CN113939968B - 储能*** - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种储能***，该储能***中包括一个或者多个储能单元簇，储能单元簇由至少两个储能模组串联组成。储能***还包括第一母线、第二母线和储能单元簇的集中监控***，第二母线为直流母线。储能单元簇通过第一变换器耦合到第一母线，一个储能模组中包括一个储能元件组和一个DC/DC变换器，储能元件组通过DC/DC变换器耦合到第二母线。集中监控***通过控制总线连接上述储能单元簇，用于控制储能单元簇中任一储能模组中的DC/DC变换器输出补偿电流至储能元件组端或者从储能元件组端抽取电流，以使各储能模组的储能元件参数一致。本申请提供的储能***，可提高储能***中各储能模组的控制灵活性，增强储能***的管理有效性。

Description

储能***
技术领域
本申请涉及电池储能技术领域，尤其涉及一种储能***。
背景技术
为克服大规模光伏发电和风力发电间歇性严重的问题，同时随着电池成本的快速下降，电池储能由于其应用的灵活性、可控性和能量密度等特点，无论是在发电侧还是在用电侧均得到快速发展，装机容量也显著提升。然而，由于单个电池模组的电压通常较小，即使将多个电池模组进行串联得到的电压也无法满足大规模储能的需求。因此为了权衡成本和性能，现有技术是将多个电池模组进行串联得到多个电池簇，并将多个电池簇进行并联，之后共用一个直流(direct current，DC)/交流(direct current，AC)逆变器来实现大规模储能中储能电也和电网之间的能量交换。
由于电池性能随着使用时间呈逐渐衰减趋势，随着使用年限的增加，电池中可存储的容量也随着逐年下降，不同的电池模组之间可存储的容量差异也日益显著，而电池模组的串联使得同一个电池簇中各电池模组的充放电时间相同，进而使得电池模组之间的差异性更大。因此，为保证单簇电池中任一电池模组的安全可用，必须考虑瓶颈电池模组的限制，对整簇电池进行降额使用，从而造成电池的浪费。另一方面，由于电池内阻和电池端口电压的不同，电池簇的简单并联会导致不同电池簇间的充放电不一致，从而限制电池的利用率。因此，如何解决电池的差异性同时实现电池的最大化利用是当前亟待解决的技术问题之一。
发明内容
本申请提供一种储能***，可提高储能模组的控制灵活性，增强储能***的管理有效性，适用性强。
第一方面，本申请提供了一种储能***，该储能***中包括至少一个储能单元簇，上述储能单元簇中包括至少两个储能模组，上述至少两个储能模组相互串联。换句话说，上述储能单元簇由一个或者多个储能模组串联组成。该储能***还包括：第一母线、第二母线和储能单元簇的集中监控***，这里第一母线可为交流母线，也可为直流母线，第二母线为直流母线。储能单元簇通过第一变换器耦合到第一母线，储能单元簇中一个储能模组中包括一个储能元件组和一个DC/DC变换器，储能元件组通过DC/DC变换器耦合到第二母线。集中监控***通过控制总线连接储能单元簇，用于控制储能单元簇中任一储能模组中的DC/DC变换器输出补偿电流至储能元件组端或者从储能元件组端抽取电流，以使储能单元簇中各储能模组的储能元件参数一致。
结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，上述至少两个储能模组中一个储能模组还包括一个电池管理单元BMU；集中监控***通过控制总线连接储能单元簇中各储能模组的BMU，并通过任一储能模组的BMU中的控制器控制DC/DC变换器产生补偿电流至储能元件组端，或者从储能元件组端抽取电流，以使储能单元簇中各储能模组的储能元件参数一致。换句话说，各个电池模组中的BMU可控制各电池模组中的DC/DC变换器产生补偿电流至储能元件组端，或者从储能元件组端抽取电流，以使电池簇中各储能模组的储能元件参数一致。可以理解，这里所描述的各储能模组的储能元件参数一致可以是各储能模组的储能元件参数相同(或者相等)，也可以是各储能模组的储能元件参数之间的差值在预设误差范围内等。
在本申请中，储能单元簇中各电池模组中的BMU可用于储能模组中各储能元件组和DC/DC变换器的状态检测和控制，可更好地解决各储能模组的差异性，实现储能***的有效管理和控制。本申请提供的储能***可通过双母线实现对储能***中各储能模组的充放电管理，可解决储能模组之间的差异性，同时提高储能***中各储能模组的控制灵活性，增强储能***的管理有效性，适用性强。
结合第一方面或者第一方面第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，任一储能模组中的DC/DC变换器的第一输入/输出端与该储能模组中的储能元件组耦合，各储能模组中的DC/DC变换器的第二输入/输出端相互串联后耦合至第二母线。
结合第一方面或者第一方面第一种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，任一储能模组中的DC/DC变换器的第一输入/输出端与该储能模组中的储能元件组耦合，各储能模组中的DC/DC变换器的第二输入/输出端并联至第二母线。
这里，当任一储能模组中的DC/DC变换器从该储能模组所包括的储能元件组中抽取电流时，该储能模组中的DC/DC变换器的第一输入/输出端为输入端，该DC/DC变换器的第二输入/输出端为输出端。当任一储能模组中的DC/DC变换器为储能元件组补偿电流时，该储能模组中的DC/DC变换器的第一输入/输出端为输出端，该储能模组的DC/DC变换器的第二输入/输出端为输入端。在本申请提供的储能***中，第二母线可由储能单元簇中各储能模组中的DC/DC变换器的输入/输出端串联组成，也可由各储能模组中的DC/DC变换器的输入/输出端并联组成，第二母线的组成方式多样，操作灵活，适用性强。
结合第一方面，在第四种可能的实施方式中，上述集中监控***集成在上述第一变换器中。
在本申请提供的储能***中，集中监控***可与储能单元簇中各储能模组中的BMU实现信息交互，从而可更好地实现储能***的储能控制。该集中监控***作为独立放置的电路板或者电路模块时，可跟第一变换器中的控制器实现信息交互，同时集中监控***通过控制总线连接储能单元簇中各个储能模组。集中监控***和储能模组的信息交互方式还可以是无线通信、直流电力载波通信等。集中监控***作为单独的电路板或者电路模块集成在第一变换器时，可简化储能***的***结构，同时也有利于控制总线的连接。
结合第一方面第四种可能的实施方式或者第一方面第四种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，储能单元簇中任一储能模组中还包括开关桥臂，上述开关桥臂由主控开关和旁路开关组成。主控开关的一端连接储能模组中的储能元件组，主控开关的另一端作为储能模组的输入/输出端。旁路开关的一端连接储能模组中的储能元件组的第一输入/输出端，旁路开关的另一端连接储能模组的第二输入/输出端。这里，任一储能模组中的开关桥臂可集成在该储能模组中的BMU上，由BMU控制开关桥臂中主控开关和旁路开关的导通或断开。储能***对储能元件组进行充电时，储能元件组的第一输入/输出端为储能元件组的输入端，储能元件组的第二输入/输出端为储能元件组的输出端；储能元件组放电时，储能元件组的第一输入/输出端为储能元件组的输出端，储能元件组的第二输入/输出端为储能元件组的输入端。
在本申请中，通过各个储能模组中的开关桥臂，结合储能模组中的DC/DC变换器以及储能模组所在储能单元簇所连接的第一变换器的能量管理能力，可实现单个储能模组的灵活控制，操作灵活，适用性高。
结合第一方面第四种可能的实施方式至第一方面第五种可能的实施方式中任一种，在第六种可能的实施方式中，第一变换器中包括第一端口和第二端口，第一端口耦合到第一母线，第二端口耦合到储能单元簇的输入/输出端；第二母线耦合到第一端口。
结合第一方面第四种可能的实施方式至第一方面第五种可能的实施方式中任一种，在第七种可能的实施方式中，第一变换器中包括第一端口和第二端口，第一端口耦合到第一母线，第二端口耦合到储能单元簇的输入/输出端；第二母线通过第二变换器耦合到第一端口。
结合第一方面第四种可能的实施方式至第一方面第五种可能的实施方式中任一种，在第八种可能的实施方式中，第一变换器中包括第一端口和第二端口，第一端口耦合到第一母线，第二端口耦合到储能单元簇的输入/输出端；第二母线耦合到第二端口。
结合第一方面第四种可能的实施方式至第一方面第五种可能的实施方式中任一种，在第九种可能的实施方式中，第一变换器中包括第一端口和第二端口，第一端口耦合到第一母线，第二端口耦合到储能单元的输入/输出端；第二母线通过第二变换器耦合到第二端口。
在本申请中，第一母线和第二母线可通过多种方式连接，第一变换器和第二变换器的选择也可随着第一母线和第二母线之间的电压变换需求和连接方式适应性调整，操作灵活，适用性更高。
结合第一方面第七种可能的实施方式至第一方面第九种可能的实施方式中任一种，在第十种可能的实施方式中，第一母线为直流母线，第一变换器为双向DC/DC变换器。
结合第一方面第十种可能的实施方式，在第十一种可能的实施方式中，上述双向DC/DC变换器的电路拓扑为非隔离型电路拓扑，上述双向DC/DC变换器的升压比由第一母线的电压和储能单元簇的端口电压确定。
结合第一方面第八种可能的实施方式至第一方面第九种可能的实施方式中任一种，在第十二种可能的实施方式中，第一母线为交流母线，第一变换器为双向DC/AC变换器。
结合第一方面第十二种可能的实施方式，在第十三种可能的实施方式中，双向DC/AC变换器的电路拓扑为非隔离型电路拓扑，上述双向DC/AC变换器的升压比由储能单元簇的端口电压和第一母线的电压确定。
在本申请中，第一变换器的类型可随着第一母线的电流类型，以及第一母线的电压与连接该第一变换器的储能单元簇的端口电压之间的电压变换需求确定，操作灵活，可适用于多种应用场景。
结合第一方面第六种可能的实施方式，在第十四种可能的实施方式中，第一母线为直流母线，第二变换器为DC/DC变换器，第二变换器的升压比由第一母线和第二母线的电压确定。
结合第一方面第六种可能的实施方式，在第十五种可能的实施方式中，第一母线为交流母线，第二变换器为DC/AC变换器，第二变换器的升压比由第一母线和第二母线的电压确定。
结合第一方面第八种可能的实施方式，在第十六种可能的实施方式中，第一母线为直流母线，第二变换器为DC/DC变换器，第二变换器的升压比由储能单元簇的端口电压和第二母线的电压确定。
在本申请中，第二变换器的类型可随着第一母线的电流类型、第一母线与连接该第一变换器的储能单元簇的端口电压之间的电压变换需求选择，操作灵活，可适用于多种应用场景。
结合第一方面第八种可能的实施方式，在第十七种可能的实施方式中，第一母线为交流母线，第一变换器为双向DC/AC变换器，第二变换器为DC/DC变换器，第二变换器的升压比由储能单元簇的端口电压和第二母线的电压确定。
在本申请中，第二变换器的类型可随着第一母线的电流类型、第一母线与连接该第一变换器的储能单元簇的端口电压之间的电压变换需求，以及第一变换器的类型选择。
结合第一方面，在第十八种可能的实施方式中，上述储能元件参数包括充放电时间、荷电状态SOC、放电深度DOD、健康状态SOH或者端口电压等。
在本申请中，通过第一母线和第二母线的***能量调度，以及各储能模组中的变换器的协调控制，可保证各储能模组的储能元件参数的一致，充分发挥储能模组的能力，提高储能模组的利用率，适用性高。
结合第一方面至第一方面第四种可能的实施方式，在第十九种可能的实施方式中，任一储能模组中的DC/DC变换器为单向DC/DC变换器。这里，单向DC/DC变换器的能量方向为任一储能模组中的储能元件组到上述第二母线。
结合第一方面第十九种可能的实施方式，在第二十种可能的实施方式中，储能单元簇的最大充电电流由储能单元簇中的第一储能模组的容量确定，这里第一储能模组为该储能单元簇所包括的储能模组中容量最大的储能模组。储能单元簇的最大放电电流由储能单元簇中的第二储能模组的容量确定，这里第二储能模组为储能单元簇所包括的储能模组中容量最小的储能模组。
在本申请中，在对储能模组进行充放电管理时，可根据储能单元簇中各储能模组的容量对储能单元簇的最大充放电电流进行限制，通过对储能单元簇的最大充放电电流的限制，可保证整个储能单元簇中各个储能元件组的电池充电时间一致，从而可实现储能单元簇中各储能模组的能量均衡管理。
结合第一方面至第一方面第四种可能的实施方式，在第二十一种可能的实施方式中，上述任一储能模组中的DC/DC变换器为单向DC/DC变换器，这里单向DC/DC变换器的能量方向为第二母线到任一储能模组中的储能元件组。
结合第一方面第二十一种可能的实施方式，在第二十二种可能的实施方式中，储能单元簇的最大放电电流由储能单元簇中的第一储能模组的容量确定，第一储能模组为储能单元簇所包括的储能模组中容量最大的储能模组。储能单元簇的最大充电电流由储能单元簇中的第二储能模组的容量确定，第二储能模组为储能单元簇所包括的储能模组中容量最小的储能模组。
在本申请中，由于各储能模组中变换器的功率方向的调整，储能***中各储能模组的充放电管理方式也可以适应性调整，操作灵活，适用性强。
结合第一方面至第一方面第二十二种可能的实施方式中任一种，在第二十三种可能的实施方式中，储能***中包括多个储能单元簇，此时，储能***中的多个储能单元簇共用上述第二母线。
在本申请中，第二母线单独构成母线，可实现单个储能单元簇之间不同储能模组之间的能量均衡管理。储能***中存在多个储能单元簇时，不同储能单元簇之间也可构建同一个第二母线，既可平衡单个储能单元簇中不同储能模组之间的能量，也可平衡不同储能单元簇之间各储能模组间的能量，操作灵活。
结合第一方面至第一方面第二十三种可能的实施方式中任一种，在第二十四种可能的实施方式中，第二母线的电压在40V至100之间，或者在400V至500V之间，或者在900V至1200V之间。
结合第一方面至第一方面第二十四种可能的实施方式中任一种，在第二十五种可能的实施方式中，第一母线通过单向DC/DC变换器耦合到光伏发电***。
结合第一方面至第一方面第二十四种可能的实施方式中任一种，在第二十六种可能的实施方式中，第一母线通过双向DC/AC变换器耦合到交流负载或者交流电网。
本申请提供的储能***可适配多种不同的应用场景，第一母线可通过不同的变换器实现直流电和电网交流电之间的能量交互，也可实现光伏能量的高效利用，适用范围广。
第二方面，本申请提供了一种储能***，该储能***中包括至少一个储能单元簇，上述储能单元簇中包括至少两个储能模组，上述至少两个储能模组串联；换句话说，储能单元簇由一个或者多个储能模组串联组成。上述储能***还包括：第一母线、第二母线和储能单元簇的集中监控***，这里第一母线可为直流母线也可为交流母线，第二母线为交流母线。储能单元簇通过第一变换器耦合到第一母线，一个储能模组中包括一个BMU、一个储能元件组和一个DC/AC变换器，储能元件组通过DC/AC变换器耦合到第二母线；集中监控***通过控制总线连接储能单元簇中各储能模组的BMU，并通过任一储能模组中的BMU中的控制器控制DC/AC变换器产生补偿电流至该储能元件组端，或者从储能元件组端抽取电流，以使储能单元簇中各储能模组的储能元件参数一致。换句话说，各个电池模组中的BMU可控制各电池模组中的DC/AC变换器补偿电流至储能模组中的储能元件组端，或者从储能元件组端抽取电流，以使电池簇中各储能模组的储能元件参数一致。
本申请提供的储能***也适用于第二母线为交流母线的场景，对应的，储能单元簇中各储能模组中的变换器也可随着第二母线为交流母线的应用场景变化适应性调整为DC/AC变换器，操作灵活，适用性高。
结合第二方面，在第一种可能的实施方式中，任一储能模组中的DC/AC变换器的第一输入/输出端与该储能模组中的储能元件组耦合，各储能模组中的DC/AC变换器的第二输入/输出端相互串联后耦合至第二母线。
结合第二方面，在第二种可能的实施方式中，任一储能模组中的DC/AC变换器的第一输入/输出端与该储能模组中的储能元件组耦合，各储能模组中的DC/AC变换器的第二输入/输出端并联至第二母线。
在本申请提供的储能***中，第二母线可由储能单元簇中各储能模组中的DC/AC变换器的输入/输出端串联组成，也可由各储能模组中的DC/AC变换器的输入/输出端并联组成，第二母线的组成方式多样，操作灵活，适用性强。
结合第二方面第一种可能的实施方式或者第二方面第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，集中监控***集成在储能单元簇所连接的第一变换器中。
在本申请中，储能单元簇中各电池模组中的BMU可用于储能模组中各储能元件组和DC/AC变换器的状态检测和控制，可更好地解决各储能模组的差异性，实现储能***的有效管理和控制。
结合第二方面第三种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，储能模组中还包括开关桥臂，该开关桥臂由主控开关和旁路开关组成。主控开关的一端连接储能模组中的储能元件组，主控开关的另一端作为储能模组的输入/输出端。旁路开关的一端连接储能模组中的储能元件组的第一输入/输出端，旁路开关的另一端连接储能模组的第二输入/输出端。
在本申请中，通过各个储能模组中的开关桥臂，结合储能模组中的DC/AC变换器以及储能模组所在储能单元簇所连接的第一变换器的能量管理能力，可实现单个储能模组的灵活控制，操作灵活，适用性高。
结合第二方面第三种可能的实施方式或者第二方面第四种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，第一变换器中包括第一端口和第二端口，第一端口耦合到第一母线，第二端口耦合到储能单元簇的输入/输出端；第二母线耦合到第一端口。
结合第二方面第三种可能的实施方式或者第二方面第四种可能的实施方式，在第六种可能的实施方式中，第一变换器中包括第一端口和第二端口，第一端口耦合到第一母线，第二端口耦合到储能单元簇的输入/输出端；第二母线通过第二变换器耦合到第一端口。
结合第二方面第三种可能的实施方式或者第二方面第四种可能的实施方式，在第七种可能的实施方式中，第一变换器中包括第一端口和第二端口，第一端口耦合到第一母线，第二端口耦合到储能单元的输入/输出端；第二母线通过第二变换器耦合到第二端口。
在本申请中，第一母线和第二母线可通过多种方式连接，操作灵活，适用性更高。
结合第二方面第三种可能的实施方式或者第二方面第四种可能的实施方式，在第八种可能的实施方式中，上述储能元件参数包括充放电时间、荷电状态SOC、放电深度DOD、健康状态SOH以及端口电压中的一种。
在本申请中，通过第一母线和第二母线的***能量调度，以及各储能模组中的变换器的协调控制，可保证各储能模组的储能元件参数的一致，充分发挥储能模组的能力，提高储能模组的利用率，适用性高。
附图说明
图1是储能***的一结构示意图；
图2是电池健康状态和使用年限的关系曲线示意图；
图3是储能***的另一结构示意图；
图4a是本申请提供的储能***的一结构示意图；
图4b是本申请提供的储能***的另一结构示意图；
图4c是本申请提供的储能***的另一结构示意图；
图4d是本申请提供的储能***的另一结构示意图；
图5是本申请提供的储能***的另一结构示意图；
图6a是本申请提供的储能***的另一结构示意图；
图6b是本申请提供的储能***的另一结构示意图；
图7a是本申请提供的储能***的另一结构示意图；
图7b是本申请提供的储能***的另一结构示意图；
图8a是本申请提供的储能***的储能控制方式的一示意图；
图8b是本申请提供的储能***的储能控制方式的另一示意图；
图8c是本申请提供的储能***的储能控制方式的另一示意图；
图8d是本申请提供的储能***的储能控制方式的另一示意图；
图9a是本申请提供的储能***的另一结构示意图；
图9b是本申请提供的储能***的另一结构示意图；
图9c是本申请提供的储能***的另一结构示意图。
具体实施方式
本申请提供的储能***适用于光伏发电设备或者风力发电设备等多种类型的发电设备，可应用于汽车领域等。本申请提供的储能***适用于不同类型的储能元件的储能，这里，不同类型的储能元件可包括锂离子电池、铅酸电池(或称铅酸蓄电池)，以及超级电容(又名电化学电容)等，本申请对储能元件具体类型不做具体限定。为方便描述，本申请将以电池为例对本申请提供的储能***进行说明。
当前，无论是大规模光伏发电还是风力发电，电网电压通常较高，比如400V到800V的交流电压，从而导致直流侧电压可达到550V到1500V。然而，单个电池模组的电压通常较小，比如单个电池模组的电压通常小于60V，因此，为了满足电网电压需求，通常会将多个电池模组直接串联以获取高电压。参见图1，图1是储能***的一结构示意图。在图1所示的储能***中，一个电池模组(比如电池模组1)可为一个电池包，一个电池包可由一个或者多个电池单元(电池单元的电压通常在2.5V到4.2V之间)串并联组成，形成最小的能量存储和管理单元。为方便描述，下面将以电池模组为例进行说明。由于单个电池模组的端口电压较小，多个电池模组(比如电池模组1至电池模组m，m为正整数)直接串联以获取所需端口电压(比如电池簇1的输出电压)，同时将多个电池模组进行并联得到多个电池簇(比如电池簇1至电池簇n，其中n为整数)以实现所需的存储能量，并将多个电池簇并联至直流母线，之后共用一个逆变器(如DC/AC变换器)来实现储能电池和电网之间的能量交互。然而，随着使用年限的增加，电池的健康状态(stateofhealth，SOH)不断下降，电池中可存储的容量也随之逐年下降。此外，由于电池个体的差异性，不同的电池的健康度离散性也日益显著。如图2所示，图2是电池健康状态和使用年限的关系曲线示意图。电池1和电池2的电池健康度均随着电池的使用年限逐渐下降，而在第10年的时候，电池1的SOH为70％，电池2的SOH为60％，电池1和电池2的电池健康度相差有10％。
在一些可行的实施方式中，参见图3，图3是储能***的另一结构示意图。为了解决电池之间的电池差异性，可将多个电池模组(比如电池模组1至电池模组n)并联至同一直流母线以得到并联型的储能***。在图3所示的储能***中，可在每一个电池模组(如电池模组1至电池模组n)中引入一个DC/DC变换器，所有电池模组中的DC/DC变换器的输出端并联到同一直流母线上，然后通过一个双向DC/AC变换器实现直流母线和交流电网之间的电压匹配和能量交互。在图3所示的储能***中，由于每一个电池模组都跟随着一个DC/DC变换器来实现能量管理，通过各个电池模组中跟随着的DC/DC变换器可实现各个电池模组的独立控制，操作灵活，也可保证各个电池模组的最大化利用率。
在大规模光伏发电或者风力发电或纯储能应用中，电网电压通常较高，为了满足电网的电压需要，在图3所示的储能***中，DC/DC变换器的升压比很高。比如，假设电池模组的端口电压为50V，直流母线的电压为1200V，则在图3所示的储能***中，DC/DC变换器的升压比为24。此时，由于DC/DC变换器的高升压比，因此DC/DC变换器通常采用隔离型的双向DC/DC变换器实现。然而，隔离型的双向DC/DC变换器的变换器效率低，将降低储能***的储能效率。同时，由于隔离型的双向DC/DC变换器的高成本，也将增加储能***的成本。另一方面，各个电池储能模组的输出端口并联连接也将增加储能***的现场接线困难和交付难度。本申请提供了一种储能***可提高储能***中各个储能模组的控制灵活性的同时，提高储能模组的有效利用率，增强储能模组的管理有效性。
下面将结合图4a至图9c对本申请提供的储能***及其储能控制方式、适用场景进行示例说明。
储能***结构一：
参见图4a，图4a是本申请提供的储能***的一结构示意图。本申请提供的储能***中包括一个或者多个储能单元簇(即至少一个储能单元簇)，一个储能单元簇可包括至少两个储能模组，且各个储能模组相互串联。换句话说，一个储能单元簇可由至少两个储能模组串联组成。在本申请中，各种类型的储能元件以电池为例进行说明，储能单元簇将以电池簇为例进行说明，储能模组将以电池模组为例进行说明，下面不再赘述。如图4a所示，在本申请提供的储能***中，一个或者多个储能单元簇将以电池簇1至电池簇n为例进行说明，n为整数。如图4a所示，本申请提供的储能***还包括第一母线和第二母线。其中第一母线为主功率母线，第一母线可为直流母线，也可为交流母线，具体可根据实际应用场景的需求确定。第二母线为辅助控制母线，在本申请中，为简化控制，第二母线可为直流母线。可选的，第二母线也可为交流母线，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。为方便描述，本申请提供的储能***的各个结构示意图中将以第二母线为直流母线为例进行示例说明，下面不再赘述。
如图4a所示，在本申请提供的储能***中，电池簇1至电池簇n中各个电池簇可通过第一变换器耦合到第一母线，其中，一个电池簇通过一个第一变换器耦合到第一母线。这里，第一变换器为主功率变换器，第一变换器可为DC/DC变换器，也可为DC/AC变换器，具体可根据实际应用场景的需求确定。第一变换器可包括第一端口和第二端口，其中，第一端口耦合到第一母线，第二端口耦合到电池簇的输入/输出端。为方便描述，下面将以电池簇1耦合到第一母线为例进行说明。电池簇1可通过一个第一变换器(比如变换器1)耦合到第一母线。如图4a所示，电池簇1由电池模组1至电池模组m串联得到。电池簇1的输入/输出端为电池模组1的第一输入/输出端，电池模组1的第二输入/输出端连接电池模组2，变换器1的第二端口耦合到电池模组1的第一输入/输出端，变换器1的第一端口耦合到第一母线上。其中，当储能***对电池簇1中的各个电池模组进行充电时，电池模组1的第一输入/输出端为电池模组1的输入端，电池模组1的第二输入/输出端为电池模组1的输出端。当电池簇1中的各个电池模组放电时，电池模组1的第一输入/输出端为电池模组1的输出端，电池模组1的第二输入/输出端为电池模组1的输入端。也就是说，电池模组1的第一输入/输出端，和/或第二输入/输出端是作为电池模组1的输入端还是输出端可根据实际应用场景确定，在此不做限制。
可选的，在一些可行的实施方式中，假设第一母线为直流母线，第一母线端的直流电压为1200V，电池簇1中电池模组的直流电压为50V，电池簇1中电池模组的串联数量为20个，则电池簇1的端口电压为1000V(直流)，即第一变换器(即主功率变换器，比如变换器1)的第二端口的直流电压为1000V。变换器1为双向DC/DC变换器，匹配1000V和1200V的直流电压，此时，变换器1的升压比为1.2(即1200V/1000V)，即变换器1的升压比由第一母线的电压和电池簇1的端口电压确定。假设第一母线为交流母线，第一母线的交流电压为600V，电池簇1中电池模组的直流电压同样为50V，电池簇1中电池模组的串联数量为20个，则电池簇1的端口电压1000V(直流)，即变换器1的第二端口的直流电压为1000V。变换器1为双向的DC/AC变换器，匹配1000V(直流)的电池簇1端口电压和600V(交流)的第一母线电压，由此可得到变换器1的升压比为1.67(即1000V/600V)，即变换器1的升压比由电池簇1的端口电压和第一母线的电压确定。这里，为实现高效率的功率变换，且第一变换器的升压比需求不高，因此第一变换器采用的电路拓扑可为非隔离型的电路拓扑，比如，当第一变换器为DC/DC变换器时，第一变换器的电路拓扑可选用飞跨电容多电平电路(flying capacitormultilevel circuit)、三电平升压电路(three-level boost circuit)，四管升降压电路(four-switch buck-boost circuit)等，具体可根据实际应用场景需求确定，在此不做限制。当第一变换器为双向DC/AC变换器时，第一变换器的电路拓扑可选用中点箝位T型三电平电路(neutral point clamped T-type three-level circuit)、中点箝位电路(neutralpoint clamped circuit，NPC)、有源中点箝位电路(active neutral point clampedcircuit，ANPC)、飞跨电容多电平电路(flying capacitor multilevel circuit)等，具体可根据实际场景确定，在此不做限制。此外，由于储能元件的端口电压随储能容量变化，如电池簇1的端口电压随着电池簇1中串联的电池模组的数量变化，电池簇1中串联的电池模组的数量变化较大时也将使得电池簇1的端口电压变化较大，例如电池簇1中串联2个电池模组时，电池簇1的端口电压为100V，而电池簇1中串联30个电池模组时，电池簇1的端口电压为1500V，即低压***的上限电压，因此电池簇1的端口电压可为一个宽范围的输出电压，比如100V～1500V。为了匹配电池簇1的端口电压变化范围，第一变换器可设计为具有宽范围的输入/输出能力，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。
在本申请提供的储能***中，当第二母线为直流母线时，一个电池模组中至少可包括一个储能元件组和一个DC/DC变换器，各个电池模组中的储能元件组可通过该电池模组中的DC/DC变换器耦合到第二母线。当第二母线为交流母线时，一个电池模组中至少可包括一个储能元件组和一个DC/AC变换器，各个电池模组中的储能元件组可通过该电池模组中的DC/AC变换器耦合到第二母线。在本申请中，储能***中的电池簇的数量(即n)可在实际应用中根据储能***的储能容量确定，在此不做限制。一个电池模组中的储能元件组(比如电池组)可有若干个储能元件(比如电池单元)串并联组成，形成最小的能力存储和管理单元，如图4a所示的电池模组1中的电池组1至电池模组m中的电池组m等。电池簇1中各个电池模组可通过控制总线与变换器1进行交互，实现储能***的管理和控制。为方便描述，各个电池模组中的DC/DC变换器可以变换器DC/DC1为例进行说明，如电池模组1至电池模组m中的DC/DC变换器可为变换器DC/DC1 11至变换器DC/DC1 1m。如图4a所示，电池模组1中可至少包括电池组1和变换器DC/DC1 11，电池模组m中可至少包括电池组m和变换器DC/DC11m，等等。任一电池模组(比如电池簇1中的电池模组1)中的变换器DC/DC1 11的第一输入/输出端可与电池模组1中的储能元件组(比如电池组1)耦合，电池簇1中各个电池模组中的变换器DC/DC1的第二输入/输出端相互串联至第二母线。换句话说，电池簇1中各个电池模组的变换器DC/DC1的第二输入/输出端通过串联连接形成第二母线。其中，当任一电池模组中的变换器DC/DC1从该电池模组所包括的电池组中抽取电流时，该电池模组中的变换器DC/DC1的第一输入/输出端为输入端，该变换器DC/DC1的第二输入/输出端为输出端。当任一电池模组中的变换器DC/DC1为电池组补偿电流时，该电池模组中的变换器DC/DC1的第一输入/输出端为输出端，该电池模组的变换器DC/DC1的第二输入/输出端为输入端。具体实现中，变换器DC/DC1的第一输入/输出端、和/或第二输入/输出端为输入端或者输出端，可根据实际应用场景确定，在此不做限制。
可选的，在一些可行的实施方式中，当第二母线为交流母线时，电池模组1至电池模组m中的DC/AC变换器可以为变换器DC/AC1 11至变换器DC/AC1 1m。任一电池模组(比如电池簇1中的电池模组1)中的变换器DC/AC1(比如DC/AC1 11)的第一输入/输出端可与电池模组1中的储能元件组(比如电池组1)耦合，电池簇1中各个电池模组中的变换器DC/AC1的第二输入/输出端相互串联后耦合至第二母线。其中，当任一电池模组中的变换器DC/AC1从该电池模组所包括的电池组中抽取电流时，该电池模组中的变换器DC/AC1的第一输入/输出端为输入端，该变换器DC/AC1的第二输入/输出端为输出端。当任一电池模组中的变换器DC/AC1为电池组补偿电流时，该电池模组中的变换器DC/AC1的第一输入/输出端为输出端，该电池模组的变换器DC/AC1的第二输入/输出端为输入端。具体实现中，变换器DC/AC1的第一输入/输出端、和/或第二输入/输出端为输入端或者输出端，可根据实际应用场景确定，在此不做限制。
储能***结构二：
参见图4b，图4b是本申请提供的储能***的另一结构示意图。
在一些可行的实施方式中，为了实现单个电池簇的管理，可针对各个电池簇增加集中监控***，其中，一个电池簇对应一个集中监控***。比如电池簇1可对应变换器1中的集中监控***，为方便描述可以集中监控***1为例进行说明。单个电池簇所对应的集中监控***可设计为单独的电路板或者电路模块，该电路板或者电路模块可独立放置在储能***中，也可集成至第一变换器中。可选的，单个电池簇所对应的集中监控***作为独立放置的电路模块时，单个电池簇所对应的集中监控***跟第一变换器中的控制器实现信息交互，同时集中监控***通过控制总线连接该电池簇中各个电池模组。具体实现中，集中监控***和电池模组的信息交互方式还可以是无线通信、直流电力载波通信等等，具体可根据实际应用场景确定，操作灵活，适用性高。可选的，单个电池簇的集中监控***作为单独的电路板或者电路模块集成在该电池簇所连接的第一变换器时，可简化储能***的***结构，同时由于单个电池簇通常与第一变换器近距离安装，因此将单个电池簇的集中监控***集成在第一变换器中，有利于控制总线的连接。
可选的，参见图4b，在一些可行的实施方式中，为了实现电池模组的状态监测和控制，单个电池簇的各个电池模组中可增加一个电池管理单元(battery management unit，BMU)，该BMU中可包含电池管理模块以及相应的通信模块、供电模块等，用于实现电池模组中各个储能元件组(即各个电池组)的状态检测和控制。各个电池模组中的BMU可控制各电池模组中的DC/DC变换器产生补偿电流至储能模组中的储能元件组端，或者从储能元件组端抽取电流，以使电池簇中各储能模组的储能元件参数一致。电池簇中各个电池模组中的BMU可跟该电池簇所连接的第一变换器中的集中监控***实现信息交互，从而实现储能***的管理和控制。
储能***结构三：
参见图4c，图4c是本申请提供的储能***的另一结构示意图。
在一些可行的实施方式中，当第二母线为直流母线时，任一电池簇(比如电池簇1)中各个电池模组所包括的变换器DC/DC1的第二输入/输出端也可并联耦合至第二母线，换句话说，电池簇1中各个电池模组所包括的变换器DC/DC1的第二输入/输出端可通过并联连接形成第二母线。可以理解，当第二母线为交流母线时，任一电池簇中各个电池模组所包括的变换器DC/AC1的第二输入/输出端也可并联耦合至第二母线，换句话说，任一电池簇中各个电池模组所包括的变换器DC/AC1的第二输入/输出端可通过并联连接形成第二母线。
储能***结构四：
参见图4d，图4d是本申请提供的储能***的另一结构示意图。
在一些可行的实施方式中，储能***的任一电池簇(比如电池簇1)中各个电池模组(比如电池模组1至电池模组m)还可包括由一个主控开关和一个旁路开关组成的开关桥臂，一个电池模组中包括一个开关桥臂。在任一电池模组中，主控开关的一端连接该电池模组中的电池组，主控开关的另一端作为该电池模组的输入/输出端。在任一电池模组中，旁路开关的一端连接着该储能模组中的电池组的第一输入/输出端，旁路开关的另一端连接该电池模组的第二输入/输出端。可选的，任一电池模组中的开关桥臂可集成在该电池模组中的BMU上，由BMU控制开关桥臂中主控开关和旁路开关的导通或断开，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。比如，在电池簇1中，电池模组1中可包括一个开关桥臂，该开关桥臂有主控开关S1和旁路开关S2组成。主控开关S1的一端连接电池组1，主控开关S1的另一端作为电池模组1的输入/输出端。旁路开关S2的一端连接电池组1的第一输入/输出端，旁路开关S2的另一端连接电池组1的第二输入/输出端。其中，储能***对电池组1进行充电时，电池组1的第一输入/输出端为电池组1的输入端，电池组1的第二输入/输出端为电池组1的输出端；电池组1放电时，电池组1的第一输入/输出端为电池组1的输出端，电池组1的第二输入/输出端为电池组1的输入端。其中，各个电池组的输入/输出端是作为输入端还是输出端，具体可根据实际应用场景需求确定，在此不做限制。电池模组1中的开关桥臂可由电池模组1中的BMU来控制，也就是由电池模组1中的BMU来控制主控开关S1和旁路开关S2的导通或者断开。比如，在电池模组1中，当主控器件S1导通、旁路器件S2断开时，电池模组1被接入到电池簇1中以实现大功率的充放电控制。当主控器件S1断开、旁路器件S2导通时，电池模组1从电池簇1中切除，则电池模组1不参与大功率的充放电控制。通过电池模组中的开关桥臂，结合电池模组中的DC/DC变换器以及电池模组所在电池簇所连接的第一变换器的能量管理能力，可实现单个电池模组的灵活控制，操作更灵活，适用性更高。
储能***结构五：
参见图5，图5是本申请提供的储能***的另一结构示意图。
在一些可行的实施方式中，若储能***中的电池簇有多个，比如电池簇1至电池簇n，储能***可针对一个电池簇构建一个第二母线，不同的电池簇使用不同的第二母线，以实现单个电池簇中不同电池模组之间的能量均衡管理。单个电池簇(比如电池簇1)中各个电池模组中的DC/DC变换器(比如变换器DC/DC1 11至变换器DC/DC1 1m)(或者第二母线为交流母线时，各个电池模组中的DC/AC变换器(比如各个电池模组中的变换器DC/AC1))的第二输入/输出端可以相互串联后耦合到第二母线，如图4a或者图4b所示。可选的，单个电池簇(比如电池簇1)中各个电池模组中的DC/DC变换器的第二输入/输出端也可并联耦合至第二母线，如图4c或者图4d所示。可选的，如图5所示，储能***也可在不同的电池簇之间构建同一个第二母线，也就是储能***中多个电池簇(比如电池簇1至电池簇n)共用同一个第二母线。此时即可平衡单个电池簇中不同电池模组之间的能量，也可平衡不同电池簇之间各电池模组间的能量，操作灵活。如图5所示，储能***中各个电池簇共用同一个第二母线时，各个电池簇中电池模组中的变换器DC/DC1的第二输入/输出端也可以并联耦合至该第二母线。可选的，储能***中各个电池簇中电池模组所包括的变换器DC/DC1的第二输入/输出端可以相互串联之后耦合到该第二母线，具体可根据实际应用场景需求确定，在此不做限制。
储能***结构六：
在一些可行的实施方式中，储能***中的第二母线为直流母线时，第二母线可以直接耦合到电池簇的输入/输出端，如图6a，图6a是本申请提供的储能***的另一结构示意图。以电池簇1为例，电池簇1中，第二母线可直接耦合到电池簇1的输入/输出端，这里电池簇1的输入/输出端(对电池簇1进行充电时该端口为电池簇1的输入端，电池簇1放电时该端口为电池簇1的输出端)也是电池模组1的输入/输出端(对电池模组1进行充电时该端口为电池模组1的输入端，电池模组1放电时该端口为电池模组1的输出端)，电池模组1的输入/输出端耦合到变换器1的第二端口，因此，电池簇1的第二母线可直接耦合到变换器1的第二端口。当电池簇1的第二母线直接连接到电池簇1的第二端口时，电池簇1所包括的各个电池模组中的变换器DC/DC1可以为一个高升压比的变换器，以满足电池簇1中电池模组的电压到电池簇1的第二端口的电压之间的变换需求。可选的，在该应用场景中，电池簇1中各个电池模组所包括的变换器DC/DC1可采用隔离型的电路拓扑，如移相全桥电路(phase shifteddual active bridge circuit)，Flyback电路，LLC谐振电路(LLC resonant circuit)等，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。
储能***结构七：
可选的，在一些可行的实施方式中，各电池簇的第二母线也可通过第二变换器耦合到各电池簇所连接的第一母线的第二端口，比如电池簇1的第二母线也可通过一个第二变换器耦合到变换器1的第二端口，如图6b，图6b是本申请提供的储能***的另一结构示意图。这里，第二变换器可以为一个辅助控制的DC/DC变换器。可选的，第二变换器也可以是一个辅助控制的DC/AC变换器。其中，当第二母线为直流母线时，第二变换器为DC/DC变换器，当第二母线为交流母线时，第二变换器为DC/AC变换器。为方便描述，下面将以变换器2(比如变换器DC/DC2)为例进行说明。当第二母线通过变换器2连接到变换器1的第二端口时，第二母线可控制在一个相对恒定的电压下，如48V、400V、1000V等，第二母线亦可控制在一定的电压范围内，如40V～100V，400V～500V、900V～1200V等，具体可根据实际应用场景需求确定，在此不做限制。此时，变换器2可根据第二母线的电压选取来确定采用隔离型电路拓扑或者非隔离型的电路拓扑。假如第二母线的电压为400V(直流)，变换器1的第二端口的电压为1000V(直流)，此时，从第二母线的电压到变换器1的第二端口的电压，升压比为2.5(即1000V/400V)，升压比相对较小，因此变换器2可采用非隔离型的电路拓扑。假如第二母线的电压为48V(直流)，变换器1的第二端口的电压1000V(直流)，此时由于从第二母线的电压到变换器1的第二端口的电压，升压比大于20(即1000V/48V)，升压比较高，因此变换器2通常选用隔离型的电路拓扑。
储能***结构八：
在一些可行的实施方式中，当第一母线为直流母线，第二母线也为直流母线(或者当第一母线为交流母线，第二母线也为交流母线)时，储能***中的第二母线也可直接连接到第一母线上。如图7a所示，图7a是本申请提供的储能***的另一结构示意图。以电池簇1为例，当第一母线为直流母线，第二母线也为直流母线时，电池簇1的第二母线可直接耦合至变换器1的第一端口，变换器1的第一端口耦合到第一母线上，可以理解，此时电池簇1的第二母线直接耦合到了第一母线上。
储能***结构九：
在一些可行的实施方式中，电池簇1的第二母线也可通过第二变换器耦合到变换器1的第一端口，如图7b所示，图7b是本申请提供的储能***的另一结构示意图。此时，若第一母线为直流母线，第二母线也为直流母线，则第二变换器可为DC/DC变换器。若第一母线为直流母线，第二母线为交流母线，则第二变换器可为DC/AC变换器。若第一母线为交流母线，第二母线为直流母线，则第二变换器也可为DC/AC变换器。若第一母线为交流母线，第二母线也为交流母线，则第二变换器可为AC/AC变换器。其中，第二变换器的类型可根据实际应用场景中第一母线和第二母线的类型确定，在此不做限制。同样的，当电池簇1的第二母线通过变换器3耦合到变换器1的第一端口时，由于变换器1的第一端口耦合在第一母线上，因此可以理解为电池簇1的第二母线通过第二变换器耦合到了第一母线上。这里，储能***的结构九与上述储能***的结构七均为可选的***结构，也就是说，储能***的结构七和储能***的结构九为并列的可选结构，因此为区分储能***的结构七中第二变换器的描述，储能***的结构九中第二变换器将以变换器3为例进行说明。为方便描述，下面将以第二母线为直流母线为例进行说明。此时，当第一母线为直流母线时，变换器3为DC/DC变换器。当第一母线为交流母线时，变换器3为DC/AC变换器。如图7a所示，当电池簇1的第二母线直接耦合到第一母线时，由于第一母线的电压通常较高，第二母线的电压通常较低，因此为了适配第二母线侧的电压到第一母线侧的电压的变换，电池簇1中各个电池模组中的DC/DC变换器可选择高升压比的变换器，比如将电池簇1中各个电池模组所包括的变换器DC/DC1选择为采用隔离型的电路拓扑的变换器。当电池簇1中的第二母线通过变换器3连接到第一母线时，第二母线可控制在一个相对恒定的电压下，如48V、400V、1000V等。第二母线也可控制在一定的电压范围内，如40V～100V，400V～500V、900V～1200V等，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。
储能***的储能控制方式：
下面将结合图8a至图8d对本申请提供的储能***可采用的储能控制方式进行示例说明。
为方便描述，假设第一母线为1200V的直流母线，第二母线为400V的直流母线，第二母线通过第二变换器耦合至第一变换器(即变换器DC/DC)的第二端口，各电池簇的端口电压(即第一变换器的第二端口的端口电压)为1000V(直流电压)，单个电池簇中各个电池模组的电压为50V(直流电压)为例进行说明。由于单个电池簇的端口电压为1000V(直流)，单个电池簇中各个电池模组的电压为50V(直流)，由此可知，单个电池簇包括20个电池模组，即m等于20。
为方便描述，下面将以两个电池簇进行说明，其中，电池簇1用以说明电池充电时各变换器以及各母线间的协同控制方式，电池簇2用以说明电池放电时各变换器以及各母线间的协同控制方式。为方便描述，在图8a至图8d中，每个电池簇中以两个极限电池模组(比如电池模组1和电池模组m)为例进行说明，其中电池模组1的容量为50V/250Ah，电池模组m的容量为50V/350Ah。这里，电池模组1和电池模组m的容量不等，可能是初始配置引起的，也可能是电池衰减速度不一致引起，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。
参见图8a，图8a是本申请提供的储能***的储能控制方式的一示意图。图8a中变换器DC/DC1和变换器DC/DC2采用单向变换器。以图8a中的电池簇1为例说明在电池簇1中各电池模组的容量不等时，储能***的充电控制方式。由于变换器DC/DC1为单向变换器，变换器的功率方向为电池组侧到第二母线，在对电池组进行充电时，为保证整个电池簇1中各个电池组的电池充电时间一致(比如各电池组的电池充电时间相同，或者各电池簇的电池充电时间的差值在预设误差范围内)，电池簇1的最大充电电流被限制到最大电流，即电池簇1的最大充电电流由容量最大的电池模组的容量确定。比如，电池簇1中容量最大的电池模组为电池模组m(此时电池模组m为第一储能模组)，电池模组m的容量为50V/350Ah，因此为保证整个电池簇1中各个电池组的电池充电时间一致，电池簇1的最大充电电流可确定为350A。由于电池模组1的最大容量为250Ah，电池模组1中的变换器DC/DC1 11需要从电池侧抽取100A的电流，考虑电池模组1的电压为50V，则变换器DC/DC1的功率为5kW(即100A*50V)。假设电池簇1中其他电池模组均为容量为50V/350Ah的电池模组，第二母线的电压设定在400V，同时各电池模组中的变换器DC/DC1的转换效率为1，则第二母线的电流为12.5A(即5kW/400V)，则第二变换器(变换器DC/DC2)需要将400V/12.5A的能量转换为电池簇1的端口能量(即变换器1的第二端口的端口能量，1000V/5A)，从而可实现电池簇1中各电池模组的能量均衡管理。
以图8a中的电池簇2为例说明电池簇2中各电池模组的容量不等时，储能***的放电控制方式。同样，由于变换器DC/DC1为单向变换器，变换器DC/DC1的功率方向为电池侧到第二母线，为保证整个电池簇2中各个电池组的电池放电时间一致，在电池组放电时，电池簇2中的放电电流被限制到最小电流，即电池簇2中的放电电流由容量最小的电池模组(即第二储能模组)的容量确定。比如，电池簇2中容量最小的电池模组为电池模组1(此时电池模组1为第二储能模组)，电池模组1的容量为50V/250Ah，因此为保证整个电池簇1中各个电池组的电池放电时间一致，电池簇2的放电电流可确定为250A。由于电池簇2中电池模组m的最大容量为350Ah，电池模组m中的变换器DC/DC1 1m需要从电池侧抽取100A的电流，考虑50V的电池模组端口电压，变换器DC/DC1 1m的功率为5kW(即100A*50V)。假设电池簇2中其他电池模组均为50V/250Ah的电池模组，第二母线的电压设定为400V，同时各电池模组中的变换器DC/DC1的转换效率为1，则第二母线的电流为12.5A(即5kW/400V)，变换器DC/DC2需要将400V/12.5A的能量转换为电池簇2的端口能量(即1000V/5A)，从而实现电池簇1中各电池模组的能量均衡管理。
可选的，在一些可行的实施方式中，电池簇中各电池模组中的变换器DC/DC1的功率方向可从第二母线到电池模组，相应的，变换器DC/DC2的功率方向需要从电池簇的端口(即第一变换器的第二端口)到第二母线，如图8b所示。图8b是本申请提供的储能***的储能控制方式的另一示意图。由于各个电池模组中的变换器DC/DC1功率方向的调整导致充放电的控制方式也需要相应的调整。以图8b中电池簇1的充电过程为例，电池簇1的最大充电电流此时受限于电池簇1中最小容量的电池模组(比如电池模组1，此时电池模组1为第二储能模组)，即电池簇1的最大充电电流此时由电池簇1中最小容量的电池模组(即第二储能模组)的容量确定。比如，电池簇1中容量最小的电池模组的电池模组1，电池模组1的容量为50V/250Ah，因此，此时电池簇1的最大充电电流可确定为250A。此时，对于容量为50V/350Ah的电池模组(比如电池模块m)，则通过变换器DC/DC1变换器和变换器DC/DC2补偿电流差100A。当电池放电时，电池簇1的最大放电电流此时受限于电池簇1中最大容量的电池模组(比如电池模组m，此时电池模组m为第一储能模组)，即电池簇1的最大放电电流此时由电池簇1中最大容量的电池模组(即第一储能模组)的容量确定。比如，电池簇1中容量最大的电池模组的电池模组m，电池模组m的容量为50V/350Ah，因此，此时电池簇1的最大充电电流可确定为350A。此时，对于250Ah的电池模组，则通过变换器DC/DC1和变换器DC/DC2补偿电流差100A。具体实现中，图8b所示的储能***中，储能***的储能控制方式中电池充放电控制过程跟图8a中电池充放电控制方式刚好相反，在此不再赘述。
参见图8c，图8c是本申请提供的储能***的储能控制方式的另一示意图。图8c中，各个电池簇中的电池模组所包括的变换器DC/DC1，以及电池簇中的变换器DC/DC2采用双向变换器，图8c中电池簇1示出了电池充电时储能***的协调控制方式，图8c中电池簇2示出了电池放电时储能***的协调控制方式。当储能***对电池簇1的各电池模组进行充电时，假设电池簇1的充电电流为300A，同样为了实现电池簇1中各电池模组的充放电时间一致，对于50V/250A的电池模组(比如电池模组1)，该电池模组中的变换器DC/DC1需要从电池侧抽取50A的电流(变换器DC/DC1的功率为2.5kW(即50V*50A))，对于50V/350A的电池模组(比如电池模组m)，该电池模组中的变换器DC/DC1需要给电池侧灌入50A的电流。假设电池簇1中的其他电池模组的规格都是50V/300Ah，则第二母线需要转移电池模组1的400V/6.25A(即2.5kW/400V)能量到电池模组m，其他电池模组中的变换器DC/DC1无需处理差异能量。同时，由于电池簇1中的电池模组1中的能量和电池模组m中的能量刚好抵消，则电池簇1中的变换器DC/DC2无需处理能量。
当电池簇2中的电池模组放电时，假设电池簇2的放电电流为300A，同样为了实现各电池簇2中各电池模组的充放电时间一致，对于50V/250A的电池模组(比如电池模组1)，该电池模组中的变换器DC/DC1需要给电池侧灌入50A的电流以弥补300A的电流差(则该电池模组中变换器DC/DC1的功率为2.5kW(50V*50A))，对于50V/350A的电池模组(比如电池模组m)，该电池模组中的变换器DC/DC1需要从电池侧抽取50A的电流，以使该电池工作在最大出功状态。假设电池簇中的其他电池模组的规格都是50V/300Ah，则第二母线需要转移电池模组m的400V/6.25A(即2.5kW/400V)能量到电池模组1，其他电池模组中的变换器DC/DC1无需处理差异能量。同时，由于电池簇中的电池模组1中的能量和电池模组m中的能量刚好抵消，电池簇2中的变换器DC/DC2无需处理能量。
在实际应用中，为实现电池模组的最大化利用，充分发挥电池能力，在对电池进行充放电管理时，除了保证各电池模组的充放电时间一致外，还可通过第一母线和第二母线的***能量调度以及各变换器的协调控制，保证各电池模组其他储能元件参数的一致性。其中，上述储能元件参数还可包括充放电荷(state of charge，SOC)、SOH、端口电压(即充放电的电池端口电压)、充放电深度(depth of discharge，DOD)等。可以理解，这里所描述的各储能模组的储能元件参数一致可以是各储能模组的储能元件参数相同(或者相等)，也可以是各储能模组的储能元件参数之间的差值在预设误差范围内，比如差值在5％的预设误差范围以内等，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。
图8a至图8c所示出的储能控制方式仅以其中的一种状态说明了本申请提供的储能***基于双母线能量管理的协调控制方式，在实际应用中可根据电池状态以及各变换器的额定出功能力，可存在多种基于双母线的能量管理的协同控制方式，在此不做限制。比如，对于新装配电池一致性很好的储能***，仅需通过第一母线即可实现储能***中各电池簇所包括的各电池模组的充放电管理，而电池簇中的电池模组失效率较高时，可单独通过第二母线实现各电池模组的能量管理，保证储能***的持续工作，操作灵活，适用性高。
参见图8d，图8d是本申请提供的储能***的储能控制方式的另一示意图。不同于图8a至图8c所示的应用场景，在图8d所示的应用场景中，电池簇中各电池模组中增加了一个开关桥臂以实现电池模组的灵活控制。同时，为了简化***控制，图8d所示的储能***将以第二母线(假设第二母线为直流母线)直接耦合到了电池簇的输入/输出端口(即电池簇所连接的第一变换器的第二端口)为例进行说明。假设，每个电池簇中仍有20个电池模组串联，在储能***长时间使用后，各电池簇中仅剩余电池模组1和电池模组m可正常工作，其他电池模组已经损坏或电池模组的电池健康状态SOH下降到阈值以下(即电池模组的SOH无法满足需求)。此时，各电池模组中的开关桥臂可全部控制在断开状态，则各电池簇的电流通道阻断，但可依赖于各电池模组中的DC/DC变换器(即变换器DC/DC1)的能力继续使用电池模组。受限于各电池模组中变换器DC/DC1的额定功率，比如2.5kW，此时电池模组需要降额使用，但仍有一定的出功能力。另一方面，在调频调压等状态下，储能***需要从电网吸收瞬时大功率或释放瞬时大功率时，可同时利用第一母线和第二母线实现对储能***中各电池模组的充放电管理，增加各电池模组的利用率。
在本申请中，储能***可基于双母线实现对储能***中各个电池模组的充放电管理，各电池模组的充放电管理的储能控制方式可根据第一母线和第二母线的电气耦合方式进行适用性调整，尤其是用作辅助控制的第二变换器的调整，具体可根据应用场景确定，在此不做限制，操作灵活，适用性高。
储能***的适用场景：
本申请提供的储能***(如图4a至图7b任一图示储能***)可适配不同的应用场景，比如纯储能的应用场景、光储混合的应用场景以及风储混合的应用场景等，如图9a至图9c所示。图9a是本申请提供的储能***的另一结构示意图。如图9a所示，若第一母线为直流母线，则第一母线可通过DC/AC变换器耦合到电网，储能***中各个电池簇所连接的第一变换器(此时第一变换器可为DC/DC变换器)中的集中监控***可通过控制总线与该DC/AC变换器进行能量交互，以实现电池直流电跟电网交流电之间的能量交互。可以理解，如图9a所示的第一母线通过DC/AC变换器耦合到电网的实现方式可适用于图4a至图7b所示的任一储能***结构中，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。
参见图9b，图9b是本申请提供的储能***的另一结构示意图。若第一母线为交流母线，则第一母线可跟交流电网或交流负载直接连接，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。此时，储能***中各个电池簇所连接的第一变换器可为DC/AC变换器，从而可实现储能***中各电池簇与第一母线的能量交互。同理，如图9b所示的第一母线直接连接交流电网或者交流负载的实现方式可适用于图4a至图7b所示的任一储能***结构中，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。
参见图9c，图9c是本申请提供的储能***的另一结构示意图。在一些可行的实施方式中，当第一母线为直流母线时，第一母线可通过单向DC/DC变换器耦合到光伏(photovoltaic，PV)发电***，储能***中各个电池簇所连接的第一变换器中的集中监控***可通过控制总线与第一母线耦合至光伏发电***所连接的DC/DC变换器实现能量交互，进而可实现光伏能量的高效利用。这里，第一母线耦合至光伏发电***所连接的DC/DC变换器可为最大功率点跟踪(maximum power point tracking，MPPT)DC/DC变换器，光伏发电***可通过MPPT DC/DC变换器实现最大功率追踪，并通过第一母线与储能***实现电气耦合和能量交互。此外，第一母线还可以通过DC/AC变换器耦合至交流电网，储能***中各个电池簇所连接的第一变换器中的集中监控***也可通过控制总线与该DC/AC变换器实现能量交互，进而可实现储能***与电网之间的能量交互。
本申请所提供的储能***及其对应的储能控制方式，即可保证储能***的高效率能量循环，也可以保证储能***中各电池模组的高利用率，操作灵活，适用性高。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (30)

1.一种储能***，其特征在于，所述储能***中包括至少一个储能单元簇，所述储能单元簇中包括至少两个储能模组，所述至少两个储能模组串联；所述储能***还包括：第一母线、第二母线、以及储能单元簇的第一变换器和集中监控***，所述第二母线为直流母线；
所述第一变换器包括第一端口和第二端口，所述第一端口连接所述第一母线，所述第二端口连接所述储能单元簇的输入/输出端；所述第一变换器用于对所述储能单元簇的端口电压进行升压至所述第一母线的电压或者对所述第一母线的电压进行降压至所述储能单元簇的端口电压；
所述至少两个储能模组中一个储能模组中包括一个储能元件组和一个直流DC/DC变换器，所述储能元件组通过所述DC/DC变换器耦合到所述第二母线；
所述集中监控***通过控制总线连接所述储能单元簇，用于控制所述储能单元簇中任一储能模组中的DC/DC变换器输出补偿电流至储能元件组端或者从储能元件组端抽取电流，以使所述储能单元簇中各储能模组的储能元件参数一致。
2.根据权利要求1所述的储能***，其特征在于，所述至少两个储能模组中一个储能模组还包括一个电池管理单元BMU；
所述集中监控***通过控制总线连接所述储能单元簇中各储能模组的BMU，并通过所述任一储能模组的BMU中的控制器控制DC/DC变换器产生补偿电流至储能元件组端，或者从储能元件组端抽取电流，以使所述储能单元簇中各储能模组的储能元件参数一致。
3.根据权利要求2所述的储能***，其特征在于，所述至少两个储能模组中任一储能模组中的DC/DC变换器的第一输入/输出端与储能元件组耦合，所述至少两个储能模组中各储能模组中的DC/DC变换器的第二输入/输出端相互串联后耦合至所述第二母线。
4.根据权利要求2所述的储能***，其特征在于，所述至少两个储能模组中任一储能模组中的DC/DC变换器的第一输入/输出端与储能元件组耦合，所述至少两个储能模组中各储能模组中的DC/DC变换器的第二输入/输出端并联至所述第二母线。
5.根据权利要求1所述的储能***，所述集中监控***集成在所述第一变换器中。
6.根据权利要求1-5任一项所述的储能***，其特征在于，所述任一储能模组中还包括开关桥臂，所述开关桥臂由主控开关和旁路开关组成；
所述主控开关的一端连接所述任一储能模组中的储能元件组，所述主控开关的另一端作为所述任一储能模组的输入/输出端；
所述旁路开关的一端连接所述任一储能模组中的所述储能元件组的第一输入/输出端，所述旁路开关的另一端连接所述任一储能模组的第二输入/输出端。
7.根据权利要求1所述的储能***，其特征在于，所述第二母线耦合到所述第一端口。
8.根据权利要求1所述的储能***，其特征在于，所述第二母线通过第二变换器耦合到所述第一端口。
9.根据权利要求1所述的储能***，其特征在于，所述第二母线耦合到所述第二端口。
10.根据权利要求1所述的储能***，其特征在于，所述第二母线通过第二变换器耦合到所述第二端口。
11.根据权利要求7-10任一项所述的储能***，其特征在于，所述第一母线为直流母线，所述第一变换器为双向DC/DC变换器，所述双向DC/DC变换器的电路拓扑为非隔离型电路拓扑，所述双向DC/DC变换器的升压比由所述第一母线的电压和所述储能单元簇的端口电压确定。
12.根据权利要求8-10任一项所述的储能***，其特征在于，所述第一母线为交流母线，所述第一变换器为双向DC/AC变换器，所述双向DC/AC变换器的电路拓扑为非隔离型电路拓扑，所述双向DC/AC变换器的升压比由所述储能单元簇的端口电压和所述第一母线的电压确定。
13.根据权利要求8所述的储能***，其特征在于，所述第一母线为直流母线，所述第二变换器为DC/DC变换器；
或者所述第一母线为交流母线，所述第二变换器为DC/AC变换器；
所述第二变换器的升压比由所述第一母线和所述第二母线的电压确定。
14.根据权利要求10所述的储能***，其特征在于，所述第一母线为直流母线，所述第二变换器为DC/DC变换器；
或者所述第一母线为交流母线，所述第一变换器为双向DC/AC变换器，所述第二变换器为DC/DC变换器；
所述第二变换器的升压比由所述储能单元簇的端口电压和所述第二母线的电压确定。
15.根据权利要求1所述的储能***，其特征在于，所述储能元件参数包括充放电时间、荷电状态SOC、放电深度DOD、健康状态SOH以及端口电压中的一种。
16.根据权利要求1-5任一项所述的储能***，其特征在于，所述任一储能模组中的DC/DC变换器为单向DC/DC变换器：
所述单向DC/DC变换器的能量方向为所述任一储能模组中的储能元件组到所述第二母线；
所述储能单元簇的最大充电电流由所述储能单元簇中的第一储能模组的容量确定，所述第一储能模组为所述储能单元簇所包括的储能模组中容量最大的储能模组；
所述储能单元簇的最大放电电流由所述储能单元簇中的第二储能模组的容量确定，所述第二储能模组为所述储能单元簇所包括的储能模组中容量最小的储能模组。
17.根据权利要求1-5任一项所述的储能***，其特征在于，所述任一储能模组中的DC/DC变换器为单向DC/DC变换器：
所述单向DC/DC变换器的能量方向为所述第二母线到所述任一储能模组中的储能元件组；
所述储能单元簇的最大放电电流由所述储能单元簇中的第一储能模组的容量确定，所述第一储能模组为所述储能单元簇所包括的储能模组中容量最大的储能模组；
所述储能单元簇的最大充电电流由所述储能单元簇中的第二储能模组的容量确定，所述第二储能模组为所述储能单元簇所包括的储能模组中容量最小的储能模组。
18.根据权利要求1所述的储能***，其特征在于，所述储能***中包括多个储能单元簇，所述多个储能单元簇共用所述第二母线。
19.根据权利要求1所述的储能***，其特征在于，所述第二母线的电压在40V至100之间，或者在400V至500V之间，或者在900V至1200V之间。
20.根据权利要求1所述的储能***，其特征在于，所述第一母线通过单向DC/DC变换器耦合到光伏发电***。
21.根据权利要求1所述的储能***，其特征在于，所述第一母线通过双向DC/AC变换器耦合到交流负载或者交流电网。
22.一种储能***，其特征在于，所述储能***中包括至少一个储能单元簇，所述储能单元簇中包括至少两个储能模组，所述至少两个储能模组串联；所述储能***还包括：第一母线、第二母线、以及储能单元簇的第一变换器和集中监控***，所述第二母线为交流母线；
所述第一变换器包括第一端口和第二端口，所述第一端口连接所述第一母线，所述第二端口连接所述储能单元簇的输入/输出端；所述第一变换器用于对所述储能单元簇的端口电压进行升压至所述第一母线的电压或者对所述第一母线的电压进行降压至所述储能单元簇的端口电压；
所述至少两个储能模组中一个储能模组中包括一个电池管理单元BMU、一个储能元件组和一个直流DC/交流AC变换器，所述储能元件组通过所述DC/AC变换器耦合到所述第二母线；
所述集中监控***通过控制总线连接所述储能单元簇中各储能模组的BMU，并通过任一储能模组中的BMU中的控制器控制DC/AC变换器产生补偿电流至储能元件组端或者从储能元件组端抽取电流，以使所述储能单元簇中各储能模组的储能元件参数一致。
23.根据权利要求22所述的储能***，其特征在于，所述至少两个储能模组中任一储能模组中的DC/AC变换器的第一输入/输出端与储能元件组耦合，所述至少两个储能模组中各储能模组中的DC/AC变换器的第二输入/输出端相互串联后耦合至所述第二母线。
24.根据权利要求22所述的储能***，其特征在于，所述至少两个储能模组中任一储能模组中的DC/AC变换器的第一输入/输出端与储能元件组耦合，所述至少两个储能模组中各储能模组中的DC/AC变换器的第二输入/输出端并联至所述第二母线。
25.根据权利要求22所述的储能***，其特征在于，所述集中监控***集成在所述第一变换器中。
26.根据权利要求22-25任一项所述的储能***，其特征在于，所述任一储能模组中还包括开关桥臂，所述开关桥臂由主控开关和旁路开关组成；
所述主控开关的一端连接所述任一储能模组中的储能元件组，所述主控开关的另一端作为所述任一储能模组的输入/输出端；
所述旁路开关的一端连接所述任一储能模组中的所述储能元件组的第一输入/输出端，所述旁路开关的另一端连接所述任一储能模组的第二输入/输出端。
27.根据权利要求22-25任一项所述的储能***，其特征在于，所述第二母线耦合到所述第一端口。
28.根据权利要求22-25任一项所述的储能***，其特征在于，所述第二母线通过第二变换器耦合到所述第一端口。
29.根据权利要求22-25任一项所述的储能***，其特征在于，所述第二母线通过第二变换器耦合到所述第二端口。
30.根据权利要求22所述的储能***，其特征在于，所述储能元件参数包括充放电时间、荷电状态SOC、放电深度DOD、健康状态SOH以及端口电压中的一种。
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