CN211351780U

CN211351780U - 一种储能电池系统

Info

Publication number: CN211351780U
Application number: CN202020134143.2U
Authority: CN
Inventors: 倪同; 张涛; 葛磊
Original assignee: Xi'an Newenergy Electrical Technology Co ltd
Current assignee: Xi'an Newenergy Electrical Technology Co ltd
Priority date: 2020-01-19
Filing date: 2020-01-19
Publication date: 2020-08-25
Anticipated expiration: 2030-01-19

Abstract

一种储能电池系统，包括电池单元、基本功率单元、PCS集控单元、储能管理单元；若干个基本功率单元均连接到外部电源，每个基本功率单元均连接有电池单元，若干个基本功率单元并联连接到PCS集控单元，PCS集控单元连接储能管理单元；若干个并联的基本功率单元组成柜式结构。运营维护便利，可方便的更换功率模块和电池簇，或者对电池簇进行维护，去掉其中一个或者多个有问题的电池包可以正常工作。由于PCS的工作有一定的直流电压范围，所以增加或者减少一个电池包，不用整个更换一簇电池。大幅提高电池维护的可利用率。维护过程不影响整个系统其他部分运行，模块及电池组的更换极其简易，大幅降低维护成本。

Description

一种储能电池系统

技术领域

本实用新型属于电池管理技术领域，特别涉及一种储能电池系统。

背景技术

随着锂电池在储能系统中的大规模应用，储能系统中电池管理系统也受到前所未有的关注。储能系统对电池的要求是具备大容量、长寿命、快速响应等特点。由于储能系统容量较大，因此系统中需要的锂电池数量也是非常巨大，通过串并联方式满足系统各种功能需求。

由于锂电池的不一致性和BMS管理需求，在大型集中式储能系统中，BMS采用了三层架构的方式进行统一管控，PCS把电池包看作一个等效大电池组。由最上层的BAMS，综合管控所有的电芯。BMS系统复杂度很高。成本也不低，系统架构如图2所示：BMU负责电池模块的电压、温度采集以及均衡控制。

BCMS负责一个电池组的电池信息收集、整理计算、系统绝缘阻抗检测以及高压盒内接触器控制等功能。

高压盒负责电池回路电流检测、预充、直流接触器、熔断器等功能。

BAMS负责多个电池组数据收集汇总、系统告警、远程数据上传、与PCS通信等功能。集中式PCS负责对系统进行充电、放电、并离网切换等功能。

目前，锂电池由于天然的不一致性，在串联的时候，需要BMS进行串联均压，形成一簇可控的电池组；在并联的时候，如果均流不好，BMS是无法做任何措施的，只能监控电流指标，不能主动均流；多簇并联的时候，采用高压盒，软起动汇流到直流母线，由于簇与簇容量和内容的不一致性，以及锂电池长期运行后各项指标和性能的衰减，短期和长期使用会导致几个问题：

1)簇间电流的不一致性，会导致功率分配的不一致，所以电池组系统在设计上还需保证功率的足够降额；

2)由于电池簇的极化内阻不同，在相同的充电截止或者放电截止之后的静置状态下，仍然会有簇间的环流产生，环流产生会降低电池寿命和容量利用效率；

3)多个电池组静置状态到充电或者放电状态时，需要按照电池电压相等原则逐步或者逐个投入，高压盒汇流箱中的直流接触器会频繁动作，在动作时，还要保证系统的电压差很小，甚至带电流动作，长期使用会存在直流接触器失效隐患；

4)当电池组或者簇BMS系统出现故障时，用户需要停止整个系统，才能够将故障簇退出或者停止，且无法采用全新的电池组或者其他指标相同的电池簇来替代故障品，主要是因为电池组必须保持新旧程度一致才适合并联。所以整个系统的维护复杂度很高，运营成本高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种储能电池系统，以解决上述问题。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种储能电池系统，包括电池单元、基本功率单元、PCS集控单元、储能管理单元；若干个基本功率单元均连接到外部电源，每个基本功率单元均连接有电池单元，若干个基本功率单元并联连接到PCS集控单元，PCS集控单元连接储能管理单元；若干个并联的基本功率单元组成柜式结构。

进一步的，每个电池单元均包括两个电池组；两组电池分别通过两个独立的功率通道连接到基本功率单元。

进一步的，PCS集控单元包括监控单元、人机界面、系统控制单元、远程交互单元和系统通信单元；监控单元、人机界面、远程交互、系统控制、系统通信单元集成在一个模块里面，集控单元和功率单元之间通过通信的方式来协调工作。

进一步的，基本功率单元设置在立柜内；立柜内设置有若干个抽屉，每个抽屉内一个基本功率单元。

进一步的，储能管理单元包括计算机和手机；计算机与手机无线连接。

进一步的，外部电源为AC380母线；基本功率单元和AC380母线之间，以及基本功率单元和电池单元之间均设置有开关。

与现有技术相比，本实用新型有以下技术效果：

本实用新型在保证系统功能不受影响的前提下，将电池管理系统中的高压盒、BAMS、BCMS的功能分摊到PCS，该系统具有如下优点：

运营维护便利，可方便的更换功率模块和电池簇，或者对电池簇进行维护，去掉其中一个或者多个有问题的电池包可以正常工作。由于PCS的工作有一定的直流电压范围，所以增加或者减少一个电池包，不用整个更换一簇电池。大幅提高电池维护的可利用率。维护过程不影响整个系统其他部分运行，模块及电池组的更换极其简易，大幅降低维护成本；

电池组的精细化充放电管理会电池组的容量的利用率增加。在三层架构中，系统只要有一颗电池充满，整个系统就充满了，只要有一颗电池放电截至到最低安全电压，整个系统就认为容量SOC为零了。因此电池系统越大，木桶效应越明显。在三层架构中，为了避免这种由于电池组规模变大造成的明显的木桶效应，设计了高压继电器用于脱离或者接入电池直流汇流的母线。在充放电过程中，会多次吸合和断开高压直流接触器，特别是直流侧的接触器长期开关，会造成系统可靠性的降低；

电池组的精细化充放电管理会让电池组的功率的利用率增加，在三层架构的管理中，由于电池簇内阻和容量不同，在统一充放电的时候，电流和功率分配不一致，会出现“抢功率”。采用了独立控制的方式，每簇电池的功率和电流是严格相等或者根据SOC和SOP的数据，尽可能的保证电池系统中每个电池簇的功率和电流近似。不至于发生所谓的“抢功率”现象；

分簇管理，还可能降低初始安装的电控系统成本。由于取消了高压直流汇流箱和最上层的BAMS系统，系统成本在保证电池组精细管理的同时，还可能降低电控部分的系统成本；

电池单体信息更靠近PCS，而不是之前靠通信来获取电池信息会有一定延迟。这样更能够对电池进行精细化管理，提高电池寿命，在发生故障的时候能够第一时间对电池进行保护。

超细电池分组，极致的电池精细化管理，完美解决电池组簇间均衡问题，有效延长电池系统使用寿命；完全避免了大规模电池并联长期后运行出现系统性能显著下降的情况，系统可使用功率和可使用电量始终保持在高水平。同时，通过超细分支的电池管理简化了整体系统电控部分的配置复杂度，降低了系统成本。

附图说明

图1为本系统结构图；

图2为背景技术附图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进一步说明：

请参阅图1，一种储能电池系统，包括电池单元、基本功率单元、PCS集控单元、储能管理单元；若干个基本功率单元均连接到外部电源，每个基本功率单元均连接有电池单元，若干个基本功率单元并联连接到PCS集控单元，PCS集控单元连接储能管理单元；若干个并联的基本功率单元组成柜式结构。

每个电池单元均包括两个电池组；两组电池分别通过两个独立的功率通道连接到基本功率单元。

PCS集控单元包括监控单元、人机界面、系统控制单元、远程交互单元和系统通信单元；监控单元、人机界面、远程交互、系统控制、系统通信单元集成在一个模块里面，集控单元和功率单元之间通过通信的方式来协调工作。

基本功率单元设置在立柜内；立柜内设置有若干个抽屉，每个抽屉内一个基本功率单元。

储能管理单元包括计算机和手机；计算机与手机无线连接。

外部电源为交流母线；基本功率单元和交流母线之间，以及基本功率单元和电池单元之间均设置有开关。

储能PCS侧采用多个功率单元模块化并联，是指以机架式模块作为基本功率单元，每个模块包含2个独立的功率通道，且可通过N个并联模块组成标准的柜式系统，该系统具有2N个独立直流分支即可接如2N组不同电压的电池；同时并联模块采用抽屉式结构，柜中多配置一个模块即可增加固定的功率，因此该系列机柜可向下兼容各种不同的功率等级；如果需求容量大于该柜机最大容量时，可以将多个柜式系统继续并联，组合成为更大型储能变流器系统，如图2所示。

PCS集控单元指的是系统的监控单元、包含人机界面、系统控制、远程交互、系统通信等功能。

基本功率单元：我们是泛指一个具体的功率单板功率可大可小，是最小的功率单板，可通过并联组成任意功率的模组。

本实用新型则通过PCS模块硬件设计实现原高压箱的功能，从而达到将高压箱与BCMS的功能由模块化PCS来实现，减小一级BMS通信的目的；

本实用新型中将BAMS的功能一分为二，把BAMS的和EMS通信功能通过PCS监控系统来实现；将对电池的充放电管理由每个功率单元来实现，同时每个功率单元负责和自己对应的BMU进行通信，获取每簇内部单体电池的信息并整理发送给PCS监控系统中，由PCS监控系统来负责整个电池系统的管理。

Claims

1.一种储能电池系统，其特征在于，包括电池单元、基本功率单元、PCS集控单元、储能管理单元；若干个基本功率单元均连接到外部电源，每个基本功率单元均连接有电池单元，若干个基本功率单元通过通信连接到PCS集控单元，PCS集控单元连接储能管理单元；若干个并联的基本功率单元组成柜式结构。

2.根据权利要求1所述的一种储能电池系统，其特征在于，每个电池单元分别通过独立的功率通道连接到对应的基本功率单元。

3.根据权利要求1所述的一种储能电池系统，其特征在于，PCS集控单元包括监控单元、人机界面、系统控制单元、远程交互单元和系统通信单元；监控单元、人机界面、远程交互、系统控制、系统通信单元集成在一个模块里面，集控单元和功率单元之间通过通信的方式来协调工作。

4.根据权利要求1所述的一种储能电池系统，其特征在于，基本功率单元设置在立柜内；立柜内设置有若干个抽屉，每个抽屉内一个基本功率单元，一个基本功率单元包含一个或者两个独立的功率通道。

5.根据权利要求1所述的一种储能电池系统，其特征在于，储能管理单元包括计算机和手机；计算机与手机无线连接。

6.根据权利要求1所述的一种储能电池系统，其特征在于，外部电源为交流母线；基本功率单元和交流母线之间，以及基本功率单元和电池单元之间均设置有开关。