CN114285057B - 一种移动储能***及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种移动储能***及其控制方法。为了现有技术采用UPS电源作为移动储能***启动电源可靠性低、续航能力低的问题；本发明采用控制***，用于实现模式切换、控制功率分配、监管***、通讯；储能***，用于储备能源；温控***，保证储能***电气设备的运行环境；消防***，预防火灾、保证***运行环境；BMS电池管理***，电池物理参数实时监测、防止电池发生过充电或过放电现象；及时响应***，当设备停电时，能及时启动移动储能***为设备供电。优点是基于移动储能***，可以实现交流重要负荷从并网供电到离网供电的无缝切换，“零感知”保电；基于移动储能***，可以快速接入直流配电网作为重要备用电源。

Description

一种移动储能***及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种移动储能领域，尤其涉及一种移动储能***及其控制方法。
背景技术
随着环境污染加剧，节能减排战略的实施，以及社会对供电可靠性进一步要求，移动储能应运而生，提供了一种清洁、灵活、可靠的供电方式，实现对传统燃油发电的替代。然而，目前市场上的移动储能车多为传统的交流接口，无法应对直流微网等直流供电需求，而且BMS电池管理***、协调控制中心等辅助电气设备一般采用UPS作为启动电源，对于移动储能***，存在着损耗大、操作不便等缺点，关键设备无法完成黑启动，导致移动储能车抛锚或者无法启动，设备无法满足可靠性的要求。
例如，一种在中国专利文献上公开的“一种车载移动式储能***”，其公告号CN111355281A ，公开日为2020年6月30日，包括储能电池簇、电池管理***、储能变流器、监控管理平台和电源自动切换***，电池管理***包括电池堆主控***、电池簇管理***和电池箱管理***；储能变流器的直流侧连接到控制柜的控制机构，储能变流器的交流侧连接配电柜的配电***，控制柜的正端和负端分别连接到储能电池簇正极和负极，监控管理平台通过局域网与所述电池堆主控***和储能变流器连接，电池堆主控***通过CAN总线与所述电池簇管理***和多个电池箱管理***连接，电池堆主控***还通过RS485总线与储能变流器连接。该发明并不能完美的解决电源启动控制问题，而且该发明的电池续航较低，不能长久的支持***的运行。
发明内容
本发明主要解决现有技术采用UPS电源作为移动储能***启动电源可靠性低、续航能力低的问题；提供一种移动储能***及其控制方法，移动储能装置具备即插即用接口，除了传统的双向交流接口，还配置了双向直流接口，可以快速接入直流配电网作为重要备用电源。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
本发明包括：控制***，用于实现模式切换、控制功率分配、监管***、通讯；储能***，用于储备能源；温控***，保证储能***电气设备的运行环境；消防***，预防火灾、保证***运行环境；BMS电池管理***，电池物理参数实时监测、防止电池发生过充电或过放电现象；及时响应***，当设备停电时，能及时启动移动储能***为设备供电。采用此方案能解决现有技术采用UPS电源作为移动储能***启动电源可靠性低、续航能力低的问题。
作为优选，所述控制***包括：控制中心，用于实现模式切换、控制功率分配、监管***、通讯；DCDC变流器，将一个直流电压转换成其他直流电压；PCS储能变流器，通过CAN通讯与BMS电池管理***通讯，获取储能电池组的状态信息，实现对储能***的保护性充放电；隔离变压器，把两相电隔离开来，防止触电事故的发生；对外接口柜，方便在投入使用时快速接入。采用此方案可以控制整个***，查看***的电压、电流等重要数据，也能实现不同***之间的通讯。
作为优选，所述储能***包括：储能电池组，包括四个电池簇，每个电池簇由十一个电池模组串联组成，用于存储电能。采用此方案是为了提高移动储能***的续航能力。
作为优选，所述温控***包括：空调，保证储能***电气设备的运行环境；散热风道，用于将控制***的热量及时排出。采用此方案是为了维持移动储能***一个良好的运行环境，使得***的运行效率得到稳定。
作为优选，所述消防***包括：七氟丙烷灭火器，用于扑灭明火；烟雾传感器，发现火情时能及时报警；声光报警器，火灾发生时用于提醒；手动报警按钮，当发现火灾时能及时提醒；泄爆口，为了避免***而设的***压力或者能量的通道；消防控制主机，用于消防设备之间的连接、通讯以及控制。采用此方案是为了能及时的扑灭火灾，避免移动储能***遭到重大的伤害。
作为优选，所述移动储能***还包括：电缆卷盘，其配置的快速电缆专用接口及按配置需求的电缆，在投入使用的时候方便快捷。
作为优选，所述及时响应***响应方式为：及时响应***与控制***连接通讯，并通过控制***控制储能***，使得储能***输出直流的低电压与配电网一同参与为设备供电；及时响应***与设备通讯，获取设备输入电压数据；当检测到配电网停止为设备供电时，及时响应***及时控制储能***增大电压为设备供电；直到配电网重新供电，则储能***改为输出直流的低电压并进行充电。采用此方案是为了在设备断电的情况下，储能***能及时为设备供电，避免在这个电源切换时设备关机的情况。
作为优选，所述及时响应***包括：电池切换***，控制若干储能电池组分别处于供电状态、储能状态或是休眠状态。采用此方案是是为了储能***能更好的供电，并且不会影响储能电池组健康状态，减少储能电池组的损耗。
作为优选，移动储能***控制方法包括以下步骤：
S1：***开始工作时，合直流空开Q1，DC/DC电源模块将正常工作并稳压输出直流电压24V；
S2：BMS电池管理***自检，检测内容至少包括电池单体电压、单体温度、压差、温差、总压；
S3：判断电池状态，根据电池状态进行操作；
S4：进入运行模式选择，移动储能***共提供4种工作模式，分别为并网充放电模式、离网VF放电模式、负荷保电模式、直流保电模式；
S5：移动储能***工作结束后，控制中心下发停机指令，***停机。
采用此方案可以实现交流重要负荷从并网供电到离网供电的无缝切换。
作为优选，所述步骤S3中，若电池状态异常立即切断储能电池组的高压箱内直流接触器同时储能***发出报警信号，延时t时间跳开直流空开Q1；若电池状态正常后进行DCDC变流器当前输入、输出状态以及内部状态判断，若DCDC变流器状态异常时储能***立即发出报警信号，延时t时间跳开直流空开Q1，否则DCDC变流器进入开机流程后转为恒压控制运行状态。采用此方案可以提高***的可靠性。
本发明的有益效果是：
1.基于移动储能***，可以实现交流重要负荷从并网供电到离网供电的无缝切换，“零感知”保电；
2.基于移动储能***，可以快速接入直流配电网作为重要备用电源；
3.基于移动储能***，可以解决UPS电源作为移动储能***启动电源可靠性低、续航能力低的问题。
附图说明
图1是本发明的布局结构图。
图2是本发明的电路结构示意图。
图3是本发明的一次电气连接图。
图4是本发明的运行控制流程图。
图中1.储能电池组，2.DCDC变流器，3.PCS储能变流器，4.控制中心，5.隔离变压器，6.对外接口柜，7.空调，8.散热风道，9.七氟丙烷灭火器，10.烟雾传感器，11.声光报警器，12.手动报警按钮，13.泄爆口，14.消防控制主机，15. 电缆卷盘。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
本实施例的一种移动储能***及其控制方法，如图1、图2和图3所示，通过隔板将集装箱分隔成三个空间，每个空间都有单独的进出口，集装箱由内置外依次为控制室、储能室和线缆室，储能室内安装有两个储能电池组1，其中一个储能电池组1两侧分别安装有空调7、泄爆口13，在泄爆口13还放有七氟丙烷灭火器9，另一个储能电池组1一侧安装有空调7，另一侧为进出口，在进出口的外部安装有手动报警按钮12，内部安装有消防控制主机14，在储能室顶部中间位置安装有若干个烟雾传感器10。控制室内安装有DCDC变流器2，DCDC变流器2两侧分别安装有PCS储能变流器3、对外接口柜6，对外接口柜6对面安装有控制中心4，控制中心4一侧安装有隔离变压器5，隔离变压器5另一侧设有一进出口，在DCDC变流器2、PCS储能变流器3、隔离变压器5和进出口处安装有散热风道8，在控制室外部安装有声光报警器11，在控制室顶部中间位置安装有若干个烟雾传感器10。线缆室内安装有若干个电缆卷盘15。
储能电池组1包括四个电池簇，每个电池簇由十一个电池模组串联组成，电池模组固定在支架上，支架上配有减震胶垫，能有效消除箱体运输及工作过程中的振动，减少对电池及连接***的损害，通过直流线缆将四个电池簇并联连接到DCDC变流器2低压直流侧，DCDC变流器2高压直流侧分别通过断路器连接直流接口、通过PCS储能变流器3和控制中心4连接市电接口，控制中心4通过断路器与交流负载接口连接。
控制中心4用于实现模式切换、控制功率分配、监管***、通讯等，可以通过无线通讯模块将***工作状态、故障告警及储能装置位置等信息上传至用户云平台或调度中心，实现对储能***的实时监控并进行调度。BMS电池管理***用于监测储能电池组1内的电池单体及***的电压、温度、电流、压差、SOC，存储状态信息及运行历史数据，并与控制中心进行实时通讯。PCS储能变流器3通过CAN通讯与BMS电池管理***通讯，获取储能电池组的状态信息，实现对储能电池组1的保护性充放电，同时BMS也通过禁充禁放干接点等措施确保电池运行安全。控制中心4通过RS485与DCDC变换器2、PCS储能变流器3和BMS电池管理***通讯，实现数据集中控制，***稳定运行。
PCS储能变流器3和DCDC变流器2为双向变流器，其中PCS储能变流器3包括PCS储能变流器3与隔离变压器5，隔离变压器5置于PCS储能变流器3外部并与其串联。储能电池组1为磷酸铁锂电池。对外接口柜6包括市电接口、交流负载接口、直流负载接口，采取铜排和快插配置，方便在投入使用时快速接入。移动储能***还包括温控***，温控***包括空调7和散热风道8，温控***的启动由电气设备联动，保证储能***电气设备的运行环境。移动储能***还包括消防***，消防***包括七氟丙烷灭火器9、烟雾传感器10、声光报警器11、手动报警按钮12、泄爆口13、消防控制主机14。移动储能***还包括电缆卷盘15，电缆卷盘15配置的快速电缆专用接口及按配置需求的电缆，在投入使用的时候方便快捷。移动储能***的电气设备集成于集装箱内，箱体可由挂车运输调度。
及时响应***，当设备停电时，能及时启动移动储能***为设备供电。及时响应***与电池切换***相互配合，及时响应***与控制***连接通讯，并通过控制***控制储能***，使得储能***输出直流的低电压与配电网一同参与为设备供电；及时响应***与设备通讯，获取设备输入电压数据；当检测到配电网停止为设备供电时，及时响应***及时控制储能***增大电压为设备供电；当其中一个储能电池组电能耗光时，电池切换***就会切换到另一个储能电池组，使其为设备供电；直到配电网重新供电，之后储能***改为输出直流的低电压并进行充电，电池切换***会优先让先使用完的储能电池组充电。
二次启动控制回路由直流空开Q1和DC/DC电源模块组成，DC/DC电源模块输入电压范围200VDC-1000VDC，输出为24VDC，电源直流空开Q1输入侧与储能电池组1相连，直流空开Q1输出侧与DC/DC电源模块输入侧相连，DC/DC开关电源输出侧分别与BMS电池管理***、控制中心4的电源输入端相连接，当BMS电池管理***二次得电后进行自检电池状态，若正常，BMS电池管理***控制储能电池高压箱内直流接触器闭合，否则BMS电池管理***报警并延迟t秒跳开直流空开Q1。
如图4所示，本实施例的运行步骤如下：
S1：开始工作时，合直流空开Q1，DC/DC电源模块将正常工作并稳压输出直流电压24V。
S2：BMS电池管理***自检，检测内容至少包括电池单体电压、单体温度、压差、温差、总压。
S3：判断电池状态，若电池状态异常立即切断储能电池组1的高压箱内直流接触器同时储能***发出报警信号，延时t时间跳开直流空开Q1。
S4：判断电池状态，若电池状态正常后进行DCDC变流器当前输入、输出状态以及内部状态判断，若DCDC变流器2状态异常时储能***立即发出报警信号，延时t时间跳开直流空开Q1，否则DCDC变流器2进入开机流程后转为恒压控制运行状态。
S5：进入运行模式选择，移动储能***共提供4种工作模式，分别为模式1（并网充放电）、模式2（离网VF放电）、模式3（负荷保电）、模式4（直流保电）。
S6：模式1（并网充放电）：PCS储能变流器3进行当前输入、输出状态以及内部状态状态判断，若正常则进行PCS储能变流器3开机至并网待机状态，然后控制中心下发指令进入PQ运行模式对储能电池组1进行充放电工作，当电池电量超出设定范围时，PCS自动转为并网待机状态，此次并网充放电工作结束。
S7：模式2（离网VF放电）：PCS储能变流器3进行当前输入、输出状态以及内部状态状态判断，若正常则进行PCS储能变流器3开机至离网待机状态，之后控制中心下发指令进入离网VF运行模式对交流负载进行供电，当电池电量超出设定范围时，PCS储能变流器3自动转为离网待机状态，此次离网VF放电工作结束。
S8：模式3（负荷保电）：PCS储能变流器3进行当前输入、输出状态以及内部状态状态判断，若正常则进行PCS储能变流器3开机至并网待机状态，实时监测电网电压/频率是否超出设定范围，若异常则移动储能***带负荷转入离网VF运行控制，同时PCS储能变流器3发出信号跳开控制中心并网点开关使移动储能***进行孤岛运行。当***监测检测电网电压/频率恢复正常，发出相关指令提醒运维人员进行同期操作，PCS储能变流器3开始调整输出电压的幅值和相位，当幅值和相位与电网相同时进行锁相，并发出信号使控制中心并网点开关合闸，PCS储能变流器3转入并网待机状态。本储能***为保证切换过程“零感知”，并网开关优选晶闸管开关。
S9：模式4（直流保电）：DCDC变流器2高压侧自动根据当前直流电网电压进行变压并进行稳压，储能***根据直流负载需求进行直流放电操作，当电池电量超出设定范围，控制中心发出指令使DCDC变流器2进入停机状态。
S10：移动储能***工作结束，控制中心下发停机指令，***停机。
本发明除了具备储能***传统的双向交流接口，进行移动补电、电网削峰填谷、重要负荷保电等功能，还配置了双向直流接口，可以快速接入直流配电网作为重要备用电源，丰富应用场景，避免储能装置因功能单一导致闲置，同时解决并有效保障移动储能***在各种情况下的启动控制，提高***的可靠性。
应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种移动储能***，其特征在于，包括：
控制***，用于实现模式切换、控制功率分配、监管***、通讯；
储能***，用于储备能源；
温控***，保证储能***电气设备的运行环境；
消防***，预防火灾、保证***运行环境；
BMS电池管理***，电池物理参数实时监测、防止电池发生过充电或过放电现象；
及时响应***，当设备停电时，能及时启动移动储能***为设备供电；
及时响应***响应方式为：及时响应***与控制***连接通讯，并通过控制***控制储能***，使得储能***输出直流的低电压与配电网一同参与为设备供电；及时响应***与设备通讯，获取设备输入电压数据；当检测到配电网停止为设备供电时，及时响应***及时控制储能***增大电压为设备供电；直到配电网重新供电，则储能***改为输出直流的低电压并进行充电；所述及时响应***包括：电池切换***，控制若干储能电池组分别处于供电状态、储能状态或是休眠状态。
2.根据权利要求1所述的一种移动储能***，其特征在于，所述控制***包括：
控制中心，用于实现模式切换、控制功率分配、监管***、通讯；
DCDC变流器，将一个直流电压转换成其他直流电压；
PCS储能变流器，通过CAN通讯与BMS电池管理***通讯，获取储能电池组的状态信息，实现对储能***的保护性充放电；
隔离变压器，把两相电隔离开来，防止触电事故的发生；
对外接口柜，方便在投入使用时快速接入。
3.根据权利要求1所述的一种移动储能***，其特征在于，所述储能***包括：
储能电池组，包括四个电池簇，每个电池簇由十一个电池模组串联组成，用于存储电能。
4.根据权利要求1所述的一种移动储能***，其特征在于，所述温控***包括：
空调，保证储能***电气设备的运行环境；
散热风道，用于将控制***的热量及时排出。
5.根据权利要求1所述的一种移动储能***，其特征在于，所述消防***包括：
七氟丙烷灭火器，用于扑灭明火；
烟雾传感器，发现火情时能及时报警；
声光报警器，火灾发生时用于提醒；
手动报警按钮，当发现火灾时能及时提醒；
泄爆口，为了避免***而设的***压力或者能量的通道；
消防控制主机，用于消防设备之间的连接、通讯以及控制。
6.根据权利要求1所述的一种移动储能***，其特征在于，所述移动储能***还包括：
电缆卷盘，其配置的快速电缆专用接口及按配置需求的电缆，在投入使用的时候方便快捷。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种移动储能***的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：***开始工作时，合直流空开Q1，DC/DC电源模块将正常工作并稳压输出直流电压24V；
S2：BMS电池管理***自检，检测内容至少包括电池单体电压、单体温度、压差、温差、总压；
S3：判断电池状态，根据电池状态进行操作；
S4：进入运行模式选择，移动储能***共提供4种工作模式，分别为并网充放电模式、离网VF放电模式、负荷保电模式、直流保电模式；
S5：移动储能***工作结束后，控制中心下发停机指令，***停机；
其中，负荷保电模式为：PCS储能变流器进行当前输入、输出状态以及内部状态状态判断，若正常则进行PCS储能变流器开机至并网待机状态，若异常则移动储能***带负荷转入离网VF运行控制。
8.根据权利要求7所述的一种移动储能***的控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，若电池状态异常立即切断储能电池组的高压箱内直流接触器同时储能***发出报警信号，延时t时间跳开直流空开Q1；若电池状态正常后进行DCDC变流器当前输入、输出状态以及内部状态判断，若DCDC变流器状态异常时储能***立即发出报警信号，延时t时间跳开直流空开Q1，否则DCDC变流器进入开机流程后转为恒压控制运行状态。
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