CN212627257U - 一种包含预诊断模块的组串式两级变换电池储能系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种包含预诊断模块的组串式两级变换电池储能系统，一个电池簇对应一个二级电池管理系统及一个DC‑DC变流器、一个电池模组对应一个一级电池管理系统，电池簇与对应DC‑DC变流器相连接，各DC‑DC变流器的控制端与协调控制系统相连接，协调控制系统经逆变器PCS与能量管理系统相连接，各电池簇内电池模组对应的一级电池管理系统与该电池簇对应的二级电池管理系统相连接，各二级电池管理系统与预诊断系统相连接，预诊断系统与协调控制系统相连接，该系统能够适用于由多个小容量电池模组构成的多支路架构，解决现有储能系统直接并联接入大功率电池簇、电池一致性要求高、电池管理难度大、电池故障无法及时预判及运维困难的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于电池管理领域，涉及一种包含预诊断模块的组串式两级变换电池储能系统。
背景技术
随着可再生能源发电量的提升，其波动性的贡献比率逐渐加大。在波动性发电达到如此高比例的情况下，保证电力供应与需求之间的实时平衡更具挑战性。使用储能装置可有效提高常规发电厂调节灵活性，包括增加火力发电机组的灵活性，可以对与高比例风力发电和太阳能发电相关的波动性和不确定性进行管理。同时，对可再生能源发电系统配备一定容量储能装置，可以对电站起到调峰、提高电能质量等作用，提升电站发电量。其中，锂电池因具有相对较好的安全性和较高的能量密度成为储能系统用电池的首选。但是，目前电池储能技术仍存在较大安全问题和稳定问题。
目前电池储能技术普遍采用电池组串联成组再并联的方式，对电池一致性要求很高，当一个电池模组中出现电芯故障时，会对整个电池簇的运行造成影响；电池簇间及电芯之间随着运行过程出现不一致，如内阻增大时，会导致电池簇的输出容量降低，导致系统PCS降功率运行，造成系统可用容量不断降低。更换电池时需要整簇退出，进一步导致系统可用容量降低，且较难恢复。
其次，目前储能电站中只有BMS管控电池状态，而电池管理系统(BMS)存在以下问题：如缺乏对电池内短路、热失控、自放电等内在原理的故障分析及保护机制；缺乏安全阈值动态更新策略，无法对电池进行全生命周期安全管理；未能充分利用历史数据；只能管理单个电池堆，无法实现系统级电池的分析和协调控制；故障后保护动作，难以避免安全事故；缺乏故障指导性意见，运维困难。无法对电池进行有效的管控和检测。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种包含预诊断模块的组串式两级变换电池储能系统，该系统能够适用于由多个小容量电池模组构成的多支路架构，解决现有储能系统直接并联接入大功率电池簇、电池一致性要求高、电池管理难度大、电池故障无法及时预判及运维困难的问题。
为达到上述目的，本实用新型所述的包含预诊断模块的组串式两级变换电池储能系统包括协调控制系统、逆变器PCS8、能量管理系统、预诊断系统、若干一级电池管理系统、若干二级电池管理系统、若干DC-DC变流器及若干由若干电池模并联组成的电池簇；
其中，一个电池簇对应一个二级电池管理系统及一个DC-DC变流器、一个电池模组对应一个一级电池管理系统，电池簇与对应DC-DC变流器相连接，各DC-DC变流器的控制端与协调控制系统相连接，协调控制系统经逆变器PCS与能量管理系统相连接，各电池簇内电池模组对应的一级电池管理系统与该电池簇对应的二级电池管理系统相连接，各二级电池管理系统与预诊断系统相连接，预诊断系统与协调控制系统相连接。
电池簇的数目大于等于2，各电池簇内的各电池模组串联连接。
所有DC-DC变流器并联接入协调控制系统。
二级电池管理系统位于高压盒内。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型所述的包含预诊断模块的组串式两级变换电池储能系统在具体操作时，通过一级电池管理系统对电池模组的电池信息进行监测，并通过二级电池管理系统获取对应电池簇内电池模组的电池信息，再通过预诊断系统对每个电芯进行分析计算，得到各电池的健康状态信息，并根据电池的健康状态信息计算电池簇的状态，并根据电池簇的状态,控制各电池模组的充放电情况，提前隔离存在故障和安全隐患的电芯，保证储能系统的安全可靠性，解决现有储能系统直接并联接入大功率电池簇、电池一致性要求高、电池管理难度大、电池故障无法及时预判及运维困难的问题。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
其中，1为电池模组、2为电池簇、3为一级电池管理系统、4为二级电池管理系统、5为DC-DC变流器、6为预诊断系统、7为协调控制系统、8为逆变器PCS、9为能量管理系统。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
参考图1，本实用新型所述的包含预诊断模块的组串式两级变换电池储能系统包括由若干电池模组1并联组成的电池簇2，一级电池管理系统3、二级电池管理系统4、DC-DC变流器5、预诊断系统6、协调控制系统7、逆变器PCS8及能量管理系统9，电池簇2的数目大于等于2，每个电池簇2由若干电池模组1串联组成。
电池簇2中每个电池模组1连接一个一级电池管理系统3，每个电池簇2对应一个二级电池管理系统4，各一级电池管理系统3与对应的二级电池管理系统4相连接，具体的，一个电池簇2对应一个DC-DC变流器5，各电池簇2与对应的DC-DC变流器5,相连，所有DC-DC变流器5并联后接入协调控制系统7，协调控制系统7接入逆变器PCS8，逆变器PCS8与能量管理系统9连接，能量管理系统9与外部电网相连接。
具体的，预诊断系统6与各二级电池管理系统4相连接，并通过各DC-DC变流器5控制对应电池簇2的工作状态，实现电池簇2与直流母线端的双向升降压，并实现电池簇2的独立充放电管控，该系统的运行效率高，可优化电池簇2与簇间的主动均衡特性，并且可以在同一系统中采用不同类型、不同品级的电池模组1。
具体的，一级电池管理系统3位于电池模组1内，完成对电池箱内部电池信息的监测，例如单体电压、温度、内阻和单个电池模组1的总电压。所述电池信息通过CAN BUS将数据上传给二级电池管理系统4，同时根据二级电池管理系统4下发的指令完成电池模组1内单体电芯间的均衡和控制。
二级电池管理系统4位于高压盒内，负责电池簇2的管理工作，通过接收电池架内部BMU上传的详细数据，并采样电池簇2的总电压和总电流，进行SOC及SOH计算和修正，通过控制继电器开关完成电池组的预充电及充放电管理，对电池簇2之间的电压进行均衡。
具体的，预诊断系统6与所有二级电池管理系统4进行实时通讯，不断获取和记录所有二级电池管理系统4获取的数据信息，预诊断系统6对历史数据充分分析，挖掘数据的价值，运用大数据分析算法，进行对电池本体特性的分析和建模，实时动态更新算法，根据从二级电池管理系统4实时获取到的电池簇2中每个单电芯的数据，对每个电芯进行分析计算，得到电池的健康状态信息，根据电池健康状态信息计算电池簇2的状态，并将指令发送给一级电池管理系统3和二级电池管理系统4，调整电芯参与充放电情况，提前隔离存在故障和安全隐患的电芯，保障储能系统的安全可靠性。
具体的，预诊断系统6从二级电池管理系统4获取电池信息，所述电池信息包括但不限于单体电芯电压、电流、充放电曲线、温度及内阻。
具体的，当一个电池簇2中电芯出现问题时，则对其直接短接，电池簇2仍可经DC-DC变流器5升压继续工作，不会造成整个电池簇2停运。
具体的，电池储能系统在运行时，能量管理系统9接收电网调度指令，并进一步下发到协调控制系统7，协调控制系统7根据电池簇2的状态向电池簇2下发功率指令，通过控制各DC-DC变流器5，以调整各电池模组1的工作状态。
在本申请所提供的实施例中，所揭露的技术内容，主要是电池储能系统的电池模组1架构，未包含电池储能系统中其他总成及管理控制单元，烟雾探测等，应该理解到，所有基于此架构的电池储能系统，都包括在本实用新型的专利保护范围内。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (4)
1.一种包含预诊断模块的组串式两级变换电池储能系统，其特征在于，包括协调控制系统(7)、逆变器PCS(8)、能量管理系统(9)、预诊断系统(6)、若干一级电池管理系统(3)、若干二级电池管理系统(4)、若干DC-DC变流器(5)及若干由若干电池模组(1)并联组成的电池簇(2)；
其中，一个电池簇(2)对应一个二级电池管理系统(4)及一个DC-DC变流器(5)、一个电池模组(1)对应一个一级电池管理系统(3)，电池簇(2)与对应DC-DC变流器(5)相连接，各DC-DC变流器(5)的控制端与协调控制系统(7)相连接，协调控制系统(7)经逆变器PCS(8)与能量管理系统(9)相连接，各电池簇(2)内电池模组(1)对应的一级电池管理系统(3)与该电池簇(2)对应的二级电池管理系统(4)相连接，各二级电池管理系统(4)与预诊断系统(6)相连接，预诊断系统(6)与协调控制系统(7)相连接。
2.根据权利要求1所述的包含预诊断模块的组串式两级变换电池储能系统，其特征在于，电池簇(2)的数目大于等于2，各电池簇(2)内的各电池模组(1)串联连接。
3.根据权利要求1所述的包含预诊断模块的组串式两级变换电池储能系统，其特征在于，所有DC-DC变流器(5)并联接入协调控制系统(7)。
4.根据权利要求1所述的包含预诊断模块的组串式两级变换电池储能系统，其特征在于，二级电池管理系统(4)位于高压盒内。
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Assignee: Wushi County Huaneng New Energy Co.,Ltd. Assignor: HUANENG CLEAN ENERGY Research Institute Contract record no.: X2023110000097 Denomination of utility model: A String Type Two Stage Conversion Battery Energy Storage System Including Pre diagnostic Modules Granted publication date: 20210226 License type: Common License Record date: 20230821 |