CN114598008A - 储能电源装置、储能电源控制方法、装置和单片机 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种储能电源装置、控制方法、控制装置和单片机。所述装置包括:能量管理单元,电池控制单元,N个电池系统,与各所述电池系统电连接的N个双向电源变换器,其中,能量管理单元与外部电网连接,用于获取当前功率需求,并向所述电池控制单元输出所述当前功率需求。电池控制单元用于从各电池系统获取电池信息,并根据当前功率需求及各电池系统的电池信息,确定针对各电池系统的控制信号,并向与电池系统电连接的双向电源变换器输出针对电池系统的控制信号。双向电源变换器用于根据接收的所述控制信号,控制与双向电源变换器电连接的电池系统的充电电流或放电电流。采用本方法能够充分利用各电池系统的电池容量。
Description
技术领域
本申请涉及电池回收技术领域,特别是涉及一种储能电源装置、储能电源控制方法、装置和单片机。
背景技术
随着新能源汽车领域的发展,动力电池的产量也在持续增长。而动力电池组的循环充放电导致其可用容量逐渐衰减,一般地,用于汽车领域的动力电池组的可用容量衰减到原来的20%时,即可被认定为达到退役条件。汽车用动力电池组的更换周期约为4-5年,相应的动力电池组的年退役率超过20%,因此,每年会产生大量的退役电池。因此,出现了退役电池回收技术。
相关技术中采用直接将退役电池系统拆解,回收其电池材料的回收方式,但这种方式仅回收电池材料,不仅会消耗大量能源,更浪费了退役电池系统的潜在利用价值。
发明内容
基于此,有必要针对退役电池来源广、种类多、参数不一致的情况,提供一种能够兼容多种退役电池系统、使得各电池系统同时完成充电或放电,充分利用电池系统可用电池容量的储能电源装置、储能电源控制方法、装置和单片机。
第一方面,本申请提供了一种储能电源装置。所述装置包括:能量管理单元,电池控制单元,N个电池系统,与各所述电池系统电连接的N个双向电源变换器,其中,N为正整数;
其中,所述能量管理单元与外部电网连接,用于获取当前功率需求,并向所述电池控制单元输出所述当前功率需求;
所述电池控制单元,用于从各所述电池系统获取电池信息,并根据所述当前功率需求及各所述电池系统的电池信息,确定针对各所述电池系统的控制信号,并向与所述电池系统电连接的双向电源变换器输出针对所述电池系统的控制信号;
所述双向电源变换器,用于根据接收的所述控制信号,控制与所述双向电源变换器电连接的所述电池系统的充电电流或放电电流。
在其中一个实施例中,所述装置还包括:
电源变换系统,包括直流端和交流端,所述直流端通过直流母线与各所述双向电源变换器电连接,所述交流端与所述外部电网电连接;
所述电源变换系统用于在充电模式下,将来自所述外部电网的交流电转换为直流电,或者,在放电模式下,将来自各所述电池系统的直流电转换为交流电。
在其中一个实施例中,所述电池系统还包括电池管理系统和电池组;
所述电池管理系统用于获取所述电池组的电池信息,并将所述电池信息传输到所述电池控制单元。
在其中一个实施例中,所述N个电池系统的电池类型、电池容量信息、电池电压信息中至少一项不同。
第二方面,本申请还提供了一种储能电源控制方法,应用于储能电源装置中的电池控制单元,所述储能电源装置包括:能量管理单元,电池控制单元,N个电池系统,与各所述电池系统电连接的N个双向电源变换器。所述方法包括:
接收所述能量管理单元发送的当前功率需求,所述当前功率需求包括放电功率需求或者充电功率需求;
获取各所述电池系统的电池信息,并根据各所述电池系统的电池信息和所述当前功率需求,确定针对各所述电池系统的控制信号;
针对任一所述电池系统,向与所述电池系统电连接的双向电源变换器发送针对所述电池系统的控制信号,以使所述双向电源变换器根据所述控制信号,控制所述电池系统的充电电流或者放电电流。
在其中一个实施例中,所述电池系统的控制信号用于指示所述电池系统的充电电流或者放电电流,在充电工作模式下,所述电池系统的充电电流与所述电池系统的荷电状态负相关和/或所述电池系统的充电电流与所述电池系统的电池容量正相关;在放电工作模式下,所述电池系统的放电电流与所述电池系统的荷电状态和/或电池容量正相关。
在其中一个实施例中,所述获取各所述电池系统的电池信息,并根据各所述电池系统的电池信息和所述当前功率需求,确定针对各所述电池系统的控制信号,包括:
根据各所述电池系统的电池信息,确定各所述电池系统的荷电状态;
根据各所述电池系统的荷电状态及各所述电池系统的电池信息,确定所述储能电源装置的能量状态;
根据所述储能电源装置的能量状态、各所述电池系统的电池信息及所述当前功率需求,确定所述储能电源装置的充电时间或者放电时间;
针对任一所述电池系统,根据所述电池系统的电池信息、所述储能电源装置的充电时间或者放电时间及所述电池系统的荷电状态,确定针对所述电池系统的充电电流或者放电电流;
分别根据针对各所述电池系统的充电电流或者放电电流以及所述储能电源装置的工作模式,得到针对各所述电池系统的控制信号。
在其中一个实施例中,根据各所述电池系统的荷电状态及各所述电池系统的电池信息,确定所述储能电源装置的能量状态,包括:
根据各所述电池系统的荷电状态及电池信息,确定所述储能电源装置的剩余电能;
根据各所述电池系统的电池信息,确定所述储能电源装置的额定电能;
根据所述剩余电能及所述额定电能,确定储能电源装置的能量状态。
第三方面,本申请还提供了一种储能电源控制装置,应用于储能电源装置中的电池控制单元,所述储能电源装置包括:能量管理单元,电池控制单元,N个电池系统,与各所述电池系统电连接的N个双向电源变换器,包括:
接收模块,用于接收所述能量管理单元发送的当前功率需求,所述当前功率需求包括放电功率需求或者充电功率需求;
确定模块,用于获取各所述电池系统的电池信息,并根据各所述电池系统的电池信息和所述当前功率需求,确定针对各所述电池系统的控制信号;
发送模块,用于针对任一所述电池系统,向与所述电池系统电连接的双向电源变换器发送针对所述电池系统的控制信号,以使所述双向电源变换器根据所述控制信号,控制所述电池系统的充电电流或者放电电流。
在其中一个实施例中,所述电池系统的控制信号用于指示所述电池系统的充电电流或者放电电流,在充电工作模式下,所述电池系统的充电电流与所述电池系统的荷电状态负相关,所述电池系统的充电电流与所述电池系统的电池容量正相关;在放电工作模式下,所述电池系统的充电电流与所述电池系统的荷电状态和/或电池容量正相关。
在其中一个实施例中,所述确定模块还用于:
根据各所述电池系统的电池信息,确定各所述电池系统的荷电状态;
根据各所述电池系统的荷电状态及各所述电池系统的电池信息,确定所述储能电源装置的能量状态;
根据所述储能电源装置的能量状态、各所述电池系统的电池信息及所述当前功率需求,确定所述储能电源装置的充电时间或者放电时间;
针对任一所述电池系统,根据所述电池系统的电池信息、所述储能电源装置的充电时间或者放电时间及所述电池系统的荷电状态,确定针对所述电池系统的充电电流或者放电电流;
分别根据针对各所述电池系统的充电电流或者放电电流以及所述储能电源装置的工作模式,得到针对各所述电池系统的控制信号。
在其中一个实施例中,所述确定模块还用于:
根据各所述电池系统的荷电状态及电池信息,确定所述储能电源装置的剩余电能;
根据各所述电池系统的电池信息,确定所述储能电源装置的额定电能;
根据所述剩余电能及所述额定电能,确定储能电源装置的能量状态。
第四方面,本申请还提供了一种单片机。所述单片机包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤:
接收所述能量管理单元发送的当前功率需求,所述当前功率需求包括放电功率需求或者充电功率需求;
获取各所述电池系统的电池信息,并根据各所述电池系统的电池信息和所述当前功率需求,确定针对各所述电池系统的控制信号;
针对任一所述电池系统,向与所述电池系统电连接的双向电源变换器发送针对所述电池系统的控制信号,以使所述双向电源变换器根据所述控制信号,控制所述电池系统的充电电流或者放电电流。
本申请实施例所述的储能电源装置、储能电源控制方法、装置和单片机,所述装置包括:能量管理单元,电池控制单元,N个电池系统,与各所述电池系统电连接的N个双向电源变换器,其中,能量管理单元与外部电网连接,用于获取当前功率需求,并向所述电池控制单元输出所述当前功率需求。电池控制单元用于从各电池系统获取电池信息,并根据当前功率需求及各电池系统的电池信息,确定针对各电池系统的控制信号,并向与电池系统电连接的双向电源变换器输出针对电池系统的控制信号。双向电源变换器用于根据接收的所述控制信号,控制与双向电源变换器电连接的电池系统的充电电流或放电电流。基于本申请实施例提供的储能电源装置、储能电源控制方法、装置和单片机,电池控制单元可以根据当前功率需求通过双向电源变换器分别对各电池系统的充电电流或者放电电流进行控制,以使得各电池系统在电池控制单元的控制下,能够同步充满电,或能够同步放完电,从而在回收退役电池系统的场景下,能够在不拆解电池系统的情况下,通过储能电源装置充分利用电池系统的潜在利用价值及充分利用各电池系统的电池容量,且避免了储能电源装置中部分电池系统的过充电或过放电现象。
附图说明
图1为本申请实施例提供的储能电源装置的结构示意图;
图2为本申请实施例提供的储能电源控制方法的流程示意图;
图3为本申请另一实施例提供的储能电源控制方法的流程示意图;
图4为本申请另一实施例提供的储能电源控制方法的流程示意图;
图5为本申请一实施例提供的储能电源控制装置的结构框图;
图6为本申请一实施例提供的单片机的内部结构图。
附图标号说明
储能电源装置10、能量管理单元100、电池控制单元200、电池系统300、双向电源变换器400、电源变换系统500、电池管理系统3002、电池组3004。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
参照图1所示,本申请实施例提供了一种储能电源装置,储能电源装置包括:能量管理单元100,电池控制单元200,N个电池系统300,与各电池系统300电连接的N个双向电源变换器400,其中,N为正整数;
其中,能量管理单元100与外部电网连接,用于获取当前功率需求,并向电池控制单元200输出当前功率需求;
电池控制单元200,用于从各电池系统300获取电池信息,并根据当前功率需求及各电池系统的电池信息,确定针对各电池系统300的控制信号,并向与电池系统300电连接的双向电源变换器400输出针对电池系统300的控制信号;
双向电源变换器400,用于根据接收的控制信号,控制与双向电源变换器400电连接的电池系统300的充电电流或放电电流。
本申请实施例中,储能电源装置包括能量管理单元100、电池控制单元200、N个电池系统300以及与各电池系统300电连接的N个双向电源变换器400。其中,N个电池系统300形成了一个新的电源,该电源可以向外放电,来为与该电源电连接的负载供电,并且该电源还可以通过与其电连接的外部电网充电,来为自身储存电量。N个电池系统300与N个双向电源变换器400一一对应,一个电池系统300和与其对应的双向电源变换器400电连接。例如:参照图1所示,三个电池系统与三个双向电源变换器一一对应连接,电池系统1与双向电源变换器1电连接,电池系统2与双向电源变换器2电连接,电池系统3与双向电源变换器3电连接。
示例性的,N个电池系统300可以均为普通电池系统,也可以均为退役电池系统,或者也可以为部分普通电池系统和部分退役电池系统的组合,本申请实施例中对于N个电池系统300的类型不做具体限定。对于退役电池系统,由于电池系统的电量的可用容量会随着电池系统的循环充放电而逐渐衰减,当电池系统的可用容量衰减到一定程度时,该电池系统即被认定为达到退役条件,达到退役条件的电池系统即为退役电池系统。例如:一个应用于新能源汽车的动力电池系统的可用容量衰减为原来可用容量的20%时,该动力电池系统就达到了退役条件,因此,该动力电池系统为退役电池系统。
本申请实施例中,能量管理单元100与外部电网连接,用于获取当前功率需求,并向电池控制单元200输出当前功率需求。能量管理单元100与电池控制单元200通讯连接,以使得能量管理单元100和电池控制单元200之间可以传输数据和信号。需要说明的是,本申请实施例中对于通讯连接的方式不做具体限定,示例性的,能量管理单元100可以通过CAN1(Controller Area Network,通讯总线)与电池控制单元200通讯连接。
其中,当前功率需求可以为充电功率需求或者是放电功率需求。当前功率需求与外部电网的工作状态存在相关性,示例性的,当外部电网负荷较大或处于高峰电价时段时,储能电源装置向电网输出电能,相应地,当前功率需求为放电功率需求;当外部电网负荷较小或处于低谷电价时段,电网向储能电源装置输出电能,相应地,当前功率需求为充电功率需求。
本申请实施例中,为了使各电池系统同时充满电或者同时放完电,电池控制单元200可以从各电池系统300获取电池信息,并根据当前功率需求及各电池系统的电池信息,确定针对各电池系统300的控制信号,并向与电池系统300电连接的双向电源变换器400输出针对电池系统300的控制信号,以使得双向电源变换器400可以根据控制信号控制与其对应的电池系统300的充电或者放电,以使得各电池系统同时充满电或者同时放完电。
示例性的,仍以前述示例为例,在充电模式下,电池控制单元200获取电池系统1、电池系统2和电池3的电池信息,并根据充电功率需求和电池系统1、电池系统2、电池系统3的电池信息,确定针对电池系统1的控制信号1,确定针对电池系统2的控制信号2,确定针对电池系统3的控制信号3,并向双向电源变换器1输出控制信号1,向双向电源变换器2输出控制信号2,向双向电源变换器3输出控制信号3,双向电源变换器1根据接收到的控制信号1控制电池系统1的充电电流,双向电源变换器2根据接收到的控制信号2控制电池系统2的充电电流,双向电源变换器3根据接收到的控制信号3控制电池系统3的充电电流,以使得电池系统1、电池系统2、电池系统3同时充满电。
其中,电池控制单元200与各电池系统300通讯连接。需要说明的是,本申请实施例中对于通讯连接的方式不做具体限定,示例性的,电池控制单元200可以通过CAN(Controller Area Network,通讯总线)与各电池系统300通讯连接。
其中,电池信息可以包括且不限于:电池系统的额定容量、电压以及实时电流等信息。
本申请实施例中,电池控制单元200可以根据当前功率需求及各电池系统的电池信息,确定针对各电池系统300的充电电流或放电电流,之后,根据针对各电池系统300的充电电流或放电电流,确定针对各电池系统300的充电控制信号或放电控制信号,并向与电池系统300电连接的双向电源变换器400输出针对各电池系统300的充电控制信号或放电控制信号,从而使得双向电源变换器400根据各电池系统300的充电控制信号或放电控制信号控制各电池系统300的充电电流或放电电流。
示例性的,以当前功率需求为充电功率需求为例,电池控制单元200根据充电功率需求及各电池系统的电池信息,可以确定各电池系统300的充电电流,之后,电池控制单元200根据各电池系统300的充电电流,确定针对各电池系统300的充电控制信号,并向与电池系统300电连接的双向电源变换器400输出针对各电池系统300的充电控制信号,从而使得双向电源变换器400控制各电池系统300的充电电流,以实现各电池系统300同时充满电。
本申请实施例中,双向电源变换器400根据接收的控制信号,控制与双向电源变换器400电连接的电池系统300的充电电流或放电电流。其中,双向电源变换器400的低压端与电池系统300电连接,双向电源变换器400的高压端与外部电网电连接。
示例性的,双向电源变换器400根据接收到的控制信号,确定其自身的工作模式,工作模式可以根据充电或者放电分为降压模式或升压模式,同时,双向电源变换器400根据接收到的控制信号,可以控制其自身的输出电流或输入电流,从而控制各电池系统300的充电电流或放电电流。例如:以图1中的双向电源变换器1为例,电池控制单元确定电池系统1的充电电流为10A,则双向电源变换器1可以根据接收到的控制信号控制自身的输出电流,以使得电池系统1的充电电流保持为10A;或者,电池控制单元确定电池系统1的放电电流为15A,则双向电源变换器1可以根据接收到的控制信号控制自身的输入电流,以使得电池系统1的放电电流保持为15A。
示例性的,仍以前述示例为例,当前功率需求为充电功率需求时,双向电源变换器400根据接收到的充电控制信号,确定自身的工作模式为降压模式,同时,双向电源变换器根据充电控制信号,控制自身的输出电流,从而控制各电池系统300的充电电流;或者,当前功率需求为放电功率需求时,双向电源变换器400根据接收到的放电控制信号,确定自身的工作模式为升压模式,同时,双向电源变换器400根据放电控制信号,控制自身的输入电流,从而控制各电池系统300的放电电流。
本申请实施例所述的储能电源装置,所述装置包括:能量管理单元,电池控制单元,N个电池系统,与各所述电池系统电连接的N个双向电源变换器,其中,能量管理单元与外部电网连接,用于获取当前功率需求,并向所述电池控制单元输出所述当前功率需求。电池控制单元用于从各电池系统获取电池信息,并根据当前功率需求及各电池系统的电池信息,确定针对各电池系统的控制信号,并向与电池系统电连接的双向电源变换器输出针对电池系统的控制信号。双向电源变换器用于根据接收的所述控制信号,控制与双向电源变换器电连接的电池系统的充电电流或放电电流。基于本申请实施例提供的储能电源装置,电池控制单元可以根据当前功率需求通过双向电源变换器分别对各电池系统的充电电流或者放电电流进行控制,以使得各电池系统在电池控制单元的控制下,能够同步充满电,或能够同步放完电,从而在回收退役电池系统的场景下,能够在不拆解电池系统的情况下,通过储能电源装置充分利用电池系统的潜在利用价值及充分利用各电池系统的电池容量,且避免了储能电源装置中部分电池系统的过充电或过放电现象。
在一个实施例中,参照图1所示,储能电源装置还包括:
电源变换系统500,包括直流端和交流端,直流端通过直流母线与各双向电源变换器400电连接,交流端与外部电网电连接;
电源变换系统500用于在充电模式下,将来自外部电网的交流电转换为直流电,或者,在放电模式下,将来自各电池系统300的直流电转换为交流电。
本申请实施例中,各双向电源变换器400的高压端并联连接,形成了一条直流母线,电源变换系统500的直流端通过连接直流母线,与各双向电源变换器400电连接,交流端与外部电网连接。
其中,各电池系统300中为直流电,而外部电网中为交流电,电源变换系统500连接在电池系统和外部电网之间,用于实现交流电和直流电之间的转换。
本申请实施例中,在充电模式下,电源变换系统500将来自外部电网的交流电转换为直流电,直流电依次进入各双向电源变换器400和与双向电源变换器400电连接的电池系统300,双向电源变换器400根据针对各电池系统300的控制信号控制直流电为各电池系统300充电,从而控制各电池系统300的充电电流;在放电模式下,各电池系统300放出直流电,与电池系统300电连接的双向电源变换器400根据针对各电池系统300的控制信号,控制直流电流入双向电源变换器400,从而控制各电池系统300的放电电流,电源变换系统500将来自各电池系统300的直流电转换为交流电。
本申请实施例中,电源变换系统500在充电模式或者放电模式下,可以完成交流电和直流电之间的相互转化,使得储能电源装置可以适用于交流电网中,增大了其使用范围。
在一个实施例中,参照图1所示,电池系统还包括电池管理系统3002和电池组3004;
电池管理系统3002用于获取电池组3004的电池信息,并将电池信息传输到电池控制单元200。
本申请实施例中,电池系统通过电池管理系统3002(Battery ManagementSystem,BMS)获取电池组3004的电池信息,并上报至电池控制单元200,其中,电池信息可以包括额定容量、电压和实时电流等信息。电池管理系统3002可以实时监控并获取电池组3004的电池信息。另外,电池组3004的部分电池信息在电池组3004制作完成后就已经确定,为电池组3004的预设信息,例如额定容量等信息。因此,电池管理系统3002也可以通过读取预设信息的方式获取电池信息。例如:电池管理系统3002通过监控得到电池组3004的电压和实时电流等电池信息,通过直接读取的方式得到电池组3004的额定容量等电池信息。
在电池系统为退役电池系统的情况下,本申请实施例可以利用N个退役电池系统组成新的储能电源装置,不需对退役电池系统进行拆解,即可实现对退役电池系统的回收及再利用。
本申请实施例中,电池管理系统3002用于获取电池组3004的电池信息,并将电池信息传输到电池控制单元200。利用电池系统中的电池管理系统3002来获取电池信息,在电池系统为退役电池系统时,可以直接将退役电池系统进行利用,不需将退役电池系统进行拆解,节约了拆解电池系统需消耗的人力和物力。
在一个实施例中,N个电池系统300的电池类型、电池容量信息、电池电压信息中至少一项不同。
本申请实施例中,N个电池系统300的电池类型、电池容量信息、电池电压信息中至少一项不同。示例性的,仍以当前示例为例,电池系统1的电池类型为磷酸铁锂电池,电池容量为150Ah,电池电压平台为336V;电池系统2的电池类型为三元锂电池,电池容量为150Ah,电池电压平台为360V;电池系统3的电池类型为三元锂电池,电池容量为100Ah,电池电压平台为540V。
本申请实施例中,由于电池控制单元200可以根据当前功率需求确定各电池系统300的充电电流或者放电电流,并通过双向电源变换器400分别控制各电池系统300的充电电流或放电电流,使得各电池系统能够同步充满电,或能够同步放完电。因此,N个电池系统300可以为不同的电池系统,储能电源装置具有高兼容性。
在一个实施例中,N个电池系统300的电池类型、电池容量信息、电池电压信息也可以全部相同。
参照图2所示,本申请实施例提供了一种储能电源控制方法,应用于储能电源装置中的电池控制单元,储能电源装置包括:能量管理单元,电池控制单元,N个电池系统,与各电池系统电连接的N个双向电源变换器,方法包括:
步骤202,接收能量管理单元发送的当前功率需求,当前功率需求包括放电功率需求或者充电功率需求。
本申请实施例中,当前功率需求与外部电网的工作状态存在相关性,示例性的,当外部电网负荷较大或处于高峰电价时段时,储能电源装置向电网输出电能,相应地,当前功率需求为放电功率需求;当外部电网负荷较小或处于低谷电价时段,电网向储能电源装置输出电能,相应地,当前功率需求为充电功率需求。
步骤204,获取各电池系统的电池信息,并根据各电池系统的电池信息和当前功率需求,确定针对各电池系统的控制信号。
本申请实施例中,电池信息包括电池系统的额定容量、电压以及实时电流等信息。电池控制单元获取各电池系统的额定容量、电压以及实时电流,并根据各电池系统的额定容量、电压、实时电流和当前功率需求,确定各电池系统的充电电流或放电电流,并根据各电池系统的充电电流或放电电流,确定针对各电池系统的充电控制信号或放电控制信号,从而控制各电池系统的充电电流或放电电流,具体过程参照前述实施例的相关描述即可,本申请实施例在此不再赘述。
步骤206,针对任一电池系统,向与电池系统电连接的双向电源变换器发送针对电池系统的控制信号,以使双向电源变换器根据控制信号,控制电池系统的充电电流或者放电电流。
本申请实施例中,针对任一电池系统,电池控制单元向与电池系统电连接的双向电源变换器发送针对该电池系统的控制信号,双向电源变换器根据该控制信号,确定自身的工作模式,同时双向电源变换器根据控制信号,控制自身的输出电流或输入电流,从而控制电池系统的充电电流或者放电电流。
示例性的,仍以前述示例为例,当前功率需求为充电功率需求时,双向电源变换器1、双向电源变换器2、双向电源变换器3分别根据接收到的充电控制信号,确定自身的工作模式为降压模式,同时,双向电源变换器1、双向电源变换器2、双向电源变换器3根据充电控制信号,分别控制自身向电池系统的输出电流,从而分别控制电池系统1、电池系统2、电池系统3的充电电流。
本申请实施例中,电池控制单元可以根据当前功率需求通过双向电源变换器分别对各电池系统的充电电流或者放电电流进行控制,以使得各电池系统在电池控制单元的控制下,能够同步充满电,或能够同步放完电,从而在回收退役电池系统的场景下,能够在不拆解电池系统的情况下,通过储能电源装置充分利用电池系统的潜在利用价值及充分利用各电池系统的电池容量,且避免了储能电源装置中部分电池系统的过充电或过放电现象。
在一个实施例中,电池系统的控制信号用于指示电池系统的充电电流或者放电电流,在充电工作模式下,电池系统的充电电流与电池系统的荷电状态负相关和/或电池系统的充电电流与电池系统的电池容量正相关;在放电工作模式下,电池系统的放电电流与电池系统的荷电状态和/或电池容量正相关。
在本申请实施例中,荷电状态为电池系统中的实时储存的电量的一种表现形式,电池容量为电池系统最多可以储存的电量。为保证各电池系统可以同时完成充电或者放电,各电池系统的充电电流或者放电电流与各电池系统的荷电状态和电池容量存在相关性。在充电工作模式下,电池系统的荷电状态越高,电池系统的充电电流越小;电池系统的电池容量越小,电池系统的充电电流就越小。在放电模式下,电池系统的荷电状态越高,电池系统的放电电流越大;电池系统的电池容量越大,电池系统的放电电流就越大。
本申请实施例中,电池控制单元根据各电池系统的充电电流或者放电电流与电池系统的荷电状态和电池容量信息之间的相关性,可以确定各电池系统的充电电流或者放电电流的大小,之后,根据各电池系统的充电电流或者放电电流,确定针对各电池系统的控制信号,双向电源变换器根据针对各电池系统的控制信号控制各电池系统的充电电流或者放电电流,从而使得各电池系统可以同步充满电,或使得各电池系统能够同步放完电,从而充分利用了各电池系统的电池容量,避免了部分电池系统的过充电或过放电现象。
在一个实施例中,参照图3所示,步骤204中,获取各电池系统的电池信息,并根据各电池系统的电池信息和当前功率需求,确定针对各电池系统的控制信号,包括:
步骤302,根据各电池系统的电池信息,确定各电池系统的荷电状态。
本申请实施例中,电池控制单元可以根据各电池系统的实时电流、额定容量,确定各电池系统的荷电状态。例如:可以根据各电池系统的实时电流和额定容量,利用安时计量法确定各电池系统的荷电状态。
步骤304,根据各电池系统的荷电状态及各电池系统的电池信息,确定储能电源装置的能量状态。
在本申请实施例中,储能电源装置的能量状态为储能电源装置中实时存储的电量的一种表现形式。电池控制单元可以根据各电池系统的荷电状态及各电池系统的额定容量和电压,确定储能电源装置的能量状态。
示例性的,确定储能电源装置的能量状态(State of Energy,SOE)的过程可以参照下述公式(一)。
其中,SOE表示储能电源装置的能量状态,n表示储能电源装置中电池系统的个数(本申请实施例中n=N),i表示储能电源装置中第i个电池系统,SOCi表示第i个电池系统的荷电状态,Qi表示第i个电池系统的额定容量,Ui表示第i个电池系统的电压。
步骤306,根据储能电源装置的能量状态、各电池系统的电池信息及当前功率需求,确定储能电源装置的充电时间或者放电时间。
在本申请实施例中,电池控制单元根据储能电源装置的能量状态、各电池系统的额定容量、各电池系统的电压以及充电功率需求,可以确定储能电源装置的充电时间;或者根据储能电源装置的能量状态、各电池系统的额定容量、各电池系统的电压以及放电功率需求,可以确定储能电源装置的放电时间。
示例性的,在充电模式下,可以根据储能电源装置的能量状态,得到储能电源装置需要充的能量状态,根据储能电源装置需要充的能量状态与储能电源装置的额定电能,确定储能电源装置需要充的电能,并根据储能电源装置需要充的电能与充电功率需求,确定储能电源装置的充电时间。示例性的,确定储能电源装置的充电时间t1的过程可以参照下述公式(二)。
在放电模式下,首先根据储能电源装置的能量状态与储能电源装置的额定电能,确定储能电源装置的放电电能,并根据储能电源装置的放电电能与放电功率需求,确定储能电源装置的放电时间。示例性的,确定储能电源装置的放电时间t2的过程可以参照下述公式(三)。
步骤308,针对任一电池系统,根据电池系统的电池信息、储能电源装置的充电时间或者放电时间及电池系统的荷电状态,确定针对电池系统的充电电流或者放电电流。
在本申请实施例中,针对任一电池系统,电池控制单元根据电池系统的额定容量、储能电源装置的充电时间或者放电时间及电池系统的荷电状态,确定针对电池系统的充电电流或者放电电流。
其中,在充电模式下,首先根据电池系统的荷电状态,确定电池系统需要充的能量状态,之后根据电池系统需要充的能量状态和电池系统的额定容量,确定电池系统的充电容量,并根据电池系统的充电容量和储能电源装置的充电时间,确定各电池系统的充电电流。示例性的,确定各电池系统的充电电流Ici的过程可以参照下述公式(四)。
其中,SOCi表示第i个电池系统的荷电状态,1-SOCi表示第i个电池系统需要充的能量状态,(1-SOCi)·Qi表示第i个电池系统的充电容量,t1为储能电源装置的充电时间。
在放电模式下,首先根据电池系统的荷电状态和电池系统的额定容量,确定电池系统的放电容量,并根据电池系统的放电容量和储能电源装置的放电时间,确定各电池系统的放电电流。示例性的,确定各电池系统的放电电流Idi的过程可以参照下述公式(五)
其中,SOCi·Qi表示第i个电池系统的放电容量,t2为储能电源装置的放电时间。
步骤310,分别根据针对各电池系统的充电电流或者放电电流以及储能电源装置的工作模式,得到针对各电池系统的控制信号。
在本申请实施例中,电池控制单元分别根据针对各电池系统的充电电流或者放电电流以及储能电源装置的工作模式,得到针对各电池系统的控制信号。其中,储能电源装置的工作模式为充电模式或者放电模式,针对各电池系统的控制信号为充电控制信号或放电控制信号。针对各电池系统的充电控制信号用于控制各电池系统的充电电流,针对各电池系统的放电控制信号用于控制各电池系统的放电电流。
本申请实施例中,电池控制单元根据各电池系统的电池信息、当前功率需求,可以确定各电池系统的充电电流或者放电电流,并根据各电池系统的充电电流或者放电电流,确定针对各电池系统的控制信号,通过双向电源变换器根据针对各电池系统的控制信号,来控制各电池系统的充电电流或者放电电流,以使得各电池系统能够同步充满电,或使得各电池系统能够同步放完电,从而充分利用了各电池系统的电池容量,避免了部分电池系统的过充电或过放电现象。
在一个实施例中,参照图4所示,步骤304中,根据各电池系统的荷电状态及各电池系统的电池信息,确定储能电源装置的能量状态,包括:
步骤402,根据各电池系统的荷电状态及电池信息,确定储能电源装置的剩余电能。
本申请实施例中,电池控制单元根据各电池系统的荷电状态、额定容量和电压,确定储能电源装置的剩余电能。首先针对每个电池系统,根据电池系统的荷电状态、额定容量和电压,确定电池系统中剩余的电能(如公式(一)所示,电池系统中剩余的电能可以表示为SOCi·Qi·Ui),之后,将各电池系统的剩余电能相加求和,得到储能电源装置的剩余电能(如公式(一)所示,储能电源装置的剩余电能可以表示为
步骤404,根据各电池系统的电池信息,确定储能电源装置的额定电能。
在本申请实施例中,电池控制单元根据各电池系统的电池信息,确定储能电源装置的额定电能。首先,针对每个电池系统,根据电池系统的额定容量和电压,确定电池系统的额定电能(如公式(一)所示,电池系统额定电能可以表示为Qi·Ui),之后,将各电池系统的额定电能相加求和,得到储能电源装置的额定电能(如公式(一)所示,储能电源装置的剩余电能可以表示为)。
步骤406,根据剩余电能及额定电能,确定储能电源装置的能量状态。
在本申请实施例中,可以根据剩余电能与额定电能的比值,确定储能电源装置的能量状态。示例性的,可以将储能电源装置的剩余电能除以储能电源装置的额定电能,得到储能电源装置的能量状态。
本申请实施例中,电池控制单元可以根据各电池系统的荷电状态及电池信息,确定了储能电源装置的能量状态,并根据储能电源装置的能量状态、各电池系统的电池信息以及当前功率需求,确定各电池系统的充电电流或者放电电流,并根据各电池系统的充电电流或者放电电流通过双向电源变换器分别控制各电池系统的充电电流或者放电电流,以使得各电池系统在电池控制单元的控制下,能够同步充满电,或能够同步放完电,从而在回收退役电池系统的场景下,能够在不拆解电池系统的情况下,通过储能电源装置充分利用电池系统的潜在利用价值及充分利用各电池系统的电池容量,且避免了储能电源装置中部分电池系统的过充电或过放电现象。
为使本领域技术人员更好的理解本申请实施例,以下通过具体示例对本申请实施例加以说明。
示例性的,参照图1所示,储能电源装置10包括电池系统1、电池系统2和电池系统3。当外部电网负荷较大或处于高峰电价时段时,储能电源装置向电网输出电能,此时,能量管理单元100根据外部电网的用电状态获取当前功率需求为放电功率需求。之后,能量管理单元100将放电功率需求传输给电池控制单元200,同时,电池控制单元200分别从电池系统1、电池系统2和电池系统3各自的电池管理系统3002中,获取电池系统1、电池系统2和电池系统3各自的电池组3004的额定容量、电压和实时电流等电池信息。
电池控制单元200根据各电池系统的额定容量和实时电流,分别确定电池系统1、电池系统2和电池系统3的荷电状态,之后分别根据电池系统1、电池系统2和电池系统3的荷电状态、额定容量和电压,确定储能电源装置10的剩余电能,并根据电池系统1、电池系统2和电池系统3的额定容量和电压,确定储能电源装置10的额定电能,之后令剩余电能除以额定电能,得到储能电源装置的能量状态。电池控制单元200根据储能电源装置的能量状态、各电池系统的额定容量以及各电池系统的电压,确定储能电源装置的放电电能,并根据储能电源装置的放电电能和放电功率需求,确定储能电源装置的放电时间,之后针对每个电池系统,根据电池系统的荷电状态、电池系统的额定容量以及储能电源装置的放电时间,分别确定电池系统1的放电电流I1,电池系统2的放电电流I2,电池系统3的放电电流I3。
电池控制单元200根据电池系统1的放电电流I1确定针对电池系统1的放电控制信号1,根据电池系统2的放电电流I2确定针对电池系统2的放电控制信号2,根据电池系统3的放电电流I3确定针对电池系统3的放电控制信号3,并向双向电源变换器1输出放电控制信号1,向双向电源变换器2输出放电控制信号2,向双向电源变换器3输出放电控制信号3。
双向电源变换器1会根据放电控制信号1,确定自身的工作模式为升压模式,同时根据放电控制信号1,控制自身的输入电流,从而控制电池系统1的放电电流的大小,双向电源变换器2和双向电源变换器3同样根据上述步骤,分别控制电池系统2和电池系统3的放电电流大小,从而使得电池系统1、2和3能够同时放完电。电源变换系统500会将从各电池系统中流出并流经个双向电源变换器的直流电转换为交流电,从而使得储能电源装置10向外部电网供电。
通过上述示例可见,电池控制单元200可以根据当前功率需求通过双向电源变换器分别对各电池系统的放电电流进行控制,以使得各电池系统在电池控制单元的控制下,能够同步放完电,从而在回收退役电池系统的场景下,能够在不拆解电池系统的情况下,通过储能电源装置充分利用电池系统的潜在利用价值及充分利用各电池系统的电池容量,且避免了储能电源装置中部分电池系统的过充电或过放电现象。
应该理解的是,虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示,但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明,这些步骤的执行并没有严格的顺序限制,这些步骤可以以其它的顺序执行。而且,如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段,这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成,而是可以在不同的时刻执行,这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行,而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的发明构思,本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的储能电源控制方法的储能电源控制装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似,故下面所提供的一个或多个储能电源控制装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于储能电源控制方法的限定,在此不再赘述。
参照图5所示,本申请实施例提供了一种储能电源控制装置,应用于储能电源装置中的电池控制单元,所述储能电源装置包括:能量管理单元,电池控制单元,N个电池系统,与各所述电池系统电连接的N个双向电源变换器,储能电源控制装置包括:接收模块502、确定模块504、发送模块506,其中:
接收模块502,用于接收能量管理单元发送的当前功率需求,所述当前功率需求包括放电功率需求或者充电功率需求;
确定模块504,用于获取各电池系统的电池信息,并根据各电池系统的电池信息和当前功率需求,确定针对各电池系统的控制信号;
发送模块506,用于针对任一电池系统,向与电池系统电连接的双向电源变换器发送针对电池系统的控制信号,以使双向电源变换器根据控制信号,控制电池系统的充电电流或者放电电流。
本申请实施例所述的储能电源控制方法装置,应用于储能电源装置中的电池控制单元,所述储能电源装置包括:能量管理单元,电池控制单元,N个电池系统,与各所述电池系统电连接的N个双向电源变换器,其中接收模块502用于接收能量管理单元发送的当前功率需求。确定模块504用于获取各电池系统的电池信息,并根据各电池系统的电池信息和当前功率需求,确定针对各电池系统的控制信号。发送模块506用于针对任一电池系统,向与电池系统电连接的双向电源变换器发送针对电池系统的控制信号,以使双向电源变换器根据控制信号,控制电池系统的充电电流或者放电电流。基于本申请实施例提供的储能电源控制装置,电池控制单元可以根据当前功率需求通过双向电源变换器分别对各电池系统的充电电流或者放电电流进行控制,以使得各电池系统在电池控制单元的控制下,能够同步充满电,或能够同步放完电,从而在回收退役电池系统的场景下,能够在不拆解电池系统的情况下,通过储能电源装置充分利用电池系统的潜在利用价值及充分利用各电池系统的电池容量,且避免了储能电源装置中部分电池系统的过充电或过放电现象。
在一个实施例中,电池系统的控制信号用于指示电池系统的充电电流或者放电电流,在充电工作模式下,电池系统的充电电流与电池系统的荷电状态负相关,电池系统的充电电流与电池系统的电池容量正相关;在放电工作模式下,电池系统的充电电流与电池系统的荷电状态和/或电池容量正相关。
在一个实施例中,确定模块504还用于:
根据各电池系统的电池信息,确定各电池系统的荷电状态;
根据各电池系统的荷电状态及各电池系统的电池信息,确定储能电源装置的能量状态;
根据储能电源装置的能量状态、各电池系统的电池信息及当前功率需求,确定储能电源装置的充电时间或者放电时间;
针对任一电池系统,根据电池系统的电池信息、储能电源装置的充电时间或者放电时间及电池系统的荷电状态,确定针对电池系统的充电电流或者放电电流;
分别根据针对各电池系统的充电电流或者放电电流以及储能电源装置的工作模式,得到针对各电池系统的控制信号。
在一个实施例中,确定模块504还用于:
根据各电池系统的荷电状态及电池信息,确定储能电源装置的剩余电能;
根据各电池系统的电池信息,确定储能电源装置的额定电能;
根据剩余电能及额定电能,确定储能电源装置的能量状态。
上述储能电源控制装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中,也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中,以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中,提供了一种单片机,其内部结构图可以如图6所示。该单片机包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口。其中,该单片机的处理器用于提供计算和控制能力。该单片机的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该单片机的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信,无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该单片机被处理器执行时以实现一种储能电源控制方法。
本领域技术人员可以理解,图6中示出的结构,仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图,并不构成对本申请方案所应用于其上的单片机的限定,具体的单片机可以包括比图中所示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中,提供了一种单片机,包括存储器和处理器,存储器中存储有计算机程序,该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
需要说明的是,本申请所涉及的数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等),均为经用户授权或者经过各方充分授权的数据。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该计算机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory,ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory,MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory,FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory,PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限,RAM可以是多种形式,比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory,SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory,DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等,不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等,不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种储能电源装置,其特征在于,所述装置包括:能量管理单元(100),电池控制单元(200),N个电池系统(300),与各所述电池系统(300)电连接的N个双向电源变换器(400),其中,N为正整数;
其中,所述能量管理单元(100)与外部电网连接,用于获取当前功率需求,并向所述电池控制单元(200)输出所述当前功率需求;
所述电池控制单元(200),用于从各所述电池系统(300)获取电池信息,并根据所述当前功率需求及各所述电池系统的电池信息,确定针对各所述电池系统(300)的控制信号,并向与所述电池系统(300)电连接的双向电源变换器(400)输出针对所述电池系统(300)的控制信号;
所述双向电源变换器(400),用于根据接收的所述控制信号,控制与所述双向电源变换器(400)电连接的所述电池系统(300)的充电电流或放电电流。
2.根据权利要求1所述的储能电源装置,所述装置还包括:
电源变换系统(500),包括直流端和交流端,所述直流端通过直流母线与各所述双向电源变换器(400)电连接,所述交流端与所述外部电网电连接;
所述电源变换系统(500)用于在充电模式下,将来自所述外部电网的交流电转换为直流电,或者,在放电模式下,将来自各所述电池系统(300)的直流电转换为交流电。
3.根据权利要求1所述的储能电源装置,其特征在于,
所述电池系统还包括电池管理系统(3002)和电池组(3004);
所述电池管理系统(3002)用于获取所述电池组(3004)的电池信息,并将所述电池信息传输到所述电池控制单元(200)。
4.根据权利要求1所述的储能电源装置,其特征在于,所述N个电池系统(300)的电池类型、电池容量信息、电池电压信息中至少一项不同。
5.一种储能电源控制方法,其特征在于,应用于储能电源装置中的电池控制单元,所述储能电源装置包括:能量管理单元,电池控制单元,N个电池系统,与各所述电池系统电连接的N个双向电源变换器,所述方法包括:
接收所述能量管理单元发送的当前功率需求,所述当前功率需求包括放电功率需求或者充电功率需求;
获取各所述电池系统的电池信息,并根据各所述电池系统的电池信息和所述当前功率需求,确定针对各所述电池系统的控制信号;
针对任一所述电池系统,向与所述电池系统电连接的双向电源变换器发送针对所述电池系统的控制信号,以使所述双向电源变换器根据所述控制信号,控制所述电池系统的充电电流或者放电电流。
6.根据权利要求5所述的储能电源控制方法,其特征在于,所述电池系统的控制信号用于指示所述电池系统的充电电流或者放电电流,在充电工作模式下,所述电池系统的充电电流与所述电池系统的荷电状态负相关和/或所述电池系统的充电电流与所述电池系统的电池容量正相关;在放电工作模式下,所述电池系统的放电电流与所述电池系统的荷电状态和/或电池容量正相关。
7.根据权利要求5或6所述的储能电源控制方法,其特征在于,所述获取各所述电池系统的电池信息,并根据各所述电池系统的电池信息和所述当前功率需求,确定针对各所述电池系统的控制信号,包括:
根据各所述电池系统的电池信息,确定各所述电池系统的荷电状态;
根据各所述电池系统的荷电状态及各所述电池系统的电池信息,确定所述储能电源装置的能量状态;
根据所述储能电源装置的能量状态、各所述电池系统的电池信息及所述当前功率需求,确定所述储能电源装置的充电时间或者放电时间;
针对任一所述电池系统,根据所述电池系统的电池信息、所述储能电源装置的充电时间或者放电时间及所述电池系统的荷电状态,确定针对所述电池系统的充电电流或者放电电流;
分别根据针对各所述电池系统的充电电流或者放电电流以及所述储能电源装置的工作模式,得到针对各所述电池系统的控制信号。
8.根据权利要求7所述的储能电源控制方法,其特征在于,根据各所述电池系统的荷电状态及各所述电池系统的电池信息,确定所述储能电源装置的能量状态,包括:
根据各所述电池系统的荷电状态及电池信息,确定所述储能电源装置的剩余电能;
根据各所述电池系统的电池信息,确定所述储能电源装置的额定电能;
根据所述剩余电能及所述额定电能,确定储能电源装置的能量状态。
9.一种储能电源控制装置,应用于储能电源装置中的电池控制单元,所述储能电源装置包括:能量管理单元,电池控制单元,N个电池系统,与各所述电池系统电连接的N个双向电源变换器,其特征在于,包括:
接收模块,用于接收所述能量管理单元发送的当前功率需求,所述当前功率需求包括放电功率需求或者充电功率需求;
确定模块,用于获取各所述电池系统的电池信息,并根据各所述电池系统的电池信息和所述当前功率需求,确定针对各所述电池系统的控制信号;
发送模块,用于针对任一所述电池系统,向与所述电池系统电连接的双向电源变换器发送针对所述电池系统的控制信号,以使所述双向电源变换器根据所述控制信号,控制所述电池系统的充电电流或者放电电流。
10.一种单片机,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求5至8中任一项所述的方法的步骤。
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