CN113036890A - 一种储能变流系统和储能系统及其充放电控制方法 - Google Patents

一种储能变流系统和储能系统及其充放电控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种储能变流系统和储能系统及其充放电控制方法，对于储能系统的至少一个电池簇中各电池包的运行时长不完全相同的情况，该充放电控制方法首先判断相应电池簇中新旧电池包的SOC是否均衡；若其SOC不均衡，则旁路掉相应电池簇中的新电池包，对相应电池簇中的旧电池包进行充放电，以促进新旧电池包的SOC均衡；当该SOC恢复平衡后，再控制相应电池簇恢复正常运行，进而确保了储能系统在电池簇中同时存在新旧电池包时能够正常运行。

Description

一种储能变流系统和储能系统及其充放电控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种储能变流系统和储能系统及其充放电控制方法。
背景技术
现有的储能系统一般如图1所示，包括多个并联连接的电池簇(比如图1中所示的1#Rack、2#Rack和n#Rack)，各个电池簇中均包括多个串联连接的电池包。
当某个电池簇中有个别的电池包(比如图1中1#Rack中的电池包Pack2)失效时，需要在该位置处更换上一个新的电池包，此时就会导致该电池簇(即图1中所示的1#Rack)中出现新旧电池包串联使用的情况。
由于新旧电池包的SOC(State of Charge，剩余电量)存在差异，所以串联使用时会导致SOC低的电池包无法实现出力，进而影响该储能系统的正常运行。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种储能变流系统和储能系统及其充放电控制方法，以确保储能系统在电池簇中同时存在新旧电池包时能够正常运行。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
本发明第一方面提供了一种储能系统的充放电控制方法，所述储能系统的至少一个电池簇中各电池包的运行时长不完全相同；所述充放电控制方法包括：
判断相应电池簇中新旧电池包的剩余电量SOC是否均衡；
若所述SOC不均衡，则旁路掉相应电池簇中的新电池包，对相应电池簇中的旧电池包进行充放电；
直至所述SOC恢复平衡后，控制相应电池簇恢复正常运行。
优选的，判断相应电池簇中新旧电池包的剩余电量SOC是否均衡，包括：
判断相应电池簇中，所述新电池包的SOC是否大于所述旧电池包的SOC，或者，所述新电池包的SOC是否小于所述旧电池包的SOC；
若所述新电池包的SOC大于所述旧电池包的SOC，或者，所述新电池包的SOC小于所述旧电池包的SOC，则判定所述SOC不均衡。
优选的，若所述SOC不均衡，则旁路掉相应电池簇中的新电池包，对相应电池簇中的旧电池包进行充放电，包括：
若所述新电池包的SOC大于所述旧电池包的SOC，则旁路掉所述新电池包，对所述旧电池包进行充电；
若所述新电池包的SOC小于所述旧电池包的SOC，则旁路掉所述新电池包，对所述旧电池包进行放电。
优选的，直至所述SOC恢复平衡后，控制相应电池簇恢复正常运行，包括：
判断所述SOC是否恢复平衡；
若所述SOC恢复平衡，则控制所述新电池包与所述旧电池包进入相同运行状态。
优选的，所述新电池包与第一开关串联连接的支路与第二开关并联连接；旁路掉相应电池簇中的新电池包，包括：
控制所述第一开关断开；
再控制所述第二开关闭合。
优选的，所述新电池包与第一开关串联连接的支路与第二开关并联连接；控制所述新电池包与所述旧电池包进入相同运行状态，包括：
控制所述第二开关断开；
再控制所述第一开关闭合。
本发明第二方面提供了一种一种储能系统，包括：电池管理系统BMS和至少一个电池簇；
所述电池簇中设置有至少两个串联连接的电池包；
至少一个所述电池簇中各电池包的运行时长不完全相同，其中，新电池包的运行时长小于旧电池包的运行时长；
并且，所述新电池包与第一开关串联连接的支路与第二开关并联连接；
所述BMS用于执行如上述第一方面任一段落所述的储能系统的充放电控制方法。
优选的，所述第一开关和所述第二开关均为双向开关。
优选的，所述双向开关为：继电器、接触器或者逆导型晶体管。
优选的，所述BMS包括：电池管理单元BMU、电池簇管理单元CMU以及系统电池管理单元SMU；
所述BMU用于采集相应电池包的电芯参数；
所述CMU用于根据采集到的电池簇参数以及相应电池簇中各电池包的全部所述电芯参数，执行所述充放电控制方法；所述电池簇中，所述第一开关和所述第二开关均受控于所述CMU；
所述SMU用于实现各个所述CMU与外部设备之间的通信连接。
优选的，所述外部设备包括：储能变流器的控制器，用于根据所述SMU的通信信息，实现对于所述电池簇的充放电。
优选的，所述电池簇中还包括：与各个所述电池包串联连接的投切开关，受控于所述CMU。
优选的，所述电池簇的个数大于1时，各个所述电池簇并联连接。
本发明第三方面提供了一种一种储能变流系统，其特征在于，包括：储能变流器和如上述第二方面任一段落所述的储能系统；其中：
所述储能变流器的直流侧与所述储能系统相连；
所述储能变换器的控制器与所述储能系统中的BMS通信连接。
优选的，所述储能变流器的交流侧通过变压器连接电网。
本发明提供的储能系统的充放电控制方法，对于储能系统的至少一个电池簇中各电池包的运行时长不完全相同的情况，首先判断相应电池簇中新旧电池包的SOC是否均衡；若其SOC不均衡，则旁路掉相应电池簇中的新电池包，对相应电池簇中的旧电池包进行充放电，以促进新旧电池包的SOC均衡；当该SOC恢复平衡后，再控制相应电池簇恢复正常运行，进而确保了储能系统在电池簇中同时存在新旧电池包时能够正常运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术提供的一种储能系统的电路示意图；
图2为本发明实施例提供的储能系统的充放电控制方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的储能系统的充放电控制方法的另一流程图；
图4为本发明实施例提供的一种储能系统的电路示意图；
图5为本发明实施例提供的一种储能变流系统的电路示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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做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。
在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本发明提供一种储能系统的充放电控制方法，以确保储能系统在电池簇中同时存在新旧电池包时能够正常运行。
该储能系统中，存在至少一个电池簇，其内部各电池包的运行时长不完全相同；比如图1中所示的电池簇1#Rack，其内部的电池包Pack2的运行时长小于其他电池包的运行时长，也即该电池包Pack2为新电池包，而其他电池包均为旧电池包。
参见图2，该充放电控制方法包括：
S101、判断相应电池簇中新旧电池包的SOC是否均衡。
若某一电池簇中的各电池包的SOC相同，则说明其内部各个电池包的SOC是均衡的；若某一电池簇中的各电池包的SOC之间存在差值，则说明其内部各个电池包的SOC不均衡。
实际应用中，也可以为各个电池包的SOC之间的差值设置一个阈值范围，只要这些差值均在该阈值范围之内，即可视其为SOC均衡的情况；而若存在至少一个差值超出该阈值范围，则可视其为SOC不均衡的情况。
对于SOC是否均衡的判断设置，此处不做限定，视其具体环境而定即可，均在本申请的保护范围内。
若其SOC不均衡，则执行步骤S102；直至判断出该SOC恢复平衡后，执行步骤S103。
S102、旁路掉相应电池簇中的新电池包，对相应电池簇中的旧电池包进行充放电。
新旧电池包串联使用时，由于新电池包的内阻较小，很容易出现其SOC不同于旧电池包的情况；具体的，充电过程中，假如旧电池包已经充满，则该电池簇将会停止充电，进而使该新电池包不能充满；而放电过程中，假如旧电池包已经放完，而新电池包仍旧有电量时，若该电池簇继续放电，则有可能导致旧电池包过放。
因此，本实施例提供的该充放电控制方法，在发现某一电池簇中出现SOC不均衡的情况时，将会通过步骤S102来调整其SOC的均衡状态，具体是旁路掉新电池包，而对其旧电池包进行充电或放电操作，以促进其SOC恢复均衡状态。
S103、控制相应电池簇恢复正常运行。
若其SOC已经恢复均衡，则可以将该电池簇重新投入正常的运行状态，即将其新电池包串入其中，与旧电池包一同进入相同运行状态，比如进行充电或放电操作或进入待机状态。此时，已经将其内部各个电池包调整为SOC均衡状态，则不会再出现SOC低的电池包无法出力的情况；若后续过程中再次出现SOC不均衡的情况，则可以再次进入步骤S102；也即，本充放电控制方法是可重复执行的，其步骤S101可以是实时执行的，也可以是周期性执行的，还可以是根据接收指令来执行的，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。而且，本实施例提供的该充放电控制方法，对每个同时存在新旧电池包的电池簇均可以重复执行，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。
本实施例提供的该充放电控制方法，对于储能系统的至少一个电池簇中各电池包的运行时长不完全相同的情况，首先判断相应电池簇中新旧电池包的SOC是否均衡；若其SOC不均衡，则旁路掉相应电池簇中的新电池包，对相应电池簇中的旧电池包进行充放电，以促进新旧电池包的SOC均衡；当该SOC恢复平衡后，再控制相应电池簇恢复正常运行，进而确保了储能系统在电池簇中同时存在新旧电池包时能够正常运行。
在上一实施例的基础之上，优选的，该储能系统的充放电控制方法，参见图3，其步骤S101、判断相应电池簇中新旧电池包的SOC是否均衡，包括：
判断相应电池簇中，新电池包的SOC是否大于旧电池包的SOC(也即SOCNEW>SOCOLD是否成立)，或者，新电池包的SOC是否小于旧电池包的SOC(也即SOCNEW<SOCOLD是否成立)；若新电池包的SOC大于旧电池包的SOC，或者，新电池包的SOC小于旧电池包的SOC，则判定相应电池簇中新旧电池包的SOC不均衡。
实际应用中，该大于和小于，均可以指代大于或小于的差值超过一定阈值范围，此处并不做限定，均在本申请的保护范围内。
对应的，步骤S102、旁路掉相应电池簇中的新电池包，对相应电池簇中的旧电池包进行充放电，包括：
若新电池包的SOC大于旧电池包的SOC，也即若SOCNEW>SOCOLD成立，则旁路掉新电池包，对旧电池包进行充电；或者，
若新电池包的SOC小于旧电池包的SOC，也即若SOCNEW<SOCOLD成立，则旁路掉新电池包，对旧电池包进行放电。
其余过程及原理与上一实施例相同，此处不再赘述。
在上述实施例的基础之上，优选的，如图4所示，每个电池簇中，新电池包(比如图4中所示电池簇1#Rack中的电池包Pack2，其SOC为SOCNEW)与第一开关K1串联连接的支路与第二开关K2并联连接；对应的，该储能系统的充放电控制方法中：
其步骤S102中的旁路掉相应电池簇中的新电池包，具体包括两步：
(1)控制第一开关K1断开，使该电池簇中的电流通路被切断，停止之前的工作状态。
(2)再控制第二开关K2闭合，使新电池包被旁路掉，而该电池簇中的旧电池包通过该第二开关K2构成电流通路。
其步骤S103中的控制新电池包与旧电池包进入相同运行状态，具体包括两步：
(1)控制第二开关K2断开，使该电池簇中旧电池包的电流通路被切断，停止之前的工作状态。
(2)再控制第一开关K1闭合，使新电池包重新被串入该电池簇的电流通路中，可以与旧电池包执行相同操作。
其余过程及原理与上述实施例相同，此处不再赘述。
本发明另一实施例还提供了一种储能系统，如图4所示，包括：BMS(batterymanagementsystem，电池管理系统，图中未展示)和至少一个电池簇(比如图4中所示的1#Rack、2#Rack和n#Rack)；其中：
如图4所示，该储能系统中，电池簇的个数大于1时，各个电池簇并联连接。
各个电池簇中设置有至少两个串联连接的电池包。
至少一个电池簇中各电池包的运行时长不完全相同，其SOC分别为SOCNEW和SOCOLD；并且，新电池包(比如图4中所示电池簇1#Rack中的电池包Pack2)的运行时长小于旧电池包的运行时长；新电池包的SOC为SOCNEW，旧电池包的SOC为SOCOLD。
并且，该电池簇中，新电池包与第一开关K1串联连接的支路与第二开关K2并联连接。
该BMS用于执行如上述实施例中任一实施例所述的储能系统的充放电控制方法。
该充放电控制方法的具体过程及原理如上述实施例所述，此处不再一一赘述。
优选的，上述提及的第一开关K1和第二开关K2均为双向开关，比如：继电器、接触器或者逆导型晶体管等；该逆导型晶体管可以为MOSFET、JFET、集成反并二极管的IGBT等；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。
优选的，该BMS包括：BMU(batterymanagementunit，电池管理单元)、CMU(batterycontrolmanagementunit，电池簇管理单元)以及SMU(batterysystemmanagementunit，系统电池管理单元)；其中：
BMU用于采集相应电池包的电芯参数，并将采集得到的电芯参数上传至对应的CMU。
CMU用于根据采集到的电池簇参数以及相应电池簇中各电池包的全部电芯参数，执行充放电控制方法；并且，每个电池簇中，其第一开关K1和第二开关K2均受控于相应的CMU。
SMU用于实现各个CMU与外部设备之间的通信连接。实际应用中，该外部设备包括：储能变流器的控制器，用于根据SMU的通信信息，实现对于电池簇的充放电。
优选的，各个电池簇中还包括：与各个电池包串联连接的投切开关(参见图4中各个电池簇中最上端的开关)，其同样受控于相应的CMU，用于实现相应电池簇的投切功能。
该储能系统中的其他器件设置均可以参见现有技术，此处不再一一赘述。
本发明另一实施例还提供一种储能变流系统，如图5所示，包括：储能变流器PCS和如上一实施例所述的储能系统；其中：
储能变流器PCS的直流侧与储能系统相连；并且，实际应用中，两者之间也可以设置有相应的总开关，受控于储能变换器PCS的控制器，负责实现整个储能系统的投切功能。
储能变换器PCS的控制器与储能系统中的BMS通信连接。
并且，该储能变流器PCS的交流侧一般通过相应的变压器连接电网。
该储能系统中，新电池包(比如图4中所示电池簇1#Rack中的电池包Pack2)与第一开关K1串联连接之后，串联连接的支路再与第二开关K2并联连接。
新电池包的SOC为SOCNEW，旧电池包的SOC为SOCOLD。
该BMS中的CMU执行该充放电控制方法时：
若SOCNEW＞SOCOLD，则先控制第一开关K1断开，再控制第二开关K2闭合，把新电池包旁路掉，同时PCS对于旧电池包进行充电；待SOCNEW＝SOCOLD时，先控制第二开关K2断开，再控制第一开关K1闭合，新旧电池包可正常串联使用。
同理若SOCNEW＜SOCOLD，则先控制第一开关K1断开，再控制第二开关K2闭合，把新电池包旁路掉，同时PCS对于旧电池包进行放电；待SOCNEW＝SOCOLD时，先控制第二开关K2断开，再控制第一开关K1闭合，新旧电池包可正常串联使用。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (15)

1.一种储能系统的充放电控制方法，其特征在于，所述储能系统的至少一个电池簇中各电池包的运行时长不完全相同；所述充放电控制方法包括：
判断相应电池簇中新旧电池包的剩余电量SOC是否均衡；
若所述SOC不均衡，则旁路掉相应电池簇中的新电池包，对相应电池簇中的旧电池包进行充放电；
直至所述SOC恢复平衡后，控制相应电池簇恢复正常运行。
2.根据权利要求1所述的储能系统的充放电控制方法，其特征在于，判断相应电池簇中新旧电池包的剩余电量SOC是否均衡，包括：
判断相应电池簇中，所述新电池包的SOC是否大于所述旧电池包的SOC，或者，所述新电池包的SOC是否小于所述旧电池包的SOC；
若所述新电池包的SOC大于所述旧电池包的SOC，或者，所述新电池包的SOC小于所述旧电池包的SOC，则判定所述SOC不均衡。
3.根据权利要求2所述的储能系统的充放电控制方法，其特征在于，若所述SOC不均衡，则旁路掉相应电池簇中的新电池包，对相应电池簇中的旧电池包进行充放电，包括：
若所述新电池包的SOC大于所述旧电池包的SOC，则旁路掉所述新电池包，对所述旧电池包进行充电；
若所述新电池包的SOC小于所述旧电池包的SOC，则旁路掉所述新电池包，对所述旧电池包进行放电。
4.根据权利要求1-3任一项所述的储能系统的充放电控制方法，其特征在于，直至所述SOC恢复平衡后，控制相应电池簇恢复正常运行，包括：
判断所述SOC是否恢复平衡；
若所述SOC恢复平衡，则控制所述新电池包与所述旧电池包进入相同运行状态。
5.根据权利要求1-3任一项所述的储能系统的充放电控制方法，其特征在于，所述新电池包与第一开关串联连接的支路与第二开关并联连接；旁路掉相应电池簇中的新电池包，包括：
控制所述第一开关断开；
再控制所述第二开关闭合。
6.根据权利要求4所述的储能系统的充放电控制方法，其特征在于，所述新电池包与第一开关串联连接的支路与第二开关并联连接；控制所述新电池包与所述旧电池包进入相同运行状态，包括：
控制所述第二开关断开；
再控制所述第一开关闭合。
7.一种储能系统，其特征在于，包括：电池管理系统BMS和至少一个电池簇；
所述电池簇中设置有至少两个串联连接的电池包；
至少一个所述电池簇中各电池包的运行时长不完全相同，其中，新电池包的运行时长小于旧电池包的运行时长；
并且，所述新电池包与第一开关串联连接的支路与第二开关并联连接；
所述BMS用于执行如权利要求1-6任一项所述的储能系统的充放电控制方法。
8.根据权利要求7所述的储能系统，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关均为双向开关。
9.根据权利要求8所述的储能系统，其特征在于，所述双向开关为：继电器、接触器或者逆导型晶体管。
10.根据权利要求7-9任一项所述的储能系统，其特征在于，所述BMS包括：电池管理单元BMU、电池簇管理单元CMU以及系统电池管理单元SMU；
所述BMU用于采集相应电池包的电芯参数；
所述CMU用于根据采集到的电池簇参数以及相应电池簇中各电池包的全部所述电芯参数，执行所述充放电控制方法；所述电池簇中，所述第一开关和所述第二开关均受控于所述CMU；
所述SMU用于实现各个所述CMU与外部设备之间的通信连接。
11.根据权利要求10所述的储能系统，其特征在于，所述外部设备包括：储能变流器的控制器，用于根据所述SMU的通信信息，实现对于所述电池簇的充放电。
12.根据权利要求7-9任一项所述的储能系统，其特征在于，所述电池簇中还包括：与各个所述电池包串联连接的投切开关，受控于所述CMU。
13.根据权利要求7-9任一项所述的储能系统，其特征在于，所述电池簇的个数大于1时，各个所述电池簇并联连接。
14.一种储能变流系统，其特征在于，包括：储能变流器和如权利要求7-13任一项所述的储能系统；其中：
所述储能变流器的直流侧与所述储能系统相连；
所述储能变换器的控制器与所述储能系统中的BMS通信连接。
15.根据权利要求14所述的储能变流系统，其特征在于，所述储能变流器的交流侧通过变压器连接电网。
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