CN108808819B - 一种锂电储能备电*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂电储能备电***，设置在直流母线与负载之间，包括锂电电池组、电池管理单元BMS、继电器K1、继电器K2、继电器K3、继电器K4、预充电阻R、防反元器件，所述继电器K3和预充电阻R组成预充回路，所述继电器K4组成主正充放电回路，所述继电器K1组成主负充放电回路，所述继电器K2和防反元器件组成放电回路。本发明能有效的解决锂电储能备电***长期处于浮充状态后易导致单体电池过压和欠压的问题，从而导致备电时间能够达到设计要求。

Description

一种锂电储能备电***
技术领域
本发明涉及锂电池储能技术领域，尤其涉及一种锂电储能备电系 统。
背景技术
储能应用前景广阔，未来将为我国经济增长、绿色能源发展创造 巨大的价值，但作为一个新兴的技术产业，现阶段发展仍然面临一些 问题。技术经济性的提升、应用市场机制和定价体系的完善都是未来 的工作重点，而最亟待解决的是需要各方合力为储能产业探索和挖掘 多个可实现商业盈利的市场，实现产业健康、持续的发展。从技术发 展看，锂离子电池、铅炭电池、液流电池、钠硫电池、超临界压缩空 气储能、超级电容等主流储能技术的成本已经有了大幅降低。根据 CNESA的分析数据，到2016年底，大部分技术的建设成本在人民币 2000元/kWh-3000元/kWh之间，较2013年，平均降幅超过50％；预 计到2020年，主流技术的成本区间将降低到人民币1000元/kWh-1500 元/kWh左右；建设成本的大幅下降将为储能未来的广泛应用奠定基 础。
基于上述市场现状，锂电储能***将逐步替代传统铅酸备电系 统，目标应用领域为通信基站、数据中心机房、电力站点的备电*** 等，应用前景非常广阔。然而存在以下不足之处：因锂电储能***长 期处于浮充状态时，当电池***进行大电流充放电时，很容易出现单 体电池过压和欠压，从而导致***备电时间大大缩短，影响***的正 常使用。目前的锂电储能***，通常采用在锂电***和输出母线之间 放置电池充放电控制器的方法来解决锂电***长期处于浮充状态后 易导致单体电池过压和欠压问题。该电池充放电控制器具有充电限 流，放电过流/短路功能，输入过欠压保护等功能。然而此类方法需 要单独配置电池充放电控制器，不仅增加***体积，而且成本高昂， 不利于锂电***的大范围推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂电储能备电***，具备能有效的解 决锂电储能备电***长期处于浮充状态后易导致单体电池过压和欠 压的问题，从而导致备电时间能够达到设计要求的优点，解决了现有 需要单独配置电池充放电控制器，不仅增加***体积，而且成本高昂， 不利于锂电***的大范围推广应用的问题。
根据本发明实施例的一种锂电储能备电***，设置在直流母线与 负载之间，包括锂电电池组、电池管理单元BMS、继电器K1、继电器 K2、继电器K3、继电器K4、预充电阻R、防反元器件，所述继电器 K3和预充电阻R组成预充回路，所述继电器K4组成主正充放电回路，所述继电器K1组成主负充放电回路，所述继电器K2和防反元器件组 成放电回路。
进一步的，所述电池管理单元BMS与锂电电池组配套。
进一步的，所述预充回路中的预充电阻R的一端与锂电电池组的 正极相连，所述预充电阻R的另一端与继电器K3的动触点相连，所 述继电器K3的控制线圈静触点与电池管理单元BMS相连，所述继电 器K3的常开静触点分别与直流母线的正极、继电器K2的常开静触点、 继电器K4的常开静触点相连。
进一步的，所述主正充放电回路中的继电器K4的动触点与锂电 电池组的正极相连，所述继电器K4的控制线圈静触点与电池管理单 元BMS连接。
进一步的，所述主负充放电回路中的继电器K1的动触点与锂电 电池组的负极相连，所述继电器K1的控制线圈静触点与电池管理单 元BMS连接，所述继电器K1的常开静触点与直流母线的负极相连。
进一步的，所述放电回路中的防反元器件的一端与锂电电池组的 正极相连，所述防反元器件的另一端与继电器K2的动触点相连，所 述继电器K2的控制线圈静触点与电池管理单元BMS连接。
进一步的，所述防反元器件为功率二极管D1。
进一步的，所述防反元器件为可控硅器件D2。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
1、通过K2继电器、防反元器件和K1继电器组成单向放电回路， 以及K3继电器、K4继电器、预充电阻R的组合，再配合电池管理单 元BMS的控制策略，能有效的解决锂电储能备电***长期处于浮充状 态时，单体电池易出现过欠压告警的问题，同时当直流母线停电时， 电池***无需切换时间就能为负载供电；通过K3继电器和预充电阻 R组成预充回路配合，能够有效缩短来电时大电流充电对电池***的 冲击，通过K4继电器能够有效缩短防反元器件的工作时间，降低了 故障率；
2、本装置能够针对通信基站48V直流***、电力电源直流***、 IDC机房高压直流***等直流母线备电***，通过电池管理单元BMS 能够降低***复杂度。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部 分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限 制。在附图中：
图1为本发明提出的一种锂电储能备电***的实施例1的***拓 扑图；
图2为本发明提出的一种锂电储能备电***的实施例2的***拓 扑图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部 分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例， 都属于本发明保护的范围。
实施例1
参照图1，一种锂电储能备电***，设置在直流母线与负载之间， 包括锂电电池组、电池管理单元BMS、继电器K1、继电器K2、继电 器K3、继电器K4、预充电阻R、防反元器件，继电器K3和预充电阻 R组成预充回路，继电器K4组成主正充放电回路，继电器K1组成主 负充放电回路，继电器K2和防反元器件组成放电回路。
电池管理单元BMS与锂电电池组配套，电池管理单元BMS负责整 个锂电储能备电***的控制和管理，主要包括单体电池电压采集，电 池温度采集，电池总压采集，电池充放电电流采集，继电器控制；预 充回路中的预充电阻R的一端与锂电电池组的正极相连，预充电阻R 的另一端与继电器K3的动触点相连，继电器K3的控制线圈静触点与 电池管理单元BMS相连，继电器K3的常开静触点分别与直流母线的 正极、继电器K2的常开静触点、继电器K4的常开静触点相连；主正 充放电回路中的继电器K4的动触点与锂电电池组的正极相连，继电 器K4的控制线圈静触点与电池管理单元BMS连接；主负充放电回路 中的继电器K1的动触点与锂电电池组的负极相连，继电器K1的控制 线圈静触点与电池管理单元BMS连接，继电器K1的常开静触点与直 流母线的负极相连；放电回路中的防反元器件的一端与锂电电池组的 正极相连，防反元器件的另一端与继电器K2的动触点相连，继电器 K2的控制线圈静触点与电池管理单元BMS连接；防反元器件为功率 二极管D1，其最大正向压差为UD1；直流母线电压为Ubus，锂电电池 组的电池总压为Ubat；。
本***分三个工作状态：充电工作状态、待机工作状态和放电工 作状态。
一、充电工作状态时，充电工作状态分首次上电充电和直流母线 停电恢复充电两种情况。
首次上电充电过程如下：
第一步，当电池需要充电且Ubus>Ubat时，闭合K1和K3进行锂电 储能备电***的预充，当Ubus-Ubat<Δ1(Δ1为常数，单位为V，该值通 过整定确定)时，闭合K4和断开K3，完成锂电储能备电***的预充 过程；
第二步，完成预充后，继续进行充电，直到锂电储能备电***充 满电，即SOC为100％；
第三步，先闭合K2，再断开K4，让锂电储能备电***处于自放 电状态(比如Ubus略大于Ubat)。
直流母线停电恢复充电过程如下：
第一步，停电恢复后，因K1和K4处于闭合状态，故充电电流较 大，为了避免长时间大电流充电，BMS需在T1时间(T1为常数，单位 为秒，该值通过整定确定)内闭合K3，断开K4，让***进入预充状 态，当Ubus-Ubat<Δ1(Δ1为常数，单位为V，该值通过整定确定)时，闭 合K4和断开K3，完成锂电储能备电***的预充过程；
第二步，完成预充后，继续进行充电，直到锂电储能备电***充 满电，即SOC为100％；
第三步，先闭合K2，再断开K4，让锂电储能备电***处于自放 电状态(比如Ubus略大于Ubat)。
二、待机工作状态时，本***从刚进入自放电状态时，即进入待 机工作状态；当Ubus<(Ubat-UD1)(包括直流母线停电)时，***离开 待机工作状态，进入放电工作状态；***长期处于自放电状态时，其 电池总压会慢慢下降，当Ubus<(Ubat-UD1)时，***离开待机工作状态， 进入放电工作状态；另外，当直流母线停电时，***立即离开待机工 作状态，进入放电工作状态。
三、放电工作状态时，当Ubus<Ubat-UD1成立(包括直流母线停电) 时，本***进入放电工作状态；此时K1和K2是闭合状态，电池管理 单元BMS需要在T2时间(T2为常数，单位为秒，该值通过整定确定) 内闭合K4，然后断开K2，避免D1长时间工作而损坏；在设计备电时间内，直流母线来电时，本***进入直流母线停电恢复充电工作状态。
实施例2
参照图2，一种锂电储能备电***，防反元器件为可控硅器件D2， 可控硅器件D2的最大正向压差为UD2，其余设置与实施例1相同，具 体工作步骤与实施例1也相同。
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术 人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这 些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权 利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种锂电储能备电***，设置在直流母线与负载之间，其特征在于：包括锂电电池组、电池管理单元BMS、继电器K1、继电器K2、继电器K3、继电器K4、预充电阻R、防反元器件，所述继电器K3和预充电阻R组成预充回路，所述继电器K4组成主正充放电回路，所述继电器K1组成主负充放电回路，所述继电器K2和防反元器件组成放电回路；
所述预充回路中的预充电阻R的一端与锂电电池组的正极相连，所述预充电阻R的另一端与继电器K3的动触点相连，所述继电器K3的控制线圈静触点与电池管理单元BMS相连，所述继电器K3的常开静触点分别与直流母线的正极、继电器K2的常开静触点、继电器K4的常开静触点相连；
所述主正充放电回路中的继电器K4的动触点与锂电电池组的正极相连，所述继电器K4的控制线圈静触点与电池管理单元BMS连接；
所述主负充放电回路中的继电器K1的动触点与锂电电池组的负极相连，所述继电器K1的控制线圈静触点与电池管理单元BMS连接，所述继电器K1的常开静触点与直流母线的负极相连；
所述放电回路中的防反元器件的一端与锂电电池组的正极相连，所述防反元器件的另一端与继电器K2的动触点相连，所述继电器K2的控制线圈静触点与电池管理单元BMS连接；
其中，防反元器件的最大正向压差为
Figure QLYQS_1
；直流母线电压为/>
Figure QLYQS_2
，锂电电池组的电池总压为/>
Figure QLYQS_3
；
锂电储能备电***分三个工作状态：充电工作状态、待机工作状态和放电工作状态；
充电工作状态时，充电工作状态分首次上电充电和直流母线停电恢复充电两种情况：
首次上电充电过程如下：
第一步，当电池需要充电且
Figure QLYQS_4
时，闭合K1和K3进行锂电储能备电***的预充，当
Figure QLYQS_5
时，闭合K4和断开K3，完成锂电储能备电***的预充过程，/>
Figure QLYQS_6
为通过整定确定的常数；
第二步，完成预充后，继续进行充电，直到锂电储能备电***充满电；
第三步，先闭合K2，再断开K4，让锂电储能备电***处于自放电状态；
直流母线停电恢复充电过程如下：
第一步，停电恢复后，电池管理单元BMS在
Figure QLYQS_7
时间内闭合K3，断开K4，让***进入预充状态，/>
Figure QLYQS_8
为通过整定确定的常数，当/>
Figure QLYQS_9
时，闭合K4和断开K3，完成锂电储能备电***的预充过程；
第二步，完成预充后，继续进行充电，直到锂电储能备电***充满电；
第三步，先闭合K2，再断开K4，让锂电储能备电***处于自放电状态；
待机工作状态时，当
Figure QLYQS_10
<(/>
Figure QLYQS_11
-/>
Figure QLYQS_12
)时，***离开待机工作状态，进入放电工作状态；或者当直流母线停电时，***立即离开待机工作状态，进入放电工作状态；
放电工作状态时，此时K1和K2是闭合状态，电池管理单元BMS在
Figure QLYQS_13
时间内闭合K4，/>
Figure QLYQS_14
为通过整定确定的常数，然后断开K2；在设计备电时间内，当直流母线来电时，本***进入直流母线停电恢复充电的工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种锂电储能备电***，其特征在于：所述电池管理单元BMS与锂电电池组配套。
3.根据权利要求1所述的一种锂电储能备电***，其特征在于：所述防反元器件为功率二极管D1。
4.根据权利要求1所述的一种锂电储能备电***，其特征在于：所述防反元器件为可控硅器件D2。
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