電池儲能系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種電池儲能系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)和相電路，每相電路包括順次級聯(lián)的多個子系統(tǒng)，子系統(tǒng)包括：電池組；橋式變流模塊具有交流側(cè)和耦合側(cè)；耦合模塊用于對橋式變流模塊和電池組進行耦合匹配；電池均衡模塊用于監(jiān)測每節(jié)儲能電池的工作狀態(tài)，還用于響應(yīng)均衡控制信號均衡電池組內(nèi)各節(jié)電池的電量；控制器，對橋式變流模塊、耦合模塊、電池均衡模塊中的至少兩者進行控制。各個子系統(tǒng)中的控制器根據(jù)控制系統(tǒng)的控制信號控制各自子系統(tǒng)的工作狀態(tài)。由此，減小了電池組中偏差最大的電池對儲能系統(tǒng)中的電池系統(tǒng)的儲能性能帶來的不利影響，為電池儲能系統(tǒng)的可靠、安全工作帶來了保障。安全工作帶來了保障。安全工作帶來了保障。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
電池儲能系統(tǒng)


[0001]本專利技術(shù)涉及儲能
，具體涉及一種電池儲能系統(tǒng)。

技術(shù)介紹

[0002]在現(xiàn)有的電池儲能系統(tǒng)中，大多采用多個串并回路組成的集中式電池組，串聯(lián)的電池數(shù)量較多，因此，個別電池的缺陷可能會導(dǎo)致整個電池組故障，甚至使儲能系統(tǒng)燃燒爆炸，電池的壽命和安全性存在重大隱患。各節(jié)電池保持在滿容量的10％到90％之間，深度放電或過度充電會大大縮短電池的有效使用壽命。為了應(yīng)對深度放電或過度充電，通常要求提供欠壓保護(Under Voltage Protection，UVP)和過壓保護(Over Voltage Protection，OVP)電路，以幫助防止出現(xiàn)這些情況。
[0003]對于串聯(lián)了多節(jié)電池的電池組，當(dāng)容量最低(能儲的電荷少)的電池達到OVP閾值時，將停止整個電池組的充電過程，而此時，其它電池尚未充滿電，也就是儲能系統(tǒng)沒有達到最大允許的容量；同樣，當(dāng)最低充電量的電池達到UVP限值時，整個電池組停止工作，而此時，電池組中仍然有能量可為系統(tǒng)供電，但是出于安全原因，儲能系統(tǒng)不能繼續(xù)放電。由此可見，對于串聯(lián)了多節(jié)電池的電池系統(tǒng)，電池組中最弱的電池支配著整個電池系統(tǒng)的性能。
[0004]為了達到并網(wǎng)逆變器所需要的直流電壓當(dāng)前的儲能系統(tǒng)的電池往往需要400
?
500節(jié)電池串聯(lián)，如此多的串聯(lián)電池數(shù)量導(dǎo)致常規(guī)的均衡電路(一般只能連接和均衡十多節(jié)電池)無法實現(xiàn)每一節(jié)電池間電量的有效均衡。
[0005]現(xiàn)有電池管理系統(tǒng)對電池的管理分為電池組、電池簇、電池系統(tǒng)三級進行管理，電池組級往往僅有監(jiān)測和內(nèi)部均衡的功能，當(dāng)其發(fā)現(xiàn)電池工作異常時需要通過CAN等慢速總線一級一級上報到系統(tǒng)級及PCS系統(tǒng)，才能進行跳閘、閉鎖PCS的能量轉(zhuǎn)換等操作，嚴(yán)重影響控制的時效，仍然會導(dǎo)致電池過充過放的現(xiàn)象發(fā)生。可見，現(xiàn)有技術(shù)中，儲能系統(tǒng)的電池組規(guī)模依舊很大，電池壽命和安全性問題仍舊突出。
[0006]當(dāng)某部分電池工作異常時，會導(dǎo)致整個儲能系統(tǒng)停止工作。
[0007]因此，如何充分利用儲能系統(tǒng)的性能，提高電池系統(tǒng)的安全性成為亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

[0008]基于上述現(xiàn)狀，本專利技術(shù)的主要目的在于提供一種電池儲能系統(tǒng)，以有效均衡電池之間的性能狀態(tài)，以提高整個電池系統(tǒng)的性能和安全性。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：
[0010]一種電池儲能系統(tǒng)，包括單相或三相電路，包括控制系統(tǒng)和相電路，每相電路包括順次級聯(lián)的多個子系統(tǒng)，子系統(tǒng)包括：
[0011]電池組，由N節(jié)儲能電池串聯(lián)得到，用于存儲電網(wǎng)輸出的電能，N為大于或等于2的整數(shù)；
[0012]橋式變流模塊，用于將交流電能轉(zhuǎn)化為直流電能，以存儲至電池組，或者將電池組
輸出的電能轉(zhuǎn)化為交流電能，并入電網(wǎng)；橋式變流模塊具有交流側(cè)和耦合側(cè)，交流側(cè)用于將子系統(tǒng)串接于多個子系統(tǒng)中；橋式變流模塊包括儲能電容，連接在耦合側(cè)的兩端；
[0013]耦合模塊，連接在橋式變流模塊的耦合側(cè)和電池組之間，用于對橋式變流模塊和電池組進行耦合匹配；
[0014]電池均衡模塊，連接至電池組，電池均衡模塊用于監(jiān)測每節(jié)儲能電池的工作狀態(tài)，還用于響應(yīng)均衡控制信號均衡電池組內(nèi)各節(jié)電池的電量；
[0015]控制器，與橋式變流模塊、耦合模塊和電池均衡模塊的控制端均連接，能夠接收電池均衡模塊監(jiān)測到的每節(jié)儲能電池的工作狀態(tài)，并對橋式變流模塊、耦合模塊、電池均衡模塊中的至少兩者進行控制；
[0016]控制系統(tǒng)分別與各個子系統(tǒng)中的控制器進行數(shù)據(jù)交互，各個子系統(tǒng)中的控制器根據(jù)控制系統(tǒng)的控制命令控制各自子系統(tǒng)中的橋式變流模塊、耦合模塊和/或電池均衡模塊，以控制各自子系統(tǒng)的工作狀態(tài)，其中：
[0017]控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)充放電控制和各子系統(tǒng)之間的均衡控制，各子系統(tǒng)的控制器負(fù)責(zé)自身子系統(tǒng)內(nèi)的均衡控制，其中：
[0018]控制系統(tǒng)根據(jù)所在相電路內(nèi)有效的子系統(tǒng)中的橋式變流模塊中儲能電容電壓的均值生成子系統(tǒng)電池組的充放電電流參考指令；
[0019]控制系統(tǒng)根據(jù)各子系統(tǒng)電池組電量的多少調(diào)整各子系統(tǒng)電池組的充放電電流指令，控制各子系統(tǒng)的電池組相互之間電量的均衡；子系統(tǒng)電池組電量偏高，且處于充電狀態(tài)，則減小充電電流指令，處于放電狀態(tài)，則增大放電電流指令；子系統(tǒng)電池組電量偏低，且處于充電狀態(tài)，則增大充電電流指令，處于放電狀態(tài)，則減小放電電流指令；
[0020]控制系統(tǒng)向各子系統(tǒng)的控制器發(fā)送電池組充放電電流指令，各子系統(tǒng)的控制器通過控制耦合模塊控制向電池組充電或放電電流的大小；
[0021]子系統(tǒng)的控制器根據(jù)子系統(tǒng)電池組中各節(jié)電池的電量，控制子系統(tǒng)的均衡模塊實現(xiàn)子系統(tǒng)電池組內(nèi)各節(jié)電池電量的均衡。
[0022]可選地，電池均衡模塊包括：N個均衡單元，與N節(jié)儲能電池一一對應(yīng)；第一開關(guān)單元；各個均衡單元的兩個輸入端連接在各自對應(yīng)的儲能電池的正負(fù)極，均衡單元的兩個輸出端連接至所在電池組的正、負(fù)極；
[0023]當(dāng)?shù)趇節(jié)儲能電池正負(fù)極電壓超過預(yù)設(shè)閾值時，控制器向第i個均衡單元的第一開關(guān)單元輸出均衡控制信號；第i個均衡單元通過輸入端將第i節(jié)儲能電池的電能，與第i節(jié)儲能電池所在的電池組的電能進行交換，其中，1≤i≤N。
[0024]可選地，均衡單元包括：互感線圈和第二開關(guān)單元；
[0025]互感線圈的初級線圈的一端連接至對應(yīng)儲能電池的正極，初級線圈的另一端經(jīng)由第二開關(guān)單元連接至對應(yīng)儲能電池的負(fù)極；互感線圈的次級線圈的一端連接至對應(yīng)儲能電池所在電池組的正極，另一端經(jīng)由第一開關(guān)單元連接至所在電池組的負(fù)極；
[0026]第二開關(guān)單元和第一開關(guān)單元響應(yīng)均衡控制信號導(dǎo)通，以使對應(yīng)儲能電池的電能經(jīng)由互感線圈的初級線圈、次級線圈與對應(yīng)儲能電池所在的電池組進行能量交換。
[0027]可選地，子系統(tǒng)還包括：
[0028]電池電壓溫度檢測模塊，用于檢測所述電池組的電池電壓、電池溫度，電池電壓溫度檢測模塊與電池組和控制器連接，控制器根據(jù)儲能電池的溫度、電壓限制電池組的充放
電電流。
[0029]可選地，控制系統(tǒng)根據(jù)交流電網(wǎng)的電壓、有功和無功需求確定一個工頻周期內(nèi)多個時刻所需要的電壓，并基于每個時刻所需要的電壓和各個子系統(tǒng)所能輸出的電壓值來確定該時刻需要投入的子系統(tǒng)的目標(biāo)數(shù)量；
[0030]控制系統(tǒng)根據(jù)需要投入工作的子系統(tǒng)處于充電還是放電的狀態(tài)來選擇目標(biāo)數(shù)量的子系統(tǒng)進入投入狀態(tài)，其它子系統(tǒng)則進入旁路狀態(tài)；當(dāng)子系統(tǒng)處于充電狀態(tài)時，控制系統(tǒng)優(yōu)先選擇橋式變流模塊中儲能電容電壓值較低的子系統(tǒng)進入投入狀態(tài)；當(dāng)子系統(tǒng)處于放電狀態(tài)時，優(yōu)先選擇橋式變流模塊中儲能電容電壓值較高的子系統(tǒng)進入投入狀態(tài)。
[0031]可選地，控制系統(tǒng)根據(jù)所在相電路內(nèi)有效的子系統(tǒng)中的儲能電容電壓的均值生成子系統(tǒng)電池組的充放電電流參考指令；
[0032]控制系統(tǒng)根據(jù)各子系統(tǒng)電池組電量相對各子系統(tǒng)電池組平均電量的偏差生成的各子系統(tǒng)電池組的充放電電流指令的修正值；
[0033]各個子系統(tǒng)對應(yīng)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種電池儲能系統(tǒng)，包括單相或三相電路，其特征在于，包括控制系統(tǒng)(300)和相電路，每相電路包括順次級聯(lián)的多個子系統(tǒng)，所述子系統(tǒng)包括：電池組(1)，由N節(jié)儲能電池串聯(lián)得到，用于存儲電網(wǎng)輸出的電能，N為大于或等于2的整數(shù)；橋式變流模塊(2)，用于將交流電能轉(zhuǎn)化為直流電能，以存儲至所述電池組(1)，或者將所述電池組(1)輸出的電能轉(zhuǎn)化為交流電能，并入電網(wǎng)；所述橋式變流模塊(2)具有交流側(cè)和耦合側(cè)，所述交流側(cè)用于將子系統(tǒng)串接于多個子系統(tǒng)中；所述橋式變流模塊(2)包括儲能電容(C1)，連接在所述耦合側(cè)的兩端；耦合模塊(3)，連接在所述橋式變流模塊(2)的耦合側(cè)和所述電池組(1)之間，用于對所述橋式變流模塊(2)和所述電池組(1)進行耦合匹配；電池均衡模塊(4)，連接至所述電池組(1)，所述電池均衡模塊(4)用于監(jiān)測每節(jié)儲能電池的工作狀態(tài)，還用于響應(yīng)均衡控制信號均衡所述電池組(1)內(nèi)各節(jié)電池的電量；控制器(5)，與所述橋式變流模塊(2)、所述耦合模塊(3)和所述電池均衡模塊(4)的控制端均連接，能夠接收所述電池均衡模塊(4)監(jiān)測到的每節(jié)儲能電池的工作狀態(tài)，并對所述橋式變流模塊(2)、所述耦合模塊(3)、所述電池均衡模塊(4)中的至少兩者進行控制；所述控制系統(tǒng)(300)分別與各個子系統(tǒng)中的控制器(5)進行數(shù)據(jù)交互，各個子系統(tǒng)中的控制器(5)根據(jù)所述控制系統(tǒng)(300)的控制命令控制各自子系統(tǒng)中的橋式變流模塊(2)、耦合模塊(3)和/或電池均衡模塊(4)，以控制各自子系統(tǒng)的工作狀態(tài)，其中：所述控制系統(tǒng)(300)負(fù)責(zé)充放電控制和各子系統(tǒng)之間的均衡控制，各子系統(tǒng)的控制器(5)負(fù)責(zé)自身子系統(tǒng)內(nèi)的均衡控制，其中：所述控制系統(tǒng)(300)根據(jù)所在相電路內(nèi)有效的子系統(tǒng)中的橋式變流模塊中儲能電容(C1)電壓的均值生成子系統(tǒng)電池組(1)的充放電電流參考指令；所述控制系統(tǒng)(300)根據(jù)各子系統(tǒng)電池組(1)電量的多少調(diào)整各子系統(tǒng)電池組的充放電電流指令，控制各子系統(tǒng)的電池組(1)相互之間電量的均衡；子系統(tǒng)電池組電量偏高，且處于充電狀態(tài)，則減小充電電流指令，處于放電狀態(tài)，則增大放電電流指令；子系統(tǒng)電池組電量偏低，且處于充電狀態(tài)，則增大充電電流指令，處于放電狀態(tài)，則減小放電電流指令；所述控制系統(tǒng)(300)向各子系統(tǒng)的控制器(5)發(fā)送電池組(1)充放電電流指令，各子系統(tǒng)的控制器(5)通過控制耦合模塊(3)控制向電池組(1)充電或放電電流的大小；所述子系統(tǒng)的控制器(5)根據(jù)子系統(tǒng)電池組中各節(jié)電池的電量，控制子系統(tǒng)的均衡模塊(4)實現(xiàn)子系統(tǒng)電池組(1)內(nèi)各節(jié)電池電量的均衡。2.如權(quán)利要求1所述的電池儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述電池均衡模塊(4)包括：N個均衡單元(42)，與所述N節(jié)儲能電池一一對應(yīng)；第一開關(guān)單元(G)；各個均衡單元(42)的兩個輸入端連接在各自對應(yīng)的儲能電池的正負(fù)極，均衡單元(42)的兩個輸出端連接至所在電池組(1)的正、負(fù)極；當(dāng)?shù)趇節(jié)儲能電池正負(fù)極電壓超過預(yù)設(shè)閾值時，所述控制器(5)向第i個均衡單元(42)的第一開關(guān)單元(G)輸出均衡控制信號；所述第i個均衡單元(42)通過輸入端將所述第i節(jié)儲能電池的電能，與所述第i節(jié)儲能電池所在的電池組(1)的電能進行交換，其中，1≤i≤N。3.如權(quán)利要求2所述的電池儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述均衡單元(42)包括：互感線圈(L)和第二開關(guān)單元(K)；
所述互感線圈(L)的初級線圈的一端連接至對應(yīng)儲能電池的正極，所述初級線圈的另一端經(jīng)由所述第二開關(guān)單元(K)連接至對應(yīng)儲能電池的負(fù)極；所述互感線圈(L)的次級線圈的一端連接至對應(yīng)儲能電池所在電池組(1)的正極，另一端經(jīng)由第一開關(guān)單元(G)連接至所在電池組(1)的負(fù)極；所述第二開關(guān)單元(K)和第一開關(guān)單元(G)響應(yīng)所述均衡控制信號導(dǎo)通，以使對應(yīng)儲能電池的電能經(jīng)由所述互感線圈(L)的初級線圈、次級線圈與對應(yīng)儲能電池所在的電池組(1)進行能量交換。4.如權(quán)利要求1所述的電池儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述子系統(tǒng)還包括：電池電壓溫度檢測模塊(6)，用于檢測所述電池組的電池電壓、電池溫度，所述電池電壓溫度檢測模塊(6)與所述電池組和所述控制器(5)連接，所述控制器(5)根據(jù)儲能電池的電壓、溫度限制所述電池組的充放電電流。5.如權(quán)利要求1
?
4任意一項所述的電池儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)(300)根據(jù)交流電網(wǎng)的電壓、有功和無功需求確定一個工頻周期內(nèi)多個時刻所需要的電壓，并基于每個時刻所需要的電壓和各個子系統(tǒng)所能輸出的電壓值來確定該時刻需要投入的子系統(tǒng)的目標(biāo)數(shù)量；所述控制系統(tǒng)(300)根據(jù)所述需要投入工作的子系統(tǒng)處于充電還是放電的狀態(tài)來選擇目標(biāo)數(shù)量的子系統(tǒng)進入投入狀態(tài)，其它子系統(tǒng)則進入旁路狀態(tài)；當(dāng)子系統(tǒng)處于充電狀態(tài)時，所述控制系統(tǒng)(300)優(yōu)先選擇橋式變流模塊(2)中儲能電容電壓值的較低子系統(tǒng)進入投入狀態(tài)；當(dāng)子系統(tǒng)處于放電狀態(tài)時，優(yōu)先選擇橋式變流模塊(2)中儲能電容電壓值較高的子系統(tǒng)進入投入狀態(tài)。6.如權(quán)利要求1
?
4任意一項所述的電池儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)(300)根據(jù)所在相電路內(nèi)有效的子系統(tǒng)中的儲能電容(C1)電壓的均值生成子系統(tǒng)電池組(1)的充放電電流參考指令；所述控制系統(tǒng)(300)根據(jù)各子系統(tǒng)電池組(1)電量相對各子系統(tǒng)電池組平均電量的偏差生成的各子系統(tǒng)電池組的充放電電流指令的修正值；各個子系統(tǒng)對應(yīng)充放電電流參考指令和充放電電流指令的修正值相加，形成各個子系統(tǒng)最終的充放電電流指令。7.如權(quán)利要求1
?
4任意一項所述的電池儲能系統(tǒng)，...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馮亞東，陳勇，朱繼紅，李秋華，陳永奎，陳永，
申請(專利權(quán))人：南京合智電力科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：