近年來，在國(guó)家對(duì)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的大力扶持下，動(dòng)力電池市場(chǎng)需求不斷攀升，退運(yùn)電池回收處理面臨巨大的壓力。退運(yùn)電池仍可用于對(duì)電池性能要求較低的領(lǐng)域，如儲(chǔ)能系統(tǒng)。

傳統(tǒng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)由大量的電池單體經(jīng)過串并聯(lián)成組后通過DC-AC接入電網(wǎng)，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高。對(duì)于梯次利用電池，由于各單體內(nèi)阻、容量、SOC的差異，導(dǎo)致單體之間在使用過程中相互制約，電池組的能量利用率大幅降低，增加了其在傳統(tǒng)儲(chǔ)能系統(tǒng)中的應(yīng)用難度。為了削弱由個(gè)別電池單體異常對(duì)整個(gè)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的影響，柔性成組儲(chǔ)能技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。

柔性成組技術(shù)將低壓電池模塊和電力電子裝置構(gòu)成的柔性儲(chǔ)能單元級(jí)聯(lián)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)電池組與高壓變流器的組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)電池模塊的獨(dú)立控制。文獻(xiàn)[9-14]較詳細(xì)地描述了H橋級(jí)聯(lián)型拓?fù)洌–ascaded H-Bridge,CHB）、模塊化多電平變流器（Modular Multilevel Converter,MMC）和半橋級(jí)聯(lián)型拓?fù)洌–ascaded Half-Bridge）三種主要級(jí)聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點(diǎn)。

目前國(guó)內(nèi)外多集中于對(duì)前兩種拓?fù)涞难芯?，其均可?dú)立控制模塊的充放電電流，能量利用率高；采用交流調(diào)試控制策略較復(fù)雜。半橋級(jí)聯(lián)型拓?fù)湟嗫瑟?dú)立控制模塊電流，較其他兩種拓?fù)涠?，開關(guān)數(shù)量少，控制簡(jiǎn)單，可靠性高，采用級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)使得開關(guān)頻率降低，效率高，并可實(shí)現(xiàn)故障冗余功能，故本文將半橋級(jí)聯(lián)拓?fù)渥鳛橹饕芯繉?duì)象。

目前對(duì)于半橋級(jí)聯(lián)拓?fù)涞膽?yīng)用多集中在級(jí)聯(lián)拓?fù)溆糜诮档图y波電流及調(diào)制方法上。A. A.A. Hafez 采用內(nèi)部模型控制（Internal Model Control, IMC），建立了三模塊半橋級(jí)聯(lián)系統(tǒng)。T. Porselvi、 R.Muthu建立了多級(jí)直流逆變器，二者實(shí)現(xiàn)了較小的電流紋波控制，縮小了電感的體積，但未實(shí)現(xiàn)模塊的獨(dú)立控制。N.Mukherjee提出了一種適用于不同種類電池的升降壓型級(jí)聯(lián)拓?fù)洌也捎们凹?jí)DC-DC與后級(jí)DC-AC分別調(diào)制的方法，但前級(jí)DC-DC仍為控制器統(tǒng)一調(diào)制產(chǎn)生控制信號(hào)，應(yīng)用于級(jí)聯(lián)模塊數(shù)量較多時(shí)，控制策略變得復(fù)雜，且穩(wěn)定性變差。

為簡(jiǎn)化控制難度，本文基于分布式控制的思想，儲(chǔ)能系統(tǒng)前級(jí)DC-DC內(nèi)各半橋模塊與后級(jí)DC-AC均采用獨(dú)立調(diào)制的方法，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的控制，提高了級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；模塊獨(dú)立控制實(shí)現(xiàn)了不同種類電池接入的可能性，提高了系統(tǒng)的靈活性。

基于半橋級(jí)聯(lián)型拓?fù)洌疚脑O(shè)計(jì)了電池柔性成組儲(chǔ)能系統(tǒng)架構(gòu)，分析了半橋級(jí)聯(lián)拓?fù)鋽?shù)學(xué)模型、工作原理，提出了基于下垂控制的串聯(lián)電流控制策略，并針對(duì)電池梯次利用分析了均衡控制方法、系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及冗余控制，通過仿真分析及實(shí)驗(yàn)實(shí)例，驗(yàn)證了控制策略的可行性，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行及均衡控制。

圖1 半橋級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)架構(gòu)

圖4 組串控制框圖

圖8 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

結(jié)論

本文介紹了基于半橋級(jí)聯(lián)的柔性儲(chǔ)能系統(tǒng)架構(gòu)、工作原理，分析了儲(chǔ)能組串的數(shù)學(xué)模型，并提出了基于I-V下垂的模塊間協(xié)調(diào)控制策略、均衡方法及儲(chǔ)能組串控制策略、均衡策略。通過理論分析、仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得到如下結(jié)論：

1）本文所提基于I-V下垂的控制策略，適用于采用分布式控制的半橋級(jí)聯(lián)拓?fù)鋬?chǔ)能系統(tǒng)，削弱了由采樣誤差帶來的模塊間出力嚴(yán)重不均的影響，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2）本文所提控制方法靈活地實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能組串的電流控制及模塊間的均衡控制，二次調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的精確控制。

3）均衡控制實(shí)現(xiàn)了電池電流的獨(dú)立控制，體現(xiàn)了半橋級(jí)聯(lián)柔性成組拓?fù)涞膬?yōu)越性，對(duì)于梯次利用電池的應(yīng)用推廣具有一定的價(jià)值。