JP3242683U

JP3242683U - 単段変換の分散型電池エネルギー貯蔵システム

Info

Publication number: JP3242683U
Application number: JP2023600009U
Authority: JP
Inventors: 若晨徐; 明義劉; 曦曹; 伝▲ざぉ▼ 曹; 杰裴; 大為劉; 勇朱
Original assignee: Huaneng Clean Energy Research Institute
Current assignee: Huaneng Clean Energy Research Institute
Priority date: 2020-07-24
Filing date: 2021-07-26
Publication date: 2023-07-06
Anticipated expiration: 2031-07-26
Also published as: CN111740475A; WO2022017534A1

Abstract

本考案によって開示される単段変換の分散型電池エネルギー貯蔵システムは、電池管理技術の分野に属する。各電池モジュールが１つのＤＣ－ＡＣモジュールに対応して直列に接続され、すべてのＤＣ－ＡＣモジュールが並列に接続された後に電池管理システムに接続され、電池管理システムが外部の送電網に接続され、すべての電池モジュールはエネルギー貯蔵コンテナ内に配置され、電池モジュールとエネルギー貯蔵コンテナとの間、及び隣接する電池モジュール間には防火材が充填され、ＤＣ－ＡＣモジュールにはＢＭＳ管理システムが統合されており、電池モジュールは互いに接続されるいくつかの単体電池を含む。当該システムの構造設計は合理的であり、高安定性、高効率、及び高安全性を有する。

Description

本考案は、電池管理技術の分野に属し、具体的には、単段変換の分散型電池エネルギー貯蔵システムに関する。

化石燃料資源の枯渇と環境問題の顕在化に伴い、伝統的な火力発電は大きな圧力に直面している。人々の環境保護意識の高まりと国家政策の推進に伴い、発電分野にますます多くの再生可能エネルギーがが進出し始めており、例えば、風力発電、太陽光発電、水力発電、バイオマス発電、原子力発電などである。風力発電、太陽光発電などの再生可能エネルギー発電は変動性と不確実性があるため、これらの再生可能エネルギー発電量の向上に伴い、大規模な高比率の変動性グリッド接続は送電網の安定運転に大きな挑戦をもたらす。どのように電力供給と需要のバランスを保証し、どのように電力システムの周波数安定と安全性、信頼性を確保するかは、現在早急に解決すべき重点問題となっている。再生可能エネルギー発電システムに一定容量のエネルギー貯蔵装置を装備することで、発電所に対して、ピーク調整、周波数変調、ピークシフトを行うことができ、新エネルギーの利用比率とエネルギーの利用効率を向上させ、送電網の安全と安定した運転を保障する。

電池エネルギー貯蔵は最も急速に発展しているエネルギー貯蔵モードとして、エネルギー密度が高く、エネルギー変換効率が高く、応答速度が速く、調節精度が高いなどの利点がある。電池エネルギー貯蔵システムは主に電気エネルギーを化学エネルギーの形で貯蔵及び放出することにより、それは１ｓ内でＡＧＣスケジューリング命令を完成して、電力システムの周波数変調能力を効果的に向上させることができる。電池エネルギー貯蔵技術は電力エネルギー貯蔵市場でますます重要な地位を占めているが、現在、電池エネルギー貯蔵システムは実際の応用において大きな問題がある。電池エネルギー貯蔵技術は、現在電池パックを直列にグループ化してから並列に接続する方式が一般的に採用されており、このようなモードは電池に対する一貫性が高く、１つの電池モジュールが故障したり、発火したりした場合、他の電池モジュールや電池システム全体に不可逆的な損害を与える。一方、現在、エネルギー貯蔵システムの熱管理制御技術が不完全であるため、運転中に電池モジュール間の温度偏差が大きくなりやすく、運転状態の不一致を招き、故障の発生を招き、さらには安全事故が発生し、火災を引き起こす。

上記従来の問題を解決するために、本考案は、高安定性、高効率、及び高安全性を有し、かつ構造が簡単な単段変換の分散型電池エネルギー貯蔵システムを提供することを目的とする。

本考案は、以下の技術案によって実現される。

本考案は、電池管理システム、ＤＣ－ＡＣモジュール、電池モジュール及びエネルギー貯蔵コンテナを備える単段変換の分散型電池エネルギー貯蔵システムを開示し、各電池モジュールが１つのＤＣ－ＡＣモジュールに対応して直列に接続され、すべてのＤＣ－ＡＣモジュールが並列に接続された後に電池管理システムに接続され、電池管理システムが外部の送電網に接続され、すべての電池モジュールがエネルギー貯蔵コンテナ内に配置され、電池モジュールとエネルギー貯蔵コンテナとの間、及び隣接する電池モジュール間には防火材が充填され、
ＤＣ－ＡＣモジュールにはＢＭＳ管理システムが統合されており、電池モジュールは互いに接続されるいくつかの単体電池を含む。

好ましくは、電池モジュール中の単体電池は直列に接続されている。

好ましくは、単体電池は、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ナトリウム硫黄電池またはレドックスフロー電池である。

好ましくは、同じ電池モジュール中の単体電池のタイプは同じであり、異なる電池モジュール中の単体電池のタイプは同じであるか、または異なる。

好ましくは、エネルギー貯蔵コンテナは防火材質である。

好ましくは、防火材には難燃剤が添加されている。

従来技術と比較して、本考案は以下の有益な技術的効果を有する。
本考案によって開示される単段変換の分散型電池エネルギー貯蔵システムでは、１つの電池モジュールが１つのＤＣ－ＡＣモジュールに対応し、各電池モジュールは対応するＤＣ－ＡＣモジュールに直列に接続されて分岐を形成し、各分岐を並列に接続してから電池管理システムに接続し、電池管理システムの他端が外部の送電網に直接接続される。システム中の各電池モジュールは独立して動作し、それぞれのＤＣ－ＡＣモジュールによって制御されるため、各電池モジュールの動作効率を向上させ、システム全体に高安定性、高効率、及び高安全性を持たせることができる。電池モジュールを直接並列に接続するのではなく、ＤＣ－ＡＣモジュール側で並列に接続し、いずれかの電池モジュールが故障しても他の電池モジュールの正常な動作に影響を与えなくなり、直接システムで活線挿抜を行うことができ、システムの利用効率を大幅に向上させ、１つの電池モジュールに障害が発生した場合、システムの無停止交換が可能である。ＤＣ－ＡＣモジュールのＢＭＳ管理システムにより、電池モジュールの動作中の電圧、電流、温度などのデータを読み取り、これらのデータによって電池の動作状態を制御し、電池モジュール間のバランスをとり、電池エネルギー貯蔵システムの動作効率を向上させ、システムの寿命を向上させることができる。

電池管理システムは電圧、電流の分析によって計算分析して電池の容量を得ることができ、これらのデータに基づいて電池の充電と放電の優先順位を調整し、電池の電気量が均衡状態に維持されることを確保し、電池の循環回数を向上させることができる。温度データによっ電池モジュールの現在の温度状況をリアルタイムに監視することができ、温度が高すぎる場合、当該電池モジュールを直接切断することにより、火災の発生を予防し、電池エネルギー貯蔵システム全体を保護する役割を果たすことができる。また、各電池モジュールの動作状態情報を評価し、エネルギー貯蔵システム全体の動作状態を分析し、発生された故障を診断し、発生していない故障を事前判断し、送電網に必要な電力情報をリアルタイムに監視することにより、電池エネルギー貯蔵の充放電状態をタイムリーに管理して調整し、各電池モジュールの電気量が基本的に均衡に維持されることを確保し、エネルギー貯蔵システムの出力電力が電力網スケジューリングの需要を満たすことを確保し、スムーズな出力を実現することができる。また、このシステム内には単段変換トポロジ構造しかなく、直接エネルギー貯蔵電池モジュールと交流母線との間の双方向昇圧降下を実現することができ、その構造は簡単で、変換効率は９７％以上に達することができ、単段変換並列運転は、より大容量エネルギー貯蔵システムのエネルギー変換をサポートすることができる。このシステムは単組電池システムの電力を増加させず、電池システムはモジュール化製品に作ることができ、拡張しやすく、冗長性が高く、コストを大幅に節約し、システムの経済性を向上させることができる。電池モジュールとエネルギー貯蔵コンテナとの間、及び隣接する電池モジュール間に充填されている防火材は、単一の電池モジュールが故障して発火した後、他の電池モジュールが影響を受けないように保護することができ、システムの安全性と安定性をさらに向上させる。

さらに、電池モジュール中の単体電池が直列に接続されるため、単体電池間の容量は均衡に維持され、システムの安定性を向上させることができる。

さらに、同じ電池モジュール中の単体電池のタイプは同じであり、一貫性が高く、異なる電池モジュール中の単体電池のタイプは同じであるか、または異なり、エネルギー貯蔵システムの応用に影響を与えず、ラダー電池の使用など、電池の応用範囲を拡大することができる。

さらに、エネルギー貯蔵コンテナは防火材質であるため、発火後のシステム全体の安全を脅かすことを防止する。

さらに、防火材に難燃剤が添加されることにより、難燃効果をさらに向上させ、システムの安全性と安定性を向上させる。

本考案の単段変換の分散型電池エネルギー貯蔵システムの全体概略構成図である。

以下、図面と具体的な実施例と併せて本考案をさらに詳細に説明し、その内容は、限定ではなく本考案の解釈である。

図１に示すように、本考案の単段変換の分散型電池エネルギー貯蔵システムは、電池管理システム１、ＤＣ－ＡＣモジュール２、電池モジュール３及びエネルギー貯蔵コンテナを含み、各電池モジュール３が１つのＤＣ－ＡＣモジュール２に対応して直列に接続され、すべてのＤＣ－ＡＣモジュール２が並列に接続された後に電池管理システム１に接続され、電池管理システム１が外部の送電網に接続され、すべての電池モジュール３は、エネルギー貯蔵コンテナ内に配置され、電池モジュール３とエネルギー貯蔵コンテナとの間、及び隣接する電池モジュール３間には防火材が充填されており、防火材に難燃剤を添加することもできる。エネルギー貯蔵コンテナは防火材質である。

ＤＣ－ＡＣモジュール２にはＢＭＳ管理システムが統合されており、電池モジュール３は、直列または並列に接続されるいくつかの単体電池を含み、単体電池は、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ナトリウム硫黄電池またはレドックスフロー電池であり、同じ電池モジュール３中の単体電池のタイプは同じであり、異なる電池モジュール３中の単体電池のタイプは同じであってもよいし、異なってもよい。

電池管理システム１としては自動制御ソフト付きのホストコンピュータを採用することができる。

上記単段変換の分散型電池エネルギー貯蔵システムが動作する場合、
ＤＣ－ＡＣモジュール２上のＢＭＳ管理システムは、電池モジュール３の動作中の電圧、電流、温度などのデータを読み取り、これらのデータによって電池の動作状態を制御し、電池モジュール３間のバランスをとり、電池エネルギー貯蔵システム全体の動作効率とシステムの寿命を向上させることができる。

各ＤＣ－ＡＣモジュール２の動作パラメータデータはリアルタイムに電池管理システム１に送信されるため、電池管理システム１はこれらのパラメータの分析によって電池エネルギー貯蔵システム全体をタイムリーに管理することができる。電圧、電流の分析によって計算分析して電池の容量を得ることができ、これらのデータに基づいて電池の充電と放電の優先順位を調整し、電池の電気量が均衡状態に維持されることをできるだけ確保し、電池の循環回数を向上させることができる。温度のデータによって電池の現在の温度情況を知ることができ、エネルギー貯蔵コンテナ内の換気設備またはエアコンを制御することによって放熱冷却を行うことができ、温度が高すぎる場合、当該電池モジュール３を直接切断することで、火災の発生を予防し、電池エネルギー貯蔵システム全体を保護する役割を果たすことができる。

電池管理システム１は、各ＤＣ－ＡＣモジュール２を制御することによって各電池モジュール３の動作を制御する。電池管理システム１は、主に各電池モジュール３の動作状態情報を評価し、エネルギー貯蔵システム全体の動作状態を分析し、発生された故障を診断し、発生していない故障を事前判断し、送電網に必要な電力情報をリアルタイムに監視制御することにより、電池エネルギー貯蔵の充放電状態をタイムリーに管理して調整し、各電池モジュール３の電気量が基本的に均衡に維持されることを確保し、エネルギー貯蔵システムの出力電力が送電網スケジューリングの需要を満たすことを確保し、スムーズな出力を実現し、動的調整応答時間が０．１ｓ未満で、実際の出力電力と送電網に必要な電力との偏差値が３％以下である。

以下、本考案の単段変換の分散型電池エネルギー貯蔵システムについて具体的な実施例でさらに説明する。

単体電池はリン酸鉄リチウムイオン電池を採用し、リン酸鉄リチウムイオン単体電池は直列接続の方式でグループ化され、電力が１２５ｋＷ／１２５ｋＷｈの電池モジュールを構成し、電池モジュール間は直接並列に接続されず、電池モジュールごとに１つの１２５ｋＷのＤＣ－ＡＣ双方向昇降圧交流変流器が直列に接続される。１０個の交流エネルギー貯蔵ユニットごとに、ＤＣ－ＡＣ双方向昇降圧交流変流器の母線側に並列に接続されて１．２５ＭＷｈの交流ユニットを構成し、交流電圧が８００Ｖ～８５０Ｖの１つの交流母線を形成する。各電池コンテナには２０クラスタの電池があり、１．２５ＭＷの電力で１．２５ＭＷｈの交流ユニットを２セット構成し、２．５ＭＷｈのエネルギー貯蔵システムコンテナを構成する。

なお、本出願によって提供される実施例では、開示された技術的内容は、主に電池エネルギー貯蔵システム中の電池モジュールのアーキテクチャであり、上記に記載された例は、単に例示的なものであり、例えば、採用される電池の種類は、リン酸鉄リチウムイオン電池であってもよく、鉛蓄電池であってもよく、例えば、複数のユニットまたはコンポーネントを結合してもよいし、または別のシステムに統合してもよく、またはいくつかの特徴を無視してもよいし、実行しなくてもよい。

上記は本考案の実施例にすぎないが、本考案の保護範囲はこれに限定されず、当業者が本考案に開示された技術範囲内で容易に考えられる変化または置換、または本考案の明細書および図面の内容を用いて行った等価構造または等価フロー変換、または他の関連技術の分野に直接、間接的に適用される場合は、いずれも本考案の保護範囲内に含まれなければならない。

１電池管理システム
２ＤＣ－ＡＣモジュール
３電池モジュール

Claims

単段変換の分散型電池エネルギー貯蔵システムであって、
電池管理システム（１）、ＤＣ－ＡＣモジュール（２）、電池モジュール（３）及びエネルギー貯蔵コンテナを備え、各電池モジュール（３）が１つのＤＣ－ＡＣモジュール（２）に対応して直列に接続され、すべてのＤＣ－ＡＣモジュール（２）が並列に接続された後に電池管理システム（１）に接続され、電池管理システム（１）が外部の送電網に接続され、すべての電池モジュール（３）は、エネルギー貯蔵コンテナ内に配置され、電池モジュール（３）とエネルギー貯蔵コンテナとの間、及び隣接する電池モジュール（３）間には防火材が充填され、
ＤＣ－ＡＣモジュール（２）にはＢＭＳ管理システムが統合されており、電池モジュール（３）は互いに接続されるいくつかの単体電池を含む、
ことを特徴とする単段変換の分散型電池エネルギー貯蔵システム。
電池モジュール（３）中の単体電池は直列に接続される、
ことを特徴とする請求項１に記載の単段変換の分散型電池エネルギー貯蔵システム。
単体電池は、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ナトリウム硫黄電池またはレドックスフロー電池である、
ことを特徴とする請求項１に記載の単段変換の分散型電池エネルギー貯蔵システム。
同じ電池モジュール（３）中の単体電池のタイプは同じであり、異なる電池モジュール（３）中の単体電池のタイプは同じであるか、または異なる、
ことを特徴とする請求項１に記載の単段変換の分散型電池エネルギー貯蔵システム。
エネルギー貯蔵コンテナは防火材質である、
ことを特徴とする請求項１に記載の単段変換の分散型電池エネルギー貯蔵システム。
防火材には難燃剤が添加されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の単段変換の分散型電池エネルギー貯蔵システム。