CN212011180U - 一种电池养护系统及能在线养护电池的微电网系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电池养护技术领域的一种电池养护系统及能在线养护电池的微电网系统，能在线对电池的其中某一个电池簇进行单独养护而不需要将所有的电池簇全部切换出来，实现了电池的在线养护，维护了系统的稳定和用电安全。包括EMS、BMS、模块式PCS、电池和发电装置，所述发电装置向电网中的负载供电；所述电池吸收电网中多余的电量并在电网中电量不足时向电网中放电，所述电池包括多个电池簇；所述BMS采集各电池簇的状态信息，并上传至所述EMS；所述EMS根据所述BMS上传的电池簇状态信息判断各电池簇是否需要进行养护，在符合养护条件时，所述EMS发送工作模式切换指令给模块式PCS；所述模块式PCS根据所述EMS的指令对指定的电池簇进行养护操作。

Description

一种电池养护系统及能在线养护电池的微电网系统

技术领域

本发明属于电池养护技术领域，具体涉及一种电池养护系统及能在线养护电池的微电网系统。

背景技术

在中东、非洲、东南亚的一些无电网地区，为了满足当地民众的生活用电需求，通常会建设一些“光伏+储能”离网型微电网（其系统功率等级一般不超过500KW），由于这些地区通常比较偏远，设备维护较为不便，因此微电网中的设备通常采用组串式光伏逆变器以及模块式PCS（模块式储能变流器）的系统方案，一台储能变流器含有多个相同功率等级的子模块，以达到防止由于单台设备出现故障，从而导致微电网供电崩溃的目的。

在微电网中，电池在经过一段时间的使用后，其SOC状态（荷电状态）会因环境温度、充放电功率等因素的影响与其初始状态时的SOC发生一定偏差，这会导致电池的可用容量下降，从而影响电池组的性能，这时就需要对电池进行SOC的重新标定，恢复其可用容量，实现对电池的养护。

目前在常用的模块式PCS（储能变流器）中，其工作模式可分为V/F模式（电压源）和P/Q模式（电流源），当微电网系统正常为负荷供电时，PCS模块中的所有子功率模块工作于V/F模式，以平衡微电网系统中由于光伏出力、负荷变化导致的功率波动。而需要对电池进行养护时，PCS模块需要从V/F模式下先停机，并将工作模式切换至P/Q模式后再开机，以P/Q模式接入由柴油发电机建立的电网中，在EMS（能量管理系统）的调度下完成对电池的养护。

采用当前这种养护方式，会出现两个问题：1）微电网会出现供电中断，这对于一些要求不能中断供电的负荷来说是难以接受的；2）微电网中的所有电池必须同时养护，所需养护功率较大，且养护时需要启动柴油机来建立电网并平衡电网的功率波动，增加了柴油机的油耗及磨损。

PCS模块之所以不能在V/F模式下进行电池养护的原因是由于V/F模式下，PCS模块的功率大小及电流方向完全由系统实际负荷决定，此时PCS模块功率不受EMS调度，这时如果不对电池SOC进行控制，就会出现一种情形：在某一时刻，电池SOC已达100%，电池已充满，无法再吸收电能，若此时光伏出力大于负荷需求，则PCS模块将无法通过给电池充电来平衡这部分多出的功率，会导致微电网因过频而崩溃，过频对某些对频率敏感性的负载同样有害。为了确保系统的稳定运行，在V/F模式下，就需要通过EMS控制光伏出力和负荷需求之间的差值以维持电池SOC在一定范围内（例如30%~80%）。但这样电池也就无法通过深度充电（SOC至100%）和深度放电（SOC至0%）实现SOC的重新标定。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种电池养护系统及能在线养护电池的微电网系统，能在线对电池的其中某一个电池簇进行单独养护而不需要将所有的电池簇全部切换出来，实现了电池的在线养护，维护了系统的稳定和用电安全。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种电池养护系统，包括EMS、BMS和模块式PCS，所述BMS采集各电池簇的状态信息，并上传至所述EMS；所述EMS根据所述BMS上传的电池簇状态信息判断各电池簇是否需要进行养护，在符合养护条件时，所述EMS发送工作模式切换指令给模块式PCS；所述模块式PCS根据所述EMS的指令对指定的电池簇进行养护操作。

进一步地，所述模块式PCS包括PCS就地控制器，所述PCS就地控制器与多个PCS模块通讯连接，每个所述PCS模块与一个电池簇通讯连接；每个所述PCS模块分别与电网及一个电池簇电连接。

进一步地，所述PCS就地控制器接收所述EMS发送的工作模式切换指令，并根据工作模式切换指令将需要养护的电池簇对应的PCS模块的工作模式由V/F模式切换至P/Q模式。

进一步地，在符合养护条件且所述PCS模块的工作模式处于P/Q模式时，对电池簇进行深充、深放和SOC均衡。

一种能在线养护电池的微电网系统，包括EMS、BMS、模块式PCS、电池和发电装置，所述发电装置向电网中的负载供电；所述电池吸收电网中多余的电量并在电网中电量不足时向电网中放电，所述电池包括多个电池簇；所述BMS采集各电池簇的状态信息，并上传至所述EMS；所述EMS根据所述BMS上传的电池簇状态信息判断各电池簇是否需要进行养护，在符合养护条件时，所述EMS发送工作模式切换指令给模块式PCS；所述模块式PCS根据所述EMS的指令对指定的电池簇进行养护操作。

进一步地，所述模块式PCS包括PCS就地控制器，所述PCS就地控制器与多个PCS模块通讯连接，每个所述PCS模块与一个电池簇通讯连接；每个所述PCS模块分别与电网及一个电池簇电连接。

进一步地，所述PCS就地控制器接收所述EMS发送的工作模式切换指令，并根据工作模式切换指令将需要养护的电池簇对应的PCS模块的工作模式由V/F模式切换至P/Q模式。

进一步地，在符合养护条件且所述PCS模块的工作模式处于P/Q模式时，对电池簇进行深充、深放和SOC均衡。

进一步地，所述发电装置包括光伏阵列，所述光伏阵列通过光伏逆变器连接电网。

一种电池养护方法，包括，

采集各电池簇的状态信息，并上传至EMS；

EMS根据电池簇的状态信息判断各电池簇是否需要养护，在符合养护条件时，EMS发送工作模式切换指令给PCS就地控制器；

PCS就地控制器将需要养护的电池簇对应的PCS模块的工作模式由V/F模式切换至P/Q模式；

在符合养护条件且所述PCS模块的工作模式处于P/Q模式时，对电池簇进行深充、深放和SOC均衡。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

（1）本发明通过PCS就地控制器，将需要养护的电池簇对应的PCS模块的工作模式由V/F模式切换为P/Q模式，实现了单独对某一个电池簇进行养护，避免了同时对所有电池簇进行养护造成的电网供电中断的问题，满足了重要负荷不间断供电的需求；

（2）通过合理设定EMS的养护策略，可控制光伏出力及负荷管理来实现对电池养护，无需启动柴油机建立电网并平衡功率波动，柴油机仅在光照资源不足或负荷过重的条件下再启动，可大大降低对柴油发电机的启动频次，降低柴油机的用油成本和磨损。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种能在线养护电池的微电网系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种能在线养护电池的微电网系统的电池养护工作的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

一种电池养护系统，包括EMS、BMS（电池管理系统）和模块式PCS，模块式PCS包括PCS就地控制器，PCS就地控制器与多个PCS模块通讯连接，每个PCS模块与一个电池簇通讯连接；每个PCS模块分别与电网及一个电池簇电连接。BMS采集各电池簇的状态信息，并上传至EMS；EMS根据BMS上传的电池簇状态信息判断各电池簇是否需要进行养护，在符合养护条件时，EMS发送工作模式切换指令给PCS就地控制器，PCS就地控制器接收EMS发送的工作模式切换指令，并根据工作模式切换指令将需要养护的电池簇对应的PCS模块的工作模式由V/F模式切换至P/Q模式；在符合养护条件且所述PCS模块的工作模式处于P/Q模式时，对电池簇进行深充、深放和SOC均衡等养护操作。

该系统的不同之处在于：该模块化PCS中的任一PCS模块可在PCS就地控制器的控制下完成工作模式的切换（V/F、P/Q），这意味着在模块化PCS中两种不同工作模式的PCS模块可以同时存在。这样一来，如果需要对某台PCS模块下的电池簇进行养护时，仅需将这台PCS模块由V/F模式切换为P/Q模式，然后接受EMS的功率调度指令进行深充、深放以及SOC均衡等电池养护操作，而其它PCS模块则仍继续工作在V/F模式下以平衡微电网中的功率波动，待电池养护完成后，将该PCS模块由P/Q模式切回V/F模式即可。

实施例二：

如图1所示，基于实施例一的电池养护系统，本发明提供一种能在线养护电池的微电网系统，包括EMS、BMS、模块式PCS、电池和光伏阵列，光伏阵列通过光伏逆变器连接电网，并行电网中的本地负载供电；电池吸收电网中多余的电量并在电网中电量不足时向电网中放电，电池包括多个电池簇；模块式PCS包括PCS就地控制器，PCS就地控制器与n个PCS模块通讯连接，每个PCS模块与一个电池簇通讯连接；每个PCS模块分别与电网及一个电池簇电连接。BMS采集各电池簇的状态信息，并上传至EMS；EMS根据BMS上传的电池簇状态信息判断各电池簇是否需要进行养护，在符合养护条件时，EMS发送工作模式切换指令给PCS就地控制器，PCS就地控制器接收EMS发送的工作模式切换指令，并根据工作模式切换指令将需要养护的电池簇对应的PCS模块的工作模式由V/F模式切换至P/Q模式；在符合养护条件且所述PCS模块的工作模式处于P/Q模式时，对电池簇进行深充、深放和SOC均衡等养护操作。本实施例通过PCS就地控制器，将需要养护的电池簇对应的PCS模块的工作模式由V/F模式切换为P/Q模式，实现了单独对某一个电池簇进行养护，避免了同时对所有电池簇进行养护造成的电网供电中断的问题，满足了重要负荷不间断供电的需求。

如图2所示，是本实施例对电池养护工作的流程示意图：

Step1. EMS读取BMS上传的电池状态信息（SOC等信息）；

Step2. EMS判断是否需要对某一电池簇进行养护，如需养护则进入电池养护流程Step4；如无需养护，则跳至Step10；

Step3. EMS根据负荷及各电源出力情况综合判断是否能够满足电池养护条件，如满足则开始进行电池养护，转入Step4；否则跳至Step10；

Step4. EMS发送工作模式切换指令给PCS就地控制器，PCS就地控制器将需要养护的电池簇所对应的PCS模块（以PCS2为例）的工作模式由V/F模式切换至P/Q模式。

Step5. EMS根据BMS上传的该电池簇当前的充电电流限值/放电电流限值，并通过PCS就地控制器发送充电/放电电流指令给PCS2模块，PCS2模块根据此指令对该电池簇进行深充/深放；

Step6. 在电池养护模式下，电池先执行深充还是深放取决于该电池簇的SOC状态（如SOC>80%，则先执行深放；如SOC<20%，则先执行深充）；以电池先进行深充为例，整个过程为深充→深放→SOC均衡；若电池先进行深放，则整个过程为深放→深充→SOC均衡；

判断逻辑为：

1）EMS读取BMS上传的SOC等状态信息，判断电池深充是否已完成，若未完成，则维持充电状态；若深充已完成，则通过PCS就地控制器向PCS2模块发送指令，PCS2模块将由充电状态转换为放电状态。EMS同时将BMS上传的放电电流限值下发至PCS2模块，此后PCS2模块执行放电模式；

2）EMS 读取BMS上传的SOC等信息，判断电池的深放过程是否已完成，若未完成，则维持放电状态。若深放已完成，则通过PCS就地控制器向PCS2模块发送指令，PCS2模块将由放电状态转换为充电状态，此时就完成了电池簇的SOC重新标定；养护电池簇将进入SOC均衡模式；

Step7. EMS根据负荷及各电源出力情况综合判断是否能够满足电池养护条件，如满足则进入Step8开始进行电池SOC均衡操作，否则跳至Step10；

Step8. SOC均衡：EMS通过PCS就地控制器发送充电/放电指令给PCS2模块，令PCS2模块对养护电池簇进行充电和放电操作，以使得该簇电池的SOC恢复至与其它电池簇SOC基本一致；

Step9. 判断SOC均衡是否完成，EMS读取BMS上传的各电池簇的SOC信息，将养护电池簇的SOC与所有电池簇的SOC均值进行比较，若差值的绝对值小于设定阈值，则该簇电池养护已完成，进入Step10；若未完成，则跳至Step8；

Step10. 读取PCS模块的工作模式，若为P/Q模式，则EMS向PCS发送工作状态切换指令，PCS将转为V/F模式；

Step11.退出电池养护模式。

随着充电、放电过程的进行，电池允许的充电、放电电流也会发生变化，以上所有充电、放电过程中的更新的电流限值由BMS上传至EMS，再由EMS下发至PCS执行。本实施例通过合理设定EMS的养护策略，可控制光伏出力及负荷管理来实现对电池养护，无需启动柴油发电机建立电网并平衡功率波动，柴油发电机仅在光照资源不足或负荷过重的条件下再启动，可大大降低对柴油发电机的启动频次，降低柴油机的用油成本和磨损。

实施例三：

基于以上实施例，本发明提供一种电池养护方法，包括，

采集各电池簇的状态信息，并上传至EMS；

EMS根据电池簇的状态信息判断各电池簇是否需要养护，在符合养护条件时，EMS发送工作模式切换指令给PCS就地控制器；

PCS就地控制器将需要养护的电池簇对应的PCS模块的工作模式由V/F模式切换至P/Q模式；

在符合养护条件且所述PCS模块的工作模式处于P/Q模式时，对电池簇进行深充、深放和SOC均衡。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种电池养护系统，其特征是，包括EMS、BMS和模块式PCS，

所述BMS采集各电池簇的状态信息，并上传至所述EMS；

所述EMS根据所述BMS上传的电池簇状态信息判断各电池簇是否需要进行养护，在符合养护条件时，所述EMS发送工作模式切换指令给模块式PCS；

所述模块式PCS根据所述EMS的指令对指定的电池簇进行养护操作。

2.根据权利要求1所述的电池养护系统，其特征是，所述模块式PCS包括PCS就地控制器，所述PCS就地控制器与多个PCS模块通讯连接，每个所述PCS模块与一个电池簇通讯连接；每个所述PCS模块分别与电网及一个电池簇电连接。

3.一种能在线养护电池的微电网系统，其特征是，包括EMS、BMS、模块式PCS、电池和发电装置，

所述发电装置向电网中的负载供电；

所述电池吸收电网中多余的电量并在电网中电量不足时向电网中放电，所述电池包括多个电池簇；

所述BMS采集各电池簇的状态信息，并上传至所述EMS；

所述EMS根据所述BMS上传的电池簇状态信息判断各电池簇是否需要进行养护，在符合养护条件时，所述EMS发送工作模式切换指令给模块式PCS；

所述模块式PCS根据所述EMS的指令对指定的电池簇进行养护操作。

4.根据权利要求3所述的能在线养护电池的微电网系统，其特征是，所述模块式PCS包括PCS就地控制器，所述PCS就地控制器与多个PCS模块通讯连接，每个所述PCS模块与一个电池簇通讯连接；每个所述PCS模块分别与电网及一个电池簇电连接。

5.根据权利要求3所述的能在线养护电池的微电网系统，其特征是，所述发电装置包括光伏阵列，所述光伏阵列通过光伏逆变器连接电网。

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