[发明专利]一种可动态重构的电池储能系统及方法在审

专利信息
申请号: 201710422445.2 申请日: 2017-06-07
公开(公告)号: CN107171387A 公开(公告)日: 2017-09-15
发明(设计)人: 王飞;崔伟;谷鸣;李伟;胡俊鹏;张恒旭;施啸寒;范英乐 申请(专利权)人: 国网山东省电力公司;山东大学
主分类号: H02J7/00 分类号: H02J7/00
代理公司: 济南圣达知识产权代理有限公司37221 代理人: 张勇
地址: 250001 山*** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 一种 动态 电池 系统 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于电池储能系统的构建和控制领域,具体是一种可动态重构的电池储能系统及方法。

背景技术

随着化石能源的逐渐枯竭和人类对环境问题的日益关注,清洁的可再生能源发电迅速扩大,新一轮的能源变革逐步推进。然而,可再生能源具有波动性和随机性的固有特征,给电网的安全、稳定、经济运行提出了诸多挑战。储能技术是应对上述挑战的有效手段,构建大规模经济性储能系统是意义重大的研究课题。除抽水蓄能外,电池储能是现阶段最具备工程应用前景的储能技术,但电池储能系统通常采用大量储能容量和功率有限的电池单体(电芯)组成,必须配合高效的重组和管理技术才能充分发挥储能系统的能量存储能力。

传统上,电池储能系统按照固定方式将电池单体串、并联,从而扩展储能系统的储能容量和功率,这存在两方面的缺点:(1)储能系统存在短板效应,难以充分利用所有电池单体的储能能力。例如,多个电池单体串联构成的电池组充放电安时数等于安时数最少的电池单体,因此安时数较大电池单体的储能能力未得到充分利用。(2)储能系统存在不均衡效应,导致电池单体老化程度和速度差异显著,缩短了储能系统整体寿命。参数差异会导致电池组内各单体充放电工况不均衡,进而引起电池单体老化差异,并进一步加大参数差异,引起更大程度的工况不均衡。因此,电池单体参数差异和老化差异互相促进,形成正反馈过程,最终导致某些单体老化严重而某些单体因使用率较低而老化很小,进而影响储能系统的整体寿命。

上述可见:采用固定连接方法的电池储能系统缺乏灵活的调整空间,难以充分发挥电池管理系统的调节作用,电池利用率低且不均衡,存在很大改进空间。

发明内容

针对现有技术中存在的不足,本发明在传统固定连接的电池储能系统基础上,将全控型电力电子开关合理串入电池组,实现电池组可控性改造;在电池管理系统中增加信息交互和处理模块,提升储能系统的信息利用能力。

本发明采用下面的技术方案:

一种可动态重构的电池储能系统,包括储能系统主电路和电池管理系统,储能系统主电路具有充放电接口电路和与所述充放电接口电路相连的储能电池组,储能电池组由多个电池单体并联构成,每一电池单体两端均设有可控开关Sn(n=1,2,,,n);在所述由多个电池单体并联构成的储能电池中,每一电池单体的正极端还通过可控开关S’n(n=1,2,,,n)与相邻电池单体的正极端相连,每一电池单体的负极端也通过可控开关S″n(n=1,2,,,n)与相邻电池单体的负极端相连;

电池管理系统与所述储能系统主电路相连,具有采集模块,用于采集所述电池单体的电气信息;通信模块,用于获取充放电接口电路输出的功率交换指令;电池管理模块,与所述采集模块和通信模块相连,用于根据所述电池单体的电气信息和功率交换指令生成储能电池组重构决策,并控制所述可控开关Sn、S’n和S″n的通断,改变储能电池组拓扑。

进一步的,所述电池管理模块包括状态估计模块、动态重组控制模块和触发模块;

所述状态估计模块,与所述采集模块相连,用于根据电池单体的电气信息估算电池单体的状态;

所述动态重组控制模块,与所述状态估计模块和通信模块相连,用于根据所述电池单体的状态和所述功率交换指令,改变储能电池组拓扑,向通信模块发送请求改变充放电接口电路输出的功率;

触发模块,与所述动态重组控制模块相连,用于根据储能电池组重构决策,生成开通或关断控制信号,发送至可控开关,驱动可控制开关的通断,改变储能电池组拓扑。

进一步的,所述充放电接口电路包括充电接口电路和放电接口电路,充电接口电路与所述储能电池组的输入相连,放电接口电路与所述储能电池组的输出相连。

进一步的,所述充电接口电路包括三相不控整流电路和buck电路,三相不控整流电路的输入与交流电源相连,buck电路发热输出与储能电池组相连,三相不控整流电路通过第一缓冲电容与所述buck电路相连。

进一步的,所述放电接口电路包括boost电路和逆变器,boost电路的输入与所述储能电池组相连,逆变器的输出连接交流负载;boost电路与所述逆变器之间通过第二缓冲电容相连。

进一步的,所述放电接口电路包括boost电路和与所述boost电路相连的第三缓冲电容,boost电路的输入与所述储能电池组相连,第三缓冲电容的输出连接直流负载。

本发明还包括一种可动态重构的电池储能方法,包括以下步骤:

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