CN218783610U - 一种基于多分支拓扑结构的电池储能系统 - Google Patents

Abstract

一种基于多分支拓扑结构的电池储能系统，属于电池能量管理技术领域。所述多分支拓扑结构为直流侧并联多分支拓扑结构时，包括储能协调控制器、电池簇、DC/DC变换器、储能变换器（PCS）、电池管理系统（BMS）和能量管理系统（EMS）；系统的电气一次连接为各电池簇先与对应DC/DC变换器连接，各DC/DC变换器再在储能变流器直流侧母线并联实现多分支拓扑结构，储能变流器交流侧与电网连接；系统的通信控制二次连接为储能协调控制器分别与能量管理系统、电池管理系统、储能变流器和DC/DC变换器相连。本实用新型能够充分发挥多分支拓扑结构电池储能系统的优势。

Description

一种基于多分支拓扑结构的电池储能系统

技术领域

本实用新型属于电池能量管理技术领域，涉及一种基于多分支拓扑结构的电池储能系统。

背景技术

前，电池储能系统的架构主要有两种类型：集中式拓扑结构和多分支拓扑结构。在集中式拓扑结构中，电池组或电池簇并联在AC/DC双向变流器直流母线侧，变流器交流侧与电网或交流负载连接。集中式拓扑结构系统仅含AC/DC环节的单级结构，控制简单，变流器环节损耗小。集中式拓扑结构缺点是无法对各电池组串分别进行充放电管理，直流侧电压范围窄；交流侧或直流侧出现故障时，直流侧会短时承受冲击电流，降低电池使用寿命；当电池一致性差时，不一致导致保护整机组停机几率和电池一致性维护工作量将大大增加。多分支拓扑结构又分为直流侧并联和交流侧并联两种。对于直流侧并联多分支拓扑结构，每一电池组或电池簇先与次一级DC/DC连接，次级DC/DC变换器再在AC/DC双向变流器直流侧并联实现多分支拓扑结构，该拓扑兼容性好，结构易于扩展。对于交流侧并联多分支拓扑结构，则采用多AC/DC变换器在交流侧并联方式实现多分支拓扑结构，由于多机并联谐振因素的存在，限制了该拓扑结构的可拓展性能。相较于集中式拓扑结构，多分支拓扑结构直流侧电压工作范围宽，易实现电池的分簇充放电管理，不仅具有较好的兼容性，而且具备较强的可拓展性和可维护性。

电池的荷电状态SOC是衡量其性能的重要指标。具体地，在工程应用中，荷电状态SOC指的是电池剩余容量与其完全充电时的额定容量的比值。电池的SOC估计一直是电池管理的重点和难点。准确的SOC估计是保证电池在工作范围内充、放电的主要依据，是提高电池使用寿命、优化使用工况、保证能量使用效率的前提。

部分电池存在较宽的电压平台，特别是磷酸铁锂电池，在同一温度和相同的充放电工况下，磷酸铁锂电池在30%至90%SOC变化范围内存在两个电压平台，电压平台范围内其OCV差异不超过15mV，SOC-OCV曲线的中段平坦性影响了卡尔曼滤波等迭代算法的收敛速度，也限制了安时积分方法中初值校正的精度。因此，以磷酸铁锂电池为代表的存在较宽电压平台的电池，SOC估计精度较其他类型电池偏低。采用满充满放SOC校正可以修正安时积分法产生的累计误差提高SOC估算精度，但在工程应用中，受限于电池的实际运行工况，并不能保证电池能进入到满充满放状态。

公告号为CN213782928U、名称为“一种用于锂电池储能的电池管理系统”的中国实用新型专利，公开了一种用于锂电池储能的电池管理系统。包括电池组、PC机、电池控制单元、多个电池监测单元、高压单元和远程终端模块。该电池管理系统通过电池监测单元BMU对电池组的开路电压、温度等参数进行实时的监测，经过BMU中MCU转换后，通过CAN总线实时发送给电池控制单元BCU。同时，高压单元HVU测量电池包总电压、电流、绝缘电阻状态并发送至电池控制单元BCU。而后电池控制单元BCU估算出电池组各单体电池的SOC、SOH等状态信息，并进行进一步的均衡决策，同时控制充电机将电池系统接入电网和接通负载。

公告号为CN215646237U、名称为“一种储能装置的电池管理系统” 的中国实用新型专利，公开了一种储能装置的电池管理系统，包括电池簇、单体电池管理单元、电池组管理单元、电池簇管理单元、能量管理系统、储能变换器以及控制盒；其中，电池簇与单体电池管理单元相连，单体电池管理单元与控制盒均与电池组管理单元相连，电池组管理单元、储能变换器以及能量管理系统均与电池簇管理单元相连。

现有的储能系统多基于集中式拓扑结构，对各电池簇的一致性有较高要求；当电池系统长期不能进行满充满放校正电池SOC时，对磷酸铁锂电池这类具有较宽电压平台或滞回特性明显的电池，SOC估算精度偏低。因此，迫切需要一种基于多分支拓扑结构的电池储能系统，满足梯次利用这类电池一致性差或电池长期浮充浮放的储能应用需求。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于多分支拓扑结构的电池储能系统，具体技术方案如下。

一种基于多分支拓扑结构的电池储能系统，其特征在于，所述多分支拓扑结构为直流侧并联多分支拓扑结构，所述储能系统包括储能协调控制器、电池簇、DC/DC变换器、储能变换器（PCS）、电池管理系统（BMS）和能量管理系统（EMS）；系统的电气一次连接为各电池簇先与对应DC/DC变换器连接，各DC/DC变换器再在储能变流器直流侧母线并联实现多分支拓扑结构，储能变流器交流侧与电网连接；系统的通信控制二次连接为储能协调控制器分别与能量管理系统、电池管理系统、储能变流器和DC/DC变换器相连。

一种基于多分支拓扑结构的电池储能系统，其特征在于，所述多分支拓扑结构为交流侧并联多分支拓扑结构，所述储能系统包括储能协调控制器、电池簇、储能变换器（PCS）、电池管理系统（BMS）和能量管理系统（EMS）；系统的电气一次连接为各电池簇先与对应储能变流器连接，储能变流器交流侧并联在交流母线上再与电网连接，实现多分支拓扑结构；系统的通信控制二次连接为储能协调控制器分别与能量管理系统、电池管理系统和储能变流器相连。

本实用新型提供的技术方案，多分支拓扑结构电池储能系统的电池簇由各自独立的变换器控制，能够实现电池的分簇充放电管理；储能协调控制器可通过合理分配各变换器功率实现电池系统的分簇逐一满充满放，令电池管理系统进行满充满放SOC校正和电池容量校正，提高电池管理系统的SOC估算精度。本实用新型提供的技术方案，通过储能协调控制器对上接收能量管理系统（EMS）的指令，主要是系统整体的功率要求；对下接收电池管理系统（BMS）发送的电池相关信息，主要是各个电池簇的SOC；接收各变换器（包含PCS和DC/DC）的运行状态，包含变换器支路电压、电流、实时功率等，并合理分配功率并下达指令给变换器；同时还监测母线电压（包含直流母线和交流母线）和并网点电压、电流。

进一步地，储能协调控制器与能量管理系统通过以太网相连。储能协调控制器接收能量管理系统的功率需求等调度指令，并能上送电池管理系统、储能变换器（和DC/DC变换器）的相关信息。

进一步地，储能协调控制器与储能变换器（和DC/DC变换器）通过以太网、CAN总线或RS485相连。储能协调控制器接收储能变换器（和DC/DC变换器）上送的相关信息，尤其是各变换器的运行状态及其采集的对应支路的电压、电流、实时功率等信息，储能协调控制器可下发指令使各变换器按所要求的功率运行。

进一步地，储能协调控制器与电池管理系统通过以太网、CAN总线或RS485相连。储能协调控制器接收电池管理系统上送的电池相关信息，尤其是各个电池簇的SOC。

进一步地，所述电池管理系统BMS为三级结构：电池簇内的每个电池包由各自的电池管理单元BMU（Battery Management Unit）管理，每个电池簇由各自的电池簇管理单元BCMU（Battery Cluster Management Unit）管理，整个系统中的各个BCMU统一由一个电池系统管理单元BSMU（Battery System Management Unit）管理。

进一步地，所述基于交流侧并联多分支拓扑结构的电池储能系统由多个集中式拓扑结构电池系统并联组成，将储能变换器直流侧全部并联电池簇视作整体，即成为典型的交流侧并联多分支拓扑结构。

本实用新型具有以下有益技术效果：多分支拓扑结构电池储能系统的电池簇由各自独立的变换器控制，能够实现电池的分簇充放电管理；储能协调控制器可通过合理分配各变换器功率实现电池系统的分簇逐一满充满放，令电池管理系统进行满充满放SOC校正和电池容量校正，提高电池管理系统的SOC估算精度。本实用新型能够满足多分支拓扑结构电池系统在储能领域的应用需求，充分发挥多分支拓扑结构电池系统的优势。

附图说明

图1是实施例1的结构示意图。

图2是实施例2的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或数量或位置。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

一种基于多分支拓扑结构的电池储能系统，如图1所示，所述多分支拓扑结构为直流侧并联多分支拓扑结构，所述储能系统包括储能协调控制器、电池簇、DC/DC变换器、储能变换器（PCS）、电池管理系统（BMS）和能量管理系统（EMS）；系统的电气一次连接为各电池簇先与对应DC/DC变换器连接，各DC/DC变换器再在储能变流器直流侧母线并联实现多分支拓扑结构，储能变流器交流侧与电网连接；系统的通信控制二次连接为储能协调控制器分别与能量管理系统、电池管理系统、储能变流器和DC/DC变换器相连。

储能协调控制器与储能变换器和DC/DC变换器通过以太网、CAN总线或RS485相连，储能协调控制器接收储能变换器和DC/DC变换器上送的相关信息，尤其是各变换器的运行状态及其采集的对应支路的电压、电流、实时功率等信息，储能协调控制器可下发指令使各变换器按所要求的功率运行。储能协调控制器与能量管理系统通过以太网相连，储能协调控制器接收能量管理系统的功率需求等调度指令，并能上送电池管理系统、储能变换器和DC/DC变换器的相关信息。储能协调控制器与电池管理系统通过以太网、CAN总线或RS485相连，储能协调控制器接收电池管理系统上送的电池相关信息，尤其是各个电池簇的SOC。电池管理系统BMS为三级结构：电池簇内的每个电池包由各自的电池管理单元BMU（BatteryManagement Unit）管理，每个电池簇由各自的电池簇管理单元BCMU（Battery ClusterManagement Unit）管理，整个系统中的各个BCMU统一由一个电池系统管理单元BSMU（Battery System Management Unit）管理。

实施例2

一种基于多分支拓扑结构的电池储能系统，如图2所示，所述多分支拓扑结构为交流侧并联多分支拓扑结构，所述储能系统包括储能协调控制器、电池簇、储能变换器（PCS）、电池管理系统（BMS）和能量管理系统（EMS）；系统的电气一次连接为各电池簇先与对应储能变流器连接，储能变流器交流侧并联在交流母线上再与电网连接，实现多分支拓扑结构；系统的通信控制二次连接为储能协调控制器分别与能量管理系统、电池管理系统和储能变流器相连。

储能协调控制器与储能变换器通过以太网、CAN总线或RS485相连，储能协调控制器接收储能变换器上送的相关信息，尤其是各变换器的运行状态及其采集的对应支路的电压、电流、实时功率等信息，储能协调控制器可下发指令使各变换器按所要求的功率运行。储能协调控制器与能量管理系统通过以太网相连，储能协调控制器接收能量管理系统的功率需求等调度指令，并能上送电池管理系统和储能变换器的相关信息。储能协调控制器与电池管理系统通过以太网、CAN总线或RS485相连，储能协调控制器接收电池管理系统上送的电池相关信息，尤其是各个电池簇的SOC。电池管理系统BMS为三级结构：电池簇内的每个电池包由各自的电池管理单元BMU（Battery Management Unit）管理，每个电池簇由各自的电池簇管理单元BCMU（Battery Cluster Management Unit）管理，整个系统中的各个BCMU统一由一个电池系统管理单元BSMU（Battery System Management Unit）管理。

实施例3

实施例3为实施例2的一种特殊形式，所述交流侧并联多分支拓扑结构电池系统为由多个集中式拓扑结构电池系统并联组成的大型电池储能系统，将储能变换器直流侧全部并联电池簇视作整体，即成为典型的交流侧并联多分支拓扑结构电池系统。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的保护范围由权利要求书及其等同技术方案限定。

Claims (8)

1.一种基于多分支拓扑结构的电池储能系统，其特征在于，所述多分支拓扑结构为直流侧并联多分支拓扑结构，所述储能系统包括储能协调控制器、电池簇、DC/DC变换器、储能变换器、电池管理系统和能量管理系统；系统的电气一次连接为各电池簇先与对应DC/DC变换器连接，各DC/DC变换器再在储能变流器直流侧母线并联实现多分支拓扑结构，储能变流器交流侧与电网连接；系统的通信控制二次连接为储能协调控制器分别与能量管理系统、电池管理系统、储能变流器和DC/DC变换器相连。

2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，储能协调控制器与储能变换器和DC/DC变换器通过以太网、CAN总线或RS485相连。

3.一种基于多分支拓扑结构的电池储能系统，其特征在于，所述多分支拓扑结构为交流侧并联多分支拓扑结构，所述储能系统包括储能协调控制器、电池簇、储能变换器、电池管理系统和能量管理系统；系统的电气一次连接为各电池簇先与对应储能变流器连接，储能变流器交流侧并联在交流母线上再与电网连接，实现多分支拓扑结构；系统的通信控制二次连接为储能协调控制器分别与能量管理系统、电池管理系统和储能变流器相连。

4.根据权利要求3所述的储能系统，其特征在于，储能协调控制器与储能变换器通过以太网、CAN总线或RS485相连。

5.根据权利要求3所述的储能系统，其特征在于，所述电池储能系统由多个集中式拓扑结构电池系统并联组成。

6.根据权利要求1或3所述的储能系统，其特征在于，储能协调控制器与能量管理系统通过以太网相连。

7.根据权利要求1或3所述的储能系统，其特征在于，储能协调控制器与电池管理系统通过以太网、CAN总线或RS485相连。

8.根据权利要求1或3所述的储能系统，其特征在于，所述电池管理系统BMS为三级结构。

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