本實(shí)用新型涉及動(dòng)力鋰離子電池成組應(yīng)用及電力儲(chǔ)能領(lǐng)域，具體為一種適用于多個(gè)DC/DC變換器的電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電池儲(chǔ)能作為新能源使用中不可或缺的一部分，其發(fā)展也影響著新能源的發(fā)展。隨著我國電網(wǎng)容量的不斷擴(kuò)大，峰谷差不斷增加，可再生能源、分布式供能和智能電網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，對大規(guī)模發(fā)展電池儲(chǔ)能技術(shù)的需求日益增大。然而，電池成組技術(shù)已成為儲(chǔ)能大規(guī)模發(fā)展的技術(shù)瓶頸。

多個(gè)不同狀態(tài)的鋰電池直接并聯(lián)使用會(huì)引起功率的不正常流動(dòng)并對電池造成損壞，通過給每塊電力儲(chǔ)能用鋰電池串聯(lián)一個(gè)DC/DC變換裝置后再并聯(lián)在一起構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，每條電池支路在DC/DC變換裝置的控制下形成電流內(nèi)環(huán)閉環(huán)控制，所有支路并聯(lián)在一起通過控制各支路的電流從而穩(wěn)定對外的恒壓輸出形成電壓外環(huán)閉環(huán)控制，這樣的系統(tǒng)叫做并網(wǎng)用鋰電池系統(tǒng)。

電池成組方法的核心參數(shù)是電池的串并聯(lián)數(shù)量，眾所周知，并聯(lián)數(shù)量越多電池容量越大，串聯(lián)數(shù)量越多電池總電壓越大。電力儲(chǔ)能常見的電池組總電壓是48V，60V和96V等電壓等級，這些電壓等級均是基于傳統(tǒng)鉛酸電池。近年來，鋰電池應(yīng)用逐漸推廣，鋰電池組用于儲(chǔ)能的電壓等級有48V，60V直至500V以上。因?yàn)?，鋰離子電池不可以像鉛酸電池組浮充均衡，導(dǎo)致串聯(lián)電壓越高電池組內(nèi)鋰離子電池單體的電壓不一致越嚴(yán)重，但是48V和60V等電壓等級的鋰電池組能夠提供的電網(wǎng)儲(chǔ)能容量十分有限。查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，目前很少針對48V和60V這個(gè)電壓等級的多DC/DC變換器并聯(lián)鋰電池并網(wǎng)的方案提出。本實(shí)用新型提出的多DC/DC變換器并聯(lián)的鋰電池成組方法的運(yùn)行模式易于實(shí)現(xiàn)電壓一致均衡，能量調(diào)度策略較為靈活。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)，滿足電池組溫度、均衡、功率和壽命的實(shí)際需求，為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為：包括多個(gè)電池模塊，每個(gè)電池模塊包括有：鋰電池、與鋰電池連接的DC/DC變換器，所有DC/DC變換器分別接入直流母線形成并聯(lián)連接，所述DC/DC變換器之間連接有自主均流控制模塊。

優(yōu)選的，所述自主均流控制模塊可以為通訊模塊。

優(yōu)選的，所述自主均流控制模塊可以采用下垂控制單元。

優(yōu)選的，所述自主均流控制模塊可以與中位機(jī)連接。

優(yōu)選的，所述自主均流控制模塊可以與中位機(jī)連接，所述中位機(jī)可以與遠(yuǎn)程

控制端連接。

優(yōu)選的，所述多個(gè)電池模塊的規(guī)格可選不同功率等級。

優(yōu)選的，所述鋰電池儲(chǔ)能大小不同且DC/DC變換器功率等級不同。

優(yōu)選的，所述通訊模塊可采用CAN總線通信方式。

優(yōu)選的，所述下垂控制單元可以為基于均流控制電路的下垂控制器。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果：

本實(shí)用新型中的DC/DC變換器之間連接有通訊模塊、下垂控制單元或其他自主

均流控制模塊，保證DC/DC變換器可以工作在有/無通訊模塊條件下的自均流模式，還可以將自主均流控制模塊與中位機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)有中位機(jī)條件下的有序充放電模式工作，還可以利用與中位機(jī)連接的遠(yuǎn)程控制端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，本實(shí)用新型適用于多種均流、充放電工作狀態(tài)，動(dòng)態(tài)性能顯著提高，本實(shí)用新型還適應(yīng)電池組出現(xiàn)“不同電池荷電態(tài)”、“不同電池功率等級”、“單個(gè)模塊故障”等不同情況，易于實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的能量調(diào)度策略并提高電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

附圖說明

圖1為所設(shè)計(jì)的多DC/DC變換器并聯(lián)鋰電池儲(chǔ)能拓?fù)鋱D；

圖2為有通訊模塊的多DC/DC變換器均流示意圖；

圖3為無通訊模塊的多DC/DC變換器均流示意圖；

圖4為有中位機(jī)控制的多DC/DC變換器均流示意圖；

圖5為不同電池荷電態(tài)的動(dòng)態(tài)能量調(diào)度情況，其中陰影面積代表電池荷大??；

圖6為不同電池功率等級的動(dòng)態(tài)能量調(diào)度情況，其中電池大小不同表示電池功率等級不同；

圖7為單個(gè)模塊故障的動(dòng)態(tài)能量調(diào)度情況，其中，電池中出現(xiàn)閃電標(biāo)記的代表出現(xiàn)故障的電池；

圖中，1、直流母線；2、電池模塊；3、DC/DC變換器；4、鋰電池；

5、自主均流控制模塊；6、中位機(jī)；7、遠(yuǎn)程控制端。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合一次具體的數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。在此，本實(shí)用新型的示意性事例用于解釋本實(shí)用新型，但并不作為對本實(shí)用新型的限定。

由圖1所示可知，本實(shí)用新型包括多個(gè)電池模塊2，每個(gè)電池模塊2包括有：鋰電池4、與鋰電池4連接的DC/DC變換器3，所有DC/DC變換器3分別接入直流母線1形成并聯(lián)連接。

在DC/DC變換器3之間連接有自主均流控制模塊5，由圖2所示可知，所述自主均流控制模塊5優(yōu)選通訊模塊，所述通訊模塊可采用CAN總線通信方式，均流控制策略可根據(jù)CAN通訊所傳送數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)改變。

由圖3所述可知，可知為所述自主均流控制模塊5優(yōu)選下垂控制單元，所述下垂控制單元可以為基于均流控制電路的下垂控制器，下垂控制單元讀取其控制的DC/DC變換器3的輸出電流，按照一條由輸出電流和輸出電壓組成的下垂曲線來改變DC/DC變換器3的輸出電壓。當(dāng)多電池模塊2并聯(lián)時(shí)，盡管各電池模塊2的實(shí)際參數(shù)不太一致，使其輸出電流和電壓有所差異，但由于下垂特性的存在，通過下垂控制器的調(diào)整，各電池模塊2的輸出電流和輸出電壓均會(huì)滿足各自的下垂曲線，最終其輸出電壓保持一致，而輸出電流則根據(jù)其下垂曲線來確定。當(dāng)設(shè)置的下垂曲線根據(jù)實(shí)際設(shè)備參數(shù)進(jìn)行校正后，各電池模塊2下垂參數(shù)相同時(shí)，其輸出電流的大小也將相同，從而實(shí)現(xiàn)均流。此方法無需建立電池模塊2與電池模塊2之間的通信，在無通訊模塊的條件下，可直接根據(jù)直流母線1上的電壓動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊的輸出，雖然電壓下垂會(huì)使整體輸出變化，但實(shí)際使用中直流母線1電壓波動(dòng)在一定的范圍內(nèi)時(shí)系統(tǒng)均可以接受。

本實(shí)用新型所提供的方案中，電池模塊2還具有自主決定充放電能量調(diào)度策略，采用圖4所示的有中位機(jī)6設(shè)備的均流工作控制方法，將自主均流控制模塊5與中位機(jī)6連接，每個(gè)電池模塊2將各自的信息發(fā)送給中位機(jī)6進(jìn)行參數(shù)計(jì)算和策略分析，若電力儲(chǔ)能外部負(fù)荷需求波動(dòng)或鋰電池4的能量狀態(tài)波動(dòng)對中位機(jī)6制定策略影響較大，中位機(jī)6下發(fā)電流指令或功率指令給各DC/DC變換器3，與圖2所示的DC/DC變換器3自主通訊的效果類似。

如圖4所示，自主均流控制模塊5可以與中位機(jī)6連接，所述中位機(jī)6可以與遠(yuǎn)程控制端連接，滿足實(shí)際用戶的遠(yuǎn)程控制需求。

已知，48V和60V等電壓等級鋰電池4模塊2的儲(chǔ)能容量可以在20Ah到400Ah之間選擇，單個(gè)模塊的能量范圍在1kWh到20kWh之間，單個(gè)電池模塊2的功率范圍在500W到10kW之間。

因?yàn)?8V和60V等電壓等級鋰電池4模塊2的一致性較高，鋰電池4模塊2內(nèi)可以不考慮電池均衡，是否電池模塊2內(nèi)均衡還取決于內(nèi)部的保護(hù)板或電池管理系統(tǒng)是否含有均衡功能，但是電池模塊2之間需要考慮均衡。

圖5中的鋰電池4出現(xiàn)了不同電池荷電態(tài)，出現(xiàn)此狀態(tài)是由于不完全正常運(yùn)行所導(dǎo)致的，其原因?yàn)椋河捎诓捎昧藞D1的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，電池模塊2可以自主決定自身的充放電電流，為了測試、維護(hù)、保養(yǎng)的需要還可以定期的對自身模塊參數(shù)進(jìn)行校正和檢測，因此鋰電池4儲(chǔ)能系統(tǒng)中會(huì)普遍存在圖5所示的不同電池模塊2荷電態(tài)。

出現(xiàn)圖5所示的情況時(shí)，由于在DC/DC變換器3之間連接有自主均流控制模塊5，確切的說利用CAN總線通信，采用該使得電池模塊2可以根據(jù)自身當(dāng)前荷電態(tài)的邊界充放電電流相互通訊，整個(gè)系統(tǒng)自主決定對負(fù)載電流的貢獻(xiàn)大小。

圖6示出了多個(gè)電池模塊2之間具有不同功率等級的能量調(diào)度情況，不同功

率等級是指不同儲(chǔ)能大小的鋰電池4和不同功率等級的DC/DC變換器3，不同電池模塊2功率等級是為了讓長期高功率運(yùn)行的鋰電池4組主動(dòng)降功率運(yùn)行，降功率的原因主要有兩個(gè)，一方面是因?yàn)檫B續(xù)高功率運(yùn)行后電池模塊2內(nèi)部溫度分布不均，降功率有利于溫度場分布的均勻；另一方面是因?yàn)樾‰娏鞒浞烹娨子谂袛喑鲭姵貎?nèi)部參數(shù)狀態(tài)，有利于準(zhǔn)確確定電池均衡容量和電池模塊2參數(shù)信息，圖6的不同功率等級能量調(diào)度策略的運(yùn)用對于提高整個(gè)技術(shù)方案的動(dòng)態(tài)性能和循環(huán)壽命。

圖7示出了某電池模塊2支路故障或需要維護(hù)時(shí)的系統(tǒng)能量調(diào)度情況，圖1所示的多DC/DC變換器3并聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以滿足整個(gè)電池組的可靠不間斷運(yùn)行，即使有某個(gè)支路電池模塊2出現(xiàn)故障或需要維護(hù)，同時(shí)由于我們選擇了48V或60V等電壓等級的鋰電池4模塊2，單個(gè)支路所含的能量較為有限，相比500V電壓等級的鋰電池4支路更加靈活。雖然并聯(lián)的支路增加，但整個(gè)系統(tǒng)的可靠性顯著增強(qiáng)。

綜合成本與可靠性因素，本實(shí)用新型提出的多DC/DC變換器3并聯(lián)的鋰電池4成組方法動(dòng)態(tài)特性顯著提高，多支路的工作模式中可以嵌入相應(yīng)的參數(shù)校正、參數(shù)檢測和動(dòng)態(tài)能量調(diào)度的功能，同時(shí)還可以結(jié)合電網(wǎng)負(fù)荷特性，實(shí)現(xiàn)能量的復(fù)雜時(shí)空條件下的充放策略，全面滿足電池組溫度、均衡、功率和壽命的實(shí)際需求，利于電池儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)步和電池儲(chǔ)能的模塊化快速發(fā)展。