CN206195347U - 一种电网储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电网储能系统，包括多个电池模块，电池模块包括有：锂电池、DC/DC变换器，所有DC/DC变换器接入直流母线形成并联连接，所述DC/DC变换器之间连接有自主均流控制模块，实用新型中的DC/DC变换器之间连接有通讯模块、下垂控制单元或其他自主均流控制模块，保证DC/DC变换器可以工作在有/无通讯模块条件下的自均流模式，还可以将自主均流控制模块与中位机连接，实现锂电池有序充放电模式工作，还可利用远程控制端实现远程监控，本实用新型适用于多种均流、充放电工作状态，动态性能显著提高，还适应电池组出现“不同电池荷电态”、“不同电池功率等级”、“单个模块故障”等不同情况，易于实现较为复杂的能量调度策略并提高电网储能系统的动态性能。

Description

一种电网储能系统

技术领域

本实用新型涉及动力锂离子电池成组应用及电力储能领域，具体为一种适用于多个DC/DC变换器的电网储能系统。

背景技术

电池储能作为新能源使用中不可或缺的一部分，其发展也影响着新能源的发展。随着我国电网容量的不断扩大，峰谷差不断增加，可再生能源、分布式供能和智能电网的蓬勃发展，对大规模发展电池储能技术的需求日益增大。然而，电池成组技术已成为储能大规模发展的技术瓶颈。

多个不同状态的锂电池直接并联使用会引起功率的不正常流动并对电池造成损坏，通过给每块电力储能用锂电池串联一个DC/DC变换装置后再并联在一起构成一个系统，每条电池支路在DC/DC变换装置的控制下形成电流内环闭环控制，所有支路并联在一起通过控制各支路的电流从而稳定对外的恒压输出形成电压外环闭环控制，这样的系统叫做并网用锂电池系统。

电池成组方法的核心参数是电池的串并联数量，众所周知，并联数量越多电池容量越大，串联数量越多电池总电压越大。电力储能常见的电池组总电压是48V，60V和96V等电压等级，这些电压等级均是基于传统铅酸电池。近年来，锂电池应用逐渐推广，锂电池组用于储能的电压等级有48V，60V直至500V以上。因为，锂离子电池不可以像铅酸电池组浮充均衡，导致串联电压越高电池组内锂离子电池单体的电压不一致越严重，但是48V和60V等电压等级的锂电池组能够提供的电网储能容量十分有限。查阅相关文献资料，目前很少针对48V和60V这个电压等级的多DC/DC变换器并联锂电池并网的方案提出。本实用新型提出的多DC/DC变换器并联的锂电池成组方法的运行模式易于实现电压一致均衡，能量调度策略较为灵活。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电网储能系统，满足电池组温度、均衡、功率和寿命的实际需求，为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：包括多个电池模块，每个电池模块包括有：锂电池、与锂电池连接的DC/DC变换器，所有DC/DC变换器分别接入直流母线形成并联连接，所述DC/DC变换器之间连接有自主均流控制模块。

优选的，所述自主均流控制模块可以为通讯模块。

优选的，所述自主均流控制模块可以采用下垂控制单元。

优选的，所述自主均流控制模块可以与中位机连接。

优选的，所述自主均流控制模块可以与中位机连接，所述中位机可以与远程

控制端连接。

优选的，所述多个电池模块的规格可选不同功率等级。

优选的，所述锂电池储能大小不同且DC/DC变换器功率等级不同。

优选的，所述通讯模块可采用CAN总线通信方式。

优选的，所述下垂控制单元可以为基于均流控制电路的下垂控制器。

本实用新型与现有技术相比的有益效果：

本实用新型中的DC/DC变换器之间连接有通讯模块、下垂控制单元或其他自主

均流控制模块，保证DC/DC变换器可以工作在有/无通讯模块条件下的自均流模式，还可以将自主均流控制模块与中位机连接，实现有中位机条件下的有序充放电模式工作，还可以利用与中位机连接的远程控制端实现远程监控，本实用新型适用于多种均流、充放电工作状态，动态性能显著提高，本实用新型还适应电池组出现“不同电池荷电态”、“不同电池功率等级”、“单个模块故障”等不同情况，易于实现较为复杂的能量调度策略并提高电网储能系统的动态性能。

附图说明

图1为所设计的多DC/DC变换器并联锂电池储能拓扑图；

图2为有通讯模块的多DC/DC变换器均流示意图；

图3为无通讯模块的多DC/DC变换器均流示意图；

图4为有中位机控制的多DC/DC变换器均流示意图；

图5为不同电池荷电态的动态能量调度情况，其中阴影面积代表电池荷大小；

图6为不同电池功率等级的动态能量调度情况，其中电池大小不同表示电池功率等级不同；

图7为单个模块故障的动态能量调度情况，其中，电池中出现闪电标记的代表出现故障的电池；

图中，1、直流母线；2、电池模块；3、DC/DC变换器；4、锂电池；

5、自主均流控制模块；6、中位机；7、远程控制端。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合一次具体的数据做进一步的详细说明。在此，本实用新型的示意性事例用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

由图1所示可知，本实用新型包括多个电池模块2，每个电池模块2包括有：锂电池4、与锂电池4连接的DC/DC变换器3，所有DC/DC变换器3分别接入直流母线1形成并联连接。

在DC/DC变换器3之间连接有自主均流控制模块5，由图2所示可知，所述自主均流控制模块5优选通讯模块，所述通讯模块可采用CAN总线通信方式，均流控制策略可根据CAN通讯所传送数据动态改变。

由图3所述可知，可知为所述自主均流控制模块5优选下垂控制单元，所述下垂控制单元可以为基于均流控制电路的下垂控制器，下垂控制单元读取其控制的DC/DC变换器3的输出电流，按照一条由输出电流和输出电压组成的下垂曲线来改变DC/DC变换器3的输出电压。当多电池模块2并联时，尽管各电池模块2的实际参数不太一致，使其输出电流和电压有所差异，但由于下垂特性的存在，通过下垂控制器的调整，各电池模块2的输出电流和输出电压均会满足各自的下垂曲线，最终其输出电压保持一致，而输出电流则根据其下垂曲线来确定。当设置的下垂曲线根据实际设备参数进行校正后，各电池模块2下垂参数相同时，其输出电流的大小也将相同，从而实现均流。此方法无需建立电池模块2与电池模块2之间的通信，在无通讯模块的条件下，可直接根据直流母线1上的电压动态调整模块的输出，虽然电压下垂会使整体输出变化，但实际使用中直流母线1电压波动在一定的范围内时系统均可以接受。

本实用新型所提供的方案中，电池模块2还具有自主决定充放电能量调度策略，采用图4所示的有中位机6设备的均流工作控制方法，将自主均流控制模块5与中位机6连接，每个电池模块2将各自的信息发送给中位机6进行参数计算和策略分析，若电力储能外部负荷需求波动或锂电池4的能量状态波动对中位机6制定策略影响较大，中位机6下发电流指令或功率指令给各DC/DC变换器3，与图2所示的DC/DC变换器3自主通讯的效果类似。

如图4所示，自主均流控制模块5可以与中位机6连接，所述中位机6可以与远程控制端连接，满足实际用户的远程控制需求。

已知，48V和60V等电压等级锂电池4模块2的储能容量可以在20Ah到400Ah之间选择，单个模块的能量范围在1kWh到20kWh之间，单个电池模块2的功率范围在500W到10kW之间。

因为48V和60V等电压等级锂电池4模块2的一致性较高，锂电池4模块2内可以不考虑电池均衡，是否电池模块2内均衡还取决于内部的保护板或电池管理系统是否含有均衡功能，但是电池模块2之间需要考虑均衡。

图5中的锂电池4出现了不同电池荷电态，出现此状态是由于不完全正常运行所导致的，其原因为：由于采用了图1的拓扑结构，电池模块2可以自主决定自身的充放电电流，为了测试、维护、保养的需要还可以定期的对自身模块参数进行校正和检测，因此锂电池4储能系统中会普遍存在图5所示的不同电池模块2荷电态。

出现图5所示的情况时，由于在DC/DC变换器3之间连接有自主均流控制模块5，确切的说利用CAN总线通信，采用该使得电池模块2可以根据自身当前荷电态的边界充放电电流相互通讯，整个系统自主决定对负载电流的贡献大小。

图6示出了多个电池模块2之间具有不同功率等级的能量调度情况，不同功

率等级是指不同储能大小的锂电池4和不同功率等级的DC/DC变换器3，不同电池模块2功率等级是为了让长期高功率运行的锂电池4组主动降功率运行，降功率的原因主要有两个，一方面是因为连续高功率运行后电池模块2内部温度分布不均，降功率有利于温度场分布的均匀；另一方面是因为小电流充放电易于判断出电池内部参数状态，有利于准确确定电池均衡容量和电池模块2参数信息，图6的不同功率等级能量调度策略的运用对于提高整个技术方案的动态性能和循环寿命。

图7示出了某电池模块2支路故障或需要维护时的系统能量调度情况，图1所示的多DC/DC变换器3并联的拓扑结构可以满足整个电池组的可靠不间断运行，即使有某个支路电池模块2出现故障或需要维护，同时由于我们选择了48V或60V等电压等级的锂电池4模块2，单个支路所含的能量较为有限，相比500V电压等级的锂电池4支路更加灵活。虽然并联的支路增加，但整个系统的可靠性显著增强。

综合成本与可靠性因素，本实用新型提出的多DC/DC变换器3并联的锂电池4成组方法动态特性显著提高，多支路的工作模式中可以嵌入相应的参数校正、参数检测和动态能量调度的功能，同时还可以结合电网负荷特性，实现能量的复杂时空条件下的充放策略，全面满足电池组温度、均衡、功率和寿命的实际需求，利于电池储能技术的进步和电池储能的模块化快速发展。

Claims (5)

1.一种电网储能系统，包括多个电池模块，每个电池模块包括有：锂电池、与锂电池连接的DC/DC变换器，其特征在于：所有DC/DC变换器分别接入直流母线形成并联连接，所述DC/DC变换器之间连接有自主均流控制模块，所述自主均流控制模块可以为通讯模块、可以采用下垂控制单元、可以与中位机连接，所述通讯模块可采用CAN总线通信方式，均流控制策略可根据CAN通讯所传送数据动态改变；所述下垂控制单元可以为基于均流控制电路的下垂控制器，在无通讯模块的条件下，可直接根据直流母线上的电压动态调整模块的输出；中位机用于下发电流指令或功率指令给各DC/DC变换器。

2.根据权利要求1所述的一种电网储能系统，其特征在于：所述自主均流控制模块可以与中位机连接，所述中位机可以与远程控制端连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种电网储能系统，其特征在于：所述多个电池模块的规格可选不同功率等级。

4.根据权利要求1或2所述的一种电网储能系统，其特征在于：所述锂电池储能大小不同且DC/DC变换器功率等级不同。

5.根据权利要求1或2所述的一种电网储能系统，其特征在于：所述下垂控制单元可以为基于均流控制电路的下垂控制器。