CN112152243A - 锂电储能系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂电储能系统，包括可控制和管理多个锂电池的BMS、用于控制锂电池充放电过程和进行交直流变换的PCS、与BMS和PCS连接的交换机以及与交换机连接的控制器；所述控制器外接有电网侧电表；所述控制器还外接有水浸传感器、烟雾传感器、消防报警、并网接触器以及电网断路器。本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种可合理有效地控制锂离子电池进行充放电的系统和控制方法。

Description

锂电储能系统及控制方法
技术领域
本发明涉及锂电储能领域，尤其涉及一种适用于锂电储能系统及控制方法。
背景技术
锂电储能是智能电网、可再生能源高占比能源系统、能源互联网的重要组成部分和关键支撑技术。随着各国政府对储能产业的相关支持政策陆续出台，锂电储能市场投资规模不断加大，产业链布局不断完善，商业模式日趋多元，应用场景加速延伸。在国内，系列政策的出台加速为锂电储能产业大发展蓄势，行业到了爆发的临界点，锂电储能的春天正在到来。
虽然锂离子电池较传统的铅酸电池具有寿命长和效率高等优点，但是其安全性没铅酸电池高。因此伴随着锂离子电池的迅速发展，如何合理有效地控制锂离子电池充放电过程已成为目前至关重要的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种可合理有效地控制锂离子电池进行充放电的系统和控制方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种锂电储能系统，包括可控制和管理多个锂电池的BMS、用于控制锂电池充放电过程和进行交直流变换的PCS、与BMS和PCS连接的交换机以及与交换机连接的控制器；所述控制器外接有电网侧电表；所述控制器还外接有水浸传感器、烟雾传感器、消防报警、并网接触器以及电网断路器。
更优地，所述BMS和PCS通过网线和交换机与控制器通讯，通讯协议为MODBUS-TCP。
更优地，所述电网侧电表通过RS485接线方式与控制器通讯，通讯协议为MODBUS-RTU。
更优地，所述控制器实时检测BMS、水浸传感器、烟雾传感器、消防报警、并网接触器以及电网断路器的报警信息并及时配合PCS做出相应的控制措施；所述报警信息的检测内容包括总电压、单体电压、充放电温度、充放电电流、绝缘电阻、温差压差、水浸报警、烟雾报警、消防报警以及通讯报警。
更优地，根据所述报警信息可将警情分为三个报警等级；三个所述报警等级依次为一级报警、二级报警和三级报警。
更优地，针对所述二级报警对锂电池进行禁充、禁放以及禁充放控制。
一种锂电储能系统的控制方法，具体步骤如下：
步骤a1：控制器检测并网接触器和电网断路器是否闭合，电网侧电表所得电压是否＞200V，是否无三级报警；若是则进步骤a2；若否则PCS直接关机，进入禁充禁放状态并等待报警恢复；
步骤a2：PCS开机，设置PCS有功功率，锂电池开始进行充放电；
步骤a3：检测锂电池充放电过程中BMS是否有一级报警；若有则PCS有功功率下降二分一，进步骤a4；若无则正常进行充放电即可；
步骤a4：检测锂电池充放电过程中BMS是否有二级报警；若有则进步骤a5；若无二级报警，则PCS有功功率保持二分一运行，并后期继续循环检测；
步骤a5：判断此时的二级报警是属于禁充、禁放还是禁充放；确定二级报警类型并通知PCS进行控制。
步骤a6：待报警恢复且延迟5分钟后，禁充或禁放或禁充放状态解除。
更优地，当检测到所述锂电池组端电压高或单体电压高或充电温度高或充电温度低或充电电流大时，控制器控制PCS待机，功率为0，状态为禁充。
更优地，当检测到所述锂电池组端电压低或单体电压低或放电温度高或放电温度低或放电电流大时，控制器控制PCS待机，功率为0，状态为禁放。
更优地，当检测到所述锂电池绝缘电阻过低或温差大或压差大时，控制器控制PCS待机，功率为0，状态为禁充禁放。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：本发明的储能系统以及控制方法主要用于不同容量的磷酸铁锂电池组类的储能电站，其全方位检测总电压、单体电压、充放电温度、充放电电流、绝缘电阻、温差压差、水浸报警、烟雾报警、消防报警以及通讯报警等重要参数信息，并根据所检测的参数信息将异常划分为不同等级报警，根据不同等级报警可通过控制器控制PCS做出不同的处理，其针对性强，能够在一定程度上完成自我调节，大大地提高了锂离子电池使用的安全性，也充分保证锂离子电池组的使用寿命，从而避免系统异常时因无法自我调节对锂离子电池组所带来不可逆转的损害。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明的充电状态流程图；
图3为本发明的放电状态流程图；
图4为本发明的禁充状态流程图；
图5为本发明的禁放状态流程图；
图6为本发明的禁充禁放状态流程图。
具体实施方式
(实施例1)
见图1，本发明包括可控制和管理多个锂电池的BMS、用于控制锂电池充放电过程和进行交直流变换的PCS、与BMS和PCS连接的交换机以及与交换机连接的控制器；所述控制器外接有电网侧电表；所述控制器还外接有水浸传感器、烟雾传感器、消防报警、并网接触器以及电网断路器。
本实施例中更具体地，所述BMS和PCS通过网线和交换机与控制器通讯，通讯协议为MODBUS-TCP。所述电网侧电表通过RS485接线方式与控制器通讯，通讯协议为MODBUS-RTU。
本实施例中更具体地，所述控制器实时检测BMS、水浸传感器、烟雾传感器、消防报警、并网接触器以及电网断路器的报警信息并及时配合PCS做出相应的控制措施；所述报警信息的检测内容包括总电压、单体电压、充放电温度、充放电电流、绝缘电阻、温差压差、水浸报警、烟雾报警、消防报警以及通讯报警。
本实施例中更具体地，根据所述报警信息可将警情分为三个报警等级；三个所述报警等级为警情依次加重的一级报警、二级报警和三级报警。不同报警等级设定的参数值有所不同，且设定值均有自把持功能，断电重启后设定阀值不变，控制器会根据不同的报警等级控制PCS做不同的处理。
本实施例中更具体地，针对所述二级报警对锂电池进行禁充、禁放以及禁充放控制；针对三级报警对锂电池进行禁充放控制。
(实施例2)
见图2至图6，一种锂电储能系统的控制方法，具体步骤如下：
步骤a1：控制器检测并网接触器和电网断路器是否闭合，电网侧电表所得电压是否＞200V，是否无三级报警；若是则进步骤a2；若否则PCS直接关机，后期继续循环检测并网接触器和电网断路器是否闭合，电网侧电表所得电压是否＞200V，是否无三级报警。上述中的三级报警为严重告警，一旦出现三级报警，立即停掉所有运行的设备，等待三级报警恢复。其中三级报警可为总电压或单体电压或充放电温度或充放电电流或绝缘电阻或温差压差都达到设定的极限值，也可为消防报警或烟感报警或水浸报警或通讯故障报警。
步骤a2：PCS开机，设置PCS有功功率，锂电池开始进行充放电。其中当PCS有功功率＜0时，锂电池充电；当PCS有功功率＞0时，锂电池放电；
步骤a3：检测锂电池充放电过程中BMS是否有一级报警；若有则PCS有功功率下降二分一，有功功率下降二分一目的是降低电流，减少大电流对电池的持续冲击，防止电池压升过快，达到三级报警，导致系统停机(磷酸铁锂电池在充放电末期压升和压降较快),进步骤a4；若无则正常进行充放电并循环检测即可；
步骤a4：检测锂电池充放电过程中BMS是否有二级报警；若有则进步骤a5；若无二级报警，则PCS有功功率保持二分一运行，并后期继续循环检测；
步骤a5：判断此时的二级报警是属于禁充、禁放还是禁充放；确定二级报警类型并通知PCS进行控制；
步骤a6：待报警恢复且延迟5分钟后，禁充或禁放或禁充放状态解除。
上述的二级报警中，当检测到所述锂电池组端电压高或单体电压高或充电温度高或充电温度低或充电电流大时，控制器控制PCS待机，功率为0，状态为禁充；上述二级报警恢复，若系统转为放电，则延迟5分钟后禁充状态解除。若二级报警继续发展达到三级报警时，PCS关机，BMS断开直流断路器，状态为禁充禁放；当三级报警恢复，且PCS与BMS无故障延迟10分钟后，PCS自动吸合直流断路器开机，开机后若系统转为放电，则延迟5分钟后禁充状态解除。
上述的二级报警中，当检测到所述锂电池组端电压低或单体电压低或放电温度高或放电温度低或放电电流大时，控制器控制PCS待机，功率为0，状态为禁放；上述二级报警恢复，若系统转为充电，则延迟5分钟后禁放状态解除；若二级报警继续发展达到三级报警时，PCS关机，BMS断开直流断路器，状态为禁充禁放；当三级报警恢复，且PCS与BMS无故障延迟10分钟后，PCS自动吸合直流断路器开机，开机后若系统转为充电，则延迟5分钟后禁放状态解除。
上述的二级报警中，当检测到所述锂电池绝缘电阻过低或温差大或压差大时，控制器控制PCS待机，功率为0，状态为禁充禁放；上述二级报警恢复且延迟5分钟后，禁充禁放状态解除；若二级报警继续发展达到三级报警时，PCS关机，BMS断开直流断路器，状态为禁充禁放；当三级报警恢复，且PCS与BMS无故障延迟10分钟后，PCS自动吸合直流断路器开机，直流断路器参考现有的工作原理即可。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂电储能系统，其特征在于：包括可控制和管理多个锂电池的BMS、用于控制锂电池充放电过程和进行交直流变换的PCS、与BMS和PCS连接的交换机以及与交换机连接的控制器；所述控制器外接有电网侧电表；所述控制器还外接有水浸传感器、烟雾传感器、消防报警、并网接触器以及电网断路器。
2.根据权利要求1所述的一种锂电储能系统，其特征在于：所述BMS和PCS通过网线和交换机与控制器通讯，通讯协议为MODBUS-TCP。
3.根据权利要求1所述的一种锂电储能系统，其特征在于：所述电网侧电表通过RS485接线方式与控制器通讯，通讯协议为MODBUS-RTU。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种锂电储能系统，其特征在于：所述控制器实时检测BMS、水浸传感器、烟雾传感器、消防报警、并网接触器以及电网断路器的报警信息并及时配合PCS做出相应的控制措施；所述报警信息的检测内容包括总电压、单体电压、充放电温度、充放电电流、绝缘电阻、温差压差、水浸报警、烟雾报警、消防报警以及通讯报警。
5.根据权利要求4所述的一种锂电储能系统，其特征在于：根据所述报警信息可将警情分为三个报警等级；三个所述报警等级依次为一级报警、二级报警和三级报警。
6.根据权利要求5所述的一种锂电储能系统，其特征在于：针对所述二级报警对锂电池进行禁充、禁放以及禁充放控制。
7.一种基于权利要求1至权利要求6任一项所述的一种锂电储能系统的控制方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤a1：控制器检测并网接触器和电网断路器是否闭合，电网侧电表所得电压是否＞200V，是否无三级报警；若是则进步骤a2；若否则PCS直接关机，进入禁充禁放状态并等待报警恢复；
步骤a2：PCS开机，设置PCS有功功率，锂电池开始进行充放电；
步骤a3：检测锂电池充放电过程中BMS是否有一级报警；若有则PCS有功功率下降二分一，进步骤a4；若无则正常进行充放电并进行循环检测即可；
步骤a4：检测锂电池充放电过程中BMS是否有二级报警；若有则进步骤a5；若无二级报警，则PCS有功功率保持二分一运行，并后期继续循环检测；
步骤a5：判断此时的二级报警是属于禁充、禁放还是禁充放；确定二级报警类型并通知PCS进行控制；
步骤a6：待报警恢复且延迟5分钟后，禁充或禁放或禁充放状态解除。
8.根据权利要求7所述的一种控制方法，其特征在于：当检测到所述锂电池组端电压高或单体电压高或充电温度高或充电温度低或充电电流大时，控制器控制PCS待机，功率为0，状态为禁充。
9.根据权利要求7所述的一种控制方法，其特征在于：当检测到所述锂电池组端电压低或单体电压低或放电温度高或放电温度低或放电电流大时，控制器控制PCS待机，功率为0，状态为禁放。
10.根据权利要求7所述的一种控制方法，其特征在于：当检测到所述锂电池绝缘电阻过低或温差大或压差大时，控制器控制PCS待机，功率为0，状态为禁充禁放。
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