[发明专利]一种基于电压动态受控直流储能模块的电池储能系统

说明书

本发明一种基于电压动态受控直流储能模块的电池储能系统，采用将直流侧高电压等级分隔成多个受控直流储能模块并串联，构成高电压等级直流电池电源，再由集中的DC/AC逆变器进行逆变，可有效实现受控直流储能模块宽域调压和快速响应技术效果，完成电池差异化应用和电池小组串连接并针对电池差异实时进行电量偏差的主动均衡，改善大规模电池储能系统运行时的电池不一致性，提高了大规模电池储能系统的效能和运行安全性，同时由电量与电压调控器通过DC/DC电路模块电量与电压监控器采集电池单体参数信息，进行电池组串簇与电池储能单元的电池管理，节省了现有技术电池管理的电池簇管理模块并替代了电池管理系统BMS的主控装置，提高了电池储能系统经济性。

技术领域

本发明属于电池储能技术领域，具体涉及一种基于电压动态受控直流储能模块的电池储能系统。

背景技术

大规模应用新能源的新型电力系统建设需要大量的储能调节能力，为适应当前新能源发展的形势，电池储能是目前具有商业价值和快速配套能力的储能方式之一。因此，电池组能特别是锂电池储能应用推广越来越广泛、规模越来越大。不过由于锂电池体量小，在大规模应用时需要将诸多的锂电池连接起来，达到一定的电压等级并构成电池储能系统。大量锂电池串并联后，电池的不一致性严重影响储能系统的效率和健康运行，并且造成巨大的安全风险，这也是锂电池储能系统的致命弱点。

电池储能系统需要直流侧电压在500V至1500V范围选择设计与组配，而锂电池单体只有3V-4V，需要大量电池串联连接起来达到高电压等级要求，直流侧电压等级越高其电池的数量越多，不一致性概率就越大，并且电池储能系统在使用过程中由于连接、安装位置、运行方式与环境等都会造成电池电量的不一致，并且运行一段时间更换有问题的电池其新旧程度不一样，电池在电量不一致的情况下造成过充及过放的个别电池存在短路及其他故障和风险。因此，解决由大量电池串联形成高电压等级和运行维护造成不一致性的缺陷，减少锂电池单体串联的数量，分组隔离和个性化维护及均衡电池之间不一致的电量是电池储能大规模应用的一个技术难题；现有技术的重点是将比较大容量的电池储能系统单元分隔成多个比较小容量及低电压等级电池储能子系统，再将比较小容量及低电压等级电池储能子系统的交流侧串联，构成满足需要供电输出的比较大容量及高电压等级电池储能系统，实现将数量比较多电池串联的大电池组串构成的比较大容量及高电压等级电池储能系统，分隔成比较小容量及低电压等级电池储能子系统，从而减少电池组串的串联电池数量，实现对小容量及低电压电池储能系统的差异化电量进行均衡和个性化维护。

现有技术方案申请号为CN201721134342公布的一种基于不同电池模组差异化利用的级联式储能变流装置，其记载“所述储能变流装置包括：三相级联式多电平逆变器和主控制器；所述三相级联式多电平逆变器为星形连接，交流输出端接入电网；每相为一个储能变流序列，包括若干个级联的储能变流单元；每个储能变流单元包括：H桥单元，电池组，连接所述H桥单元与电池组的双桥功率变换DC/DC，对所述电池组进行能量均衡控制的电池管理系统，和采集储能变流单元的状态参数、驱动H桥单元动作的分控电路；各储能变流单元的级联为各H桥单元的级联；各分控电路将储能变流单元的状态参数发送给主控制器，主控制器根据接收到的状态参数，对各储能变流单元的充放电电压进行调节，从而控制该组电池的充放电能量。”该技术方案将一个电池储能系统按照三个相序，每个相序分成多个低电压小容量储能变流单元在交流侧串联构成，每个储能变流单元包括：H桥单元，电池组，使电池组串相应分成多个较小的电池组串；通过对各储能变流单元的充放电电压进行调节，从而控制该组电池的充放电能量。该方案降低了电池串联的数量，对其各个比较小容量电池储能子系统的储能变流单元的充放电电压进行调节，达到控制该小容量电池储能子系统充放电能量，进行电池电量一致性均衡调节，减少短板效应；但是，作为储能逆变器的DC/AC储能变流单元在运行中特别是并网调频和离网电压源方式运行时，由于输出电压与频率受限于电能质量和用电负载的用电需求，使得每个储能变流单元的电压调节能力和时效性受到限制，使该方案在实际应用中难以实现预期效果，而且需要多个小规模DC/AC逆变器以及配套相应多个DC/DC模块、电池组串、BMS以及冗余的备用单元系统，造成投资成本增加。