CN103840501A - 储能电池组及采用它的太阳能装置和风能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种储能电池组，它包括：多个电池模块、多个逆变器、电池模块控制器、中央控制器、能量控制器；所述的每个电池模块一个微型双向逆变器与电网相连接，所述的多个微型双向逆变器通过第一通信通道与中央控制器相通讯，微型双向逆变器通过接收中央控制器指令对电池模块进行充放电控制，所述的中央控制器与电池模块控制器相联通，所述的电池模块控制器与多个电池模块通过第二通信通道相通讯，所述的能量控制器与中央控制器相通讯。由电池模块和微型双向逆变器组成的储能单元，可以增减储能单元而方便的实现扩容和减容。同时，在模块单元故障的情况下可以方便的更换维护而不影响整个系统的运行。
Description
[技术领域]
本发明涉及一种储能电池组，以及采用了这种储能电池组的太阳能装置和风能装置。
[背景技术]
随着石油资源的日益减少和环境的污染日渐严重,保护环境,开发新能源成了目前世界上的潮流和趋势。在这个背景下，近年来，对于太阳能、风能、地热能、潮汐能等新能源的研究和开发利用蓬勃兴起。
对于这些新能源而言，尤其是太阳能和风能，其能量收集的过程是不连续和不恒定的，且和地理位置、气候状况等有着密切的关系。比如，一天之中，正午时分的太阳能量最强，一年之中，夏季的太阳能量最强，在我国的南方地区，一年之中的阴雨天气较多，而北方和西部则阳光较多。对于风能同样存在这些问题。所以，这种不连续和不恒定的能量集采过程使得储能系统（Energy storge system, 简称ESS)成了新能源发展中的核心环节，在实际的应用中，通过储能系统的加入，在发电功率过大时将多余的能源储存至储能装置，在发电功率不足时通过储能装置的放电对电量进行补充以维持用户的需要。从而使得不稳定的电能得到平抑变成用户所期望的平稳的输出。（常见的手段有电池储能、电容储能、压缩空气储能、飞轮储能、超导储能）。
对于太阳能和风能而言，目前最常见的储能手段就是电池储能；以太阳能发电场为例，目前常见的是在一块较大的场地内布置几百甚至上千个太阳能光伏面板阵列，这些太阳能光伏面板通过电路相连通，并通过光伏逆变器接入电网。为了能使这些太阳能得到充分利用，必须安装一套储能装置，使用这个储能装置来配合调节光伏发电所产生的能量，以及调节太阳能系统和电网之间的能量流通。目前，能量储存装置一般是通过一个大功率的功率控制系统（PCS)与电网相连通并通过中央能量管理系统进行控制已达到维护电网稳定的目的。
上述这种储能装置的设计虽然是目前的主流模式，但是仍然具有一些明显的缺点，首先，这种设计中的ESS和PCS的规模巨大，典型的功率规格如500kw、1mw、2mw等级别，这样巨大的电池系统和功率控制系统的造价高昂，首次投入成本巨大；另一方面，由于储能系统的规格巨大，在单点发生故障时造成的停产影响也大，系统的可靠性低。
[发明内容]
本发明的第一个目的是：提供一种用于储能装置的储能电池组，它具有成本低廉、及时响应和可靠性高的特点。
本发明的另一个目的是：提供一种太阳能装置，它采用了上述的储能电池组。
本发明的另一个目的是：提供一种风能装置，它采用了上述的储能电池组。
为了达到上述第一个目的，本发明采用如下技术方案：
一种储能电池组，它包括：多个电池模块、多个逆变器、电池模块控制器、中央控制器、能量控制器；所述的每个电池模块与一个逆变器相电连接，所述的多个逆变器通过第一通信通道与中央控制器相通讯，所述的中央控制器与电池模块控制器电连接并相通讯，所述的电池模块控制器与多个电池模块通过第二通信通道相通讯，所述的能量控制器与中央控制器电连接并相通讯，所述的多个逆变器与外部电网相电连接。
作为优选的技术方案：所述的第一通信通道与第二通信通道为CAN 2.0 总线。
作为优选的技术方案：所述的电池模块的数量为50～200个。
作为优选的技术方案：述的每个电池模块储存的能量为2～20kWh。
作为优选的技术方案：所述的每个电池模块包括多个钛酸锂电池单体。
本发明储能电池组采用多个储电池模块，每个电池模块储存的能量相对于传统ESS而言要少很多，并为每个电池模块都配备了逆变器，这样从制造成本上得到了一定的下降；每个电池模块都可以通过逆变器单独地与电网互通，可以快速响应电网需求；储能单元为模块化设计，因此成本较低同时可以方便的进行扩展，配置灵活。另外，由于多个电池模块通过多个通路与电网互通，所以即使一个甚至几个电池模块或者通路出现故障，仍然不会影响到整个储能系统的运行，整个系统的可靠性大大提高。
[附图说明]
图1为本发明储能电池组一实施例的示意图；
图2为本发明太阳能装置的一个实施例的示意图；
图3为本发明风能装置的一个实施例的示意图；
其中：1.储能电池组；2.电池模块；3.逆变器；4.电池模块控制器；5.中央控制器；6.能量控制器；7.第一通信通道；8.第二通信通道；9.太阳能电池板；10.电网；11.风力发电机。
[具体实施方式]
储能电池组实施例1：
如图1所示意：一种储能电池组1，它包括：多个电池模块2、多个逆变器3、电池模块控制器4、中央控制器5、能量控制器6；所述的每个电池模块2与一个逆变器3相电连接，所述的多个逆变器3通过CAN 2.0总线7与中央控制器5相通讯，所述的中央控制器5与电池模块控制器4电连接并相通讯，所述的电池模块控制器4与多个电池模块2通过CAN 2.0总线8相通讯，所述的能量控制器6与中央控制器5电连接并相通讯，所述的多个逆变器3与外部电网相电连接。
在本实施例中，电池模块2和逆变器3的数量均为100个，每个电池模块2的额定储存能量为10kWh。每个电池模块2包括多个钛酸锂电池单体，在本实施例中，所述的钛酸锂电池是指正极采用NCM三元材料，负极采用尖晶石结构的钛酸锂所构成的一种锂离子电池，本实施例中的钛酸锂电池单体和电池模块2具有在5C条件下进行充放电的能力。
在本实施例中，在任一时刻，电池模块控制器4可以与所有的电池模块2进行通讯，并计算每一个电池模块的荷电量（SOC）、健康状态（SOH）、可充电能量、可放电能量等, 并把这些收集到的信息上报给中央控制器5。
中央控制器5和能量控制器6进行通讯，能量控制器6告知中央控制器5目前每个电池模块2需要充电或者放电的功率。
中央控制器5综合分析充放电功率的需求以及每个电池模块2的可充放电功率和能量，判断出需要进行充放电的电池模块2所对应的逆变器3。然后将充放电命令传输给所有的逆变器3，并依据充放电命令对电池模块2进行充放电操作。
储能电池组实施例2：
如图1所示意：一种储能电池组1，它包括：多个电池模块2、多个逆变器3、电池模块控制器4、中央控制器5、能量控制器6；所述的每个电池模块2与一个逆变器3相电连接，所述的多个逆变器3通过CAN 2.0总线7与中央控制器5相通讯，所述的中央控制器5与电池模块控制器4电连接并相通讯，所述的电池模块控制器4与多个电池模块2通过CAN 2.0总线8相通讯，所述的能量控制器6与中央控制器5电连接并相通讯，所述的多个逆变器3与外部电网相电连接。
在本实施例中，电池模块2和逆变器3的数量均为50个，每个电池模块2的额定储存能量为2kWh。每个电池模块2包括多个钛酸锂电池单体，在本实施例中，所述的钛酸锂电池是指正极采用NCM三元材料，负极采用尖晶石结构的钛酸锂所构成的一种锂离子电池，本实施例中的钛酸锂电池单体和电池模块2具有在5C条件下进行充放电的能力。
在本实施例中，控制策略同实施例1中所描述。
储能电池组实施例3：
如图1所示意：一种储能电池组1，它包括：多个电池模块2、多个逆变器3、电池模块控制器4、中央控制器5、能量控制器6；所述的每个电池模块2与一个逆变器3相电连接，所述的多个逆变器3通过CAN 2.0总线7与中央控制器5相通讯，所述的中央控制器5与电池模块控制器4电连接并相通讯，所述的电池模块控制器4与多个电池模块2通过CAN 2.0总线8相通讯，所述的能量控制器6与中央控制器5电连接并相通讯，所述的多个逆变器3与外部电网相电连接。
在本实施例中，电池模块2和逆变器3的数量均为200个，每个电池模块2的额定储存能量为20kWh。每个电池模块2包括多个钛酸锂电池单体，在本实施例中，所述的钛酸锂电池是指正极采用钴酸锂材料，负极采用尖晶石结构的钛酸锂所构成的一种锂离子电池，本实施例中的钛酸锂电池单体和电池模块2具有在5C条件下进行充放电的能力。
在本实施例中，控制策略同实施例1中所描述。
太阳能装置实施例1.
如图2所示意：一种太阳能装置，它包括100个太阳能电池板9和如实施例1所描述的的储能电池组1，所述的每个太阳能电池9板均通过一个逆变器3与电网相连接。
太阳能装置实施例2.
一种太阳能装置，它包括50个太阳能电池板9和如实施例2所描述的的储能电池组1，所述的每个太阳能电池9板均通过一个逆变器3与电网相连接。
太阳能装置实施例3.
一种太阳能装置，它包括200个太阳能电池板9和如实施例2所描述的的储能电池组1，所述的每个太阳能电池9板均通过一个逆变器3与电网相连接。
风能装置实施例1：
如图3所示意：一种风能装置，它包括100个风力发电机11和如实施例1所描述的的储能电池组1，所述的每个风力发电机11均通过一个逆变器3与电网相连接。
风能装置实施例2：
一种风能装置，它包括50个风力发电机11和如实施例2所描述的的储能电池组1，所述的每个风力发电机11均通过一个逆变器3与电网相连接。
风能装置实施例3：
一种风能装置，它包括200个风力发电机11和如实施例1所描述的的储能电池组1，所述的每个风力发电机11均通过一个逆变器3与电网相连接。
本发明的保护范围并不仅限于上述实施例，凡在本发明精神下所做的变化和改动，均应落在本发明保护范围之内。
Claims (7)
1.一种储能电池组，其特征在于：它包括：多个电池模块、多个逆变器、电池模块控制器、中央控制器、能量控制器；所述的每个电池模块与一个逆变器相电连接，所述的多个逆变器通过第一通信通道与中央控制器相通讯，所述的中央控制器与电池模块控制器电连接并相通讯，所述的电池模块控制器与多个电池模块通过第二通信通道相通讯，所述的能量控制器与中央控制器电连接并相通讯，所述的多个逆变器与外部电网相电连接。
2.如权利要求1所述的储能电池组，其特征在于：所述的第一通信通道与第二通信通道均为CAN 2.0 总线。
3.如权利要求1或2所述的储能电池组，其特征在于：所述的电池模块的数量为50～200个。
4.如权利要求3所述的储能电池组，其特征在于：所述的每个电池模块储存的能量为2～20kWh。
5.如权利要求4所述的储能电池组，其特征在于：所述的每个电池模块包括多个钛酸锂电池单体。
6.一种太阳能装置，它包括多个太阳能电池板和如权利要求1～6中任一所述的储能电池组，所述的每个太阳能电池板通过一个逆变器与一个电池模块相电连通。
7.一种风能装置，它包括多个风力发电机和如权利要求1～6中任一所述的储能电池组，所述的每个风力发电机通过一个逆变器与一个电池模块相电连通。
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