CN114336828A - 一种与pcs联动的组串电池储能系统的均衡管理方法 - Google Patents

Abstract

一种与PCS联动的组串电池储能系统的均衡管理方法，该方法能实现对串联的电池模组进行动态均衡控制与管理，且充分考虑采取均衡策略后电压输出的稳定性问题。该动态均衡管理方法也可以用于满足全寿命周期内不同健康状态的电池、不同规格型号、不同厂家、不同类型等差异化电池模组的安全可靠性系统集成应用。

Description

一种与PCS联动的组串电池储能系统的均衡管理方法

技术领域

本发明属于新能源电化学储能领域，具体涉及一种与PCS联动的组串电池储能系统的均衡管理方法。

背景技术

当前储能电池管理多采用针对电池堆的被动均衡形式实现电池一致性控制，但极少对串联的电池模组进行均衡控制与管理，也未充分考虑采取均衡策略后电压输出的稳定性问题。

目前电芯均衡技术多采用被动均衡电阻的形式，通过均衡电阻的分流/分压作用来延长整个电池单元的充放电时间来实现充放电均衡，被动均衡存在能量耗散和额外散热问题，也存在缩短全生命周期循环使用寿命的可能性。

发明内容

本发明的目的是为了实现对串联的电池模组进行动态均衡控制与管理，使电池储能模组组串在采取均衡策略后其电压能稳定的输出，而提供的一种与PCS联动的组串电池储能系统的均衡管理技术。

一种与PCS联动的组串电池储能系统，它包括电池储能模组组串，电池储能模组组串包括N个串接的电池储能模组，N为自然数，且N>1；电池储能模组组串的输入端、输出端分别与储能变流器连接；每个电池储能模组包括电池储能模组单元、均衡模块，均衡模块包括单刀双掷开关；

第一个单刀双掷开关的第一接线端、第二接线端分别与第一个电池储能模组单元的输入端、输出端连接，第一个单刀双掷开关的公共端接入第二个电池储能模组单元的输入端，第一个电池储能模组单元的输入端还接入储能变流器；

第二个单刀双掷开关的第一接线端、第二接线端分别与第二个电池储能模组单元的输入端、输出端连接，第二个单刀双掷开关的公共端接入第三个电池储能模组单元的输入端；以此类推，一直到第N个电池储能模组；

第N个单刀双掷开关的公共端接入储能变流器。

它还包括均衡联动控制器，均衡联动控制器可采集各个电池储能模组单元中电池的数据、动态调整均衡模块，并与储能变流器联动。

均衡联动控制器采用的均衡策略包括以下步骤：

步骤1：判断电池储能模组是否为故障状态，若处于故障状态，则启动模组旁路功能，对其进行模组更换；否则，判断该电池储能模组是否为濒临故障状态；

步骤2：若确定目标电池储能模组处于濒临故障的状态，对其进行静置观察，待其恢复正常状态后接入系统；否则，正常运行，并继续对其进行运行状态观测；

步骤3：在充电状态下，判断目标电池储能模组的电压、SOC是否超出设定的安全标准，如果超过，对其进行旁路处理；否则，继续判断其电压差、SOC的差异性是否显著：如果电压差、SOC状态的差异显著，对其进行旁路处理，否则，正常运行；

在放电状态下，判断电池储能模组电压、SOC是否低于设定的安全标准，如果低于，对其进行旁路处理；否则，继续判断其电压差、SOC的差异性是否显著：如果电压差、SOC状态的差异显著，对其进行旁路处理，否则，正常运行。

一种与PCS联动的组串电池储能系统的均衡管理方法，它包括以下步骤：

步骤1：依据电池储能系统实时的充放电状态、电压、温度、荷电状态（SOC）、健康状态（SOH）判断该电池模组是否为故障状态，若处于故障状态，则启动电池模组旁路功能，对其进行电池模组更换后再次接入系统；否则，通过一致性等估算方法，判断该电池模组是否为濒临故障状态；

步骤2：若处于濒临故障的状态，对其进行静置观察等主动安全管控措施，恢复后接入系统；否则，正常运行，并继续对其进行运行状态观测；

步骤3：观察并判断电池储能系统在充电、放电状态下，电压、荷电状态是否符合安全标准，如果不符合安全标准，则对其进行旁路处理；否则，继续判断电压、荷电状态的差异性是否显著，并根据判断的结果确定是否进行旁路处理。

在步骤3中，在充电状态下，判断其电压、SOC是否超出设定的安全标准，如果超过，对其进行旁路处理；否则，继续判断其电压差、SOC的差异性是否显著：如果电压差、SOC状态的差异显著，对其进行旁路处理，否则，正常运行；

在放电状态下，判断其电压、SOC是否低于设定的安全标准，如果低于，对其进行旁路处理。否则，继续判断其电压差、SOC的差异性是否显著：如果电压差、SOC状态的差异显著，对其进行旁路处理，否则，正常运行。

上述旁路动作控制启动后，均衡控制器与PCS联动，根据系统的实时运行情况，动态调整PCS的直流侧充放电电压与功率。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

本发明能实现对串联的电池模组进行动态均衡控制与管理，且充分考虑采取均衡策略后电压输出的稳定性问题。该动态均衡管理方法也可以用于满足全寿命周期内不同健康状态的电池、不同规格型号、不同厂家、不同类型等差异化电池模组的安全可靠性系统集成应用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明的电路图；

图2是本发明中均衡策略的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括一种与PCS联动的组串电池储能系统，它包括电池储能模组组串，电池储能模组组串包括N个串接的电池储能模组，N为自然数，且N>1；电池储能模组组串的输入端、输出端分别与储能变流器3连接；每个电池储能模组包括电池储能模组单元1、均衡模块，均衡模块包括单刀双掷开关2；

第一个单刀双掷开关的第一接线端2-1、第二接线端2-2分别与第一个电池储能模组单元1的输入端、输出端连接，第一个单刀双掷开关的公共端2-3接入第二个电池储能模组单元的输入端，第一个电池储能模组单元1的输入端还接入储能变流器3；

第二个单刀双掷开关的第一接线端、第二接线端分别与第二个电池储能模组单元的输入端、输出端连接，第二个单刀双掷开关的公共端接入第三个电池储能模组单元的输入端；以此类推，一直到第N个电池储能模组；

第N个单刀双掷开关的公共端接入储能变流器3。

它还包括均衡联动控制器4，均衡联动控制器4可采集各个电池储能模组单元中电池的数据、动态调整均衡模块，并与储能变流器3联动。

均衡联动控制器4采用的均衡策略包括以下步骤：

步骤1：判断电池储能模组是否为故障状态，若处于故障状态，则启动模组旁路功能，对其进行模组更换；否则，判断该电池储能模组是否为濒临故障状态；

步骤2：若确定目标电池储能模组处于濒临故障的状态，对其进行静置观察，待其恢复正常状态后接入系统；否则，正常运行，并继续对其进行运行状态观测；

步骤3：在充电状态下，判断目标电池储能模组的电压、SOC是否超出设定的安全标准，如果超过，对其进行旁路处理；否则，继续判断其电压差、SOC的差异性是否显著：如果电压差、SOC状态的差异显著，对其进行旁路处理，否则，正常运行；

在放电状态下，判断电池储能模组电压、SOC是否低于设定的安全标准，如果低于，对其进行旁路处理；否则，继续判断其电压差、SOC的差异性是否显著：如果电压差、SOC状态的差异显著，对其进行旁路处理，否则，正常运行。

如图2所示，本发明还包括一种与PCS联动的组串电池储能系统的均衡管理方法，它包括以下步骤：

步骤1：依据电池储能系统实时的充放电状态、电压、温度、荷电状态（SOC）、健康状态（SOH）判断该电池模组是否为故障状态，若处于故障状态，则启动电池模组旁路功能，对其进行电池模组更换后再次接入系统；否则，通过一致性等估算方法，判断该电池模组是否为濒临故障状态；

步骤2：若处于濒临故障的状态，对其进行静置观察等主动安全管控措施，恢复后接入系统；否则，正常运行，并继续对其进行运行状态观测；

步骤3：观察并判断电池储能系统在充电、放电状态下，电压、荷电状态是否符合安全标准，如果不符合安全标准，则对其进行旁路处理；否则，继续判断电压、荷电状态的差异性是否显著，并根据判断的结果确定是否进行旁路处理。

在步骤3中，在充电状态下，判断其电压、SOC是否超出设定的安全标准，如果超过，对其进行旁路处理；否则，继续判断其电压差、SOC的差异性是否显著：如果电压差、SOC状态的差异显著，对其进行旁路处理，否则，正常运行；

在放电状态下，判断其电压、SOC是否低于设定的安全标准，如果低于，对其进行旁路处理。否则，继续判断其电压差、SOC的差异性是否显著：如果电压差、SOC状态的差异显著，对其进行旁路处理，否则，正常运行。

旁路动作控制启动后，均衡控制器与PCS联动，根据系统的实时运行情况，动态调整PCS的直流侧充放电电压与功率。

以上所有均衡、旁路动作控制启动后，该均衡控制器与PCS联动，根据系统的实时运行情况，动态调整PCS的直流侧充放电电压与功率，在保证电池储能系统组串单元的充放电均衡的前提下，降低因组串的总模组单元数量变化而引起的剩余在线模组单元电压波动，降低因组串均衡而引起单个模组过充过放的风险，实现以组串方式组成的电池储能系统动态均衡的平稳可靠性。

为了便于本领域普通技术人员进一步了解本发明，进一步说明如下：

如图1所示，该电池储能系统有1#模组、2#模组……N#模组共N个模组组串与PCS形成联动的储能系统；为每个模组单元配置一个均衡模块，该均衡模块包含高频电力电子开关、实时电压采集单元、实时温度采集单元和通讯控制单元等模块，同时为该储能系统设置均衡联动控制器。该均衡控制器将依据电池数据采集系统实时的状态，动态的调整均衡电路的状态，同时与PCS联动，控制充放电电压和功率与电池组串电压与功率相匹配；

如图2所示，具体如下：

首先，依据系统实时的充放电状态、电压、温度、荷电状态（SOC）判断所有模组是否为故障状态，如果某一模组（例如2#）处于故障状态，则启动均衡模块，直接将2#模组旁路，故障模组更换后可再次接入系统。如果1#模组、2#模组……N#模组均未处于故障状态，通过一致性等估算方法，判断组串模组是否为濒临故障状态。

若某一模组（例如2#）模组处于局部过热等异常的状态，对其进行静置观察、参数重置等主动安全管控措施，恢复后接入系统；如果1#模组、2#模组……N#模组均未处于濒临故障状态，正常运行，并继续对其进行运行状态观测。

在充电状态下，判断1#模组、2#模组……N#模组的电压、SOC是否高于设定的正偏差值，如果某一模组（例如2#）超过，对其进行旁路处理，暂停对其充电，同时均衡控制器与PCS联动实时调节PCS充电电压与输入功率；充电过程中持续监测所有模组的状态，待其与组串内其他模组的电压或SOC偏差恢复到合理范围内后将该模组切换为在线投运。如果1#模组、2#模组……N#模组均未超出设定值，继续根据运行状态判断如果1#模组、2#模组……N#模组之间的电压差、SOH的状态一致性：如果某一模组（例如3#）的电压差、SOC与其他模组（1#模组……N#模组）有明显差异，均衡控制器控制均衡子模块对3#进行模组旁路，均衡控制器与PCS联动实现电压的平稳可靠输出。如果1#模组、2#模组……N#模组的电压差、SOC均未有明显差异，正常运行。

在放电状态下，判断1#模组、2#模组……N#模组的电压、SOC是否低于设定的负偏差值，如果某一模组（例如2#）已经低于设定值，对其进行旁路处理，暂停其放电，同时均衡控制器与PCS联动实现调整直流放电参数与放电功率；放电过程中持续监测，直到其与其他模组的偏差在设定范围内后恢复放电。如果1#模组、2#模组……N#模组均未低于设定值，继续根据运行状态判断如果1#模组、2#模组……N#模组之间的电压差、SOC的状态一致性：如果某一模组（例如3#模组）的电压差、SOC与其他模组（1#模组……N#模组）有明显差异，均衡控制器控制均衡子模块对3#进行模组旁路，如果1#模组、2#模组……N#模组的电压差、SOC均未有明显差异，正常运行。

Claims (6)

1.一种与PCS联动的组串电池储能系统，其特征在于，它包括电池储能模组组串，电池储能模组组串包括N个串接的电池储能模组，N为自然数，且N>1；电池储能模组组串的输入端、输出端分别与储能变流器（3）连接；每个电池储能模组包括电池储能模组单元（1）、均衡模块，均衡模块包括单刀双掷开关（2）；

第一个单刀双掷开关的第一接线端（2-1）、第二接线端（2-2）分别与第一个电池储能模组单元（1）的输入端、输出端连接，第一个单刀双掷开关的公共端（2-3）接入第二个电池储能模组单元的输入端，第一个电池储能模组单元（1）的输入端还接入储能变流器（3）；

第二个单刀双掷开关的第一接线端、第二接线端分别与第二个电池储能模组单元的输入端、输出端连接，第二个单刀双掷开关的公共端接入第三个电池储能模组单元的输入端；以此类推，一直到第N个电池储能模组；第N个单刀双掷开关的公共端接入储能变流器（3）。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，它还包括均衡联动控制器（4），均衡联动控制器（4）可采集各个电池储能模组单元中电池的数据、动态调整均衡模块，并与储能变流器（3）联动。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，均衡联动控制器（4）采用的均衡策略包括以下步骤：

步骤1：判断电池储能模组是否为故障状态，若处于故障状态，则启动模组旁路功能，对其进行模组更换；否则，判断该电池储能模组是否为濒临故障状态；

步骤2：若确定目标电池储能模组处于濒临故障的状态，对其进行静置观察，待其恢复正常状态后接入系统；否则，正常运行，并继续对其进行运行状态观测；

步骤3：在充电状态下，判断目标电池储能模组的电压、SOC是否超出设定的安全标准，如果超过，对其进行旁路处理；否则，继续判断其电压差、SOC的差异性是否显著：如果电压差、SOC状态的差异显著，对其进行旁路处理，否则，正常运行；

在放电状态下，判断电池储能模组电压、SOC是否低于设定的安全标准，如果低于，对其进行旁路处理；否则，继续判断其电压差、SOC的差异性是否显著：如果电压差、SOC状态的差异显著，对其进行旁路处理，否则，正常运行。

4.一种与PCS联动的组串电池储能系统的均衡管理方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤1：依据电池储能系统实时的充放电状态、电压、温度、荷电状态（SOC）、健康状态（SOH）判断该电池模组是否为故障状态，若处于故障状态，则启动电池模组旁路功能，对其进行电池模组更换后再次接入系统；否则，通过一致性等估算方法，判断该电池模组是否为濒临故障状态；

步骤2：若处于濒临故障的状态，对其进行静置观察等主动安全管控措施，恢复后接入系统；否则，正常运行，并继续对其进行运行状态观测；

步骤3：观察并判断电池储能系统在充电、放电状态下，电压、荷电状态是否符合安全标准，如果不符合安全标准，则对其进行旁路处理；否则，继续判断电压、荷电状态的差异性是否显著，并根据判断的结果确定是否进行旁路处理。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤3中，在充电状态下，判断其电压、SOC是否超出设定的安全标准，如果超过，对其进行旁路处理；否则，继续判断其电压差、SOC的差异性是否显著：如果电压差、SOC状态的差异显著，对其进行旁路处理，否则，正常运行；

在放电状态下，判断其电压、SOC是否低于设定的安全标准，如果低于，对其进行旁路处理；

否则，继续判断其电压差、SOC的差异性是否显著：如果电压差、SOC状态的差异显著，对其进行旁路处理，否则，正常运行。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旁路动作控制启动后，均衡控制器与PCS联动，根据系统的实时运行情况，动态调整PCS的直流侧充放电电压与功率。

Images