CN115065125A - 储能系统 - Google Patents

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CN115065125A CN202210834152.6A CN202210834152A CN115065125A CN 115065125 A CN115065125 A CN 115065125A CN 202210834152 A CN202210834152 A CN 202210834152A CN 115065125 A CN115065125 A CN 115065125A
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Abstract

本发明提供一种储能系统，包括：M个相互串联的储能电池和通信链路，每个储能电池都对应设置有唯一的控制器，控制器能够控制对应的储能电池接入储能系统中、以及从储能系统中旁路掉，其中，M为自然数，M≥2；每个控制器均执行以下均衡控制方法：获取对应的储能电池的第一状态值，并基于通信链路向其余M‑1个控制器都发送第一状态值，并接收其余M‑1个控制器所发送的第二状态值；基于第一状态值和M‑1个第二状态值、确定将对应的储能电池接入储能系统中或者从储能系统中旁路掉。从而提高了储能系统的可用性。

Description

储能系统
技术领域
本发明涉及储能技术领域，尤其涉及一种储能系统。
背景技术
随着新能源汽车的普及，以及“碳中和”，“碳达峰”等目标的提出，整个社会的能源结构在向电能转变，其中，新能源汽车中需要设置有储能系统，在光伏发电、风力发电中，也会需要设置有储能系统。
在实际中，储能系统通常都是有多个相互串联的储能电池组成，储能系统在长时间运行后，各个电池因内阻和容量变化等因素导致电池不一致性加剧。由于木桶效应的存在，系统的可用容量及能量降低，从而降低了储能系统的可用性。因此，如何保证储能电池的高可用性，就成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种储能系统。
为了实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供了一种储能系统，包括：M个相互串联的储能电池和通信链路，每个储能电池都对应设置有唯一的控制器，所述控制器能够控制对应的储能电池接入所述储能系统中、以及从所述储能系统中旁路掉，其中，M为自然数，M≥2；每个控制器均执行以下均衡控制方法：获取对应的储能电池的第一状态值，并基于所述通信链路向其余M-1个控制器都发送第一状态值，并接收其余M-1个控制器所发送的第二状态值；基于第一状态值和M-1个第二状态值、确定将对应的储能电池接入所述储能系统中或者从所述储能系统中旁路掉。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一、第二状态值均包括：对应储能电池的SOC值；所述“基于第一状态值和M-1个第二状态值、确定将对应的储能电池接入所述储能系统中或者从所述储能系统中旁路掉”具体包括：获取M个SOC值的平均值MV1，获取对应的储能电池的待处理SOC值，当待处理SOC值位于预设阀值区间、且所处储能系统处于充电状态、且待处理SOC值<平均值MV1时，将对应的储能电池接入所述储能系统中；当待处理SOC值位于预设阀值区间、且所处储能系统处于充电状态、且待处理SOC值>平均值MV1时，将对应的储能电池从所述储能系统中旁路掉；其中，所述预设阀值区间为[第一阀值,第二阀值]，0<第一阀值<第二阀值。
作为本发明一实施方式的进一步改进，当待处理SOC值位于预设阀值区间、且所处储能系统处于放电状态、且待处理SOC值<平均值MV1时，将对应的储能电池从所述储能系统中旁路掉；当待处理SOC值位于预设阀值区间、且所处储能系统处于放电状态、且待处理SOC值>平均值MV1时，将对应的储能电池接入所述储能系统中。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一、第二状态值均包括：对应储能电池的最高单体电压值；所述“基于第一状态值和M-1个第二状态值、确定将对应的储能电池接入所述储能系统中或者从所述储能系统中旁路掉”具体包括：获取M个最高单体电压值的平均值MV2，获取对应的储能电池的最高单体电压值VOL2；当对应的储能电池处于旁路状态、且VOL2不位于预设阀值区间、且所处储能系统处于充电状态、且VOL2>平均值MV2时，将对应的储能电池接入所述储能系统中；当对应的储能电池处于旁路状态、且VOL2不位于预设阀值区间、且所处储能系统处于充电状态、且VOL2<平均值MV2时，将对应的储能电池保持旁路状态。
作为本发明一实施方式的进一步改进，储能电池的最高单体电压值＝F(储能电池的温度，储能系统的电流，储能电池的SOC值)，其中，F()为函数。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一、第二状态值均包括：对应储能电池的最低单体电压值；所述“基于第一状态值和M-1个第二状态值、确定将对应的储能电池接入所述储能系统中或者从所述储能系统中旁路掉”具体包括：获取M个最低单体电压值的平均值MV3，获取对应的储能电池的最低单体电压值VOL3；当对应的储能电池处于旁路状态、且VOL3不位于预设阀值区间、且所处储能系统处于放电状态、且VOL3>平均值MV3时，将对应的储能电池接入所述储能系统中；当对应的储能电池处于旁路状态、且VOL3不位于预设阀值区间、且所处储能系统处于放电状态、且VOL3<平均值MV3时，将对应的储能电池保持旁路状态。
作为本发明一实施方式的进一步改进，储能电池的最低单体电压值＝H(储能电池的温度，储能系统的电流，储能电池的SOC值)，其中，H()为函数。
作为本发明一实施方式的进一步改进，每个控制器均持续执行所述均衡控制方法，直至所有储能电池均接入到所述储能系统中。
作为本发明一实施方式的进一步改进，第一阀值＝20％。
作为本发明一实施方式的进一步改进，第二阀值＝90％。
相对于现有技术，本发明的技术效果在于：本发明实施例提供一种储能系统，包括：M个相互串联的储能电池和通信链路，每个储能电池都对应设置有唯一的控制器，控制器能够控制对应的储能电池接入储能系统中、以及从储能系统中旁路掉，其中，M为自然数，M≥2；每个控制器均执行以下均衡控制方法：获取对应的储能电池的第一状态值，并基于通信链路向其余M-1个控制器都发送第一状态值，并接收其余M-1个控制器所发送的第二状态值；基于第一状态值和M-1个第二状态值、确定将对应的储能电池接入储能系统中或者从储能系统中旁路掉。从而提高了储能系统的可用性。
附图说明
图1是本发明实施例中的储能系统的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。
本发明实施例提供了一种储能系统，如图1所示，包括：M个相互串联的储能电池1和通信链路3，每个储能电池1都对应设置有唯一的控制器2，所述控制器2能够控制对应的储能电池1接入所述储能系统中、以及从所述储能系统中旁路掉，其中，M为自然数，M≥2；这里，该储能电池1中可以包含有多个电芯，这些电芯串联或并联从而构成了该储能电池1，该储能电池1可以为镍氢电池、镍镉电池和锂电池等，该控制器2可以为单片机等，该通信链路3可以为以太网，光纤网络，CAN(Controller Area Network，控制器域网)等；所述控制器2能够储能电池1进行充电、放电、接入该储能系统中或从该储能系统中旁路等控制。在使用时，该储能系统会和用电设备组成一个串联回路，可以理解的是，当储能电池1接入到该储能系统中时，该储能电池1就会位于该串联回路中；当储能电池1从该储能系统中旁路掉时，该储能电池1就不位于该串联回路中。
每个控制器2均执行以下均衡控制方法：获取对应的储能电池1的第一状态值，并基于所述通信链路3向其余M-1个控制器2都发送第一状态值，并接收其余M-1个控制器2所发送的第二状态值；基于第一状态值和M-1个第二状态值、确定将对应的储能电池1接入所述储能系统中或者从所述储能系统中旁路掉。这里，每个控制器2都获取其对应的储能电池1的状态值，并通过通信链路3将该状态值发送给其余的M-1个控制器2，于是每个控制器2就能够获得所有储能电池1的状态值了，然后，在基于这个M个控制器的状态值来对其对应的储能电池进行操作，即接入所述储能系统中、还是从所述储能系统中旁路掉。
所述储能电池1的正极电连接到第一开关S1的第一端，正电极1A和第二开关S2的第一端均与第一开关S1的第二端电连接，第二开关S2的第二端与储能电池1的负极电连接；所述控制器2能够控制第一开关S1中的第一、第二端之间的连接和断开，以及控制第二开关S2中的第一、第二端之间的连接和断开。这里，如图1所示，在一个储能电池1中，当第一开关S1处于连接状态，且第二开关S2处于断开状态时，储能电池1接入到该储能系统中；当第一开关S1处于断开状态，且第二开关S2处于连接状态时，储能电池1处于旁路状态，即没有接入到该储能系统中。该状态值包括：电压、电流和温度等状态值。
本实施例中，所述第一、第二状态值均包括：对应储能电池1的SOC(State OfCharge,荷电状态)值；SOC值是用来反映电池的剩余容量的，其数值上定义为剩余容量占电池容量的比值，常用百分数表示。其取值范围为0～1，当SOC＝0时表示电池放电完全，当SOC＝1时表示电池完全充满。SOC值主要估算方法解析：(1)内阻法，内阻测量法是用不同频率的交流电激励电池，测量电池内部交流电阻，并通过建立的计算模型得到SOC估计值，该方法测量得到的电池荷电状态反映了电池在某特定恒流放电条件下的SOC值。(2)线性模型法，线性模型法原理是基于SOC的变化量、电流、电压和上一个时间点SOC值，建立的线性模型，这种模型适用于低电流、SOC缓变的情况，对测量误差和错误的初始条件，有很高的鲁棒性。(3)卡尔曼滤波法，卡尔曼滤波法是建立在安时积分法的基础之上的。卡尔曼滤波法的主要思想，是对动力系统的状态做出最小方差意义上的最优估计。该方法应用于电池SOC估计，电池被视为一动力系统，荷电状态为系统的一个内部状态。
所述“基于第一状态值和M-1个第二状态值、确定将对应的储能电池1接入所述储能系统中或者从所述储能系统中旁路掉”具体包括：获取M个SOC值的平均值MV1，获取对应的储能电池1的待处理SOC值，当待处理SOC值位于预设阀值区间、且所处储能系统处于充电状态、且待处理SOC值<平均值MV1时，将对应的储能电池1接入所述储能系统中。
这里，在充电时，当某个储能电池1的SOC<平均值MV1时，可以认为，该储能电池1的电量较低，需要充电，因此，就可以将该储能电池1接入所述储能系统中。这里，该储能系统通常都会设置有正电极和负电极，当电流从正电极流出，从负电极流进时，可以认为，该储能系统处于放电状态；反之，当电流从正电极流进，从负电极流出时，可以认为，该储能系统处于充电状态；在实际中，可以利用一个探测器来探测该储能系统是处于充电状态还是处于放电状态。
可以理解的是，当第一阀值≤待处理SOC值≤第二阀值时，待处理SOC值位于预设阀值区间，当待处理SOC值<第一阀值或第二阀值<待处理SOC值时，待处理SOC值不位于预设阀值区间。
当待处理SOC值位于预设阀值区间、且所处储能系统处于充电状态、且待处理SOC值>平均值MV1时，将对应的储能电池1从所述储能系统中旁路掉；其中，所述预设阀值区间为[第一阀值,第二阀值]，0<第一阀值<第二阀值。这里，在充电时，当某个储能电池1的SOC>平均值MV1时，可以认为，该储能电池1的电量较高，不需要充电，因此，就可以将该储能电池1从所述储能系统中旁路掉。
随着接入状态的储能电池1充电，SOC上升，平均SOC也随之升高；实时判断每个储能电池1与平均SOC的大小关系，小于平均SOC的储能电池1的状态切换为接入状态，大于平均SOC的储能电池1的状态切换为旁路状态；直到所有储能电池状态均为接入状态，则均衡结束。
本实施例中，当待处理SOC值位于预设阀值区间、且所处储能系统处于放电状态、且待处理SOC值<平均值MV1时，将对应的储能电池1从所述储能系统中旁路掉；这里，在放电时，当某个储能电池1的SOC<平均值MV1时，可以认为，该储能电池1的电量较低，不适合继续放电了，因此，就可以将该储能电池1从所述储能系统中旁路掉。
当待处理SOC值位于预设阀值区间、且所处储能系统处于放电状态、且待处理SOC值>平均值MV1时，将对应的储能电池1接入所述储能系统中。这里，在放电时，当某个储能电池1的SOC>平均值MV1时，可以认为，该储能电池1的电量较高，适合继续放电，因此，就可以将该储能电池1接入到所述储能系统中。
随着接入状态的储能电池1的持续放电，SOC下降，平均SOC也随之下降；实时判断每个储能电池1与平均SOC的大小关系，大于平均SOC的储能电池1的状态切换为接入状态，小于平均SOC的储能电池1的状态切换为旁路状态；直到所有储能电池1的状态均为接入状态，则均衡结束。
本实施例中，所述第一、第二状态值均包括：对应储能电池1的最高单体电压值；
所述“基于第一状态值和M-1个第二状态值、确定将对应的储能电池1接入所述储能系统中或者从所述储能系统中旁路掉”具体包括：获取M个最高单体电压值的平均值MV2，获取对应的储能电池1的最高单体电压值VOL2；当对应的储能电池1处于旁路状态、且VOL2不位于预设阀值区间、且所处储能系统处于充电状态、且VOL2>平均值MV2时，将对应的储能电池1接入所述储能系统中；当对应的储能电池1处于旁路状态、且VOL2不位于预设阀值区间、且所处储能系统处于充电状态、且VOL2<平均值MV2时，将对应的储能电池1保持旁路状态。
这里，在放电时，对于已旁路的储能电池1而言，若其最高单体电压<平均值MV2，则切换为接入状态，否则维持旁路状态；直到所有储能电池1的状态均为接入状态，则均衡结束。
本实施例中，储能电池1的最高单体电压值＝F(储能电池1的温度，储能系统的电流，储能电池1的SOC值)，其中，F()为函数。这里，在实际中，每个储能电池1都对应有一个表格，该表格包含了储能电池1的温度，储能系统的电流以及储能电池1的最高单体电压值之间的关系，因此，可以设计出函数F()来反应该表格。
本实施例中，所述第一、第二状态值均包括：对应储能电池1的最低单体电压值；
所述“基于第一状态值和M-1个第二状态值、确定将对应的储能电池1接入所述储能系统中或者从所述储能系统中旁路掉”具体包括：获取M个最低单体电压值的平均值MV3，获取对应的储能电池1的最低单体电压值VOL3；当对应的储能电池1处于旁路状态、且VOL3不位于预设阀值区间、且所处储能系统处于放电状态、且VOL3>平均值MV3时，将对应的储能电池1接入所述储能系统中；当对应的储能电池1处于旁路状态、且VOL3不位于预设阀值区间、且所处储能系统处于放电状态、且VOL3<平均值MV3时，将对应的储能电池1保持旁路状态。
这里，在放电时，对于已旁路的储能电池1而言，若其最低单体电压>平均值MV3，则切换为接入状态，否则维持旁路状态；直到所有储能电池1的状态均为接入状态，则均衡结束。
本实施例中，储能电池1的最低单体电压值＝H(储能电池1的温度，储能系统的电流，储能电池1的SOC值)，其中，H()为函数。这里，在实际中，每个储能电池1都对应有一个表格，该表格包含了储能电池1的温度，储能系统的电流以及储能电池1的最低单体电压值之间的关系，因此，可以设计出函数F()来反应该表格。
本实施例中，每个控制器2均持续执行所述均衡控制方法，直至所有储能电池1均接入到所述储能系统中。
本实施例中，第一阀值＝20％。
本实施例中，第二阀值＝90％。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种储能系统，包括：M个相互串联的储能电池(1)和通信链路(3)，每个储能电池(1)都对应设置有唯一的控制器(2)，所述控制器(2)能够控制对应的储能电池(1)接入所述储能系统中、以及从所述储能系统中旁路掉，其中，M为自然数，M≥2；其特征在于：
每个控制器(2)均执行以下均衡控制方法：获取对应的储能电池(1)的第一状态值，并基于所述通信链路(3)向其余M-1个控制器(2)都发送第一状态值，并接收其余M-1个控制器(2)所发送的第二状态值；基于第一状态值和M-1个第二状态值、确定将对应的储能电池(1)接入所述储能系统中或者从所述储能系统中旁路掉。
2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，
所述第一、第二状态值均包括：对应储能电池(1)的SOC值；
所述“基于第一状态值和M-1个第二状态值、确定将对应的储能电池(1)接入所述储能系统中或者从所述储能系统中旁路掉”具体包括：
获取M个SOC值的平均值MV1，获取对应的储能电池(1)的待处理SOC值，当待处理SOC值位于预设阀值区间、且所处储能系统处于充电状态、且待处理SOC值<平均值MV1时，将对应的储能电池(1)接入所述储能系统中；当待处理SOC值位于预设阀值区间、且所处储能系统处于充电状态、且待处理SOC值>平均值MV1时，将对应的储能电池(1)从所述储能系统中旁路掉；其中，所述预设阀值区间为[第一阀值,第二阀值]，0<第一阀值<第二阀值。
3.根据权利要求2所述的储能系统，其特征在于，
当待处理SOC值位于预设阀值区间、且所处储能系统处于放电状态、且待处理SOC值<平均值MV1时，将对应的储能电池(1)从所述储能系统中旁路掉；
当待处理SOC值位于预设阀值区间、且所处储能系统处于放电状态、且待处理SOC值>平均值MV1时，将对应的储能电池(1)接入所述储能系统中。
4.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，
所述第一、第二状态值均包括：对应储能电池(1)的最高单体电压值；
所述“基于第一状态值和M-1个第二状态值、确定将对应的储能电池(1)接入所述储能系统中或者从所述储能系统中旁路掉”具体包括：
获取M个最高单体电压值的平均值MV2，获取对应的储能电池(1)的最高单体电压值VOL2；
当对应的储能电池(1)处于旁路状态、且VOL2不位于预设阀值区间、且所处储能系统处于充电状态、且VOL2>平均值MV2时，将对应的储能电池(1)接入所述储能系统中；
当对应的储能电池(1)处于旁路状态、且VOL2不位于预设阀值区间、且所处储能系统处于充电状态、且VOL2<平均值MV2时，将对应的储能电池(1)保持旁路状态。
5.根据权利要求4所述的储能系统，其特征在于，
储能电池(1)的最高单体电压值＝F(储能电池(1)的温度，储能系统的电流，储能电池(1)的SOC值)，其中，F()为函数。
6.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，
所述第一、第二状态值均包括：对应储能电池(1)的最低单体电压值；
所述“基于第一状态值和M-1个第二状态值、确定将对应的储能电池(1)接入所述储能系统中或者从所述储能系统中旁路掉”具体包括：
获取M个最低单体电压值的平均值MV3，获取对应的储能电池(1)的最低单体电压值VOL3；
当对应的储能电池(1)处于旁路状态、且VOL3不位于预设阀值区间、且所处储能系统处于放电状态、且VOL3>平均值MV3时，将对应的储能电池(1)接入所述储能系统中；
当对应的储能电池(1)处于旁路状态、且VOL3不位于预设阀值区间、且所处储能系统处于放电状态、且VOL3<平均值MV3时，将对应的储能电池(1)保持旁路状态。
7.根据权利要求6所述的储能系统，其特征在于，
储能电池(1)的最低单体电压值＝H(储能电池(1)的温度，储能系统的电流，储能电池(1)的SOC值)，其中，H()为函数。
8.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，
每个控制器(2)均持续执行所述均衡控制方法，直至所有储能电池(1)均接入到所述储能系统中。
9.根据权利要求1-8任一项所述的储能系统，其特征在于：
第一阀值＝20％。
10.根据权利要求1-8任一项所述的储能系统，其特征在于：
第二阀值＝90％。
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