CN109599953B - 一种储能系统以及能量管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的储能系统及其能量管理方法，在获取各个电池串的电量检测值和相应可控开关的状态，以及，能量转换设备的工作直流电压之后，通过判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过预设阈值，来确定当前各个连接状态电池串的SOC是否出现差异；若差值最大值超过预设阈值，则说明各个连接状态电池串的SOC已出现差异，本发明通过调整能量转换设备的工作直流电压，来降低各个连接状态电池串中电量检测值低电池串的放电速率或电量检测值高电池串的充电速率，进而避免各个连接状态电池串SOC之间的差异随着运行时间增长而增大，解决了现有技术中的问题。

Description

一种储能系统以及能量管理方法

技术领域

本发明涉及储能系统技术领域，特别涉及一种储能系统及其能量管理方法。

背景技术

现有的储能系统中，一般采用多个电池串并联使用；其中，全部电池的初始配置一样；并且，实际运用时，为了确保各并联电池串的SOC(State of Charge，荷电状态，也叫剩余电量)均衡，还会采用等长的线缆来被动均流。

然而，随着储能系统使用年限的增多，各个电池间的差异化越发明显，简单依靠等长线缆的被动均流方案，已经不能很好的协调各电池串间的SOC均衡；通常在运行一段时间后，各电池串间的SOC差异将会达到较大的程度，不利于应用。

发明内容

本发明提供一种储能系统及其能量管理方法，以解决现有技术中长时间运行后会造成SOC差异较大的问题。

为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

储能系统的能量管理方法，应用于储能系统的能量管理单元，所述储能系统中还包括能量转换设备、多个并联的电池串以及分别与各个电池串串联连接的多个可控开关；所述储能系统的能量管理方法包括：

获取各个电池串的电量检测值和相应可控开关的状态，以及，所述能量转换设备的工作直流电压；

判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过预设阈值；所述连接状态电池串为所连接可控开关处于闭合状态的电池串；

若所述差值最大值超过所述预设阈值，则调整所述能量转换设备的工作直流电压，以降低各个连接状态电池串中电量检测值低电池串的放电速率或电量检测值高电池串的充电速率。

优选的，判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过预设阈值，包括：

若所述能量转换设备处于放电模式，则判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过第一阈值；

若所述能量转换设备处于充电模式，则判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过第二阈值。

优选的，若所述差值最大值超过所述预设阈值，则调整所述能量转换设备的工作直流电压，以降低各个连接状态电池串中电量检测值低电池串的放电速率或电量检测值高电池串的充电速率，包括：

若所述能量转换设备处于放电模式且所述差值最大值超过所述第一阈值，则调高所述能量转换设备的工作直流电压，以降低各个连接状态电池串中电量检测值低电池串的放电速率；

若所述能量转换设备处于充电模式且所述差值最大值超过所述第二阈值，则调低所述能量转换设备的工作直流电压，以降低各个连接状态电池串中电量检测值高电池串的充电速率。

优选的，判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过预设阈值，还包括：

若所述能量转换设备处于放电模式，则判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过第三阈值；所述第三阈值大于等于所述第一阈值；

若所述能量转换设备处于充电模式，则判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过第四阈值；所述第四阈值大于等于所述第二阈值。

优选的，在判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过预设阈值之后，还包括：

若所述能量转换设备处于放电模式且所述差值最大值超过所述第三阈值，则控制各个连接状态电池串中电量检测值最低的电池串所连接的可控开关断开；

若所述能量转换设备处于充电模式且所述差值最大值超过所述第四阈值，则控制各个连接状态电池串中电量检测值最高的电池串所连接的可控开关断开。

优选的，所述电量检测值为剩余电量SOC或者电压。

优选的，在获取各个电池串的电量检测值和相应可控开关的状态，以及，所述能量转换设备的工作直流电压之后，还包括：

判断是否存在断开状态电池串的电量检测值满足预设条件；所述断开状态电池串为所连接可控开关处于断开状态的电池串；

若存在至少一个断开状态电池串的电量检测值满足所述预设条件，则以相应电池串的电压为参考值调整所述能量转换设备的工作直流电压，并在调整完成后控制相应电池串所连接的可控开关闭合。

优选的，判断是否存在断开状态电池串的电量检测值满足预设条件，包括：

若所述能量转换设备处于放电模式，则判断是否存在断开状态电池串的剩余电量大于各个连接状态电池串剩余电量的最小值，或者，是否存在断开状态电池串的电压大于所述能量转换设备的工作直流电压；

若所述能量转换设备处于充电模式，则判断是否存在断开状态电池串的剩余电量小于各个连接状态电池串剩余电量的最大值，或者，是否存在断开状态电池串的电压小于所述能量转换设备的工作直流电压。

一种储能系统，包括：能量管理单元、能量转换设备、多个并联的电池串以及分别与各个电池串串联连接的多个可控开关；其中：

所述能量转换设备的直流侧分别通过各个可控开关与相应的电池串相连；

所述能量管理单元用于执行上述任一所述的储能系统的能量管理方法。

本发明提供的储能系统的能量管理方法，在获取各个电池串的电量检测值和相应可控开关的状态，以及，所述能量转换设备的工作直流电压之后，通过判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过预设阈值，来确定当前各个连接状态电池串的SOC是否出现差异；若所述差值最大值超过所述预设阈值，则说明各个连接状态电池串的SOC已出现差异，本发明通过调整所述能量转换设备的工作直流电压，来降低各个连接状态电池串中电量检测值低电池串的放电速率或电量检测值高电池串的充电速率，进而避免各个连接状态电池串SOC之间的差异随着运行时间增长而增大，解决了现有技术中的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的储能系统的结构示意图；

图2是本发明另一实施例提供的储能系统的能量管理方法的流程图；

图3是本发明另一实施例提供的储能系统的能量管理方法的另一流程图；

图4是本发明另一实施例提供的储能系统的能量管理方法的另一流程图；

图5是本发明另一实施例提供的储能系统的能量管理方法的另一流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本发明提供一种储能系统的能量管理方法，以解决现有技术中长时间运行后会造成SOC差异较大的问题。

该储能系统的能量管理方法应用于储能系统的能量管理单元；而该储能系统，如图1所示，还包括能量转换设备、多个并联的电池串以及分别与各个电池串串联连接的多个可控开关；其中，

每个电池串中包括至少一个图1中所示的蓄电池，实际应用中，各个电池串中均应当包括多个串联连接的蓄电池，且各个电池串中串联连接的蓄电池数量应当相同，具体串联的个数设置视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内；

能量转换设备的直流侧分别通过各个可控开关与相应的电池串相连；

能量管理单元的输入端能够分别接收各个电池串的电量检测值和相应可控开关的状态，以及，能量转换设备的工作直流电压；且能量管理单元的输出端分别与能量转换设备的控制端以及各个可控开关的控制端相连。

请参见图2，该储能系统的能量管理方法包括：

S101、获取各个电池串的电量检测值和相应可控开关的状态，以及，能量转换设备的工作直流电压；

具体的，该电量检测值可以是指电池串的SOC或者电压，可以视其具体应用环境进行选择，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

能量管理单元在获取各个可控开关的状态之后，可以确定相应电池串是否与能量转换设备连接；具体的，若可控开关为闭合状态，则与该可控开关相连的电池串与能量转换设备连接、记为连接状态电池串；若可控开关为断开状态，则与该可控开关相连的电池串未与能量转换设备连接、记为断开状态电池串。

S102、判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过预设阈值；

如上所述，该连接状态电池串是指所连接可控开关处于闭合状态的电池串。

值得说明的是，能量转换设备的工作模式不同，则步骤S102中对应的预设阈值不同。具体的，请参见图3，该步骤包括：

若能量转换设备处于放电模式，则判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过第一阈值；

若能量转换设备处于充电模式，则判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过第二阈值。

该第一阈值和第二阈值主要是储能系统放电模式和充电模式时，SOC平衡的相应允许范围，比如额定电量的2％，此处不做具体限定，视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

无论在放电模式还是充电模式下，若出现差值最大值超过相应的预设阈值情况，则执行步骤S103；若差值最大值未超过相应的预设阈值，则返回步骤S101。

S103、调整能量转换设备的工作直流电压，以降低各个连接状态电池串中电量检测值低电池串的放电速率或电量检测值高电池串的充电速率。

该电量检测值低电池串，是指按照从大到小对电量检测值进行排序时，各个连接状态电池串中电量检测值排名倒数的至少一个电池串；而该电量检测值高电池串，是指按照从大到小对电量检测值进行排序时，各个连接状态电池串中电量检测值排名正数的至少一个电池串；所指的电池串的具体个数视其实际情况而定，大多数情况下应当是一个，也存在两个或者更多个的可能性，此处不做限定，均在本申请的保护范围内。

具体的，请参见图3，该步骤包括：

若能量转换设备处于放电模式且差值最大值超过第一阈值，则说明当前进行放电的各个电池串的SOC已出现差异，此时调高能量转换设备的工作直流电压，能够减小各个连接状态电池串中电量检测值低电池串的放电电流，进而能够降低各个连接状态电池串中电量检测值低电池串的放电速率。

若能量转换设备处于充电模式且差值最大值超过第二阈值，则说明当前进行充电的各个电池串的SOC已出现差异，此时调低能量转换设备的工作直流电压，能够减小各个连接状态电池串中电量检测值高电池串的充电电流，进而能够降低各个连接状态电池串中电量检测值高电池串的充电速率。

本实施例提供的该储能系统的能量管理方法，通过上述原理，在判断得到各个连接状态电池串的SOC已出现差异时，通过调整能量转换设备的工作直流电压，来降低各个连接状态电池串中电量检测值低电池串的放电速率或电量检测值高电池串的充电速率，进而避免各个连接状态电池串SOC之间的差异随着运行时间增长而增大，解决了现有技术中的问题。

本发明另一实施例还提供了另外一种储能系统的能量管理方法，在上述实施例及图2和图3的基础之上，优选的，请参见图4，其步骤S102，即判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过预设阈值，除了包括图3中所述的内容，还包括：

若能量转换设备处于放电模式，则判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过第三阈值；该第三阈值大于等于该第一阈值；

若能量转换设备处于充电模式，则判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过第四阈值；该第四阈值大于等于该第二阈值。

该第三阈值和第四阈值主要是储能系统放电模式和充电模式时，SOC平衡控制中切出电池串的相应允许范围，此处不做具体限定，视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

对应的，在步骤S102之后，即在判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过预设阈值之后，还包括：

若能量转换设备处于放电模式且差值最大值超过第三阈值，则执行步骤S141；否则，返回步骤S101；

S141、控制各个连接状态电池串中电量检测值最低的电池串所连接的可控开关断开；

若能量转换设备处于充电模式且差值最大值超过第四阈值，则执行步骤S142；否则，返回步骤S101；

S142、控制各个连接状态电池串中电量检测值最高的电池串所连接的可控开关断开。

该电量检测值最低的电池串，是指各个连接状态电池串中电量检测值最低的至少一个电池串；而该电量检测值最高的电池串，是指各个连接状态电池串中电量检测值最高的至少一个电池串；所指的电池串的具体个数视其实际情况而定，大多数情况下应当是一个，也存在两个或者更多个的可能性，此处不做限定，均在本申请的保护范围内。

在上一实施例的基础之上，若当前进行放电的各个电池串的SOC已出现差异，此时还可以通过控制相应可控开关断开，使各个连接状态电池串中电量检测值最低的电池串停止放电，避免该电池串的电量继续下降造成各个连接状态电池串SOC之间的差异随着运行时间的增长而进一步增大。若当前进行充电的各个电池串的SOC已出现差异，此时还可以通过控制相应可控开关断开，使各个连接状态电池串中电量检测值最高的电池串停止充电，避免该电池串的电量继续上升造成各个连接状态电池串SOC之间的差异随着运行时间的增长而进一步增大。

其余原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明另一实施例还提供了另外一种储能系统的能量管理方法，在上述实施例及图2至图4的基础之上，优选的，请参见图5，在步骤S101之后，即在获取各个电池串的电量检测值和相应可控开关的状态，以及，能量转换设备的工作直流电压之后，还包括：

S201、判断是否存在断开状态电池串的电量检测值满足预设条件；

该断开状态电池串是指，所连接可控开关处于断开状态的电池串。

该步骤具体包括：

若能量转换设备处于放电模式，则判断是否存在断开状态电池串的剩余电量大于各个连接状态电池串剩余电量的最小值，或者，是否存在断开状态电池串的电压大于能量转换设备的工作直流电压；

若能量转换设备处于充电模式，则判断是否存在断开状态电池串的剩余电量小于各个连接状态电池串剩余电量的最大值，或者，是否存在断开状态电池串的电压小于能量转换设备的工作直流电压。

若存在至少一个断开状态电池串的电量检测值满足预设条件，则执行步骤S202；

S202、以相应电池串的电压为参考值调整能量转换设备的工作直流电压，并在调整完成后控制相应电池串所连接的可控开关闭合。

图5以在图4的基础上为例进行展示，实际应用中也可以在图2或图3的基础之上，此处不再一一展示，均在本申请的保护范围内。

本实施例提供的该储能系统的能量管理方法，通过上述过程，能够有序地控制能量转换设备的工作直流电压和各电池串的投入和切出，从而实现多个电池串并联使用时的SOC均衡。

其余原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明另一实施例还提供了一种储能系统，如图1所示，包括：

能量管理单元；

能量转换设备；

多个并联的电池串；

分别与各个电池串串联连接的多个可控开关(如图1中所示的S1、S2…Sn)。

其中，每个电池串中包括至少一个图1中所示的蓄电池，实际应用中，各个电池串中均应当包括多个串联连接的蓄电池，且各个电池串中串联连接的蓄电池数量应当相同，具体串联的个数设置视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

能量转换设备的直流侧分别通过各个可控开关与相应的电池串相连；能量转换设备的交流侧与用电器件或者充电电源相连。

该能量管理单元用于执行上述任一实施例所述的储能系统的能量管理方法。

该储能系统的能量管理方法的过程及原理可以参见上述实施例，此处不再一一赘述。

本实施例提供的该储能系统，通过上述储能系统的能量管理方法，能够有序地控制能量转换设备的工作直流电压和各电池串的投入和切出，从而实现多个电池串并联使用时的SOC均衡。

本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种储能系统的能量管理方法，其特征在于，应用于储能系统的能量管理单元，所述储能系统中还包括能量转换设备、多个并联的电池串以及分别与各个电池串串联连接的多个可控开关；所述储能系统的能量管理方法包括：

获取各个电池串的电量检测值和相应可控开关的状态，以及，所述能量转换设备的工作直流电压；

判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过预设阈值；所述连接状态电池串为所连接可控开关处于闭合状态的电池串；

若所述差值最大值超过所述预设阈值，则调整所述能量转换设备的工作直流电压，以降低各个连接状态电池串中电量检测值低电池串的放电速率或电量检测值高电池串的充电速率。

2.根据权利要求1所述的储能系统的能量管理方法，其特征在于，判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过预设阈值，包括：

若所述能量转换设备处于放电模式，则判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过第一阈值；

若所述能量转换设备处于充电模式，则判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过第二阈值。

3.根据权利要求2所述的储能系统的能量管理方法，其特征在于，若所述差值最大值超过所述预设阈值，则调整所述能量转换设备的工作直流电压，以降低各个连接状态电池串中电量检测值低电池串的放电速率或电量检测值高电池串的充电速率，包括：

若所述能量转换设备处于放电模式且所述差值最大值超过所述第一阈值，则调高所述能量转换设备的工作直流电压，以降低各个连接状态电池串中电量检测值低电池串的放电速率；

若所述能量转换设备处于充电模式且所述差值最大值超过所述第二阈值，则调低所述能量转换设备的工作直流电压，以降低各个连接状态电池串中电量检测值高电池串的充电速率。

4.根据权利要求2所述的储能系统的能量管理方法，其特征在于，判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过预设阈值，还包括：

若所述能量转换设备处于放电模式，则判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过第三阈值；所述第三阈值大于等于所述第一阈值；

若所述能量转换设备处于充电模式，则判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过第四阈值；所述第四阈值大于等于所述第二阈值。

5.根据权利要求4所述的储能系统的能量管理方法，其特征在于，在判断各个连接状态电池串的电量检测值之间的差值最大值是否超过预设阈值之后，还包括：

若所述能量转换设备处于放电模式且所述差值最大值超过所述第三阈值，则控制各个连接状态电池串中电量检测值最低的电池串所连接的可控开关断开；

若所述能量转换设备处于充电模式且所述差值最大值超过所述第四阈值，则控制各个连接状态电池串中电量检测值最高的电池串所连接的可控开关断开。

6.根据权利要求1-5任一所述的储能系统的能量管理方法，其特征在于，所述电量检测值为剩余电量SOC或者电压。

7.根据权利要求6所述的储能系统的能量管理方法，其特征在于，在获取各个电池串的电量检测值和相应可控开关的状态，以及，所述能量转换设备的工作直流电压之后，还包括：

判断是否存在断开状态电池串的电量检测值满足预设条件；所述断开状态电池串为所连接可控开关处于断开状态的电池串；

若存在至少一个断开状态电池串的电量检测值满足所述预设条件，则以相应电池串的电压为参考值调整所述能量转换设备的工作直流电压，并在调整完成后控制相应电池串所连接的可控开关闭合。

8.根据权利要求7所述的储能系统的能量管理方法，其特征在于，判断是否存在断开状态电池串的电量检测值满足预设条件，包括：

若所述能量转换设备处于放电模式，则判断是否存在断开状态电池串的剩余电量大于各个连接状态电池串剩余电量的最小值，或者，是否存在断开状态电池串的电压大于所述能量转换设备的工作直流电压；

若所述能量转换设备处于充电模式，则判断是否存在断开状态电池串的剩余电量小于各个连接状态电池串剩余电量的最大值，或者，是否存在断开状态电池串的电压小于所述能量转换设备的工作直流电压。

9.一种储能系统，其特征在于，包括：能量管理单元、能量转换设备、多个并联的电池串以及分别与各个电池串串联连接的多个可控开关；其中：

所述能量转换设备的直流侧分别通过各个可控开关与相应的电池串相连；

所述能量管理单元用于执行权利要求1-8任一所述的储能系统的能量管理方法。

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