CN111181226A - 一种储能系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种储能系统及其控制方法，所述储能系统设置有电池监测模块、逻辑判断控制模块和切入切出控制模块，逻辑判断控制模块对电池监测模块监测的电池模块参数信息进行逻辑分析，获得储能系统中充电状态的短板电池模块和放电状态的短板电池模块，并根据储能系统处于充电状态或放电状态，对切入切出控制模块发送控制信号，将特定电池模块进行切入切出操作。解决了储能系统进行充放电过程中因为电池的“短板效应”造成的电池组可用容量受限，实际可充可放电量减少的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电能储存技术领域，特别涉及一种储能系统及其控制方法。
背景技术
全球电化学储能市场快速发展，随之而来的电池安全问题引起全球的广泛关注。导致电池出现安全问题的主要原因是电池过充过放而导致的过温、短路、内阻变化，从而导致电池爆炸起火。为保证电池储能系统运行的安全可靠，储能系统中设置了电池充放电的各种保护策略，当电池充电达到设定上限值或放电达到设定下限值时，系统会禁止电池继续充放从而达到保护电池的目的。根据电池的特性，尽管在组成系统时经过了分容配组尽量保证电池的一致性，但是经过长时间的充放，受到温度、充放电倍率等因素的影响，电池的一致性差异越来越明显，为了保护电池安全性“短板效应”会日益凸显，电池系统可用容量越来越低。
针对电池的“短板效应”带来的电池组容量降低的问题，目前已有一些发明专利提出了解决方案。例如CN105206885A中提出了一种用于储能电站的电池组可用容量修复方法，该专利需要在电池成组前对若干单体进行恒功率全充和全放并等时间间隔记录全过程电压，而后通过复杂数据处理得到所需曲线；之后再次以恒功率对电池组进行全充全放并记录电池单体充放电末端信息，最终根据复杂的算法及逻辑判断在充放电结束后对电池进行单独充放电以对电池容量进行修复。该方法虽然可以一定程度上修复电池组的可用容量，但是前期需要大量测试及数据分析，增加了系统开发的难度及周期；此外，对于电池组可用容量的修复只能在充放电结束后进行，无法实现在线修复，修复条件苛刻，灵活性差。
因此，提供一种在线提高储能系统容量的技术是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种储能系统及其控制方法，其可以在线提高储能系统容量。
本发明的解决方案是这样实现的：一种储能系统，包括电池模块，以及
电池监测模块，用于监测所述电池模块的参数信息；
逻辑判断控制模块，接收所述电池监测模块监测的电池模块参数信息，并对所述参数信息进行逻辑分析，获得储能系统中充电状态的短板电池模块和放电状态的短板电池模块，并根据储能系统处于充电状态或放电状态，对切入切出控制模块发送控制信号；
切入切出控制模块，根据逻辑判断控制模块的控制信号对特定电池模块进行切入切出操作。
本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述电池模块包括一个或一个以上串联和/或并联的单体电池、电池组和/或电池模组。
本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述逻辑判断控制模块中具体逻辑分析包括充电状态的短板电池模块为电池的电压值高于充电阀值的电池模块；或者，放电状态的短板电池模块为电池的电压值低于放电阀值的电池模块。
本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述逻辑判断控制模块中具体逻辑分析包括充电状态的短板电池模块为电池的内阻值低于充电阀值的电池模块；或者，放电状态的短板电池模块为电池的内阻值高于放电阀值的电池模块。
本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述逻辑判断控制模块中具体逻辑分析包括充电状态的短板电池模块或放电状态的短板电池模块为电池的温度高于预设阀值的电池模块。
本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述电池监测模块包括电流采集模块、电压采集模块、温度采集模块、电池内阻采集模块中的至少一种。
本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述电池监测模块还包括通信模块，用于与所述逻辑判断控制模块进行通信；或者，所述逻辑判断控制模块包括电流数据分析判断模块、电压数据分析判断模块、温度数据分析判断模块、电池内阻数据分析判断模块中的至少一种。
本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，还提供了一种储能系统控制方法，包括以下步骤：
S1、监测储能系统中运行的电池模块的参数信息；
S2、根据步骤S1中测定的电池模块的参数信息将电池模块按预设逻辑进行排序，获得储能系统中充电状态的短板电池模块和放电状态的短板电池模块；
S3、判断储能系统处于充电状态还是放电状态；
S4、若储能系统处于充电状态，则将充电状态的短板电池模块切出；若储能系统处于放电状态，则将放电状态的短板电池模块切出。
本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，在所述步骤S4之后，还包括步骤S5，根据预设频率或次数，重复上述步骤S1至步骤S4。
本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述电池模块的参数信息包括电池的电压值、电池的电流值、电池的温度值和/或电池的电阻值；或者，在所述步骤S2中，充电状态的短板电池模块为电池的电压值高于充电阀值的电池模块、放电状态的短板电池模块为电池的电压值低于放电阀值的电池模块；或者，在所述步骤S2中，充电状态的短板电池模块为电池的内阻值低于充电阀值的电池模块、放电状态的短板电池模块为电池的内阻值高于放电阀值的电池模块；或者，在所述步骤S2中，充电状态的短板电池模块或放电状态的短板电池模块为电池的温度高于预设阀值的电池模块。
从以上技术方案可以看出，本发明所述的技术方案具有以下优点：
在本发明提供一种储能系统，其设置有电池监测模块、逻辑判断控制模块和切入切出控制模块，逻辑判断控制模块对电池监测模块监测的电池模块参数信息进行逻辑分析，获得储能系统中充电状态的短板电池模块和放电状态的短板电池模块，并根据储能系统处于充电状态或放电状态，对切入切出控制模块发送控制信号，将特定电池模块进行切入切出操作。所述储能系统在系统充放电末端，通过逻辑判断控制模块判断出“短板”电池，并通过切入切出控制模块将“短板”电池动态切出，使系统可以继续完成充放，延长了系统充放电时间，从而提高了系统的可用电量。解决了储能系统进行充放电过程中因为电池的“短板效应”造成的电池组可用容量受限，实际可充可放电量减少的问题。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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。
图1为本发明一种实施方式中储能系统的结构框图；
图2为本发明一种实施方式中储能系统结构示意图；
图3为本发明一种实施方式中储能系统控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。
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”、“第三”“第四”等(如果存在)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，例如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。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
本发明实施例如下，一种储能系统，包括电池模块，以及
电池监测模块，用于监测所述电池模块的参数信息；
逻辑判断控制模块，接收所述电池监测模块监测的电池模块参数信息，并对所述参数信息进行逻辑分析，获得储能系统中充电状态的短板电池模块和放电状态的短板电池模块，并根据储能系统处于充电状态或放电状态，对切入切出控制模块发送控制信号；
切入切出控制模块，根据逻辑判断控制模块的控制信号对特定电池模块进行切入切出操作。
本发明的另一实施例在于在上述基础之上，所述电池模块包括一个或一个以上串联和/或并联的单体电池、电池组和/或电池模组。
本发明的另一实施例在于在上述基础之上，所述逻辑判断控制模块中具体逻辑分析包括充电状态的短板电池模块为电池的电压值高于充电阀值的电池模块；或者，放电状态的短板电池模块为电池的电压值低于放电阀值的电池模块。
本发明的另一实施例在于在上述基础之上，所述逻辑判断控制模块中具体逻辑分析包括充电状态的短板电池模块为电池的内阻值低于充电阀值的电池模块；或者，放电状态的短板电池模块为电池的内阻值高于放电阀值的电池模块。
本发明的另一实施例在于在上述基础之上，所述逻辑判断控制模块中具体逻辑分析包括充电状态的短板电池模块或放电状态的短板电池模块为电池的温度高于预设阀值的电池模块。
本发明的另一实施例在于在上述基础之上，所述电池监测模块包括电流采集模块、电压采集模块、温度采集模块、电池内阻采集模块中的至少一种。
本发明的另一实施例在于在上述基础之上，所述电池监测模块还包括通信模块，用于与所述逻辑判断控制模块进行通信；或者，所述逻辑判断控制模块包括电流数据分析判断模块、电压数据分析判断模块、温度数据分析判断模块、电池内阻数据分析判断模块中的至少一种。
需要说明的是，本专利技术方案中所述的切入切出控制模块可以是一切起到开关作用的器件。
本发明还提供了一种储能系统控制方法，包括以下步骤：
S1、监测储能系统中运行的电池模块的参数信息；
S2、根据步骤S1中测定的电池模块的参数信息将电池模块按预设逻辑进行排序，获得储能系统中充电状态的短板电池模块和放电状态的短板电池模块；
S3、判断储能系统处于充电状态还是放电状态；
S4、若储能系统处于充电状态，则将充电状态的短板电池模块切出；若储能系统处于放电状态，则将放电状态的短板电池模块切出。
本发明的另一实施例在于在上述基础之上，在所述步骤S4之后，还包括步骤S5，根据预设频率或次数，重复上述步骤S1至步骤S4。
本发明的另一实施例在于在上述基础之上，所述电池模块的参数信息包括电池的电压值、电池的电流值、电池的温度值和/或电池的电阻值；或者，在所述步骤S2中，充电状态的短板电池模块为电池的电压值高于充电阀值的电池模块、放电状态的短板电池模块为电池的电压值低于放电阀值的电池模块；或者，在所述步骤S2中，充电状态的短板电池模块为电池的内阻值低于充电阀值的电池模块、放电状态的短板电池模块为电池的内阻值高于放电阀值的电池模块；或者，在所述步骤S2中，充电状态的短板电池模块或放电状态的短板电池模块为电池的温度高于预设阀值的电池模块。
更具体地，本发明的另一实施例在于在上述基础之上，如图1所示，所述储能系统包括电池参数采集模块、切入切出模块、电池参数分析判断模块、切入切出控制模块以及主控模块。
电池参数采集模块：包括若干个子功能模块，包括但不限于单体电压采集模块、单体温度采集模块、均衡模块、通信模块、控制模块等。该模块主要功能为实时采集并实时上传单体电压信息、温度信息、内阻信息等相关信息给电池参数分析判断模块，以便电池参数分析判断模块在充放电末端时对电池参数信息进行数据分析，从而判断出哪节单体为当前瞬态下的“短板”。
电池参数分析判断模块：包括若干个子功能模块，包括但不限于单体电压数据分析判断模块、电池内阻数据分析模块、单体温度数据分析判断模块、SOC估算模块等。该模块根据电池参数采集模块采集的信息，对电池目前的状态进行分析判断，定位“短板”电池的位置以提供主控模块控制切入切出模块进行电池的选择及切入切出。
切入切出控制模块：连接于两个电池单体或两个电池模组之间，根据主控模块的指令进行电池单体或模组的选择，并对该电池单体或模组进行切入切出操作。该模块可以由一切具有开关功能的的器件组成。
主控模块：主控模块是整个系统的大脑，主控模块根据电池参数分析判断模块的数据分析处理结合系统运行状态做出逻辑判断，并根据“短板”电池的定位选择切入切出控制模块的位置，继而控制切入切出控制模块进行切入切出操作。
如图2所示，是以4个PACK组成的电池簇为示意图，每个PACK为2S1P的组成方式。需要说明的是，图2中以4个2S1P的电池模组组成的电池簇为例进行说明仅是示意性的，本发明中对电池模组中单体电池的串并数量并无限制，对电池模组的串联数量也并无限制，以4个2S1P的电池模组组成的电池簇为例仅是为了清楚起见。
电池参数采集模块1通过PACK1中的采样信号线束C0/C1/C2连接至每一节电池单体,用于采集电池单体电压、温度等基础信息并将采集到的基础信息通过通信线束1上传至电池参数分析判断模块以供其对基础数据进行分析处理。电池参数采集模块2/3/4功能与电池参数采集模块1相同。
电池参数分析判断模块分别与电池参数采集模块1/2/3/4通信，收集系统中所有电池单体的基础信息并对基础信息进行分析判断，判断出电池“短板”的位置并上传至主控模块，以供主控模块根据系统运行状态做出逻辑判断，并下发相应指令给切入切出控制模块。
切入切出模块1连接于PACK1的总正与总负之间，通过切入切出模块可以将对应的PACK进行切入或切出操作。
切入切出控制模块通过控制线束1/2/3/4与切入切出模块相连，主控模块根据判断结果下发切入切出指令给切入切出控制模块，切入切出控制模块控制相应的切入切出模块执行相应的操作。
更具体地，本发明的另一实施例在于在上述基础之上，如图3所示，以放电过程中电池模组PACK2中B3为系统“短板”，首先到达放电下限为例。
(1)电池参数采集模块1对PACK1中B1/B2的单体信息进行采集、电池参数采集模块2对PACK2中B3/B4的单体信息进行采集、电池参数采集模块3对PACK3中B5/B6的单体信息进行采集、电池参数采集模块4对PACK1中B7/B8的单体信息进行采集，所有电池信息均上传至电池参数分析判断模块；
(2)电池参数分析判断模块对B1-B8的单体信息进行排序等分析，得到最大电压值及最小电压值，初步充放电电池单体的短板；
(3)主控模块判断当前是充电状态还是放电状态，当前为放电状态，判断“短板”电池的电压值是否已经低于放电阈值；
(4)电池短板B3的电压值已经低于放电阈值，主控模块下发切出指令给切入切出控制模块；
(5)切入切出模块执行切出指令将切入切出模块2进行切出操作；
(6)剩余电池继续放电并重复步骤(1)-(5)过程。
所述储能系统及方法，在充电及放电时并不会因为出现一个“短板”电池整个系统停止运行，而是将“短板”切出，系统继续完成充放电操作，从而使系统充入的电量更多，放出的电量也更多，从而提高了系统的可用容量。
需要说明的是，上述技术方案的基本思路是在多个电池串并联成组时，在充放电末端根据一定的控制策略通过开关器件(各类开关，比如电子开关或机械开关)的动作切出电池“短板”延长系统的充放电时间，从而提高系统可用电量。具体实例说明中所举例为多个电池串联时，通过切入切出模块切出电池“短板”，运用本技术方案思路，还可以考虑多个电池并联时，根据一定的控制策略通过切入切出模块切出电池“短板”，甚至是同时存在串联和并联的电池网络中，根据一定的控制策略通过切入切出模块切出电池“短板”，其本质思路是与本技术方案一致的，应该都属于本专利的保护范围。
从以上实施例可以看出，本发明所述的技术方案具有以下优点：
在本发明提供一种储能系统及方法，所述储能系统设置有电池监测模块、逻辑判断控制模块和切入切出控制模块，逻辑判断控制模块对电池监测模块监测的电池模块参数信息进行逻辑分析，获得储能系统中充电状态的短板电池模块和放电状态的短板电池模块，并根据储能系统处于充电状态或放电状态，对切入切出控制模块发送控制信号，将特定电池模块进行切入切出操作。所述储能系统在系统充放电末端，通过逻辑判断控制模块判断出“短板”电池，并通过切入切出控制模块将“短板”电池动态切出，使系统可以继续完成充放，延长了系统充放电时间，从而提高了系统的可用电量。解决了储能系统进行充放电过程中因为电池的“短板效应”造成的电池组可用容量受限，实际可充可放电量减少的问题。
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)
1.一种储能系统，包括电池模块，其特征在于，还包括：
电池监测模块，用于监测所述电池模块的参数信息；
逻辑判断控制模块，接收所述电池监测模块监测的电池模块参数信息，并对所述参数信息进行逻辑分析，获得储能系统中充电状态的短板电池模块和放电状态的短板电池模块，并根据储能系统处于充电状态或放电状态，对切入切出控制模块发送控制信号；
切入切出控制模块，根据逻辑判断控制模块的控制信号对特定电池模块进行切入切出操作。
2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述电池模块包括一个或一个以上串联和/或并联的单体电池、电池组和/或电池模组。
3.根据权利要求2所述的储能系统，其特征在于，所述逻辑判断控制模块中具体逻辑分析包括充电状态的短板电池模块为电池的电压值高于充电阀值的电池模块；或者，放电状态的短板电池模块为电池的电压值低于放电阀值的电池模块。
4.根据权利要求2所述的储能系统，其特征在于，所述逻辑判断控制模块中具体逻辑分析包括充电状态的短板电池模块为电池的内阻值低于充电阀值的电池模块；或者，放电状态的短板电池模块为电池的内阻值高于放电阀值的电池模块。
5.根据权利要求2所述的储能系统，其特征在于，所述逻辑判断控制模块中具体逻辑分析包括充电状态的短板电池模块或放电状态的短板电池模块为电池的温度高于预设阀值的电池模块。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的储能系统，其特征在于，所述电池监测模块包括电流采集模块、电压采集模块、温度采集模块、电池内阻采集模块中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的储能系统，其特征在于，所述电池监测模块还包括通信模块，用于与所述逻辑判断控制模块进行通信；或者，所述逻辑判断控制模块包括电流数据分析判断模块、电压数据分析判断模块、温度数据分析判断模块、电池内阻数据分析判断模块中的至少一种。
8.一种储能系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、监测储能系统中运行的电池模块的参数信息；
S2、根据步骤S1中测定的电池模块的参数信息将电池模块按预设逻辑进行排序，获得储能系统中充电状态的短板电池模块和放电状态的短板电池模块；
S3、判断储能系统处于充电状态还是放电状态；
S4、若储能系统处于充电状态，则将充电状态的短板电池模块切出；若储能系统处于放电状态，则将放电状态的短板电池模块切出。
9.根据权利要求8所述的储能系统控制方法，其特征在于，在所述步骤S4之后，还包括步骤S5，根据预设频率或次数，重复上述步骤S1至步骤S4。
10.根据权利要求8所述的储能系统控制方法，其特征在于，所述电池模块的参数信息包括电池的电压值、电池的电流值、电池的温度值和/或电池的电阻值；或者，在所述步骤S2中，充电状态的短板电池模块为电池的电压值高于充电阀值的电池模块、放电状态的短板电池模块为电池的电压值低于放电阀值的电池模块；或者，在所述步骤S2中，充电状态的短板电池模块为电池的内阻值低于充电阀值的电池模块、放电状态的短板电池模块为电池的内阻值高于放电阀值的电池模块；或者，在所述步骤S2中，充电状态的短板电池模块或放电状态的短板电池模块为电池的温度高于预设阀值的电池模块。
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