CN109149610A

CN109149610A - 储能系统多级soc均衡控制系统

Info

Publication number: CN109149610A
Application number: CN201811056961.9A
Authority: CN
Inventors: 但助兵; 王宇翔; 詹孟兴; 雷莹
Original assignee: Shenzhen Clou Electronics Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Clou Electronics Co Ltd
Priority date: 2018-09-11
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2019-01-04

Abstract

本发明公开了一种储能系统多级SOC均衡控制系统，其包括：电池箱系统层，其包括多个电池箱系统，每一个电池箱系统包括多个电池管理系统；电池管理系统BMSij用于获取SOCij；中压箱系统层，其包括多个中压箱系统，每一个中压箱系统包括多个储能变流器和一个集控设备，PCSij与BMSij连接；集控设备KQi根据SOCij计算得到与第i个电池箱系统对应的SOCi；储能监控系统层,当接收到的功率控制指令非满功率指令时，根据SOCi执行箱间功率均衡策略且控制集控设备根据SOCij执行箱内功率均衡策略；AGC控制系统层用于接收并发送功率控制指令至储能监控系统层。本发明双重均衡策略，提升了均衡效果。

Description

储能系统多级SOC均衡控制系统

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，尤其涉及一种储能系统多级SOC均衡控制系统。

背景技术

现有的AGC调频储能系统包括多个电池箱系统，每一个电池箱系统包括多个电池堆，每一个电池堆都具有一个独立的电池管理系统BMS，由于每一个电池堆自身的电池内阻、自放电能力的不一致，运行温度区间的差异等特征，所以，AGC调频储能系统长时间运行后，不同的电池箱系统的SOC值会出现差异，甚至每一个电池箱系统内的每一个电池管理系统的SOC值也会出现差异。

有鉴于此，实有必要提供一种既可以确保电池箱系统间的SOC值均衡，也能确保电池箱系统内的电池管理系统间的SOC值的SOC均衡控制系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种储能系统多级SOC均衡控制系统，以解决现有的储能系统的SOC值均衡效果不佳的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种储能系统多级SOC均衡控制系统，其包括：

电池箱系统层，其包括多个电池箱系统，每一个电池箱系统包括多个电池管理系统；电池管理系统BMSij用于获取与之对应的SOCij，其中，电池管理系统BMSij为第i个电池箱系统中的第j个电池管理系统BMS，1≤i≤M，1≤j≤N，其中,M为电池箱系统的个数，N为每一个电池箱系统中电池管理系统的个数；

中压箱系统层，其包括多个中压箱系统，每一个中压箱系统包括多个储能变流器和一个集控设备，集控设备分别与每一个储能变流器连接；储能变流器PCSij与电池管理系统BMSij连接；集控设备KQi根据SOCij计算得到与第i个电池箱系统对应的SOCi；

储能监控系统层,其与所述中压箱系统层连接，当接收到的功率控制指令非满功率指令时，所述储能监控系统层根据所述SOCi执行箱间功率均衡策略，致使M个电池箱系统的SOC值达到均衡；且控制所述集控设备KQi根据所述SOCij执行箱内功率均衡策略，致使所述第i个电池箱系统内的N个电池管理系统的SOC值达到均衡；

AGC控制系统层，其与储能监控系统层连接，AGC控制系统层用于接收外部发送的功率控制指令，并将功率控制指令发送至储能监控系统层。

作为本发明的进一步改进，集控设备包括：

SOC值计算模块，用于根据公式(1)计算得到SOCi:

SOCi＝(SOCi1+SOCi2+......+SOCij+....+SOCiN)/N (1)。

作为本发明的进一步改进，储能监控系统层包括：

指令判断模块，用于判断功率控制指令是充电功率指令还是放电功率指令；

箱间充电处理模块，用于按照公式(2)进行充电功率的分配，其中，与功率控制指令对应的充电功率为P1，为第i个电池箱系统分配的充电功率为P1i；

P1i＝{(1-SOCi)/[(1-SOC1)+(1-SOC2)...+(1-SOCi)+...(1-SOCM)]}*P1

(2),其中，M为电池箱系统的个数，重复执行该步骤，直至M个电池箱系统的SOC值达到均衡。

作为本发明的进一步改进，集控设备包括：

箱内充电处理模块，用于按照公式(3)进行充电功率的分配，其中，第i个电池箱系统分配的充电功率为P1i，为第i个电池箱系统中第j个电池管理系统BMS分配的充电功率为P1ij:

P1ij＝{(1-SOCij)/[(1-SOCi1)+(1-SOCi2)...+(1-SOCij)+...(1-SOCiN)]}*P1i

(3),其中，N为电池箱系统中电池管理系统BMS的个数，重复执行该步骤，直至每一个电池箱系统内的N个电池管理系统的SOC值达到均衡。

作为本发明的进一步改进，储能监控系统层还包括：

箱间放电处理模块，用于按照公式(4)进行放电功率的分配，其中，与功率控制指令对应的放电功率为P2，为第i个电池箱系统分配的放电功率为P2i：

P2i＝[SOCi/(SOC1+SOC2+SOCi+...SOCM)]*P2(4)，重复执行该步骤，直至M个电池箱系统的SOC值达到均衡。

作为本发明的进一步改进，集控设备还包括：

箱内放电处理模块，用于按照公式(5)进行放电功率的分配，其中，第i个电池箱系统分配的放电功率为P2i，为第i个电池箱系统中第j个电池管理系统BMS分配的放电功率为P2ij：

P2ij＝[SOCij/(SOCi1+SOCi2+SOCij+...SOCiN)]*P2i(5)，重复执行该步骤，直至每一个电池箱系统内的多个电池管理系统的SOC值达到均衡。

作为本发明的进一步改进，其还包括：

高压环网箱系统层，其一端与每一个中压箱系统连接，另一端与储能监控系统层连接，中压箱系统中的储能变流器将电池箱系统中的直流逆变得到交流，中压箱系统中的变压器将交流升压后传输至高压环网箱系统层，高压环网箱系统层用于将M个中压箱系统的升压后交流汇聚后并网；

储能监控系统层，还用于接收AGC控制系统层的调度指令和电池箱系统层的实时运行信息，实现电池箱系统层的实时数据处理、分析、图形化显示、数据存储、调度功率分配和历史数据查询。

与现有技术相比，本发明根据每一个电池箱系统对应的SOC值，实施箱间功率均衡策略，以达到M个电池箱系统的SOC值达到均衡的目的，且根据每一个电池管理系统对应的SOC值，实施箱内功率均衡策略，以达到每一个电池箱系统内的N个电池管理系统的SOC值达到均衡的目的，至此，通过双重均衡控制策略，达到了电池箱系统间，且电池箱系统内SOC值都均衡的目的，从而提升了储能系统的SOC均衡效果。

附图说明

图1为本发明储能系统多级SOC均衡控制系统一个实施例的框架结构示意图；

图2为本发明储能系统多级SOC均衡控制系统中集控设备一个实施例的功能模块示意图；

图3为本发明储能系统多级SOC均衡控制系统中储能监控系统层一个实施例的功能模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1-图3展示了本发明储能系统多级SOC均衡控制系统的一个实施例。在本实施例中，参见图1，该储能系统多级SOC均衡控制系统包括AGC控制系统层1、储能监控系统层2、中压箱系统层4和电池箱系统层5。

其中，电池箱系统层5包括多个电池箱系统，每一个电池箱系统包括多个电池管理系统。具体地，电池管理系统BMSij用于获取与之对应的SOCij，其中，电池管理系统BMSij为第i个电池箱系统中的第j个电池管理系统BMS，1≤i≤M，1≤j≤N，其中,M为电池箱系统的个数，N为每一个电池箱系统中电池管理系统的个数。

为了更加详细说明本发明的技术方案，以电池箱系统层包括4个电池管理系统BMS为例，对本案进行详细说明。

具体地，电池箱系统层5包括第1个电池箱系统、第2个电池箱系统、第3个电池箱系统和第4个电池箱系统。

进一步地，第1个电池箱系统包括电池管理系统BMS1-1、电池管理系统BMS1-2、电池管理系统BMS1-3和电池管理系统BMS1-4；......；第4个电池箱系统包括电池管理系统BMS4-1、电池管理系统BMS4-2、电池管理系统BMS4-3和电池管理系统BMS4-4。

则电池管理系统BMS1-1获取的SOC至为SOC11，电池管理系统BMS1-2获取的SOC至为SOC12，电池管理系统BMS1-3获取的SOC至为SOC13，电池管理系统BMS1-4获取的SOC至为SOC14。

进一步地，中压箱系统层4包括多个中压箱系统，每一个中压箱系统包括多个储能变流器、一个集控设备和一个变压器(图中未示出)，集控设备分别与每一个储能变流器连接，变压器的一端与每一个储能变流器的交流输出端连接，另一端与高压环网箱系统层连接；储能变流器PCSij与电池管理系统BMSij连接；集控设备KQi根据SOCij计算得到与第i个电池箱系统对应的SOCi。

在本实施例的基础上，其他实施例中，参见图2，该集控设备包括SOC值计算模块10。其中，该SOC值计算模块10，用于根据公式(1)计算得到SOCi:

SOCi＝(SOCi1+SOCi2+......+SOCij+....+SOCiN)/N (1)。

具体地，假设第1个电池箱系统包括电池管理系统BMS1-1，与电池管理系统BMS1-1对应的SOC值为SOC11、电池管理系统BMS1-2，与电池管理系统BMS1-2对应的SOC值为SOC12、电池管理系统BMS1-3，与电池管理系统BMS1-3对应的SOC值为SOC13、电池管理系统BMS1-4，与电池管理系统BMS1-4对应的SOC值为SOC14。

则SOC1＝(SOC11+SOC12+SOC13+SOC14)/4。

进一步地，储能监控系统层2，其一端与中压箱系统层4连接，另一端与AGC控制系统层1连接；当接收到的功率控制指令非满功率指令时，储能监控系统层2根据SOCi执行箱间功率均衡策略，致使M个电池箱系统的SOC值达到均衡；且控制集控设备KQi根据SOCij执行箱内功率均衡策略，致使第i个电池箱系统内的N个电池管理系统的SOC值达到均衡。

进一步地，AGC控制系统层1与储能监控系统层2连接，AGC控制系统层1用于接收外部发送的功率控制指令，并将功率控制指令发送至储能监控系统层2。

在本实施例中，储能监控系统层2接收AGC控制系统层1发送的功率控制指令，并根据该功率控制指令进行储能系统的均衡控制。

在本实施例的基础上，其他实施例中，参见图3，该储能监控系统层2包括指令判断模块20和箱间充电处理模块21。

其中，指令判断模块20，用于判断功率控制指令是充电功率指令还是放电功率指令；箱间充电处理模块21，用于按照公式(2)进行充电功率的分配，其中，与功率控制指令对应的充电功率为P1，为第i个电池箱系统分配的充电功率为P1i；

P1i＝{(1-SOCi)/[(1-SOC1)+(1-SOC2)...+(1-SOCi)+...(1-SOCM)]}*P1

在本实施例中，假设电池箱系统层有4个中电池箱系统，分别为第1个电池箱系统、第2个电池箱系统、第3个电池箱系统和第4个电池箱系统。

则电池箱系统分配充电功率：

P11＝{(1-SOC1)/[(1-SOC1)+(1-SOC2)+(1-SOC3)+(1-SOC4)]}*P1；

P12＝{(1-SOC2)/[(1-SOC1)+(1-SOC2)+(1-SOC3)+(1-SOC4)]}*P1；

P13＝{(1-SOC3)/[(1-SOC1)+(1-SOC2)+(1-SOC3)+(1-SOC4)]}*P1；

P14＝{(1-SOC4)/[(1-SOC1)+(1-SOC2)+(1-SOC3)+(1-SOC4)]}*P1。

本实施例当电池箱系统的SOC值较小时，若处于充电过程中，根据公式(2)的分配规则可以分配更多的充电功率给SOC值较小的电池箱系统，从而致使该电池箱系统的SOC增长较快，其余的电池箱系统的SOC值增长较慢，进而达到电池箱系统间的SOC值自动均衡的目的，既提升了SOC均衡的效率，也提升了SOC均衡的自动性能。

在本实施例的基础上，其他实施例中，参见图2，集控设备包括箱内充电处理模块30。

其中，箱内充电处理模块30，用于按照公式(3)进行充电功率的分配，其中，第i个电池箱系统分配的充电功率为P1i，为第i个电池箱系统中第j个电池管理系统BMS分配的充电功率为P1ij:

P1ij＝{(1-SOCij)/[(1-SOCi1)+(1-SOCi2)...+(1-SOCij)+...(1-SOCiN)]}*P1i

在本实施例中，假设电池箱系统层有4个电池箱系统，分别为第1个电池箱系统、第2个电池箱系统、第3个电池箱系统和第4个电池箱系统。

其中，第1个电池箱系统包括电池管理系统BMS1-1、电池管理系统BMS1-2、电池管理系统BMS1-3和电池管理系统BMS1-4。

具体地，第1个电池箱系统分配充电功率；

P111＝{(1-SOC11)/[(1-SOC11)+(1-SOC12)+(1-SOC13)+(1-SOC14)]}*P11；

P112＝{(1-SOC12)/[(1-SOC11)+(1-SOC12)+(1-SOC13)+(1-SOC14)]}*P11；

P113＝{(1-SOC13)/[(1-SOC11)+(1-SOC12)+(1-SOC13)+(1-SOC14)]}*P11；

P114＝{(1-SOC14)/[(1-SOC11)+(1-SOC12)+(1-SOC13)+(1-SOC14)]}*P11。

本实施例当电池管理系统的SOC值较小时，若处于充电过程中，根据公式(3)的分配规则可以分配更多的充电功率给SOC值较小的电池管理系统，从而致使该电池管理系统的SOC增长较快，其余的电池管理系统的SOC值增长较慢，进而达到电池管理系统间的SOC值自动均衡的目的，既提升了SOC均衡的效率，也提升了SOC均衡的自动性能。

在本实施例的基础上，其他实施例中，参见图3，该储能监控系统层2还包括箱间放电处理模块40。

其中，箱间放电处理模块40，用于按照公式(4)进行放电功率的分配，其中，与功率控制指令对应的放电功率为P2，为第i个电池箱系统分配的放电功率为P2i：

则电池箱系统分配放电功率：

P21＝[SOC1/(SOC1+SOC2+SOC3+SOC4)]*P2；

P22＝[SOC2/(SOC1+SOC2+SOC3+SOC4)]*P2；

P23＝[SOC3/(SOC1+SOC2+SOC3+SOC4)]*P2；

P24＝[SOC4/(SOC1+SOC2+SOC3+SOC4)]*P2。

本实施例当电池箱系统的SOC值较小时，若处于放电过程中，根据公式(4)的分配规则可以分配更少的放电功率给SOC值较小的电池箱系统，从而致使该电池箱系统的SOC下降较慢，其余的电池箱系统的SOC值下降较快，进而达到电池箱系统间的SOC值自动均衡的目的，既提升了SOC均衡的效率，也提升了SOC均衡的自动性能。

在本实施例的基础上，其他实施例中，参见图2，该集控设备还包括箱内放电处理模块50。

其中，该箱内放电处理模块50，用于按照公式(5)进行放电功率的分配，其中，第i个电池箱系统分配的放电功率为P2i，为第i个电池箱系统中第j个电池管理系统BMS分配的放电功率为P2ij：

具体地，第1个电池箱系统分配放电功率；

P211＝[SOC11/(SOC11+SOC12+SOC13+SOC14)]*P21；

P212＝[SOC12/(SOC11+SOC12+SOC13+SOC14)]*P21；

P213＝[SOC13/(SOC11+SOC12+SOC13+SOC14)]*P21；

P214＝[SOC14/(SOC11+SOC12+SOC13+SOC14)]*P21。

本实施例当电池管理系统的SOC值较小时，若处于放电过程中，根据公式(5)的分配规则可以分配更少的放电功率给SOC值较小的电池管理系统，从而致使该电池管理系统的SOC下降较慢，其余的电池管理系统的SOC值下降较快，进而达到电池管理系统间的SOC值自动均衡的目的，既提升了SOC均衡的效率，也提升了SOC均衡的自动性能。

在上述实施例的基础上，其他实施例中，参见图1，该储能系统多级SOC均衡控制系统还包括高压环网箱系统层3。

其中，高压环网箱系统层3一端与每一个中压箱系统的变压器连接，另一端与储能监控系统层2连接，中压箱系统中的储能变流器将电池箱系统中的直流逆变得到交流，中压箱系统中的变压器将交流升压后传输至高压环网箱系统层3，高压环网箱系统层3用于将M个中压箱系统的升压后交流汇聚后并网。

具体地，中压箱系统中的储能变流器将电池箱系统中的直流逆变得到交流(譬如：400V，低压交流电)，通过变压器升压到10Kv(AC交流中压)。高压环网箱系统层3将M个中压箱系统的10Kv母线汇流起来后实现并网。

储能监控系统EMS接收AGC控制系统层1的调度指令和电池箱系统层5的实时运行信息，实现电池箱系统层5的实时数据处理、分析、图形化显示、数据存储、调度功率分配和历史数据查询。

本实施例根据每一个电池箱系统对应的SOC值，实施箱间功率均衡策略，以达到M个电池箱系统的SOC值达到均衡的目的，且根据每一个电池管理系统对应的SOC值，实施箱内功率均衡策略，以达到每一个电池箱系统内的N个电池管理系统的SOC值达到均衡的目的，至此，通过双重均衡控制策略，达到了电池箱系统间，且电池箱系统内SOC值都均衡的目的，从而提升了储能系统的SOC均衡效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将储能系统多级SOC均衡控制系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块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。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。

以上对发明的具体实施方式进行了详细说明，但其只作为范例，本发明并不限制与以上描述的具体实施方式。对于本领域的技术人员而言，任何对该发明进行的等同修改或替代也都在本发明的范畴之中，因此，在不脱离本发明的精神和原则范围下所作的均等变换和修改、改进等，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims

1.一种储能系统多级SOC均衡控制系统，其特征在于，其包括：

电池箱系统层，其包括多个电池箱系统，每一个电池箱系统包括多个电池管理系统；电池管理系统BMSij用于获取与之对应的SOCij，其中，所述电池管理系统BMSij为第i个电池箱系统中的第j个电池管理系统BMS，1≤i≤M，1≤j≤N，其中,M为电池箱系统的个数，N为每一个电池箱系统中电池管理系统的个数；

中压箱系统层，其包括多个中压箱系统，每一个中压箱系统包括多个储能变流器和一个集控设备，所述集控设备分别与每一个储能变流器连接；储能变流器PCSij与电池管理系统BMSij连接；集控设备KQi根据SOCij计算得到与第i个电池箱系统对应的SOCi；

AGC控制系统层，其与所述储能监控系统层连接，所述AGC控制系统层用于接收外部发送的所述功率控制指令，并将所述功率控制指令发送至所述储能监控系统层。

2.根据权利要求1所述的储能系统多级SOC均衡控制系统，其特征在于，所述集控设备包括：

SOC值计算模块，用于根据公式(1)计算得到SOCi:

SOCi＝(SOCi1+SOCi2+......+SOCij+....+SOCiN)/N (1)。

3.根据权利要求1所述的储能系统多级SOC均衡控制系统，其特征在于，所述储能监控系统层包括：

指令判断模块，用于判断所述功率控制指令是充电功率指令还是放电功率指令；

箱间充电处理模块，用于当功率控制指令为充电功率指令时，按照公式(2)进行充电功率的分配，其中，与所述功率控制指令对应的充电功率为P1，为第i个电池箱系统分配的充电功率为P1i；

P1i＝{(1-SOCi)/[(1-SOC1)+(1-SOC2)...+(1-SOCi)+...(1-SOCM)]}*P1

4.根据权利要求3所述的储能系统多级SOC均衡控制系统，其特征在于，所述集控设备包括：

P1ij＝{(1-SOCij)/[(1-SOCi1)+(1-SOCi2)...+(1-SOCij)+...(1-SOCiN)]}*P1i

5.根据权利要求3所述的储能系统多级SOC均衡控制系统，其特征在于，所述储能监控系统层还包括：

箱间放电处理模块，用于当功率控制指令为放电功率指令时，按照公式(4)进行放电功率的分配，其中，与所述功率控制指令对应的放电功率为P2，为第i个电池箱系统分配的放电功率为P2i：

6.根据权利要求5所述的储能系统多级SOC均衡控制系统，其特征在于，所述集控设备还包括：

7.根据权利要求1所述的储能系统多级SOC均衡控制系统，其特征在于，其还包括：

高压环网箱系统层，其一端与每一个中压箱系统连接，另一端与所述储能监控系统层连接，所述中压箱系统中的储能变流器将电池箱系统中的直流逆变得到交流，所述中压箱系统中的变压器将所述交流升压后传输至所述高压环网箱系统层，所述高压环网箱系统层用于将M个中压箱系统的升压后交流汇聚后并网；

所述储能监控系统层，还用于接收所述AGC控制系统层的调度指令和所述电池箱系统层的实时运行信息，实现所述电池箱系统层的实时数据处理、分析、图形化显示、数据存储、调度功率分配和历史数据查询。