CN104901324A - 储能系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种储能系统及其控制方法。所述储能系统包括:电力转换系统,被构造为产生用于调节从发电系统流动到电力系统的电力的频率的控制信号;以及电池系统,所述电池系统包括:第一电池架;第二电池架;充电器/放电器,被构造为执行第二电池架的充电/放电操作;以及架BMS,被构造为使用控制信号来控制第一电池架和第二电池架的充电/放电操作,并控制充电器/放电器,因此控制第二电池架的荷电状态(SOC)。

Description

储能系统及其控制方法
[0001] 本申请要求于2014年3月4日在韩国知识产权局提交的第10-2014-0025368号韩国专利申请的优先权和权益,该申请的全部内容通过引用被包含于此。
技术领域
[0002] 本发明的实施例涉及储能系统及其控制方法,更具体地讲,涉及能够连续调节电力系统中流动的电力的频率的储能系统及其控制方法。
背景技术
[0003] 随着环境破坏和资源消耗正在变成严重的问题,对可以储存能量并有效地利用储存的能量的系统的兴趣增长。同样地,对在发电的过程中不引起或几乎不引起污染(例如,引起微少的污染)的新的可再生能量的兴趣增长。储能系统可以是彼此结合的利用新的可再生能量的系统、电池系统和现有的电力系统。
[0004] 这样的储能系统被构造为包括储存电力的电池系统、恰当地转换电池系统的电力的电力转换系统、发电系统和电力系统。储能系统然后供应转换的电力。
[0005] 当电力系统处于异常状态时,例如,发生电力故障,储能系统可以执行不间断电源(UPS)操作。此外,当频率根据电力系统中流动的电力的消耗的改变而改变时,储能系统可以通过对储存在电池系统中的电力充电或放电来执行频率调节以维持期望的频率,因此使得频率保持恒定或基本恒定。
[0006] 当操作储能系统以调节频率时,要求连续并随机地对电池系统充电或放电。然而,当电池系统由于充电或放电的操作的积累而变成满充电状态或完全放电状态时,充电或放电操作会停止。在这种情况下,应将电池系统的荷电状态(SOC)再次调节为50%,然后执行频率调节的充电或放电的操作会重新开始,因此导致不方便。
发明内容
[0007] 根据本发明的实施例,提供了一种储能系统,所述储能系统包括:电力转换系统,被构造为产生用于调节从发电系统流动到电力系统的电力的频率的控制信号;以及电池系统,所述电池系统包括:第一电池架;第二电池架;充电器/放电器,被构造为执行第二电池架的充电/放电操作;以及架电池管理系统(BMS),被构造为使用控制信号来控制第一电池架和第二电池架的充电/放电操作,并控制充电器/放电器,因此控制第二电池架的荷电状态(SOC)。
[0008] 控制信号可以包括充电控制信号和放电控制信号,其中,当在电力系统中流动的电力的频率超过设定值时,充电控制信号使电力被充电到第一电池架或第二电池架中,当在电力系统中流动的电力的频率小于设定值时,放电控制信号使第一电池架或第二电池架被放电,因此将电力供应到电力系统。
[0009] 在控制信号为充电控制信号的情况下,当第一电池架的荷电状态小于第一荷电状态时,架BMS可以执行控制使得电力被充电到第一电池架中,当第一电池架的荷电状态等于或大于第一荷电状态时,架BMS可以执行控制使得电力被充电到第二电池架中。
[0010] 当第二电池架的荷电状态增大到超过第二荷电状态并且电力被充电到第二电池架时,架BMS控制充电器/放电器以对第二电池架放电,使得第二电池架的荷电状态保持第二荷电状态。
[0011] 当第一电池架响应于控制信号而被充电或放电时,架BMS可以控制充电器/放电器使得第二电池架的荷电状态具有第五荷电状态。
[0012] 第五荷电状态可以为大约50 %。
[0013] 在控制信号为放电控制信号的情况下,当第一电池架的荷电状态大于第三荷电状态时,架BMS可以执行控制使得第一电池架被放电,当第一电池架的荷电状态等于或小于第三荷电状态时,架BMS可以执行控制使得第二电池架被放电。
[0014] 当第二电池架的荷电状态小于第四荷电状态并且第二电池架被放电时,架BMS可以控制充电器/放电器以对第二电池架充电,使得第二电池架的荷电状态保持第四荷电状
ίέτ O
[0015] 当第一电池架响应于控制信号而被充电或放电时,架BMS可以控制充电器/放电器使得第二电池架的荷电状态具有第五荷电状态。
[0016] 第五荷电状态可以为大约50 %。
[0017] 第二电池架的最大速率的放电可以大于第一电池架的最大速率的放电。
[0018] 根据本发明的另一方面,提供了一种控制储能系统的方法,所述储能系统包括:电池系统,所述电池系统包括第一电池架、第二电池架以及被构造为对第二电池架充电或放电的充电器/放电器;以及电力转换系统,被构造为产生用于调节从发电系统流动到电力系统的电力的频率的控制信号,所述方法包括:使用控制信号和第一电池架的荷电状态来确定第一电池架或第二电池架的充电/放电的优先级;根据确定的优先权对第一电池架或第二电池架充电/放电以调节频率;以及使用充电器/放电器将第二电池架的荷电状态控制为设定的荷电状态。
[0019] 所述控制信号可以包括:充电控制信号,当在电力系统中流动的电力的频率超过设定值时,使电力被充电到第一电池架或第二电池架中;以及放电控制信号,当在电力系统中流动的电力的频率小于设定值时,使第一电池架或第二电池架被放电,因此将电力供应到电力系统。
[0020] 在控制信号为充电控制信号的情况下,在确定优先级的步骤中,可以确定优先级使得:当第一电池架的荷电状态小于第一荷电状态时,电力被充电到第一电池架中,当第一电池架的荷电状态等于或大于第一荷电状态时,电力被充电到第二电池架中。
[0021] 当第二电池架的荷电状态超过第二荷电状态时,在控制第二电池架的荷电状态的步骤中,可以控制充电器/放电器使得第二电池架被放电并且第二电池架的荷电状态保持第二荷电状态。
[0022] 在控制信号为放电控制信号的情况下,在确定优先级的步骤中,可以确定优先级使得:当第一电池架的荷电状态大于第三荷电状态时,第一电池架被放电,当第一电池架的荷电状态等于或小于第三荷电状态时,第二电池架被放电。
[0023] 当第二电池架的荷电状态小于第四荷电状态时,在控制第二电池架的荷电状态的步骤中,可以控制充电器/放电器使得第二电池架被充电并且第二电池架的荷电状态保持第四荷电状态。
[0024] 当第一电池架被充电或放电时,在控制第二电池架的荷电状态的步骤中,可以控制充电器/放电器使得第二电池架的荷电状态具有第五荷电状态。
[0025] 第五荷电状态可以为大约50 %。
[0026] 第二电池架的最大速率的放电可以大于第一电池架的最大速率的放电。
[0027] 根据本发明的实施例,能够以在储能系统中调节频率的方式连续执行电池系统的充电/放电操作。
附图说明
[0028] 现在将在下文中参照附图更充分地描述示例实施例;然而,它们可以以不同的形式实施,并且不应该被解释成局限于这里阐述的实施例。而是,提供这些实施例,使得本公开将是彻底的和完整的,并将把示例实施例的范围充分地传达给本领域技术人员。
[0029] 在附图中,为了示出清楚起见,可以夸大尺寸。将理解的是,当元件被称作“在”两个元件“之间”时,它可以是这两个元件之间唯一的元件,或者也可以存在一个或更多个中间元件。同样的附图标记始终指示同样的元件。
[0030]图1是示意性地示出根据本发明的实施例的储能系统和其外围构件的图;
[0031] 图2是示出根据本发明的实施例的储能系统I的构造的框图;
[0032] 图3是示出根据本发明的实施例的电池系统的构造的图;
[0033] 图4是示出根据本发明的实施例的用于调节频率的控制储能系统的方法的流程图;
[0034] 图5是根据现有技术的在使用单个电池架调节频率时电池架的电力的改变的图;
[0035] 图6A和图6B是根据本发明的实施例的在使用第一电池架和第二电池架调节频率时第一电池架和第二电池架的电力的改变的图。
具体实施方式
[0036] 在下面的详细描述中,已经仅通过举例说明的方式示出并描述了本发明的特定示例实施例。如本领域技术人员将认识到的,在全部不脱离本发明的精神或范围的情况下,可以以各种不同的方式修改描述的实施例。因此,附图和描述将被视为本质上是举例说明性的,而非限制性的。
[0037] 另外,当元件被称作“在”另一元件“上”时,该元件可以直接在所述另一元件上,或者在其间设置有一个或更多个附加元件的情况下间接地在另一元件上。此外,当元件被称作“连接到”或“结合到”另一元件时,该元件可以直接连接到或结合到另一元件,或者在其间设置有一个或更多个中间元件的情况下间接地连接到或结合到另一元件。在下文中,同样的附图标记指示同样的元件。
[0038] 如这里使用的,术语“和/或”包括一个或更多个相关列出的项的任意和全部组入口 ο
[0039] 在下文中,将参照附图描述本发明的实施例。
[0040]图1是示意性地示出根据本发明的实施例的储能系统和其外围构件的图。
[0041] 参照图1,根据本实施例的储能系统I被构造为结合发电系统2和电力系统3将电力供应到负载4。
[0042] 发电系统2是利用能源产生电力的系统。发电系统2被构造为将产生的电力供应到储能系统I。发电系统2可以是太阳光发电系统、风力发电系统、潮汐发电系统等。然而,这些仅被视为说明性的,这样的发电系统2不限于此。发电系统2还可以包括产生电力的所有其他合适种类的发电系统(例如,利用诸如太阳热或地热的可再生能量来产生电力的发电系统)。例如,由于容易在家庭、工厂等中安装被构造为利用太阳光来产生电能的太阳能电池,因此太阳能电池适用于家庭或工厂中的储能系统I。发电系统2可以设置有并联布置的多个发电模块,并且可以在每个发电模块处产生电力,因此构成高容量的能量系统。
[0043] 电力系统3可以包括发电站、变电站、电力线等。当电力系统3处于正常状态时,电力系统3将电力供应到储能系统1,以提供将要被供应到负载4和/或电池系统20的电力,并且电力系统3供应有来自储能系统I的电力。另一方面,当电力系统3处于异常状态时,从电力系统3到储能系统I的电力供应停止,从储能系统I到电力系统3的电力供应同样停止。
[0044] 负载4消耗从发电系统2产生的电力、储存在电池系统20中的电力和/或从电力系统3供应的电力。家庭或工厂等可以是负载4的示例。
[0045] 储能系统I包括电池系统20和电力转换系统10,其中,电池系统20被构造为储存电力,电力转换系统10被构造为将来自电池系统20、发电系统2和电力系统3的电力转换,然后将转换的电力供应到负载4。
[0046] 储能系统I可以在电池系统20中储存从发电系统2产生的电力,并且可以将产生的电力供应到电力系统3。储能系统I可以将储存在电池系统20中的电力供应到电力系统3,或者可以在电池系统20中储存从电力系统3供应的电力。当电力系统3处于异常状态时,例如,电力故障发生,储能系统I执行UPS操作以将电力供应到负载4。即使当电力系统3处于异常状态时,储能系统I也可以将从发电系统2产生的电力或储存在电池系统20中的电力供应到负载4。
[0047] 此外,当频率根据电力系统3中流动的电力的消耗的改变而改变时,储能系统I可以通过对储存在电池系统20中的电力充电或放电来执行频率调节以维持期望的频率,因此使得频率保持恒定或基本恒定。g卩,出于调节频率的目的,当电力系统中流动的电力的频率高时,储能系统I可以将从发电系统2产生的电力供应到电池系统20。另一方面,当频率低时,储能系统I可以对储存在电池系统20中的电力放电,然后将其供应到电力系统3。
[0048] 图2是示出根据本发明的实施例的储能系统I的构造的框图。
[0049] 参照图2,储能系统I包括被构造为控制电力转换的电力转换系统10、电池系统20、第一开关30、第二开关40等。
[0050] 电力转换系统10将从发电系统2、电力系统3和电池系统20供应的电力转换为适用于电力系统3、负载4和电池系统20的形式。电力转换系统10执行电力到输入/输出端子的转换或电力从输入/输出端子的转换。在本文中,电力转换可以是DC/AC转换和第一电压与第二电压之间的转换。电力转换系统10在集成控制器15的控制下根据操作模式将转换的电力供应到期望的地方。电力转换系统10可以包括电力转换单元11 (例如,电力转换器11)、DC链路单元12 (DC链路12)、逆变器13、转换器14和集成控制器15。
[0051] 电力转换单元11是连接(例如,结合)在发电系统2和DC链路单元12之间的电力转换装置。电力转换单元11被构造为将从发电系统2产生的电力传输到DC链路单元12。来自电力转换单元11的输出电压是DC链路电压。
[0052] 根据发电系统2的种类,电力转换单元11可以包括诸如转换器电路或整流电路的电力转换电路。例如,如果发电系统2产生DC电力,则电力转换单元11可以包括用于将发电系统2的DC电力的电压电平转换为DC链路单元12的DC电力的电压电平的转换器。然而,如果发电系统2产生AC电力,则电力转换单元11可以是用于将交流电转换为直流电的整流电路。例如,当发电系统2是太阳光发电系统时,电力转换单元11可以包括根据若干条件(诸如太阳辐射的量和/或温度)执行最大电力点跟踪控制以最大地或增大地获得从发电系统2产生的电力的MPPT转换器。当不从发电系统2产生电力时,电力转换单元11可以停止运行以使电力消耗最小化或降低。
[0053] DC链路电压可能由于发电系统2或电力系统3的瞬时电压降、负载4突然的改变或者高负载的需求而变得不稳定。然而,DC链路电压应当稳定以正常运行转换器14和逆变器13。DC链路单元12连接在电力转换单元11和逆变器13之间,以保持DC链路电压恒定或基本恒定。例如,可以包括高容量电容器作为DC链路单元12。
[0054] 逆变器13是连接在DC链路单元12和第一开关30之间的电力转换装置。逆变器13可以包括在放电模式中将来自DC链路单元12的DC输出电压转换为电力系统3的AC电压的逆变器。此外,逆变器13可以包括在充电模式中将电力系统3的AC电压整流、将AC电压转换为DC链路电压并输出转换的电压以将电力系统3的电力储存在电池系统20中的整流电路。即,逆变器13可以是输入方向和输出方向可变的双向逆变器。
[0055] 逆变器13可以包括用于从输出到电力系统3的AC电压消除谐波的滤波器。此外,逆变器13可以包括用于使从逆变器13输出的AC电压的相位与电力系统3的AC电压的相位同步的锁相环(PLL)电路,以抑制无功功率损失。此外,逆变器13可以执行若干功能,例如,限制电压波动范围、增强功率因数、消除DC分量和抵瞬变现象保护。当逆变器13未在使用中时,它可以停止运行,以使电力消耗最小化或降低。
[0056] 转换器14是连接在DC链路单元12和电池系统20之间的电力转换装置。转换器14包括在放电模式中将从电池系统20输出的电力的电压转换为用于逆变器13的DC链路电压的DC-DC转换器。此外,转换器14可以包括在充电模式中将从电力转换单元11或逆变器13输出的电力的电压转换为用于电池系统20的电压的DC-DC转换器。S卩,转换器14可以是输入方向和输出方向可变的双向转换器。当转换器14未用于电池系统20的充电或放电时,转换器14可以停止运行,因此使电力消耗最小化或降低。
[0057] 集成控制器15监测发电系统2、电力系统3、电池系统20和负载4的状态,并根据监测的结果控制电力转换单元11、逆变器13、转换器14、电池系统20、第一开关30和第二开关40的运行。集成控制器15可以监测电力系统3中是否发生电力故障以及发电系统2是否产生电力,并且在如果发电系统2产生电力的情况下可以监测产生的电力的量、电池系统20的充电状态、负载4的电力消耗、时间等。当将要供应到负载4的电力不足时,例如,当在电力系统3中发生电力故障时,集成控制器15可以控制负载4以确定包括在负载4中的用电装置的优先级,并将电力供应到具有高的优先级的用电装置。
[0058] 此外,根据本发明的实施例,当频率根据电力系统3中流动的电力的消耗的改变而改变时,集成控制器15可以通过对储存在电池系统20中的电力充电或放电来执行频率调节以维持期望的频率,因此保持恒定或基本恒定的频率。即,当在电力系统3中流动的电力的频率高时,将从发电系统2产生的电力供应到电池系统20。当频率低时,储存在电池系统20中的电力可以被放电并被供应到电力系统3。
[0059] 为此,集成控制器15可以将用于调节频率的控制信号传输到电池系统20。在这点上,控制信号可以包括充电控制信号和放电控制信号,其中,当电力系统3中流动的电力的频率超过一个值(例如,设定值或预定值)时,充电控制信号使电力被充电到电池系统20中,当电力系统3中流动的电力的频率小于一个值(例如,设定值或预定值)时,放电控制信号使储存在电池系统20中的电力放电,因此将电力供应到电力系统3。
[0060] 下面将参照图3和图4描述响应于用于调节频率的控制信号的电池系统的运行。
[0061] 重新参照图2,第一开关30和第二开关40串联连接在逆变器13和电力系统3之间,并且在集成控制器15的控制下执行接通/断开(ON/OFF)操作,因此控制发电系统2和电力系统3之间的电流。可以根据发电系统2、电力系统3和电池系统20的状态来确定第一开关30和第二开关40的接通/断开状态。
[0062] 更具体地讲,为了将电力从发电系统2和/或电池系统电力20供应到负载4以及将电力从电力系统3供应到电池系统20,接通第一开关30。为了将电力从发电系统2和/或电池系统20供应到电力系统3或者将电力从电力系统3供应到负载4和/或电池系统20,接通第二开关40。对于第一开关30和第二开关40,能够使用可以经受大的电流量的诸如继电器的开关装置。
[0063] 当在电力系统3中发生电力故障时,断开第二开关40并接通第一开关30。S卩,在电力从发电系统2和/或电池系统20供应到负载4的同时,防止或基本防止供应到负载4的电力流向电力系统3。储能系统I与发生故障的电力系统3断开,因此防止或基本防止电力供应到电力系统3。因此,这防止或基本防止在电力系统3的电力线等上工作的工人(例如,修理电力系统3的电力故障的工人)被来自储能系统I的电力电击。
[0064] 电池系统20供应有来自发电系统2和/或电力系统3的电力以储存电力,并将储存在电池系统20中的电力供应到负载4或电力系统3。电池系统20可以包括电力储存部分和用于控制并保护电力储存部分的部分。在下文中,将参照图3详细描述电池系统20。
[0065] 图3是示出根据本发明的实施例的电池系统的构造的图。
[0066] 参照图3,电池系统20包括电池架110、架电池管理系统(BMS) 120、架保护电路130和充电/放电单元140 (例如,充电器/放电器140) ο
[0067] 电池架110储存从外界(即,发电系统2和/或电力系统3)供应的电力,并将储存的电力供应到负载4和/或电力系统3。电池架110可以包括串联和/或并联连接以用作多个子单元的一个或更多个电池托架。此外,每个电池托架可以包括作为子单元的多个电池单体。可再充电的各种二次电池可以用作电池单体。例如,用于电池单体的二次电池可以包括从包括镍-镉电池、铅蓄电池、镍金属氢化物(NiMH)电池、锂离子电池、锂聚合物电池等的组中选择的一个或更多个电池。
[0068] 根据本发明的一个实施例,电池架110可以包括第一电池架111和第二电池架113。在这点上,第一电池架111可以包括适用于低速操作的电池单体,第二电池架113可以包括适用于高速操作的电池单体。为此,包括在第二电池架113中的电池单体的放电速率(例如,最大速率的放电或最大安全放电速率,其中,电池单体的放电速率是例如电池单体的额定电流)可以大于包括在第一电池架111中的电池单体的放电速率(例如,最大速率的放电或最大安全放电速率,其中,电池单体的放电速率是例如电池单体的额定电流)。即,与第一电池架111相比,第二电池架113可以在更高的速度下执行充电/放电操作,可以通过将下面将描述的单独的充电/放电单元140来快速控制第二电池架113的荷电状态。
[0069] 架BMS 120连接到电池架110,并根据从电力转换系统10的集成控制器15传输的控制信号Sf控制电池架110的充电/放电操作,以调节频率。此外,架BMS 120可以执行过充电保护功能、过放电保护功能、过电流保护功能、过电压保护功能、过热保护功能、电池单体平衡功能等。为此,架BMS120可以接收一个或更多个信息或数据,例如,对来自电池架110的电压、电流、温度、剩余电力、寿命、充电状态、荷电状态(SOC)等的监测数据Dm,并可以响应于监测的结果产生控制信号Sp以控制架保护电路130。此外,架BMS 120使用充电/放电单元140来执行控制,使得第二电池架的荷电状态具有恒定或基本恒定的值。此外,架BMS 120可以将接收的监测数据Dm施加到电力转换系统10的集成控制器15,并可以从集成控制器15接收对电池架110的控制指令。
[0070] 架保护电路130连接在与电池架110和电力转换系统10的转换器14连接的输入/输出端子(I/o T+, I/O T-)之间,因此防止或基本防止电池架110受损。架保护电路130可以从架BMS 120接收控制信号Sp,以响应于控制信号Sp控制电流的流动。此外,架保护电路130可以测量电池架110的输出电压或输出电流,然后将测量信号Sd传输到架BMS 120。这里,架保护电路130可以与架BMS 120物理分离。因此,架BMS 120被构造为与位于高电流通路上的架保护电路130分离,因此使得架BMS 120免受高电流的影响。
[0071] 充电/放电单元140执行第二电池架113的充电/放电操作。例如,充电/放电单元140可以在架BMS 120的控制下使用外部电力对第二电池架113强制充电或可以通过将第二电池架113连接到外负载来对第二电池架113强制放电。
[0072] 图4是示出根据本发明的实施例的用于调节频率的控制储能系统的方法的流程图。下面将参照图3和图4描述根据本发明的一个实施例的电池系统的频率调节方法。
[0073] 首先,在步骤SlOl中,架BMS 120从电力转换系统10接收用于控制在电力系统3中流动的电力的频率的控制信号。
[0074] 在这点上,控制信号可以包括充电控制信号和放电控制信号,其中,当在电力系统3中流动的电力的频率超过一个值(例如,设定值或预定值)时,充电控制信号使电力被充电到电池系统20中,当在电力系统3中流动的电力的频率小于一个值(例如,设定值或预定值)时,放电控制信号使储存在电池系统20中的电力放电,因此将电力供应到电力系统3。
[0075] 随后,在步骤S103中,架BMS 120确定控制信号是否为充电控制信号或放电控制信号。
[0076] 在步骤S105中,当控制信号为充电控制信号时,架BMS 120对第一电池架111的荷电状态与第一荷电状态(例如,第一预设荷电状态)进行比较,以确定第一电池架111和第二电池架113的充电的优先级。第一荷电状态(例如,第一预设荷电状态)是用于确定由于第一电池架111的荷电状态足够高而使得当充电操作进一步进行时电池架将进入满充电状态的值。该值(即,第一荷电状态)可以通过预实验来预先确定。
[0077] 在步骤S107中,当第一电池架111的荷电状态小于第一荷电状态(例如,第一预设荷电状态)时,架BMS 120执行控制,使得利用从发电系统2产生或由电力系统3供应的电力对第一电池架111充电。相反,在步骤S109中,当第一电池架111的荷电状态等于或大于第一荷电状态(例如,第一预设荷电状态)时,架BMS 120执行控制,使得利用从发电系统2产生或由电力系统3供应的电力对第二电池架113充电。
[0078] 在步骤Slll中,当执行控制使得利用从发电系统2产生的电力对第二电池架113充电时,架BMS 120对第二电池架113的荷电状态与第二荷电状态(例如,第二预设荷电状态)进行比较。第二荷电状态是用于确定由于第二电池架113的荷电状态足够高而使得当充电操作进一步进行时电池架将进入满充电状态的值。该值(即,第二荷电状态)可以通过预实验来预先确定。
[0079] 在步骤SI 13中,当第二电池架113的荷电状态增大到超过第二荷电状态(例如,第二预设荷电状态)时,架BMS 120使用充电/放电单元140对第二电池架113强制放电,使得第二电池架113的荷电状态保持第二荷电状态。为此,从第二电池架113放电的电力可以大于从发电系统2传输的电力。即,构成第二电池架113的电池单体可以是具有足够高的放电速率以执行快速充电/放电操作的电池单体。
[0080] 根据本发明的实施例,当应当利用从发电系统产生的电力对电池系统20充电以调节频率时,首先,使用适用于低速度操作的第一电池架111来执行充电操作。当存在第一电池架111将被满充电的风险时,使用适用于高速度操作的第二电池架113来执行充电操作。当存在第二电池架113由于充电操作而将被满充电的风险时,通过单独的充电/放电单元140对第二电池架113强制放电,因此防止或基本防止第二电池架113满充电。因此,电池系统20可以连续执行用于频率调节的充电操作,而不由于满充电而导致停止。
[0081] 返回到步骤S103,在步骤S115中,当控制信号是放电控制信号时,架BMS 120对第一电池架111的荷电状态与第三荷电状态(例如,第三预设荷电状态)进行比较,以确定第一电池架111和第二电池架113的放电的优先级。第三荷电状态是用于确定由于第一电池架111的荷电状态足够低而使得当放电操作进一步进行时电池架将进入完全放电状态的值。该值(即,第三荷电状态)可以通过预实验来预先确定。
[0082] 在步骤S117中,当第一电池架111的荷电状态超过第三荷电状态时,架BMS 120执行控制,使得第一电池架111被放电。相反,在步骤SI 19中,当第一电池架111的荷电状态等于或小于第三荷电状态时,架BMS 120执行控制,使得第二电池架113被放电。
[0083] 在步骤S121中,当架BMS 120执行控制使得第二电池架113被放电时,架BMS 120对第二电池架113的荷电状态和第四荷电状态(例如,第四预设荷电状态)进行比较。第四荷电状态是用于确定由于第二电池架113的荷电状态足够低而使得当放电操作进一步进行时电池架将进入完全放电状态的值。该值(即,第四荷电状态)可以通过预实验来预先确定。
[0084] 在步骤S123中,当第二电池架113的荷电状态小于第四荷电状态时,架BMS 120使用充电/放电单元140对第二电池架113强制充电,使得第二电池架113的荷电状态保持第四荷电状态。为此,通过充电/放电单元140在第二电池架113中充电的电力可以大于放电的电力以调节频率。
[0085] 根据本发明的实施例,当电池系统20应当被放电以调节频率时,首先,使用适用于低速度操作的第一电池架111来执行放电操作。当存在第一电池架111被完全放电的风险时,使用适用于高速度操作的第二电池架113来执行放电操作。此外,当存在第二电池架113由于放电操作而被完全放电的风险时,通过单独的充电/放电单元140对第二电池架113强制充电,防止或基本防止第二电池架113被完全放电。因此,电池系统20可以连续执行用于频率调节的放电操作,而不由于完全放电而导致停止。
[0086] 当在步骤S107对第一电池架111充电或在步骤SI 17对第一电池架111放电时,在步骤S125中,架BMS 120通过充电/放电单元140执行控制使得第二电池架113的荷电状态等于(或基本等于)第五荷电状态(例如,第五预设荷电状态)。
[0087] 在上下文中,第五荷电状态可以为大约50%。架BMS 120控制充电/放电单元140,使得当第一电池架111被充电或放电时第二电池架113的荷电状态为大约50%。换言之,通过将第二电池架113的荷电状态重新设定为大约50%,电力可以最大程度地充电到第二电池架113中或从第二电池架113放电(即,可以被充电到第二电池架113中的电力或者可以从第二电池架113放电的电力的量可以基本相等)。
[0088] 图5是根据现有技术的在使用单个电池架调节频率时电池架的电力的改变的图。
[0089] 参照图5,可以看出,由于用于调节频率的电池架的充电/放电操作,因此将电池架的荷电状态重新调节为大约50%的操作出现在电池架在A点被完全放电之后。此外,可以看出,将电池架的荷电状态调节重新调节为大约50%的操作出现在电池架在B点被满充电之后。
[0090] 图6A和图6B是根据本发明的实施例的在使用第一电池架和第二电池架调节频率时第一电池架和第二电池架的电力的改变的图。
[0091] 在第一电池架具有2C的放电倍率和60Ah的容量的条件下,执行测试。此外,在第二电池架具有4C的放电倍率和20Ah的容量的条件下,执行测试。
[0092] 如图6A和图6B所示,作为根据本发明的实施例的使用第一电池架和第二电池架的频率调节的结果,在第一电池架或第二电池架中没有满充电或完全放电的部分出现。即,根据本发明的一个实施例,第一电池架或第二电池架的优先级的确定和第二电池架的单个的充电或放电的操作使得能够连续执行频率调节而不停止。
[0093] 在此已经公开了示例实施例,虽然采用了特定的术语,但是仅以一般的和描述性的含义来使用和解释它们,而不是为了限制的目的。在一些情况下,对于到提交本申请时为止的本领域普通技术人员而言将明显的是,除非另有明确说明,否则结合具体实施例描述的特征、特性和/或元件可以单独使用,或者与结合其他实施例描述的特征、特性和/或元件组合使用。因此,本领域技术人员将理解的是,在不脱离权利要求和它们的等同物中阐述的本发明的精神和范围的情况下,可以做出形式上和细节上的各种改变。

Claims (20)

1.一种储能系统,所述储能系统包括: 电力转换系统,被构造为产生用于调节从发电系统流动到电力系统的电力的频率的控制信号;以及 电池系统,所述电池系统包括: 第一电池架; 第二电池架; 充电器/放电器,被构造为执行第二电池架的充电/放电操作;以及架电池管理系统,被构造为使用控制信号来控制第一电池架和第二电池架的充电/放电操作,并控制充电器/放电器,因此控制第二电池架的荷电状态。
2.根据权利要求1所述的储能系统,其中,控制信号包括: 充电控制信号,当在电力系统中流动的电力的频率超过设定值时,使电力被充电到第一电池架或第二电池架中;以及 放电控制信号,当在电力系统中流动的电力的频率小于所述设定值时,使第一电池架或第二电池架被放电,因此将电力供应到电力系统。
3.根据权利要求2所述的储能系统,其中,在控制信号为充电控制信号的情况下,当第一电池架的荷电状态小于第一荷电状态时,架电池管理系统执行控制使得电力被充电到第一电池架中,当第一电池架的荷电状态等于或大于第一荷电状态时,架电池管理系统执行控制使得电力被充电到第二电池架中。
4.根据权利要求3所述的储能系统,其中,当第二电池架的荷电状态增大到超过第二荷电状态并且电力被充电到第二电池架中时,架电池管理系统控制充电器/放电器以对第二电池架放电,使得第二电池架的荷电状态保持第二荷电状态。
5.根据权利要求3所述的储能系统,其中,当第一电池架响应于控制信号而被充电或放电时,架电池管理系统控制充电器/放电器使得第二电池架的荷电状态具有第五荷电状ίέτ O
6.根据权利要求5所述的储能系统,其中,第五荷电状态为50%。
7.根据权利要求2所述的储能系统,其中,在控制信号为放电控制信号的情况下,当第一电池架的荷电状态大于第三荷电状态时,架电池管理系统执行控制使得第一电池架被放电,当第一电池架的荷电状态等于或小于第三荷电状态时,架电池管理系统执行控制使得第二电池架被放电。
8.根据权利要求7所述的储能系统,其中,当第二电池架的荷电状态小于第四荷电状态并且第二电池架被放电时,架电池管理系统控制充电器/放电器以对第二电池架充电,使得第二电池架的荷电状态保持第四荷电状态。
9.根据权利要求7所述的储能系统,其中,当第一电池架响应于控制信号而被充电或放电时,架电池管理系统控制充电器/放电器使得第二电池架的荷电状态具有第五荷电状ίέτ O
10.根据权利要求9所述的储能系统,其中,第五荷电状态为50 %。
11.根据权利要求1所述的储能系统,其中,第二电池架的最大速率的放电大于第一电池架的最大速率的放电。
12.—种控制储能系统的方法,所述储能系统包括:电池系统,所述电池系统包括第一电池架、第二电池架以及,被构造为对第二电池架充电或放电的充电器/放电器;以及电力转换系统,被构造为产生用于调节从发电系统流动到电力系统的电力的频率的控制信号,所述方法包括: 使用控制信号和第一电池架的荷电状态来确定第一电池架或第二电池架的充电/放电的优先级; 根据确定的优先权对第一电池架或第二电池架充电/放电以调节频率;以及 使用充电器/放电器将第二电池架的荷电状态控制为设定的荷电状态。
13.根据权利要求12所述的方法,其中,所述控制信号包括: 充电控制信号,当在电力系统中流动的电力的频率超过设定值时,使电力被充电到第一电池架或第二电池架中;以及 放电控制信号,当在电力系统中流动的电力的频率小于设定值时,使第一电池架或第二电池架被放电,因此将电力供应到电力系统。
14.根据权利要求13所述的方法,其中,在控制信号为充电控制信号的情况下, 在确定优先级的步骤中,确定优先级使得: 当第一电池架的荷电状态小于第一荷电状态时,电力被充电到第一电池架中, 当第一电池架的荷电状态等于或大于第一荷电状态时,电力被充电到第二电池架中。
15.根据权利要求14所述的方法,其中,当第二电池架的荷电状态超过第二荷电状态时, 在控制第二电池架的荷电状态的步骤中,控制充电器/放电器使得第二电池架被放电并且第二电池架的荷电状态保持第二荷电状态。
16.根据权利要求13所述的方法,其中,在控制信号为放电控制信号的情况下, 在确定优先级的步骤中,确定优先级使得: 当第一电池架的荷电状态大于第三荷电状态时,第一电池架被放电, 当第一电池架的荷电状态等于或小于第三荷电状态时,第二电池架被放电。
17.根据权利要求16所述的方法,其中,当第二电池架的荷电状态小于第四荷电状态时, 在控制第二电池架的荷电状态的步骤中,控制充电器/放电器使得第二电池架被充电并且第二电池架的荷电状态保持第四荷电状态。
18.根据权利要求17所述的方法,其中,当第一电池架被充电或放电时,在控制第二电池架的荷电状态的步骤中,控制充电器/放电器使得第二电池架的荷电状态具有第五荷电状态。
19.根据权利要求18所述的方法,其中,第五荷电状态为50%。
20.根据权利要求12所述的方法,其中,第二电池架的最大速率的放电大于第一电池架的最大速率的放电。
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