CN110492560A - 多功能移动锂电池储能电源车系统、云平台及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多功能移动锂电池储能电源车系统，包括：车板及车厢构成的移动载体，车厢的内部分成前后两个隔间，前部的第一隔间内设置有：锂电池储能柜、充电桩柜、控制柜，后部的第二隔间内设置有：隔离变压器柜、电动卷线机、储能变流器柜、系统配电柜、电池管理系统BMS主机；各部件之间实现通讯连接或者电连接。本发明还涉及一种储能电源车系统的物联网云平台、一种储能电源车系统的控制方法。本发明功能多，既能为重要负荷保电、既能作为应急电源、既能做后备式UPS、既能消纳新能源发电、既能给电动汽车充电；磷酸铁锂电池储能系统，可重复充放电、寿命长；相比柴油发电车，环境友好；机动灵活，能够快速响应供电、充电需求。

Description

多功能移动锂电池储能电源车系统、云平台及控制方法
技术领域
本发明属于锂电池储能电站技术领域，特别是涉及一种多功能移动锂电池储能电源车系统、云平台及控制方法。
背景技术
一些重要场合、设施对电力系统不间断运行和可靠供电要求严苛，一旦遇到突发性停电故障时，需采取应急措施进行紧急供电。目前，应急供电通常采用应急柴油发电车等，但柴油发电车技术存在局限性，如噪声、空气污染。
电池储能电站具有削峰填谷作用，可使电网内煤电机组在其经济区间上运行；对于需要启停机组进行调峰的电网，可减少电网启停机组的费用和对机组寿命的影响，进而提高电网的经济性。
如太阳能、风能等新能源发电，直接并网会对电网产生很大冲击，导致了“弃光”、“弃风”的现象。储能电站的灵活和快速响应能够弥补新能源发电的随机性和间歇性，可以提升电网对新能源的消纳能力。
随着新能源电动车数量快速增长，现有充电设施难以满足海量的充电需求。在一些偏远地区，存在新建充电设施成本高、使用率低问题。另外，当电动汽车因电量低抛锚时，则需要移动式充电服务救援。
发明内容
针对于重要负荷保电、应急供电、配网能力提升、移动充电需求，本发明提供一种多功能移动锂电池储能电源车系统。本发明提出了以锂电池为储能手段的移动储能电源车系统。本系统具备环境友好、灵活可靠的性能，可应用于各种重要负荷保电、应急供电、配电网供电能力提升、移动充电服务等需求。随着我国电力辅助服务市场的开启，本系统将在调峰、调频、调压等辅助服务中取得收益，获得市场化发展机遇。本发明所采用的技术方案如下：
一种多功能移动锂电池储能电源车系统，包括：车板及车厢构成的移动载体，车厢的内部分成前后两个隔间，前部的第一隔间内设置有：锂电池储能柜、充电桩柜、控制柜，后部的第二隔间内设置有：隔离变压器柜、电动卷线机、储能变流器柜、系统配电柜、电池管理系统BMS主机、UPS不间断电源；
锂电池储能柜与控制柜通过LAN或RS485通信，电池管理系统BMS主机、UPS不间断电源安装在系统配电柜上；储能变流器柜处于锂电池储能柜与隔离变压器柜之间进行电气和通信连接，储能变流器柜与控制柜通过CAN总线通信、并接受控制柜发出的控制指令；隔离变压器柜处于储能变流器柜与系统配电柜之间进行电气和通信连接；控制柜用于储能电源车系统的控制策略、参数设置、状态监控、信息显示；控制柜与电池管理系统BMS主机、储能变流器、系统配电柜、充电桩进行CAN、LAN或RS485通信，下发控制指令。
本发明的多功能移动锂电池储能电源车系统，可以在离网模式下实现保电任务和移动充电任务，在并网模式下实现削峰填谷、新能源消纳和应急供电。
优选地，前部的第一隔间内设置有空调系统，后部的第二隔间内设置有消防系统；在电源车系统的车厢第一侧面设置有：空调出风口、消防排气口、液晶显示屏、手动消防按钮，在电源车系统的车厢第二侧面设置有配电柜交流功率线缆快速插头，在电源车系统的车厢顶部设置有：烟雾报警器、摄像头。
一种储能电源车系统的物联网云平台，包括一台以上储能电源车系统和互联网数据中心，储能电源车系统通过无线传输模块与互联网数据中心通讯、上传数据信息，数据中心用于管理、监控、展示多个移动储能电源车系统的信息，并根据需要调度储能电源车系统。
一种储能电源车系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、储能电源车系统启动后开始自检，自检成功之后转下一步；
步骤2、储能电源车系统默认运行在离网状态下，判断是否手动切换控制、计划性指令输入调度，根据输入条件，如果是离网模块、转下一步，如果是并网模式、转步骤4；
步骤3、离网模式包括保电任务和移动充电任务，保电任务下储能电源车系统进入应急供电模式，移动充电任务下储能电源车系统的移动充电桩为电动汽车充电；
步骤4、并网模式包括了削峰填谷、新能源消纳和应急供电，当选择削峰填谷或者新能源消纳时，储能车根据外部的能量管理系统指令控制，进行系统的充放电。当选择应急供电时，储能车作为电压源为负荷供电。
本发明提供一种多功能移动式锂电池储能车，能够进行重要负荷保电、应急供电；有并、离网两种运行模式，离网运行可实现多机并联，具有后备式UPS功能；可接入新能源发电，平滑输出；支持电动汽车有序充电，具备V2G与电动汽车电池检测功能。本发明在上述三个方面具有重大的经济价值和社会价值。与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1)功能多，既能为重要负荷保电、既能作为应急电源、既能做后备式UPS、既能消纳新能源发电、既能给电动汽车充电；
2)磷酸铁锂电池储能系统，可重复充放电、寿命长；
3)相比柴油发电车，环境友好；
4)机动灵活，能够快速响应供电、充电需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的具体实施方式、或者现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些具体实施方式，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属于本申请保护范围之内的附图。
图1为本发明的电源车系统平面剖视图，示出各部件的位置；
图2为本发明的电源车系统的车厢第一侧面示意图；
图3为本发明的电源车系统的车厢第二侧面示意图；
图4为本发明的电源车系统的车顶示意图；
图5为本发明的电源车系统的电气和通讯连接示意图；
图6为本发明的物联网云平台系统构成示意图；
图7为本发明的监控系统的工作流程示意图；
图8为本发明的监控系统展示内容示意图；
图9为本发明的储能电源车系统控制流程图。
图中，1-车板及车厢、2-锂电池储能柜、3-充电桩、4-空调系统、5-控制柜、6-隔离变压器柜、7-电动卷线机、8-储能变流器柜、9-消防系统、10-系统配电柜、11-BMS主机、12-UPS不间断电源、13-空调出风口、14-消防排气口、15-液晶显示屏、16-充电枪、17-手动消防按钮、18-配电柜交流功率线缆快速插头、19-烟雾报警器、20-摄像头。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1所示，为本发明的电源车系统平面剖视图，示出各部件在车厢内的位置；如图2所示，为本发明的电源车系统的车厢第一侧面示意图；如图3所示，为本发明的电源车系统的车厢第二侧面示意图；如图4所示，为本发明的电源车系统的车顶示意图；如图5所示，为本发明的电源车系统的电气和通讯连接示意图。一种多功能移动锂电池储能电源车系统，车板及车厢1构成移动载体，车厢的内部分成前后两个隔间，前部的第一隔间内设置有：锂电池储能柜2、充电桩柜3、空调系统4、控制柜5，后部的第二隔间内设置有：隔离变压器柜6、电动卷线机7、储能变流器柜8、消防系统9、系统配电柜10、电池管理系统BMS主机11、UPS不间断电源12。在电源车系统的车厢第一侧面设置有：空调出风口13、消防排气口14、液晶显示屏15、充电枪16、手动消防按钮17。在电源车系统的车厢第二侧面设置有配电柜交流功率线缆快速插头18。在电源车系统的车厢顶部设置有：烟雾报警器19、摄像头20。UPS不间断电源12的作用：1、电源车系统启动电源；2、电源车系统运行过程中，电网断电或者电池无电或两者均发生时，给系统核心设备储能变流器柜8、控制柜5及锂电池储能柜BMS系统供电。
其中，锂电池储能柜2采用磷酸铁锂电池电芯，储存电量可根据实际需求选择300kWh、500kWh、750kWh，共配置3面柜。磷酸铁锂电池电芯包括电池管理系统BMS，锂电池储能柜2与控制柜5通过LAN或RS485通信，提供电池的状态信息。电池管理系统BMS主机11、UPS不间断电源12安装在系统配电柜10上，通过螺栓固定。电池管理系统BMS是应用程序(软件)，依赖于电池电芯内部的硬件电路；BMS主机11是载体、是硬件平台，BMS的运行和管理依赖于BMS主机11。
储能变流器柜8采用三电平拓扑结构的AC/DC双向储能变流器，用于根据系统指令控制储能电池充放电，处于锂电池储能柜2与隔离变压器柜6之间进行电气和通信连接。储能变流器柜8与控制柜5通过CAN总线通信，并接受控制柜5发出的控制指令。
隔离变压器柜6，用于储能系统与电网的电气隔离，处于储能变流器柜8与系统配电柜10之间进行电气和通信连接。可选的，当系统配置成不间断电源时，储能变流器采用两个储能变流器背靠背接线，其中一个储能变流器集成到所述隔离变压器柜6内，以实现不间断无缝切换。可选的，系统并/离网模式快速切换采用静态开关实现，所述静态开关集成到所述隔离变压器柜6内。
充电桩3包含充电枪16，用于电动汽车充电，并由充电枪16的CAN总线与汽车通信，获取汽车电池信息，并将信息传给控制柜5。采用直流输出功率80kW的充电桩，并配置2把充电枪。可选的，所述充电桩可选用直流充电桩或交流充电桩；所述充电枪16数量可根据需要配置1到4个。
控制柜5包括工控机、监控系统、联网模块，用于储能电源车系统的控制策略、参数设置、状态监控、信息显示；控制柜5与电池管理系统BMS主机11、储能变流器8、系统配电柜10、充电桩3、联网数据中心进行CAN、LAN或RS485通信，进行下发控制指令、上传数据。监控系统包括摄像头20(在车厢内顶部前后两隔间各安装1个摄像头20)、液晶显示屏15、监控平台、手持终端。摄像头20用于观察车厢内状况并将数据回传给监控系统；液晶显示屏15用于储能系统拓扑展示、电池信息展示，且具有人机交互功能；监控平台根据上传的设备运行数据，进行状态评估和安全预警，并由联网模块提供的通信接口上传数据到互联网数据中心。控制柜5中的联网模块，选择GPRS-DTU、NB-IoT或5G等物联网模块。在这里，所述的监控平台、互联网数据中心采用现有的常规技术即可实现，不需要做程序或者方法方面的特殊改进。可选的，手持终端，通过应用接口连接到所述互联网数据中心，进行控制和展示。
空调系统4，用于调节车厢内环境温度，为车厢内各设备运行提供合适的温度区间，并在车厢外部设置空调出风口13。消防系统9用于整车消防灭火，采用七氟丙烷灭火剂，并在车厢内顶部前后两隔间各安装1个烟雾报警器19、车厢外侧面设置消防排气口14、手动消防按钮17。电动卷线机7，用于卷绕电缆，可同时卷绕4根150mm2电缆。
系统配电柜10通过开关断路器控制系统的输入输出主回路。系统输入、输出主回路由系统配电柜10的主配电开关控制，并由各支路开关分别控制充电桩3、空调系统4、消防系统9、电动卷线机7、系统插座、系统照明的通断。配电柜交流功率线缆快速插头18作为系统配电柜10与外部连接的接口。
如图6所示，为本发明的物联网云平台系统构成示意图；如图7所示，为本发明的监控系统的工作流程示意图；如图8所示，为本发明的监控系统展示内容示意图。储能电源车系统通过无线传输模块与互联网数据中心通讯，上传数据信息，上传数据信息的内容包括：储能电源车系统的位置信息、电源状况、运行状态。数据中心功能用于管理、监控、展示多个移动储能电源车系统的电池信息、运行状态、北斗或GPS位置，并可根据需要调度储能电源车系统，展示的具体内容包括：拓扑展示、实时数据、设备工作状态、通信网络状态、故障告警信息、电能质量信息、操作控制、运行参数设置。
如图9所示，为本发明的储能电源车系统控制流程图。一种储能电源车系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、储能电源车系统启动后开始自检，自检成功之后转下一步；
步骤2、储能电源车系统默认运行在离网状态下，判断是否手动切换控制、计划性指令输入调度，根据输入条件，如果是离网模块、转下一步，如果是并网模式、转步骤4；
步骤3、离网模式包括保电任务和移动充电任务。当选择保电时，默认状态是系统自动检测电网是否断电，一旦断电，快速切换开关迅速动作，使系统由离网切换到并网，进入应急供电模式；第二种方式是通过计划性的控制指令控制，使系统由离网切换到并网，进入应急供电模式。当选择移动充电时，移动充电桩可为电动汽车充电。
步骤4、并网模式包括了削峰填谷、新能源消纳和应急供电，当选择削峰填谷或者新能源消纳时，储能车根据外部的能量管理系统指令控制，进行系统的充放电。当选择应急供电时，储能车作为电压源，为负荷供电。
最后需要说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此。本领域技术人员应该理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.多功能移动锂电池储能电源车系统，包括：车板及车厢(1)构成的移动载体，车厢的内部分成前后两个隔间，其特征在于，前部的第一隔间内设置有：锂电池储能柜(2)、充电桩柜(3)、控制柜(5)，后部的第二隔间内设置有：隔离变压器柜(6)、电动卷线机(7)、储能变流器柜(8)、系统配电柜(10)、电池管理系统BMS主机(11)、UPS不间断电源(12)；
锂电池储能柜(2)与控制柜(5)通过LAN或RS485通信，电池管理系统BMS主机(11)、UPS不间断电源(12)安装在系统配电柜(10)上；
储能变流器柜(8)处于锂电池储能柜(2)与隔离变压器柜(6)之间进行电气和通信连接，储能变流器柜(8)与控制柜(5)通过CAN总线通信、并接受控制柜(5)发出的控制指令；
隔离变压器柜(6)处于储能变流器柜(8)与系统配电柜(10)之间进行电气和通信连接；
控制柜(5)用于储能电源车系统的控制策略、参数设置、状态监控、信息显示；控制柜(5)与电池管理系统BMS主机(11)、储能变流器(8)、系统配电柜(10)、充电桩(3)进行CAN、LAN或RS485通信，下发控制指令。
2.根据权利要求1所述的多功能移动锂电池储能电源车系统，其特征在于，所述的控制柜(5)包括工控机、监控系统、联网模块。
3.根据权利要求2所述的多功能移动锂电池储能电源车系统，其特征在于，前部的第一隔间内设置有空调系统(4)，后部的第二隔间内设置有消防系统(9)；在电源车系统的车厢第一侧面设置有：空调出风口(13)、消防排气口(14)、液晶显示屏(15)、手动消防按钮(17)，在电源车系统的车厢第二侧面设置有配电柜交流功率线缆快速插头(18)，在电源车系统的车厢顶部设置有：烟雾报警器(19)、摄像头(20)。
4.根据权利要求3所述的多功能移动锂电池储能电源车系统，其特征在于，所述的充电桩(3)包含充电枪(16)，充电枪(16)设置在电源车系统的车厢第二侧面，由充电枪(16)的CAN总线与汽车通信、获取汽车电池信息，并将信息传给控制柜(5)。
5.根据权利要求4所述的多功能移动锂电池储能电源车系统，其特征在于，所述的锂电池储能柜(2)采用磷酸铁锂电池电芯；储能变流器柜(8)采用三电平拓扑结构的AC/DC双向储能变流器。
6.根据权利要求5所述的多功能移动锂电池储能电源车系统，其特征在于，储能电源车系统输入、输出主回路由系统配电柜(10)的主配电开关控制，并由各支路开关分别控制充电桩(3)、空调系统(4)、消防系统(9)、电动卷线机(7)、系统插座、系统照明的通断。
7.一种储能电源车系统的物联网云平台，包括一台以上储能电源车系统和互联网数据中心，其特征在于，储能电源车系统通过无线传输模块与互联网数据中心通讯、上传数据信息，数据中心用于管理、监控、展示多个移动储能电源车系统的信息，并根据需要调度储能电源车系统。
8.根据权利要求7所述的一种储能电源车系统的物联网云平台，其特征在于，储能电源车系统向互联网数据中心上传的数据信息包括：储能电源车系统的位置信息、电源状况、运行状态；
数据中心展示的具体内容包括：拓扑展示、实时数据、设备工作状态、通信网络状态、故障告警信息、电能质量信息、操作控制、运行参数设置。
9.一种储能电源车系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、储能电源车系统启动后开始自检，自检成功之后转下一步；
步骤2、储能电源车系统默认运行在离网状态下，判断是否手动切换控制、计划性指令输入调度，根据输入条件，如果是离网模块、转下一步，如果是并网模式、转步骤4；
步骤3、离网模式包括保电任务和移动充电任务，保电任务下储能电源车系统进入应急供电模式，移动充电任务下储能电源车系统的移动充电桩为电动汽车充电；
步骤4、并网模式包括了削峰填谷、新能源消纳和应急供电，当选择削峰填谷或者新能源消纳时，储能车根据外部的能量管理系统指令控制，进行系统的充放电。当选择应急供电时，储能车作为电压源为负荷供电。
10.根据权利要求9所述的一种储能电源车系统的控制方法，其特征在于，步骤3所述的储能电源车系统进入应急供电模式的具体方法是：
默认状态下储能电源车系统自动检测电网是否断电，一旦断电，快速切换开关迅速动作，使储能电源车系统由离网切换到并网，进入应急供电模式；
第二种方式是通过计划性的控制指令控制，使储能电源车系统由离网切换到并网，进入应急供电模式。
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