǔ)能技術(shù)有限公司，北京 100085）

近年來(lái)，風(fēng)電、光伏等本身不具備調(diào)頻能力的新能源并網(wǎng)比重不斷增加，造成電網(wǎng)調(diào)頻容量不足[1-3]。儲(chǔ)能電池具有快速功率響應(yīng)能力，且儲(chǔ)能電池本身不受電網(wǎng)頻率影響，可以避免電力系統(tǒng)中一次調(diào)頻與二次調(diào)頻相互沖突及反調(diào)的現(xiàn)象，具有很好的調(diào)頻效果，使得儲(chǔ)能電池系統(tǒng)在電力系統(tǒng)調(diào)頻領(lǐng)域中的應(yīng)用價(jià)值逐步彰顯[4-9]。

儲(chǔ)能電池在調(diào)頻領(lǐng)域的應(yīng)用中成組電壓為400～800 V，鋰離子電池單體的標(biāo)稱電壓為3.2～4.2 V，因而儲(chǔ)能電站電池串聯(lián)數(shù)量多達(dá)幾百節(jié)。隨著電池組使用時(shí)間的增加，電池單體之間由工廠生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)生的微小差異被不斷放大，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的電池組不一致性問題[10-11]。此外，儲(chǔ)能電池響應(yīng)調(diào)頻指令時(shí)需進(jìn)行高倍率充放電及頻繁切換充放電狀態(tài)，導(dǎo)致電池組的不一致問題進(jìn)一步加劇，從而使電池組的整體性能惡化[12-13]。一方面導(dǎo)致最大可用容量的減少，示意圖如圖1 所示[14]，另一方面導(dǎo)致電池組使用壽命縮短以及產(chǎn)生電池組爆炸、火災(zāi)等安全性失控隱患[15-16]。如圖1(b)所示，在充放電過程中，電池組還未達(dá)到充放電截止電壓之前，某些容量較小的電池已達(dá)到自身充放電截止電壓而發(fā)生過充或過放，從而影響電池組性能，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)電池組失效，這也是目前儲(chǔ)能電站壽命遠(yuǎn)不如鋰離子單體電池壽命長(zhǎng)的主要原因。

針對(duì)上述問題，本文首先對(duì)基于電力調(diào)頻的串聯(lián)鋰離子電池組不一致性問題的形成原因進(jìn)行分類，再將相應(yīng)的代表性改善措施進(jìn)行歸納，并從效果上進(jìn)行對(duì)比分析。之后重點(diǎn)綜述可主動(dòng)控制電池組不一致性的更為有效的均衡管理技術(shù)，并從能量流向的角度和基于均衡的不同目標(biāo)分別對(duì)種類繁多、性能特點(diǎn)各異的均衡結(jié)構(gòu)和均衡策略進(jìn)行分類梳理以及優(yōu)劣分析，展望儲(chǔ)能調(diào)頻應(yīng)用下均衡管理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 基于電力調(diào)頻的電池組不一致性成因及改善方法

圖1 電池組不一致性可用容量分析[14]:（a）電池組一致情形；（b～e）電池組不一致情形；（f）電池荷電狀態(tài)描述Fig.1 The analysis of available capacity based on battery cells imbalance[14]

電池組產(chǎn)生不一致性問題的原因是多方面的。通過調(diào)研總結(jié)，本文認(rèn)為基于電力調(diào)頻的串聯(lián)鋰離子電池的不一致性問題的成因可分為四個(gè)方面：生產(chǎn)制造工藝、電池老化、使用環(huán)境以及使用工況。生產(chǎn)制造工藝是指鋰離子電池在混料攪拌、涂布和輥壓等過程中產(chǎn)生的不可避免的微小差異[17]；電池老化是指串聯(lián)鋰離子電池在調(diào)頻靜置過程中因自放電率不同及調(diào)頻使用時(shí)容量衰減率不同導(dǎo)致的電池老化程度不同而產(chǎn)生的差異；使用環(huán)境是指串聯(lián)鋰離子電池組在密封下導(dǎo)致溫度、濕度等不同而產(chǎn)生差異[18]；使用工況則是指串聯(lián)鋰離子電池組在調(diào)頻使用過程中不同充放電倍率、充放電截止電壓、充放電狀態(tài)頻繁切換等工況下產(chǎn)生的差異。本文從以上四個(gè)成因入手將分別對(duì)應(yīng)的可降低不一致性的方法歸納如下。①電池制造工藝和電池分選方面：盡量確?；炝蠑嚢柽^程中的分散均勻性，涂布過程中極片厚度、質(zhì)量的穩(wěn)定和均勻性，以及輥壓過程中極片厚度的均勻性[19-20]；在鋰離子電池串聯(lián)成組之前，采用靜態(tài)電壓法、靜態(tài)容量法、內(nèi)阻匹配法、充放電特性曲線匹配法等電池分選方法篩選性能更為接近的電池用作調(diào)頻模組[21]。②非工作狀態(tài)電池老化維護(hù)管理方面：定期對(duì)調(diào)頻模組進(jìn)行老化維護(hù)檢測(cè)；在斷開調(diào)頻使用時(shí)，對(duì)調(diào)頻模組中性能極差的電池單體進(jìn)行更換或單獨(dú)充電；對(duì)長(zhǎng)期靜置的調(diào)頻模組進(jìn)行小電流充電維護(hù)，促使鋰離子電池組自身的均衡和性能恢復(fù)[22]。③使用環(huán)境管理方面：保證鋰離子電池組在調(diào)頻使用中環(huán)境溫度、濕度等的一致性。④電池組調(diào)頻使用工況管理方面：在輸出功率允許的情況下，盡量使電池組在相對(duì)較小的倍率下進(jìn)行充放電工作；控制調(diào)頻電池組SOC 控制在20%～80%范圍內(nèi)，使電池組在電壓平穩(wěn)區(qū)工作[23-24]；適當(dāng)降低充電截止電壓，升高放電截止電壓，使調(diào)頻電池組避免過充過放；以及采用雙儲(chǔ)能電池系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)頻使用的方式，降低儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電的頻繁切換程度，提高電池組的一致性[13]。

在以上降低不一致性的方法中，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(hù)管理只針對(duì)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)采用更為有效地均衡管理技術(shù)對(duì)電池組進(jìn)行主動(dòng)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)及使用狀態(tài)下的不一致性問題。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(dòng)汽車動(dòng)力電池及儲(chǔ)能電站等應(yīng)用場(chǎng)景，針對(duì)儲(chǔ)能調(diào)頻電池的均衡管理研究還比較少，因此本文針對(duì)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(diǎn)，從均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和均衡策略兩部分對(duì)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(jìn)行綜述分析。

2 均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

常用的均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為兩種：能量耗散型拓?fù)浜头悄芰亢纳⑿屯負(fù)鋄25-27]，如圖2 所示。其中能量耗散型拓?fù)渲饕鸽娮杈馔負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，即在電池組放電時(shí)利用電阻消耗電池電量進(jìn)行均衡。由于電阻會(huì)帶來(lái)熱損耗問題，一般均衡電流小、均衡時(shí)間長(zhǎng)，不適用于兆瓦級(jí)大規(guī)模儲(chǔ)能調(diào)頻電站串聯(lián)鋰離子電池組均衡。非能量耗散型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要通過電容、電感、變壓器等儲(chǔ)能元件作為媒介轉(zhuǎn)移電池間的電量，是大規(guī)模儲(chǔ)能調(diào)頻電站串聯(lián)鋰離子電池組均衡技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)非能量耗散型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)做了大量的研究，下文將從能量的流向角度對(duì)非能量耗散型均衡結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類梳理。

2.1 單體間能量轉(zhuǎn)移型

單體間能量轉(zhuǎn)移型均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指將串聯(lián)鋰離子電池組中一節(jié)電量高的電池單體通過儲(chǔ)能單元將電量轉(zhuǎn)移到另一節(jié)電量低的電池單體，分為相鄰單體間能量轉(zhuǎn)移和任意單體間能量轉(zhuǎn)移兩種形式[28-29]。

通常來(lái)講，相鄰單體間能量轉(zhuǎn)移型均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在電池組兩端傳遞路徑長(zhǎng)的問題，且電池組中原本不需要進(jìn)行均衡的電池單體被多次無(wú)用充放電，影響電池單體的使用壽命，具有均衡時(shí)間長(zhǎng)和開關(guān)損耗大的缺點(diǎn)，使其在兆瓦級(jí)儲(chǔ)能調(diào)頻電站串聯(lián)鋰離子電池組均衡管理的應(yīng)用受限。

圖2 均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類Fig.2 Classification of conventional cell balancing circuits

任意單體間能量轉(zhuǎn)移型均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可有效解決相鄰單體間能量轉(zhuǎn)移型拓?fù)淠芰總鬟f路徑長(zhǎng)的問題，具有均衡效率高的優(yōu)點(diǎn)[29]。SHANG 等[30]設(shè)計(jì)了基于Boost DC-DC 變換器和LC 準(zhǔn)諧振變換器的任意單體間能量轉(zhuǎn)移型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖3 所示。此結(jié)構(gòu)通過Boost DC-DC 變換器實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)并增大均衡電流以及LC 準(zhǔn)諧振變換器實(shí)現(xiàn)零電流開關(guān)，滿足低成本和小體積的同時(shí)還具有低功率損耗的優(yōu)點(diǎn)，適用于小規(guī)模儲(chǔ)能調(diào)頻電站均衡管理。采用多個(gè)任意單體間能量轉(zhuǎn)移型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分層控制可以增加一次均衡過程的電池?cái)?shù)量，但成本會(huì)大大增加，控制也會(huì)更復(fù)雜，用于大規(guī)模儲(chǔ)能電站串聯(lián)鋰離子電池組均衡管理缺乏經(jīng)濟(jì)性。

2.2 單體與電池組間能量轉(zhuǎn)移型

單體與電池組間能量轉(zhuǎn)移型均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在一次均衡過程中可實(shí)現(xiàn)一節(jié)電池與整個(gè)電池組之間的能量傳遞，在大規(guī)模儲(chǔ)能調(diào)頻電站應(yīng)用場(chǎng)合具有均衡速度快的優(yōu)勢(shì)。但此類拓?fù)湓诰膺^程中由電量最高的單體電池傳遞電量給整個(gè)電池組時(shí)，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(dǎo)致了反向均衡的現(xiàn)象，因此還需逐步改進(jìn)。單體與電池組間能量轉(zhuǎn)移型均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括三種類型：?jiǎn)误w到電池組單向能量轉(zhuǎn)移型、電池組到單體單向能量轉(zhuǎn)移型以及單體與電池組雙向能量轉(zhuǎn)移型。

2.2.1 單體到電池組單向能量轉(zhuǎn)移型

比較典型的單體到電池組單向能量轉(zhuǎn)移型均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4 所示。在每個(gè)電池與電池組中其余電池之間應(yīng)用一個(gè)Buck-Boost 均衡模塊，可實(shí)現(xiàn)將任意一節(jié)電池的電量傳遞到電池組內(nèi)其余電池中，具有均衡速度快的優(yōu)點(diǎn)，但使用變換器數(shù)量多，不易于軟開關(guān)的實(shí)現(xiàn)，具有成本太高以及開關(guān)損耗大的缺點(diǎn)[31]。李銳華等[32]在圖4 基礎(chǔ)上提出的基于Buck-Boost 的雙層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將電池組分為上下兩個(gè)電池組模塊，并添加一個(gè)Buck-Boost均衡模塊作為第二層均衡，以實(shí)現(xiàn)上下兩個(gè)電池模塊之間電量的傳遞，如圖5 所示。雖然新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)均衡速度提高了近一倍，但均衡功率小且成本更高，且只能在充電或靜置下進(jìn)行有效均衡，在放電情況下無(wú)法對(duì)電量最低的單體進(jìn)行控制，易發(fā)生過放電的危險(xiǎn)，更適用于調(diào)頻電池組中某一電池單體電量高于組內(nèi)其余電池且組內(nèi)其余電池的電量處于一致的情形。

圖3 基于Boost 和LC 準(zhǔn)諧振變換器的任意單體間能量轉(zhuǎn)移型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[30]Fig.3 The structure of direct cell-to-cell equalizer based on Boost and Quasi-Resonant LC converter[30]

圖4 基于Buck-Boost 的單體到電池組單向能量轉(zhuǎn)移型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[31]Fig.4 The structure of cell-to-pack equalizer based on Buck-Boost converter[31]

圖5 基于Buck-Boost 的單體到電池組單向能量轉(zhuǎn)移型雙層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[32]Fig.5 The structure of cell-to-pack equalizer with double tier based on Buck-Boost converter[32]

圖6 基于Buck-Boost 變換器的電池組到單體單向能量轉(zhuǎn)移型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[33]Fig.6 The structure of pack-to-cell equalizer based on Buck-Boost converter[33]

2.2.2 電池組到單體單向能量轉(zhuǎn)移型

電池組到單體單向能量轉(zhuǎn)移型均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過將整個(gè)電池組的電量轉(zhuǎn)移到電量最低的電池單體的方式進(jìn)行均衡，如圖6 所示[33]。圖7 為SHANG 等[34]提出的基于雙LC 準(zhǔn)諧振變換器的結(jié)構(gòu)拓?fù)?，采用LC 準(zhǔn)諧振變換器實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，同時(shí)將整個(gè)電池組分為兩個(gè)電池模塊（B10-B13和B20-B23），可以將整個(gè)電池模塊的電量傳遞到另一電池模塊中電量最低的電池單體，具有體積小和均衡電流大的優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)現(xiàn)均衡的整體控制比較復(fù)雜。另外，此類拓?fù)湓诔潆娺^程中無(wú)法將電量最高的單體電池的電量進(jìn)行轉(zhuǎn)移，易出現(xiàn)過充問題，適合于調(diào)頻電池組中某一電池單體電量低于組內(nèi)其余電池且組內(nèi)其余電池電量一致的情形。

2.2.3 單體與電池組雙向能量轉(zhuǎn)移型

單體與電池組雙向能量轉(zhuǎn)移型結(jié)合了電池組到單體和單體與電池組的兩種單向能量轉(zhuǎn)移型均衡方式，可同時(shí)解決過充和過放問題。劉紅銳等[35]提出一種基于Cuk 斬波電路的雙層橋臂的均衡拓?fù)?，如圖8 所示。此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)單體與電池組雙向能量轉(zhuǎn)移，且能提供連續(xù)的均衡電流，降低均衡器本身對(duì)電池組性能帶來(lái)的影響，但缺點(diǎn)是硬開關(guān)損耗大，影響均衡效率。LI 等[36]提出了基于Buck-Boost 和雙向LC 諧振變換器的均衡拓?fù)?，如圖9 所示。此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中Buck-Boost 變換器在Buck 模式下實(shí)現(xiàn)電池組電量轉(zhuǎn)移到電量最低的電池，均衡效率為72.5%，在Boost 模式下實(shí)現(xiàn)電量最高電池單體的電量轉(zhuǎn)移到電池組，均衡效率為93%。此外，Buck-Boost 變換器可實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)，雙向LC 諧振變換器實(shí)現(xiàn)零電流開關(guān)，具有體積小、開關(guān)損耗低的優(yōu)點(diǎn)。在大規(guī)模儲(chǔ)能調(diào)頻電站應(yīng)用中，此類均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以在電池組進(jìn)行充放電跟蹤調(diào)頻指令過程中快速提高串聯(lián)鋰離子電池組的一致性，提高電池組的最大可用容量和使用壽命，但存在反向均衡的缺點(diǎn)。

2.3 電池組間能量轉(zhuǎn)移型

電池組間能量轉(zhuǎn)移型均衡拓?fù)涫菍⒉糠蛛娏枯^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(diǎn)，是大規(guī)模儲(chǔ)能調(diào)頻電站均衡管理的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，目前的主要問題在于開關(guān)數(shù)量較多，控制方式復(fù)雜，相關(guān)研究尚處于起步階段。

ZHOU 等[37]采用雙向電感變換器設(shè)計(jì)了電池組間能量轉(zhuǎn)移型均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖10 所示。此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用于N節(jié)電池單體串聯(lián)而成的鋰離子電池組，實(shí)現(xiàn)電池組內(nèi)上部分的n節(jié)電池與下部分N-n節(jié)電池電量的雙向傳遞，其中0

通過對(duì)上述均衡方法的總結(jié)分析，本文認(rèn)為電池組間任意多節(jié)電池能量轉(zhuǎn)移型均衡結(jié)構(gòu)可以在解決反向均衡的問題的同時(shí)，兼顧均衡速度，這方面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有重要研究?jī)r(jià)值，對(duì)未來(lái)大規(guī)模串聯(lián)鋰離子電池均衡管理具有重要意義。

圖7 基于雙LC 準(zhǔn)諧振變換器的電池組到單體單向能量轉(zhuǎn)移型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[34]Fig.7 The structure of pack-to-cell equalizer based on double Quasi-Resonant LC converter[34]

圖8 基于Cuk 斬波電路的雙層橋臂的單體與電池組雙向能量轉(zhuǎn)移型均衡拓?fù)鋄35]Fig.8 The structure of cell-to-pack-to-cell equalizer with double tier based on Cuk chopper converter[35]

圖9 基于Buck-Boost 和雙向LC 諧振變換器的能量轉(zhuǎn)移型均衡拓?fù)鋄36]Fig.9 The structure of pack-to-cell-to-pack equalizer based on Buck-Boost and bidirectional LC resonant converter[36]

圖10 基于雙向電感變換器的均衡拓?fù)鋄37]Fig.10 The structure of cell(s)-to-cell (s) equalizer based on bidirectional inductor converter[37]

圖11 基于LC 矩陣變換器的均衡拓?fù)鋄38]Fig.11 The structure of cells-to-cells equalizer based on LC matrix converter[38]

3 均衡策略

串聯(lián)鋰離子電池組的不一致性參數(shù)包括電壓、容量、SOC、溫度、內(nèi)阻等，選擇合適的參數(shù)作為均衡目標(biāo)，需要考慮該參數(shù)在該應(yīng)用場(chǎng)景下是否為主要影響參數(shù)，且此參數(shù)實(shí)現(xiàn)均衡時(shí)能否避免電池組中單體過充過放，能否有效提高電池組性能壽命以及增加電池組的可用容量。

3.1 以電壓為均衡目標(biāo)

單體電壓是影響串聯(lián)鋰離子電池組整體性能的重要因素之一，以電壓為均衡目標(biāo)的均衡策略已得到廣泛應(yīng)用[39-41]。電壓均衡法通過在線采集電壓作為均衡判據(jù)，具有易于實(shí)現(xiàn)和控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但電池組電壓易受電池本身參數(shù)和工況的影響，出現(xiàn)均衡判斷不穩(wěn)定的問題，導(dǎo)致均衡對(duì)象來(lái)回交換，增加均衡器的負(fù)擔(dān)，可能導(dǎo)致串聯(lián)鋰離子電池組的一致性更差[42]。此外，某些電池（如磷酸鐵鋰電池、鈦酸鋰電池）電壓在SOC 為10%～90%區(qū)域存在平穩(wěn)區(qū)，即在此區(qū)域電壓幾乎不變而電池電量可能相差很大，從而導(dǎo)致均衡目標(biāo)失效[43]。目前，對(duì)于調(diào)頻儲(chǔ)能電站，儲(chǔ)能電池組一般初始設(shè)置為50% SOC，在20%～80% SOC 之間進(jìn)行高倍率淺充淺放，以電壓為均衡目標(biāo)的均衡策略則不適用此場(chǎng)景。

3.2 以容量為均衡目標(biāo)

采用以容量為均衡目標(biāo)的均衡策略，可避免以電壓為均衡目標(biāo)的均衡策略中的過均衡以及電池組可用容量利用率低等問題，實(shí)現(xiàn)電池組的容量利用率最大化[44-46]。馬澤宇等[14]針對(duì)儲(chǔ)能電站削峰填谷應(yīng)用場(chǎng)景提出在電池組充電結(jié)束后靜置10min進(jìn)行均衡容量計(jì)算，并以此容量差作為下次充電的均衡判據(jù)。該方法只需要容量差值和充電電流值即可計(jì)算出均衡時(shí)間，具有控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但由于電池組容量只能在靜置條件下獲得，因而以容量為均衡目標(biāo)的控制策略無(wú)法進(jìn)行在線均衡。這類均衡策略可用于光伏發(fā)電側(cè)夜間不需要參與調(diào)頻的儲(chǔ)能電站，但不適用于電網(wǎng)側(cè)無(wú)長(zhǎng)時(shí)間靜置的大規(guī)模儲(chǔ)能調(diào)頻電站均衡管理。

3.3 以SOC 為均衡目標(biāo)

SOC 是電壓、容量和內(nèi)阻等的綜合表征，以SOC 為均衡目標(biāo)的均衡策略不僅可以避免因均衡判據(jù)失效導(dǎo)致的過均衡問題，還可以有效提高容量利用率，且可實(shí)現(xiàn)在線均衡，能滿足大規(guī)模儲(chǔ)能電站調(diào)頻的均衡需求，是目前均衡控制策略的主流。但SOC 的估計(jì)需要復(fù)雜的電路，工程量較大，且由于電池組不一致性的問題，每節(jié)電池進(jìn)行SOC估計(jì)時(shí)都需要進(jìn)行參數(shù)識(shí)別[47-49]。此外，SOC 的估計(jì)精度，也是SOC 均衡法有效均衡的重要指標(biāo)和技術(shù)難點(diǎn)。

3.4 以多個(gè)參數(shù)為均衡目標(biāo)

上文討論的均衡策略，只考慮了單一參數(shù)的均衡，未考慮電池組的不一致性參數(shù)之間復(fù)雜的耦合關(guān)系。以多個(gè)參數(shù)作為均衡目標(biāo)的策略可以同時(shí)滿足電池組電壓、SOC 以及溫度等的均衡管理，有效避免均衡目標(biāo)失效以及反向均衡，是未來(lái)儲(chǔ)能調(diào)頻電池均衡策略的發(fā)展趨勢(shì)。LI 等[50]提出以SOC、溫度和容量衰減率作為均衡控制目標(biāo)的均衡策略，通過對(duì)SOC、溫度和容量衰減率按權(quán)重形成綜合均衡評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)電池組的均衡電流進(jìn)行控制。該均衡策略可以有效縮減SOC、溫度以及容量衰減率的極差，但策略的實(shí)現(xiàn)需要電流預(yù)測(cè)、SOC 估計(jì)以及容量衰減估計(jì)等模塊，控制方式復(fù)雜。此外，溫度、SOC、容量衰減率的權(quán)重系數(shù)確定仍需進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

本文分別從能量流向和均衡控制目標(biāo)對(duì)現(xiàn)有應(yīng)用于電動(dòng)汽車動(dòng)力電池以及儲(chǔ)能電站等場(chǎng)合的串聯(lián)鋰離子電池組不同均衡拓?fù)浼翱刂撇呗赃M(jìn)行了分類綜述，并結(jié)合基于調(diào)頻的儲(chǔ)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(diǎn)，對(duì)儲(chǔ)能調(diào)頻電站電池組均衡的適用性進(jìn)行了分析。對(duì)目前兆瓦級(jí)大規(guī)模儲(chǔ)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(shì)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)中均衡效率可達(dá)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)中均衡效率高達(dá)75%～99%。在均衡過程中提高一次均衡過程中均衡目標(biāo)電池的節(jié)數(shù)和任意均衡目標(biāo)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(lái)尤其是電池組間任意多節(jié)電池能量轉(zhuǎn)移型均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有重要研究?jī)r(jià)值，對(duì)兆瓦級(jí)大規(guī)模儲(chǔ)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(fù)雜，應(yīng)與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合，針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合選擇合適的參數(shù)作為均衡一致性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。選擇多個(gè)參數(shù)作為均衡目標(biāo)的均衡策略可有效避免均衡目標(biāo)失效，相比于以單一參數(shù)作為均衡目標(biāo)的均衡策略更為可靠，能更好的適用于電力調(diào)頻儲(chǔ)能電池均衡，但其控制過程復(fù)雜、技術(shù)要求更高，有待進(jìn)一步研究。

（3） 均衡拓?fù)浣Y(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(fù)雜度以及減少元器件發(fā)生事故的概率，降低均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)本身給儲(chǔ)能電站壽命帶來(lái)的影響。 此外，在兆瓦級(jí)的儲(chǔ)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(huì)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)。但在未來(lái)大容量電池的發(fā)展下，提高電池本體的一致性才是延長(zhǎng)儲(chǔ)能電站使用壽命的首要方向。