CN112769152A - 一种动力电池储能***及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种动力电池储能***及其控制方法，用以解决如何实现额定容量、荷电状态存在较大差异的梯次电池的再利用，以及集成梯次动力电池的稳定运行控制，包括：若干个分控单元，每个分控单元连接一ACDC变换器，每个ACDC变换器的交流侧与电网连接，直流侧与电池连接；所述每个分控单元与主控单元连接；所述每个分控单元、与所述分控单元连接的ACDC变换器、与ACDC变换器连接的电池组成一个支路；每个ACDC变换器的交流侧相互并联。通过多支路的并联方式，实现了各储能支路并联下不同状态下的协调运行控制，实现各支路的独立运行控制，降低了***设备间的耦合，提高了装置的鲁棒性；或者，通过定功率运行的方式，实现了储能***的本地自动控制运行。

Description

一种动力电池储能***及其控制方法
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，特别是涉及一种动力电池储能***及其控制方法。
背景技术
随着新能源电动汽车产业的推广普及，动力电池退役数量越来越多，这些退下来的电池，其电芯剩余容量多在初始容量的60％—70％，个别有接近80％的，极具利用价值。如果把这些电池直接进行拆解，显然是浪费了资源。如何寻找合适的梯次利用场景对梯次动力电池进行再利用，成为电动汽车行业面临的严峻问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种动力电池储能***及其控制方法，用以解决如何将额定容量、荷电状态存在较大差异的梯次电池在储能电站中再利用，以及如何实现集成梯次动力电池的储能***的稳定运行控制的问题。
在一种实现中，本发明实施例提供一种动力电池储能***，所述***包括：
若干个分控单元，每个分控单元连接一ACDC变换器，每个ACDC变换器的交流侧与电网连接，直流侧与电池连接；
所述每个分控单元与主控单元连接；
所述每个分控单元、与所述分控单元连接的ACDC变换器、与ACDC变换器连接的电池组成一个支路；
每个ACDC变换器的交流侧相互并联。
在本实施例下，每个分控单元、ACDC变换器和待退役的电池组成一个支路，每个支路相互独立，且每个ACDC变换器的交流测相互并联，直流侧与电池相连，使得每个待退役电池的使用可以独立控制，适用于待退役电池在梯次使用场景中的使用。
优选地，所述每个ACDC变换器通过RS485总线接收与所述ACDC变换器连接的分控单元下发的功率设定值或功率分配值、或开关机命令，同时将自身的运行数据、状态数据上传至所述分控单元。
由于每个ACDC变换器能够接收分控单元从主控单元下发的运行功率设定值或者功率分配值，使得每个支路的运行可控，不会过分地消耗某个支路也能及时地维护每个支路的电池运行状态，便于储能***以及每条支路的稳定运行。
进一步地，电池内部含有电池管理子***，所述电池管理子***通过CAN总线将电池的运行数据上传至与所述电池连接的分控单元。
由于电池内部有电池管理子***，方便将电池的运行数据及时获取，并上传至分控单元，继而由分控单元上传至主控单元，方便主控单元对每个电池的运行状态数据进行及时掌控。
可选的，所述电池的运行数据包括：单体电压、整组电压、温度、电流、和/或荷电状态。
可选的，每个支路的分控单元与主控单元通过LAN连接，分控单元将与所述分控单元连接的ACDC变换器、电池的运行数据上传至主控单元，同时接收主控单元下发的该支路功率设定值或功率分配值或开关机命令。
由于设置了分控单元对ACDC变换器电池运行数据的上传，以及主控单元对各支路的运行数据特别是运行功率、开关机命令的下发，使得在主控单元和分控单元的配合下，各电池能够得以梯次使用同时运行在稳定可控的状态。
进一步的，所述动力电池储能***的运行模式预先设置，所述运行模式包括：定功率定时运行模式或受调度模式。可选的，在定功率定时运行模式下，根据每个支路的电池容量，预先在主控单元设置每个支路分别的运行功率，所述主控单元在储能***启动时，将每个支路的运行功率设定值下发给对应的分控单元，分控单元再将自身支路的运行功率设定值下发给处于同一支路的ACDC变换器。
可选的，在受调度模式下，主控单元接收能量管理***实时下发的功率设定值，并将所述功率设定值限定为小于各支路的最大允许充放功率之和，所述主控单元根据功率设定值给各支路分控单元分配功率分配值，然后各分控单元再将功率分配值下发给同一支路的ACDC变换器，然后各分控单元再将功率设定值下发给同一支路的ACDC变换器。
通过储能***的运行模式的设置，以及各支路的运行功率的设定或者分配，使得各支路的电池、ACDC变换器能够相互配合又相互独立，***的鲁棒性得以大大提高，且在梯次应用场景中，各电池能够得到效率的发挥，以及电池的充放电可以通过主控单元同一管理，***的稳定性、电池使用的可控性得到大大提高，避免了电池资源的浪费。
进一步的，当某一支路电池充满时，则该支路的分控单元主动调整该支路ACDC变流器运行功率设置Px_set＝0，直至该支路分控单元接收到该支路运行功率设置Px_set＜0时，则分控单元控制ACDC变流器对电池放电；
某一支路电池放空时，则该支路的分控单元主动调整该支路ACDC变流器运行功率设置Px_set＝0，直至该支路分控单元接收到该支路运行功率设置Px_set＞0时，则分控单元控制ACDC变流器对电池充电。
相应的，本发明还提供一种动力电池储能***控制方法：
预先设定所述储能***的运行模式，所述运行模式包括定功率定时运行模式和受调度模式；
在定功率定时运行模式下，根据每个支路的电池容量，预先在主控单元设置每个支路分别的运行功率，所述主控单元在储能***启动时，将每个支路的运行功率下发给对应的分控单元，分控单元再将自身支路的运行功率下发给处于同一支路的ACDC变换器；
在受调度模式下，主控单元接收能量管理***实时下发的功率设定值，并将所述功率设定值限定为小于各支路的最大允许充放功率之和，所述主控单元将功率设定值分配给各支路的分控单元，然后各分控单元再将功率设定值下发给同一支路的ACDC变换器。
通过储能***的运行模式的设置，以及各支路的运行功率的设定或者分配，使得各支路的电池、ACDC变换器能够相互配合又相互独立，***的鲁棒性得以大大提高，且在梯次应用场景中，各电池能够得到效率的发挥，以及电池的充放电可以通过主控单元同一管理，***的稳定性、电池使用的可控性得到大大提高，避免了电池资源的浪费。
可见，以上动力电池储能***及其控制方法，依据动力电池梯次应用场景，通过多支路的并联方式，和受调度运行的方式，实现了各储能支路并联下不同状态下的协调运行控制，实现各支路的独立运行控制，降低了***设备间的耦合，提高了装置的鲁棒性；或者，通过定功率运行的方式，实现了储能***的本地自动控制运行。
附图说明
下面将结合附图说明对本发明的具体实施方式进行举例说明。
图1为本发明实施例提供的动力电池储能***拓扑框图；
图2为本发明实施例提供的动力电池储能***通讯拓扑框图；
图3是本发明实施例的定功率定时运行模式的流程图；
图4是本发明实施例的受调度运行模式的流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。
为了解决本发明的目的，本发明实施例提供一种动力电池储能***，所述***包括：
若干个分控单元，每个分控单元连接一ACDC变换器，每个ACDC变换器的交流侧与电网连接，直流侧与电池连接；
所述每个分控单元与主控单元连接；
所述每个分控单元、与所述分控单元连接的ACDC变换器、与ACDC变换器连接的电池组成一个支路；
每个ACDC变换器的交流侧相互并联。
在本实施例下，每个分控单元、ACDC变换器和待退役的电池组成一个支路，每个支路相互独立，且每个ACDC变换器的交流测相互并联，直流侧与电池相连，使得每个待退役电池的使用可以独立控制，适用于待退役电池在梯次使用场景中的使用。
请参考图1，其为本发明实施例提供的一种动力电池储能***的拓扑示意图。本发明采用多支路的拓扑，其中，ACDC变换器作为能量流动的中间媒介，ACDC的交流侧与电网连接，直流侧与电池连接。
在本发明实施例中，每个ACDC变换器的交流侧并联，直流侧分别与一组待退动力电池连接；ACDC变换器采用模块化设计，便于功率扩容及维护。各ACDC变换器模块独立运行，其控制上完全解耦，当单支路发生故障时，其他支路不受影响，可继续独立运行，大大提高了设备运行的鲁棒性。
在本发明的一种实施方式下，如图2所示，为ACDC变换器、电池、分控单元与主控单元之间的通讯组成结构。其中分控单元分别与ACDC变换器、电池、主控单元连接，每个支路由分控单元、ACDC变换器、电池组成：
ACDC变换器通过RS485总线接收分控单元下发的功率设定值或者功率分配值或开关机命令，同时将ACDC变换器自身的运行数据、状态等数据上传至分控单元。
由于每个ACDC变换器能够接收分控单元从主控单元下发的运行功率设定值或者功率分配值，使得每个支路的运行可控，不会过分地消耗某个支路也能及时地维护每个支路的电池运行状态，便于储能***以及每条支路的稳定运行。
电池内部含有电池管理子***(BatteryManagementSystem,BMS)，BMS通过CAN总线将电池的单体电压、整组电压、温度、电流、SOC(State OfCharge，荷电状态)等数据上传至分控单元。
由于电池内部有电池管理子***，方便将电池的运行数据及时获取，并上传至分控单元，继而由分控单元上传至主控单元，方便主控单元对每个电池的运行状态数据进行及时掌控。
每个支路的分控单元与主控单元通过LAN连接，分控单元将ACDC变换器、电池的运行数据上传至主控单元，同时接收主控单元下发的该支路的运行功率设定值或者功率分配值或开关机命令等。由于设置了分控单元对ACDC变换器电池运行数据的上传，以及主控单元对各支路的运行数据特别是运行功率、开关机命令的下发，使得在主控单元和分控单元的配合下，各电池能够得以梯次使用同时运行在稳定可控的状态。
本发明实施例可预先设置储能***的运行模式，所述运行模式包括：定功率定时运行模式和调度模式。
通过储能***的运行模式的设置，以及各支路的运行功率的设定或者分配，使得各支路的电池、ACDC变换器能够相互配合又相互独立，***的鲁棒性得以大大提高，且在梯次应用场景中，各电池能够得到效率的发挥，以及电池的充放电可以通过主控单元同一管理，***的稳定性、电池使用的可控性得到大大提高，避免了电池资源的浪费。
如图3所示，在定功率定时运行模式下，根据每个支路的电池容量，在设置定功率定时运行模式时，预先在主控单元设置每个支路分别的运行功率Px_set(充电为正，放电为负)。
例如当有五个支路时，将各支路的运行功率依次设置为P1_set、P2_set、P3_set、P4_set和P5_set，主控单元在储能***启动前，预先将功率设定值P1_set、P2_set、P3_set、P4_set和P5_set分别下发给对应的分控单元，然后分控单元再将功率设定值下发给处于同一支路的ACDC变换器。
当某一支路电池充满时，则该支路的分控单元主动调整该支路ACDC变流器运行功率设置Px_set＝0，直至该支路分控单元接收到该支路运行功率设置Px_set＜0时，则分控单元控制ACDC变流器对电池放电。
某一支路电池放空时，则该支路的分控单元主动调整该支路ACDC变流器运行功率设置Px_set＝0，直至该支路分控单元接收到该支路运行功率设置Px_set＞0时，则分控单元控制ACDC变流器对电池充电。
如图4所示，在本发明的一种实施例下，当将储能***设置为受调度模式时，EMS(能量管理***)作为本发明的上级管理调度单元，主控单元接收EMS(能量管理***)实时下发的功率设定值P0_set，主控单元限定P0_set≤
P1_max+P2_max+P3_max+P4_max+P5_max；
其中，P1_max、P2_max、P3_max、P4_max、P5_max分别为各支路的最大允许充放功率。
然后，主控单元根据功率设定值P0_set给各支路分控单元分配功率分配值，然后各分控单元再将功率分配值下发给同一支路的ACDC变换器。当电池充满或者放空时，各分控单元根据电池上传的运行数据信息决定是否继续充电或放电。其中，主控单元的功率分配如下：
Figure BDA0002864749830000081
Figure BDA0002864749830000082
Figure BDA0002864749830000083
Figure BDA0002864749830000084
Figure BDA0002864749830000085
进一步的，本发明实施例还提供了一种动力电池储能***控制方法：
预先设定所述储能***的运行模式，所述运行模式包括定功率定时运行模式和受调度模式；
在定功率定时运行模式下，根据每个支路的电池容量，预先在主控单元设置每个支路分别的运行功率，所述主控单元在储能***启动时，将每个支路的运行功率下发给对应的分控单元，分控单元再将自身支路的运行功率下发给处于同一支路的ACDC变换器；
在受调度模式下，主控单元接收能量管理***实时下发的功率设定值，并将所述功率设定值限定为小于各支路的最大允许充放功率之和，所述主控单元将功率设定值分配给各支路的分控单元，然后各分控单元再将功率设定值下发给同一支路的ACDC变换器。
通过储能***的运行模式的设置，以及各支路的运行功率的设定或者分配，使得各支路的电池、ACDC变换器能够相互配合又相互独立，***的鲁棒性得以大大提高，且在梯次应用场景中，各电池能够得到效率的发挥，以及电池的充放电可以通过主控单元同一管理，***的稳定性、电池使用的可控性得到大大提高，避免了电池资源的浪费。
可见，以上动力电池储能***及其控制方法，依据动力电池梯次应用场景，通过多支路的并联方式，通过受调度运行的方式，实现了各储能支路并联下不同状态下的协调运行控制，实现各支路的独立运行控制，降低了***设备间的耦合，提高了装置的鲁棒性；或者，通过定功率运行的方式，实现了储能***的本地自动控制运行。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种动力电池储能***，其特征在于，所述***包括：
若干个分控单元，每个分控单元连接一ACDC变换器，每个ACDC变换器的交流侧与电网连接，直流侧与电池连接；
所述每个分控单元与主控单元连接；
所述每个分控单元、与所述分控单元连接的ACDC变换器、与ACDC变换器连接的电池组成一个支路；
每个ACDC变换器的交流侧相互并联。
2.根据权利要求1所述的动力电池储能***，其特征在于：
所述每个ACDC变换器通过RS485总线接收与所述ACDC变换器连接的分控单元下发的运行功率设定值或功率分配值、或开关机命令，同时将自身的运行数据、状态数据上传至所述分控单元。
3.根据权利要求1所述的动力电池储能***，其特征在于：
电池内部含有电池管理子***，所述电池管理子***通过CAN总线将电池的运行数据上传至与所述电池连接的分控单元。
4.根据权利要求3所述的动力电池储能***，其特征在于：
所述电池的运行数据包括：单体电压、整组电压、温度、电流、和/或荷电状态。
5.根据权利要求4所述的动力电池储能***，其特征在于：
每个支路的分控单元与主控单元通过LAN连接，分控单元将ACDC变换器、电池的运行数据上传至主控单元，同时接收主控单元下发的该支路运行功率设定值或功率分配值或开关机命令。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的动力电池储能***，其特征在于：所述动力电池储能***的运行模式预先设置所述运行模式包括：定功率定时运行模式或受调度模式。
7.根据权利要求6所述的动力电池储能***，其特征在于：
在定功率定时运行模式下，根据每个支路的电池容量，预先在主控单元设置每个支路分别的运行功率，所述主控单元在储能***启动时，将每个支路的运行功率下发给对应的分控单元，分控单元再将自身支路的运行功率下发给处于同一支路的ACDC变换器。
8.根据权利要求6所述的动力电池储能***，其特征在于：
在受调度模式下，主控单元接收能量管理***实时下发的功率设定值，并将所述功率设定值限定为小于各支路的最大允许充放功率之和，所述主控单元根据功率设定值给各支路分控单元分配功率分配值，然后各分控单元再将功率分配值下发给同一支路的ACDC变换器，然后各分控单元再将功率设定值下发给同一支路的ACDC变换器。
9.根据权利要求6所述的动力电池储能***，其特征在于：
当某一支路电池充满时，则该支路的分控单元主动调整该支路ACDC变流器运行功率设置Px_set＝0，直至该支路分控单元接收到该支路运行功率设置Px_set＜0时，则分控单元控制ACDC变流器对电池放电；
某一支路电池放空时，则该支路的分控单元主动调整该支路ACDC变流器运行功率设置Px_set＝0，直至该支路分控单元接收到该支路运行功率设置Px_set＞0时，则分控单元控制ACDC变流器对电池充电。
10.一种基于权利要求1-5任意一项所述的动力电池储能***的控制方法，其特征在于：
预先设定所述储能***的运行模式，所述运行模式包括定功率定时运行模式和受调度模式；
在定功率定时运行模式下，根据每个支路的电池容量，预先在主控单元设置每个支路分别的运行功率，所述主控单元在储能***启动时，将每个支路的运行功率下发给对应的分控单元，分控单元再将自身支路的运行功率下发给处于同一支路的ACDC变换器；
在受调度模式下，主控单元接收能量管理***实时下发的功率设定值，并将所述功率设定值限定为小于各支路的最大允许充放功率之和，所述主控单元根据功率设定值给各支路分控单元分配功率分配值，然后各分控单元再将功率分配值下发给同一支路的ACDC变换器，然后各分控单元再将功率设定值下发给同一支路的ACDC变换器。
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