CN215186003U - 一种新型集散式智能储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型集散式智能储能系统,所述系统包括两级电池管理系统(BMS)、锂电池模块、DC/DC变换器、高压控制盒、本地监控系统(SCADA)及储能变流器，本地监控系统连接储能变流器，储能变流器连接DC/DC变换器，DC/DC变换器连接高压控制盒和第二级电池管理系统，所述高压控制盒和DC/DC变换器位于集装箱的外部。所述第一级电池管理系统中包括电芯温度采集结构。第二级电池管理系统与上位机的通讯和数据存储、数据信息以及可视操作界面均嵌入至本地监控系统内，本实用新型可通过本地监控系统、BMS和DC/DC变换器协调控制其运行状态降低成本，每簇电池容量的有效利用率可达到100％。

Description

一种新型集散式智能储能系统

技术领域

本实用新型涉及电化学储能技术领域，具体涉及一种新型集散式智能储能系统。

背景技术

目前主流的集中式电化学储能系统的系统集成技术只是简单的物体上的堆叠，如将相关的设备集成装在集装箱或预制舱内，电池簇、BMS、消防灭火系统、温控系统、汇流柜、控制柜安装在电池舱室里。PCS或与电池系统集成在一个集装箱内；或与升压变集成在一起，组成变流升压一体机。集中式储能系统安全性低，木桶效应明显；能效和有效利用率低；电池簇多簇并联相互干扰影响，存在环流和冲击电流的问题；发生事故容易造成连锁反应，造成更大的经济损失和人员伤亡事故。

集中式储能系统由于功率容量较大，在做电池标称容量测试时较困难，外部电网或负载端较难提供恒功率且固定时长的充放电条件。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型公开了一种安全性更高的新型集散式智能储能系统，主要适用于集装箱式兆瓦级锂电池储能系统。集中式储能系统安全性低，木桶效应明显；能效和有效利用率低；电池簇多簇并联相互干扰影响，存在环流和冲击电流的问题；发生事故容易造成连锁反应，造成更大的经济损失和人员伤亡事故。本实用新型设计提高了系统的安全性；提升锂电池储能系统能量转化效率和有效利用率。本设计优化系统结构且高效安全。所述系统包括电池管理系统(BMS)、锂电池模块、DC/DC变换器、高压控制盒、本地监控系统(SCADA)及储能变流器(PCS)，本地监控系统连接储能变流器，储能变流器连接DC/DC变换器，DC/DC变换器连接高压控制盒和第二级电池管理系统(BMS)，所述高压控制盒和DC/DC变换器位于集装箱的外部。

作为本实用新型的一种改进，所述电池管理系统(BMS)做些设计和架构更改。首先，去除电池模块管理系统(第一级BMS)里的均衡电路，在BMS板上再添加电芯温度采集点路数，需能采集到每一颗电芯外壳的表面温度，监测到每颗电芯的温度。然后，将三级BMS改为两级BMS，将其硬件和软件与电池集装箱系统里的本地监控系统(工控机或通讯管理机和触摸显示屏组成)融和一起，即第二级BMS与上位机的通讯和数据存储、数据信息以及可视操作界面，全嵌入到本地监控系统内。

作为本实用新型的一种改进，所述将直流高压控制盒从电池架上移出，安装在电池预制舱或集装箱外相对应的电池簇背面侧壁上。DC/DC变换器安装在高压控制盒正上方。将高压控制盒和DC/DC变换器挪到集装箱外，解决其安装在室内通风散热不便的问题，提高储能系统的能效。另外也是将电器部件与电池部分分隔在两个不同的区域，便于消防灭火系统有针对性的实施灭火功能。

作为本实用新型的一种改进，在每个电池簇旁就近安装DC/DC变换器，组成新型集散式储能系统，使得锂电池系统簇与簇间相互隔离，解决电池簇间并联的环流问题以及由于电池簇短路造成瞬时浪涌电流倒灌冲击问题。

本实用新型能够实现优化电池簇容量标定测试的控制策略，通过BMS、本地监控系统(SCADA)和DC/DC变换器、储能变流器(PCS)，三者或四者间的联动合作实现每个电池簇的容量标定独立测试并且不受储能系统的运行状态和外部条件的影响。具备智能化控制功能。

标定测试控制策略：

系统交流侧没有电网接入时，各电池簇支路汇流在直流母排上，可通过BMS、本地监控系统(SCADA)和DC/DC变换器组成控制系统。将其中的一簇或几簇电池簇的DC/DC变换器设为被标定测试模式充(放)电状态，其余的非标定测试的DC/DC变换器设为放(充)电模式，调节其功率大小。三者协调控制，检测标定出每簇电池的容量。

其中n≥i+j；

P_DC标定为被标定的电池簇测试过程的充放电功率值；

P′_DC非标定为非标定的电池簇测试过程的充放电功率值，给被标定电池簇提供电能；

系统交流侧有电网接入时，可通过BMS、本地监控系统(SCADA)和DC/DC变换器、储能变流器(PCS)组成控制系统。将其中的一簇或几簇电池簇的DC/DC变换器设为被标定测试模式充(放)电状态，其余非标定测试的DC/DC变换器根据被标定测试的功率大小和储能变流器的功率值调节其放/充电状态和功率大小，四者协调控制，检测标定出每簇电池的容量。

其中n≥i+j；

P_DC标定为被标定的电池簇测试过程的充放电功率值；

P′_DC非标定为非标定的电池簇测试过程的充放电功率值，给被标定电池簇提供电能；

P_PCS为储能变流器的充放电功率。

本实用新型的有益效果是：

1)降低成本，提升监测诊断能力：电池管理系统(BMS)做些设计和架构更改。首先，去除电池模块管理系统(第一级BMS)里的均衡电路，均衡电路的电子器件,如控制芯片和MOS管占整个BMS电路板成本较大且其所起的均衡作用不大。去除此电路可降低成本。另外在BMS板上再添加电芯温度采集点路数，需能采集到每一颗电芯外壳的表面温度，监测到每颗电芯的温度。当监测到电芯温度异常，提前预警；做到预防为主，早发现，早处理。提升BMS的监测诊断能力。然后，将三级BMS改为两级BMS，原有设计的第三级BMS，其实就是一个通讯显示屏。将其硬件和软件与电池集装箱系统里的本地监控系统(工控机或通讯管理机和触摸显示屏组成)融和一起，即第二级BMS与上位机的通讯和数据存储、数据信息以及操作可视界面，全嵌入到本地监控系统内。去掉了第三级BMS的硬件部分，降低成本。

2)提高系统安全性：在每个电池簇旁就近安装DC/DC变换器，组成新型集散式储能系统，使得锂电池系统簇与簇间相互隔离，解决电池簇间并联的环流问题以及由于电池簇短路造成瞬时浪涌电流倒灌冲击问题。另外每簇电池后端加装DC/DC变换器，也是在直流电池侧与储能变流器后端交流电网侧间又加装了一道隔离装置。

3)提供电池有效利用率：电池系统的电池簇间无并联，通过每簇的DC/DC变换器来调节控制每簇电池簇的电压、电流、功率值和SOC值以及充放电状态，每簇电池容量的有效利用率可达到100％。

4)智能化控制：优化电池簇容量标定测试的策略。通过BMS、本地监控系统(SCADA)和DC/DC变换器、储能变流器(PCS)四者间联动合作实现每个电池簇的容量标定独立测试并且不受储能系统的运行状态和外部条件的影响。由于电池簇与簇间相互独立且不受影响，可通过本地监控系统来协调控制其运行状态。

附图说明

图1为新型集散式智能储能系统原理图。

图2为电池模块(Pack)接线图

图3为新型集散式智能储能电池系统布局图。

图4为新型集散式智能储能电池系统侧视图。

图5为新型集散式智能储能系统一次电路图。

图6为直流侧标定测试控制图。

图7为交流侧标定测试控制图。

具体实施方式

下面结合附图1-7和具体实施方式，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。

实施例：如图1所示，所述系统包括两级电池管理系统(BMS)、锂电池模块、DC/DC变换器、高压控制盒、本地监控系统(SCADA)及储能变流器，本地监控系统连接储能变流器，储能变流器连接DC/DC变换器，DC/DC变换器连接高压控制盒和第二级电池管理系统(BMS)，所述高压控制盒和DC/DC变换器位于集装箱的外部。

对本系统所述电池管理系统(BMS)做些设计和架构更改。首先，去除电池模块管理系统(第一级BMS)里的均衡电路，在BMS板上再添加电芯温度采集点路数，需能采集到每一颗电芯外壳的表面温度，监测到每颗电芯的温度。如图2所示，将三级BMS改为两级BMS，将其硬件和软件与电池集装箱系统里的本地监控系统(工控机或通讯管理机和触摸显示屏组成)融和一起，即第二级BMS与上位机的通讯和数据存储、数据信息以及可视操作界面，全嵌入到本地监控系统内。

将所述直流高压控制盒从电池架上移出，安装在电池预制舱外对应的电池簇背面侧壁上。DC/DC变换器安装在高压控制盒的正上方。将高压控制盒和DC/DC变换器挪到集装箱外，解决其安装在室内通风散热不便的问题，也提高储能系统能效。在每个电池簇旁就近安装DC/DC变换器，组成新型集散式储能系统，如图3和图4所示，使得锂电池系统簇与簇间相互隔离，解决电池簇间并联的环流问题以及由于电池簇短路造成瞬时浪涌电流倒灌冲击问题。如图5所示，另外每簇电池后端加装DC/DC变换器，也是在直流电池侧与储能变流器后端交流电网侧间又加装了一道隔离装置。

如图6和图7所示，本实用新型能够实现优化电池簇容量标定测试的控制策略，通过BMS、本地监控系统(SCADA)和DC/DC变换器、储能变流器(PCS)三者或四者间联动合作实现每个电池簇的容量标定独立测试并且不受储能系统的运行状态和外部条件的影响。具备智能化控制功能。由于电池簇与簇间相互独立且不受影响，可通过本地监控系统来协调控制其运行状态。

标定测试控制策略：

系统交流侧没有电网接入时，各电池簇支路汇流在直流母排上，可通过BMS、本地监控系统(SCADA)和DC/DC变换器组成控制系统。将其中的一簇或几簇电池簇的DC/DC变换器设为被标定测试模式充(放)电状态，其余非标定测试的电池簇的DC/DC变换器设为放(充)电模式，调节其功率大小。三者协调控制，检测标定出每簇电池的容量。

其中n≥i+j；

P_DC标定为被标定的电池簇测试过程的充放电功率值；

P′_DC非标定为非标定的电池簇测试过程的充放电功率值，给被标定电池簇提供电能；

系统交流侧有电网接入时，可通过BMS、本地监控系统(SCADA)和DC/DC变换器、储能变流器(PCS)组成控制系统。将其中的一簇或几簇电池簇的DC/DC变换器设为被标定测试模式充(放)电状态，其余非标定测试的DC/DC变换器根据被标定测试的功率大小和储能变流器的功率值调节其放/充电状态和功率大小，四者协调控制，检测标定出每簇电池的容量。

其中n≥i+j；

P_DC标定为被标定的电池簇测试过程的充放电功率值；

P′_DC非标定为非标定的电池簇测试过程的充放电功率值，给被标定电池簇提供电能；

P_PCS为储能变流器的充放电功率。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

最后应说明的是：以上所述的实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换，而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种新型集散式智能储能系统,其特征在于,所述系统包括两级电池管理系统、锂电池模块、DC/DC变换器、高压控制盒、本地监控系统及储能变流器，本地监控系统连接储能变流器，储能变流器连接DC/DC变换器，DC/DC变换器连接高压控制盒和里面的第二级电池管理系统，所述高压控制盒和DC/DC变换器位于集装箱外部。

2.根据权利要求1所述的新型集散式智能储能系统，其特征在于，所述电池模块内的第一级电池管理系统中的采样电路采集所有电芯的温度。

3.根据权利要求1所述的新型集散式智能储能系统，其特征在于，所述第二级电池管理系统与上位机的通讯和数据存储、数据信息以及可视操作界面均嵌入至本地监控系统内。

4.根据权利要求1所述的新型集散式智能储能系统，其特征在于，所述高压控制盒安装在电池预制舱或集装箱外相对应的电池簇背面侧壁上。

5.根据权利要求1所述的新型集散式智能储能系统，其特征在于，所述DC/DC变换器安装在高压控制盒正上方，即在每个电池簇旁就近安装DC/DC变换器。

6.根据权利要求3所述的新型集散式智能储能系统，其特征在于，所述本地监控系统由工控机或通讯管理机和触摸显示屏组成。

7.根据权利要求1所述的新型集散式智能储能系统，其特征在于，通过电池管理系统、本地监控系统和DC/DC变换器、储能变流器，三者或四者间的联动合作实现电池簇容量标定测试的控制策略。

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