CN108011386A - 电池储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池储能系统。其中，该电池储能系统，包括：电池系统，用于存储电能；电池管理系统，与所述电池系统连接，用于获取所述电池系统的电压，并根据所述电压对所述电池系统进行充放电控制；双向变流器，与所述电池管理系统连接，用于将从电网输入的交流电转换为直流电，以及将从所述电池管理系统输入的直流电转换为交流电，以便所述电池管理系统对所述电池系统进行充放电控制。本发明解决了由于电动汽车充电站用电高峰负荷量大造成的系统稳定性较低的技术问题。

Description

电池储能系统

技术领域

本发明涉及电力控制领域，具体而言，涉及一种电池储能系统。

背景技术

目前，国内充电站的建设均为分散运营模式，充电站分布点多，同时，随着电动汽车的推广，电能需求量逐步增加。那么，就会出现用电高峰负荷较大，电能需求量大，供电压力大的问题，影响系统稳定性。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种电池储能系统，以至少解决由于电动汽车充电站用电高峰负荷量大造成的系统稳定性较低的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种电池储能系统，包括：电池系统，用于存储电能；电池管理系统，与电池系统连接，用于获取电池系统的电压，并根据电压对电池系统进行充放电控制；双向变流器，与电池管理系统连接，用于将从电网输入的交流电转换为直流电，以及将从电池管理系统输入的直流电转换为交流电，以便电池管理系统对电池系统进行充放电控制。

可选地，电池系统包括：多个相互并联的电池柜，电池柜包括多个串联连接的电池箱，电池箱包括多个电芯。

可选地，电池管理系统包括：电池监测单元，与电芯连接，用于采集电芯的单体电压；电池管理单元，与电池监测单元连接，用于根据单体电压，获取电池柜的电压，并根据电池柜的电压对电池柜进行充放电控制；总成管理单元，与电池管理单元以及双向变流器连接，用于与双向变流器通信，进行电池管理系统的上下电控制。

可选地，总成管理单元与双向变流器之间通过采用双路通信的控制器局域网络总线连接。

可选地，电池柜的直流总线连接到汇流铜排上，汇流铜排与双向变流器的直流输入母线连接。

可选地，电池柜的直流总线与汇流铜排之间还设置有断路器。

可选地，电池柜中还设置有感烟探测器，用于执行感烟报警。

可选地，电池管理系统还包括：备用电源，与总成管理单元连接，用于在断电时，为总成管理单元提供电能。

可选地，双向变流器连接于电网的配电变压器的低压侧。

可选地，电池储能系统还包括：监控系统，与电池管理系统以及双向变流器连接，用于获取并显示电池管理系统以及双向变流器的运行数据。

在本发明实施例中，采用电池系统存储电能；电池管理系统获取电池系统的电压，并根据电压对电池系统进行充放电控制；双向变流器将从电网输入的交流电转换为直流电，以及将从电池管理系统输入的直流电转换为交流电，以便电池管理系统对电池系统进行充放电控制的方式，通过设计电池储能系统，该电池储能系统既可以作为电源，又可以作为负荷，能在用电低谷时充电，用电高峰时放电，达到了削峰填谷、改善电能质量、整合和充分利用电力资源、缓解用电高峰供电压力、平稳可靠经济供电的目的，从而实现了提供系统稳定性的技术效果，进而解决了由于电动汽车充电站用电高峰负荷量大造成的系统稳定性较低的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种可选的电池储能系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的另一种可选的电池储能系统的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的一种可选的电池储能系统与配电网的连接方式的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种电池储能系统的实施例，如图1所示，该电池储能系统，包括：电池系统10，用于存储电能；电池管理系统12，与电池系统10连接，用于获取电池系统10的电压，并根据电压对电池系统10进行充放电控制；双向变流器14，与电池管理系统12连接，用于将从电网输入的交流电转换为直流电，以及将从电池管理系统12输入的直流电转换为交流电，以便电池管理系统12对电池系统10进行充放电控制。

在本发明实施例中，采用电池系统10存储电能；电池管理系统12获取电池系统10的电压，并根据电压对电池系统10进行充放电控制；双向变流器14将从电网输入的交流电转换为直流电，以及将从电池管理系统12输入的直流电转换为交流电，以便电池管理系统12对电池系统10进行充放电控制的方式，通过设计电池储能系统，该电池储能系统既可以作为电源，又可以作为负荷，能在用电低谷时充电，用电高峰时放电，达到了削峰填谷、改善电能质量、整合和充分利用电力资源、缓解用电高峰供电压力、平稳可靠经济供电的目的，从而实现了提供系统稳定性的技术效果，进而解决了由于电动汽车充电站用电高峰负荷量大造成的系统稳定性较低的技术问题。

本实施例的电池储能系统可以为集装箱式储能系统，将电池系统10、电池管理系统12、双向变流器14等主要设备以及空调、照明、通风等辅助部件集中放置在一个标准集装箱内。集装箱内采用分区布置，包括储能区、监控区、电缆存放区。

可选地，电池系统10包括：多个相互并联的电池柜，电池柜包括多个串联连接的电池箱，电池箱包括多个电芯。

可选地，电池管理系统12包括：电池监测单元，与电芯连接，用于采集电芯的单体电压；电池管理单元，与电池监测单元连接，用于根据单体电压，获取电池柜的电压，并根据电池柜的电压对电池柜进行充放电控制；总成管理单元，与电池管理单元以及双向变流器14连接，用于与双向变流器14通信，进行电池管理系统12的上下电控制。

本实施例的电池储能系统可以是以磷酸铁锂电池作为最小储能单元，通过双向变流器实现交/直流电能变换和电流流向控制。示例性的，如图2所示，电池储能系统包括2个75kWh电池柜(即图2中的电池柜1和电池柜2)其中一个电池柜配有监控触摸屏，外加1个100kW双向变流器14。双向变流器14的交流侧在低压汇流母线并联。电池储能系统布置在一个标准的20尺货柜集装箱内，电池管理单元在双向变流器14的控制下实现协调运行，保障储能单元高效运行和安全。

电池系统10采用综合性能良好的磷酸铁锂正极材料，制成72Ah容量的单体电池，两个同质的电池并联构成144Ah额定容量，先由12个144Ah两并单体串联组装成标准电压38.4V的电池箱，再将14个电池箱串联成为538V的电池柜，单柜额定容量为79.5kWh，重量约1.3吨。

本实施例的电池储能系统由电池箱、电池监测单元、电池管理单元、监控单元、多路I/O接口以及支撑架和集装箱外壳构成，可以连接多种充电模式，输出可以接充电站、上电并网以及各种负载设备。

电池管理系统直接检测及管理电池运行的全过程，包括电池运行基本信息测量、电量估计、单体电池均衡、系统运行状态分析、系统故障诊断和保护、系统上下电策略控制、数据通信等几个方面。

为了实现对整个电池柜的智能化管理和控制，电池管理系统分了三个层级：电池监测单元，电池管理单元和总成管理单元。

电池监测单元位于电池箱内，负责电池箱内部12串单体电压和单体温度的数据采集，并将数据上传给电池管理单元，同时根据电池管理单元下发的指令完成电池箱内单体电池均衡。

电池管理单元位于主控箱内，负责电池柜的管理工作，接收电池柜内部14个电池监测单元上传的数据信息，采样电池柜的电压和电流，进行SOC、SOH计算和修正，完成电池柜预充电和充放电管理，并将相关数据上传给总成管理单元；每个电池柜还包含烟感系统，并上报感烟事件。

总成管理单元位于电池柜的主控箱内，负责整个电池系统的运行管理，接收电池管理单元上传的数据进行分析和处理，与双向变流器通信，可进行运行功率设定和系统上下电控制，并将双向变流器的概要数据转发给监控触摸屏显示和保存。

如图3所示，为电池储能系统与配电网的连接方式。电池储能系统输出电压380V，输出频率50Hz，接口为三相四线制。电池储能系统连接于10kV/380V配电变压器的低压侧，通过充放电控制，调节配电变压器的输出功率，实现削峰填谷，稳定节点电压水平，避免高峰负荷时段配电变压器过载。

结合图3，本实施例的电池储能系统的工作方式包括：

(1)并网工作模式：在电网正常情况下，实时检测负荷及并网点的有功和无功功率、节点电压，计算电池储能系统所需发出的有功和无功功率。据此对电池储能系统进行充电或放电控制，将并网点的输出功率限制在某个可在监控界面修改的定值内。

(2)并离网自动切换工作模式：在电网突然失电情况下，自动切换由电池储能系统带负荷离网运行，保证重要负荷的正常用电。该功能是基于无缝切换(切换时间30ms)，可保证负荷的平稳运行。

可选地，总成管理单元与双向变流器14之间通过采用双路通信的控制器局域网络总线连接，1路正常工作，1路备用。

可选地，电池柜的直流总线连接到汇流铜排上，汇流铜排与双向变流器14的直流输入母线连接。

可选地，电池柜的直流总线与汇流铜排之间还设置有断路器。

本实施例中，电池柜的直流电缆功率输出经过1个断路器，先连接到汇流铜排上，然后从汇流铜排连接到100kW双向变流器的直流输入母线上。100kW双向变流器的交流输出电缆连接到低压汇流母线，低压母线为380V系统。

本实施例的电池储能系统可以由磷酸铁锂电池簇与电池管理系统组成。2个75kWh电池柜并联，通过汇流铜排汇流到1个100kW双向变流器的直流侧，构成1个100kW/150kWh的电池储能系统。

其中，75kWh电池柜由14个磷酸铁锂电池箱串联而成，每个电池箱是由24个72Ah电芯按2P12S方式串并联组成；电池柜内并配置有1套电池管理系统来负责电池柜的管理。2个电池柜的538V高压直流总线汇流到汇流铜排上。其中一个电池柜兼有总控功能，能够提供CAN对外通讯接口，柜内的总成管理单元通过双路CAN总线与双向变流器实现通信，同时完成CAN总线与以太网的数据转换，可通过以太网向监控系统上传电池数据和信息，也可接收并执行监控系统下发的指令。

可选地，电池柜中还设置有感烟探测器，用于执行感烟报警。

可选地，电池管理系统12还包括：备用电源，与总成管理单元连接，用于在断电时，为总成管理单元提供电能。

可选地，双向变流器14连接于电网的配电变压器的低压侧。

可选地，电池储能系统还包括：监控系统，与电池管理系统12以及双向变流器14连接，用于获取并显示电池管理系统12以及双向变流器14的运行数据。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池储能系统，其特征在于，包括：

电池系统，用于存储电能；

电池管理系统，与所述电池系统连接，用于获取所述电池系统的电压，并根据所述电压对所述电池系统进行充放电控制；

双向变流器，与所述电池管理系统连接，用于将从电网输入的交流电转换为直流电，以及将从所述电池管理系统输入的直流电转换为交流电，以便所述电池管理系统对所述电池系统进行充放电控制。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电池系统包括：

多个相互并联的电池柜，所述电池柜包括多个串联连接的电池箱，所述电池箱包括多个电芯。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电池管理系统包括：

电池监测单元，与所述电芯连接，用于采集所述电芯的单体电压；

电池管理单元，与所述电池监测单元连接，用于根据所述单体电压，获取所述电池柜的电压，并根据所述电池柜的电压对所述电池柜进行充放电控制；

总成管理单元，与所述电池管理单元以及所述双向变流器连接，用于与所述双向变流器通信，进行所述电池管理系统的上下电控制。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述总成管理单元与所述双向变流器之间通过采用双路通信的控制器局域网络总线连接。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电池柜的直流总线连接到汇流铜排上，所述汇流铜排与所述双向变流器的直流输入母线连接。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述电池柜的直流总线与所述汇流铜排之间还设置有断路器。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电池柜中还设置有感烟探测器，用于执行感烟报警。

8.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括：

备用电源，与所述总成管理单元连接，用于在断电时，为所述总成管理单元提供电能。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述双向变流器连接于所述电网的配电变压器的低压侧。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其特征在于，还包括：

监控系统，与所述电池管理系统以及所述双向变流器连接，用于获取并显示所述电池管理系统以及所述双向变流器的运行数据。