CN116683559A - 储能***、储能设备和储能管理*** - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种储能***、储能设备和储能管理***。储能***包括至少一个电池簇和第一控制器、DC/AC变换电路；电池簇连接DC/AC变换电路的第一端，DC/AC变换电路的第二端用于连接并网点，DC/AC变换电路用于通过并网点连接电网或者负载；电池簇包括N个电池包，N个电池包串联连接，其中，N为大于等于2的整数；第一控制器用于控制电池包与同一电池簇内的其他电池包的串联数量，以使电池簇的输出电压大于DC/AC变换电路的第二端的电压峰值。采用本申请实施例，能够提高储能***的工作效率、容量和可用度。
Description
技术领域
本申请涉及电池储能技术领域，涉及一种储能***、储能设备和储能管理***。
背景技术
随着新能源占比逐步提升，储能***配置日益重要。储能***可以通过充电和放电控制实现电网调频和调峰。储能***主要由电池簇组成，并通过储能变流器(powerconversion system，PCS)进行交直流的变换控制电池簇的充电和放电过程，并在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。由于储能变流器的一端用于连接电网，在充放电过程中，储能变流器连接电网的一端的电压会有较大范围波动，若该电压大于电池簇可提供的电压，则会导致储能变流器无法工作，发生宕机，降低储能***的工作效率。
现有技术是在每个电池包中引入一个DC/DC变换器，同一电池簇中各电池包的DC/DC变换器共用一组总线，借助各电池包跟随的DC/DC变换器来实现能量管理，DC/DC变换器将每个电池簇的端口电压升压至与直流母线的电压相同的直流电压。然而，由于直流母线的电压远大于每个电池簇的端口电压，导致DC/DC变换器的升压比很高，从而导致DC/DC变换器的效率低且成本高，进而降低了储能***的储能效率，并且增加了储能***的成本，需要额外的接线才能实现不同电池包之间的能量传递，接线复杂度高且出错概率高，使得储能***的交付难度大，交付质量无法保障，适用性差。
发明内容
本申请提供一种储能***、储能设备和储能管理***，通过实时调整个电池簇中的电池包的串联数量，保证电池簇的输出电压始终大于DC/AC变换电路的第二端的电压峰值，使得DC/AC变换电路两侧的压差较小，电池簇的输出电压维持在较高点，能够提高储能***的工作效率、容量和可用度，并且可以实现储能***中各个电池包和电池簇的电量均衡。
第一方面，本申请提供一种储能***，储能***包括至少一个电池簇和第一控制器、DC/AC变换电路；电池簇连接DC/AC变换电路的第一端，DC/AC变换电路的第二端用于连接并网点，DC/AC变换电路用于通过并网点连接电网或者负载；电池簇包括N个电池包，N个电池包串联连接，其中，N为大于等于2的整数；第一控制器用于控制电池包的串联数量，以使电池簇的输出电压大于DC/AC变换电路的第二端的电压峰值。
本实施方式中，第一控制器可以通过实时调整电池簇中电池包的串联数量，保证电池簇的输出电压大于DC/AC变换电路的第二端的电压峰值，使得DC/AC变换电路两侧的压差较小，从而保证储能***能够稳定工作不宕机，能够提高储能***的工作效率、容量和可用度，且能够提高电池簇的发电量，从而提高了储能***在电网出现电压波动时的储能效率，且无需在电池簇与DC/AC变换电路之间引入DC/DC变换电路，无需进行升压操作，降低储能***的成本，适用性较强。
一种可能的实施方式中，储能***包括N个第一开关和N个第二开关，N个第一开关和N个第二开关与电池包一一对应，每个电池包串联一个第一开关，串联连接的每个电池包和第一开关并联一个第二开关；第一控制器用于控制每个电池包对应的第一开关和第二开关的闭合或者断开实现电池包与同一电池簇内的其他电池包的串联连接或旁路；当第一开关闭合，第二开关断开时，第一开关和第二开关对应的电池包与同一电池簇内的其他电池包串联连接；当第一开关断开，第二开关闭合时，第一开关和第二开关对应的电池包旁路。
本实施方式中，通过为每个电池包设置对应的第一开关和对应的第二开关，并通过控制第一开关和第二开关的闭合和断开来控制对应电池包与同一电池簇内的其他电池包串联连接或对应电池包的旁路，使得在将需要被旁路的电池包旁路的同时，不切断储能***充放电的主回路，使得电池簇的输出电压能够稳定在较高点，提高储能***的发电量和充放电效率。
一种可能的实施方式中，当电池簇的输出电压与DC/AC变换电路的第二端的电压峰值之间的差值大于等于第一电压阈值时，第一控制器用于在第一时间段内依次控制每个电池组中的所有电池包的对应的第一开关断开，第二开关闭合，依次将每个电池组旁路，其中，电池组包括一个或多个电池包；第一控制器还用于控制电池簇中未被旁路的电池包的其他电池包中的第一开关闭合，第二开关断开，电池簇中未被旁路的电池包的其他电池包通过DC/AC变换电路来实现对电池簇的充放电。
本实施方式提供的储能***无需DC/DC变换电路对电池簇进行升压操作，因此本申请提供的储能***所包括的电池簇可以容纳更多的电池包，从而提升储能***的容量。电网侧的电压为交流电压，电网电压存在波动，当DC/AC变换电路的第二端连接电网时，DC/AC变换电路的第二端的电压存在电压峰值，当电池簇的输出电压与DC/AC变换电路的第二端的电压峰值之间的差值大于等于第一电压阈值时，此时，电池簇输出的电压与DC/AC变换电路的第二端的电压存在一定差值，为了避免DC/AC变换电路两侧的压差过大和浪费不必要的电量，无需将电池簇中的电池包全部串联，将电池簇中的电池包划分为多个电池组，每个电池组中的电池包的数量相同，第一控制器用于在第一时间段内依次控制每个电池组旁路，第一控制器控制需要被旁路的电池组中的所有电池包的对应的第一开关断开，第二开关闭合，依次将每个电池组旁路，未被旁路的电池包依旧正常的充放电，且未被旁路的电池包的总输出电压依旧大于DC/AC变换电路的第二端的电压峰值，既可以保证电池簇的输出电压处于正常的工作电压范围之内，又实现了电池包的电量均衡。
一种可能的实施方式中，当电池簇的输出电压与DC/AC变换电路的第二端的电压峰值之间的差值大于第一电压阈值且N个电池包的剩余电量差值大于等于第一电量阈值时，第一控制器用于控制不同剩余电量的电池包的旁路时间不同以使N个电池包的剩余电量差值小于第一电量阈值，包括：当N个电池包中任意一个电池包的剩余电量大于N个电池包的剩余电量平均值时，减少该电池包的旁路时间；当N个电池包中任意一个电池包的剩余电量小于N个电池包的剩余电量平均值时，延长该电池包的旁路时间，其中，旁路时间为第一开关断开、第二开关的闭合时间。
本实施方式中，通过控制不同电量的电池包的旁路时间不同实现了电池包之间的电量均衡。
一种可能的实施方式中，储能***包括N个第二控制器，N个第二控制器与N个电池包一一对应，第二控制器用于获取对应电池包的电压和剩余电量；第二控制器还用于根据第一控制器的指令控制对应电池包对应的第一开关和第二开关的断开与闭合以控制串联数量。
本实施方式中，每个第二控制器监控其对应连接的电池包的状态，监测得到的对应连接的电池包剩余电量的数据更加精准，对电池包对应连接的第一开关和第二开关的控制也更加准确。
一种可能的实施方式中，储能***包括多个电池簇，多个电池簇并联连接至DC/AC变换电路的第一端，当多个电池簇的剩余电量差值大于等于第二电量阈值时，第一控制器用于控制多个电池簇内的电池包的串联数量以使多个电池簇的剩余电量差值小于第二电量阈值。
本实施方式中，根据电池簇的剩余电量之间的差值结果控制各个电池簇中电池包的串联数量，实现各个电池簇之间的电量均衡。
一种可能的实施方式中，当多个电池簇处于充电状态且N个电池包中任意一个电池包的剩余电量大于等于第三电量阈值时，第一控制器用于控制剩余电量大于等于第三电量阈值的电池包旁路。
一种可能的实施方式中，当多个电池簇处于放电状态且N个电池包中任意一个电池包的剩余电量小于等于第四电量阈值时，第一控制器用于控制剩余电量小于等于第四电量阈值的电池包旁路。
通过在储能***充电或放电的过程中，控制相应的电池包将充电时满足剩余电量大于第三电量阈值的电池包或放电时剩余电量小于第四电量阈值的电池包进行旁路处理，其他电池包继续充电或者放电，最终所有电池包达到相同的值，当储能***再次充电或放电时，由于电池包的电量均衡，则充电或放电完成的时间基本相同，可以实现储能***较大备电时长，提高储能***的剩余电量利用率和可用度。
一种可能的实施方式中，储能***包括多个DC/AC变换电路，每个电池簇与DC/AC变换电路连接，多个DC/AC变换电路均耦合到交流母线，交流母线连接并网点。
一种可能的实施方式中，在DC/AC变换电路的第二端的电压出现暂态过电压的情况下，第一控制器用于控制N个电池包对应的第一开关闭合，第二开关断开，以使N个电池包串联连接。
本实施方式中，通过增加电池包的串联数量从而提升电池簇的输出电压，实现了高压穿越，即储能***在暂态过电压的情况下仍能正常维持工作且能输出功率，防止储能***在电网侧电压波动较大时发生宕机情况。
一种可能的实施方式中，储能***包括电压检测电路；电压检测电路用于检测电池簇的电压和DC/AC变换电路的第二端的电压；电压检测电路用于将检测到的电压输出给第一控制器。
一种可能的实施方式中，储能***包括故障检测电路；故障检测电路用于检测N个电池包中任意一个电池包的是否存在故障，并在检测到电池包的故障后指示第一控制器控制出现故障的电池包的第一开关断开，第二开关闭合。其中，电池包的故障包括短路故障、通讯故障、电解液泄露、热失控等故障。本实施方式中，通过故障检测电路检测出故障，进而将出现故障的电池包旁路，减少故障的影响扩散到其他电池包，降低因故障导致的其它危险。
第二方面，本申请实施例提供一种储能设备，储能设备包括电池包、第一开关、第二开关和第二控制器，电池包包括多个电芯，电池包与第一开关串联，串联连接的电池包和第一开关与第二开关并联；第二控制器用于控制第一开关和第二开关的闭合或者断开以控制储能设备与其他储能设备串联连接或者储能设备旁路；当第一开关闭合，第二开关断开时，储能设备与其他储能设备串联连接；当第一开关断开，第二开关闭合时，储能设备被旁路。
结合第二方面一种可能的实施方式中，储能设备用于与其他多个储能设备串联连接，所有储能设备串联连接形成储能单元，储能单元用于连接DC/AC变换电路的第一端，DC/AC变换电路的第二端用于连接并网点，DC/AC变换电路用于通过并网点连接电网或者负载；第二控制器用于在检测到储能单元的输出电压小于等于所DC/AC变换电路的第二端的电压峰值时，控制储能设备中的第一开关闭合，第二开关断开，以使储能设备和其他储能设备串联连接，使得储能单元的输出电压大于DC/AC变换电路的第二端的电压峰值。
第三方面，本申请实施例提供一种储能管理***，储能管理***包括DC/AC变换电路、第一控制器；DC/AC变换电路的第一端连接电池簇，DC/AC变换电路的第二端用于连接并网点，DC/AC变换电路用于通过并网点连接电网或者负载；电池簇包括N个电池包，N个电池包串联连接；第一控制器用于获取电池簇和DC/AC变换电路的第二端的电压，并用于控制电池包的串联数量，以使电池簇的输出电压大于DC/AC变换电路的第二端的电压峰值。
结合第三方面的一种可能的实施方式中，电池簇包括N个第一开关和N个第二开关，N个第一开关和N个第二开关与电池包一一对应，每个电池包串联一个第一开关，串联的每个电池包和第一开关并联一个第二开关；第一控制器用于控制每个电池包对应的第一开关和第二开关的闭合或者断开实现电池包与同一电池簇内的其他电池包串联连接或电池包旁路，当第一开关闭合，第二开关断开时，第一开关和第二开关对应的电池包与同一电池簇内的其他电池包串联连接；当第一开关断开，第二开关闭合时，第一开关和第二开关对应的电池包旁路。
该第二方面和第三方面的有益效果可以参考前述第一方面的描述，此处不赘述。
附图说明
图1为储能***的结构示意图；
图2为电压波动示意图；
图3为本申请实施例提供的储能***结构示意图；
图4为本申请实施例提供的储能***的一结构示意图；
图5为本申请实施例提供的储能***的一结构示意图；
图6为本申请实施例提供的储能***的一结构示意图；
图7为本申请实施例提供的储能***的一工作原理示意图；
图8为电池健康状态和使用年限的关系曲线示意图；
图9～图10为本申请实施例提供的升压效果图。
具体实施方式
为了更好地介绍本申请的实施例，下面先对本申请实施例中的相关概念进行介绍。
1、电池控制单元(battery control unit，BCU)
BCU用于监控电池组的电压、温度、电流、绝缘电阻，控制高压直流电路继电器和电池组健康状态(state of heath，SOH)，荷电状态(state of charge，SOC)的估算。
2、集中控制单元(central control unit，CCU)
CCU用于对电池簇的控制，包括：电池簇状态估计、在线诊断与预警、充、放电与预充控制、均衡管理和热管理等。
3、电池包(PACK)
一个电池包可由一个或者多个电池单元(电池单元可以是单体电芯等，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。
本申请实施例中，“多个”是指两个或两个以上。
本申请实施例中，A和B连接表示A和B之间的电路连接，表明A和B之间可以实现电信号传输。
在本申请的各个实施例中，如果没有特殊说明以及逻辑冲突，各个实施例之间的术语和/或描述具有一致性、且可以相互引用，不同的实施例中的技术特征根据其内在的逻辑关系可以组合形成新的实施例。
下面结合附图对本申请的实施例进行示例性描述。
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。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，单个电池包的电压通常较小，比如单个电池包的电压通常小于60V，为了满足电网电压需求，通常会将多个电池包直接串联为电池簇以获取高电压。电网侧电压为交流电压，存在波动性，当电网电压峰值大于电池簇的输出电压时，电池簇无法工作。
参见图1，图1所示的储能***100包括储能单元110和储能变流器120。储能单元110与该储能变流器120连接，并通过该储能变流器120实现充放电。
示例性地，储能变流器120可以和电网400连接。该储能变流器120可以将来自储能单元110中的直流电能进行功率变换后，向电网400输出交流电能，以对该电网400进行供电。或者，该储能变流器120可以将来自电网400中的交流电能进行功率变换后，向储能单元110输出直流电能，以对该储能单元110进行充电。
示例性地，储能单元110可以是电池簇。电池簇中可以包括一个或多个串联或并联的电池。该电池例如可以包括锂离子电池(例如磷酸铁锂电池或三元锂电池)、铅酸电池(或称铅酸蓄电池)或者钠离子电池等，本申请对电池的类型不做具体限定。
在具体实现中，上述储能变流器120实现储能单元110的直流电压Vbat和储能变流器连接电网一端的电压Vac之间的相互转换，以实现储能单元110中的电能的存储与释放，即为实现对储能单元110的充放电。但在充放电过程中，电压Vac会有较大范围的波动。例如可以示例性参见图2。在储能单元110的电压Vbat小于电压Vac峰值的情况下(例如参见图2中的风险区)，储能变流器120无法工作，降低了该储能变流器120的工作效率。
为了解决该问题，本申请实施例提供了一种储能***，可以示例性地参见图3和图4。本申请提供的储能***的结构简单、安全性高，可提高储能***中各个储能模组的控制灵活性，同时可提高储能模组的有效利用率，增强储能模组的管理有效性，适用性强。
本申请实施例提供的储能***200包括至少一个电池簇201和第一控制器202、DC/AC变换电路203；电池簇201连接DC/AC变换电路203的第一端，DC/AC变换电路203的第二端用于连接并网点300，DC/AC变换电路203用于通过并网点300连接电网400或者负载500；电池簇201包括N个电池包，N个电池包串联连接，其中，N为大于等于2的整数；第一控制器202用于控制电池包的串联数量，以使电池簇201的输出电压大于DC/AC变换电路203的第二端的电压峰值。
本申请实施例中，DC/AC变换电路203的第二端输入输出的为交流电，存在电压峰值，当电池簇201的输出电压大于DC/AC变换电路203的第二端的电压时，储能***200才能正常工作，本申请实施例通过控制电池簇201内电池包的串联数量来调整电池簇201的输出电压，使得电池簇201的输出电压大于DC/AC变换电路203的第二端的电压峰值，使DC/AC变换电路203的输出电压维持在较高值，处于较优工作模式，提高了储能***200的工作效率，且无需额外的DC/DC电路对电池簇201进行升压处理，本申请实施例中的电池簇201可设置更多的电池包，增加了电池簇201的容量。
具体实现时，第一控制器202可以是通用中央处理器(central processing unit，CPU)，通用处理器，数字信号处理(digital signal processing，DSP)，专用集成电路(application specific integrated circuits，ASIC)，现场可编程门阵列(fieldprogrammable gate array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。上述处理器也可以是实现计算功能的组合。例如，第一控制器202可以包括一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等等。
一些示例中，储能***200包括N个第一开关和N个第二开关，N个第一开关和N个第二开关与N个电池包一一对应，每个电池包串联一个第一开关，每个电池包并联一个第二开关；第一控制器202用于控制每个电池包对应的第一开关和第二开关的闭合或者断开实现电池包与同一电池簇内的其他电池包的串联连接或电池包的旁路；当第一开关闭合，第二开关断开时，第一开关和第二开关对应的电池包和其他电池包串联；当第一开关断开，第二开关闭合时，第一开关和第二开关对应的电池包旁路。
本申请通过设置与电池包相对应的第一开关和第二开关，根据电池簇201的输出电压和DC/AC变换电路203的第二端的电压峰值的比较结果来控制不同电池包的接入与旁路，避免在电网电压波动时储能***200无法工作的情况，且无需增加额外的DC/DC电路，不需要对电池单元有升压动作，降低了电路的复杂度和成本，提高了储能***200的可用度及工作效率。
示例性地，第一开关和第二开关可以是继电器、IGBT管、MOS管等开关元件，本申请实施例对此不具体限制。且第一开关和第二开关可以位于电池包的内部也可以位于电池包的外部，本申请实施例对第一开关和第二开关的位置不作具体限定。
需要说明的是，本申请实施例提供的DC/AC变换电路203为双向DC/AC变换电路203，DC/AC变换电路203用于将电池簇201输出的直流电压转换为交流电压输出给电网或者负载500，实现电池簇201的放电，DC/AC变换电路203也可以将电网输出的交流电压转换为直流电压，实现给电池簇201的充电，从而可以充分利用该双向DC/AC变换电路203，使得双向DC/AC变换电路203的额定输出工作电压可以维持在较高值，处于较优效率工作模式，提升了储能***200的工作效率。
需要说明的是，本申请实施例不限定储能***200中电池簇201的个数，可以是一个电池簇201，也可以是多个电池簇201，例如，图5提供了包括两个电池簇201的储能***200，因此，本申请实施例提供的储能***200可以根据不同的适应场景设置其电池簇201和电池包的个数，适用场景更加丰富。
需要说明的是，储能***200中可以包括一个DC/AC变换电路203，如图4和图5所示，多簇电池簇201均通过直流母线连接DC/AC变换电路203，DC/AC变换电路203的第二端连接并网点300。储能***200中也可以包括多个DC/AC变换电路203，例如，如图6所示，每个电池簇201包括一个DC/AC变换电路203，电池包串联后连接DC/AC变换电路203，多个DC/AC变换电路203耦合至交流母线，交流母线连接并网点300。
一些示例中，当电池簇201的输出电压与DC/AC变换电路203的第二端的电压峰值之间的差值大于等于第一电压阈值时，第一控制器202用于在第一时间段内依次控制每个电池组中的所有电池包的对应的第一开关断开，第二开关闭合，依次将每个电池组旁路，其中，电池组包括一个或多个电池包；第一控制器202还用于控制电池簇201中未被旁路的电池包的其他电池包中的第一开关闭合，第二开关断开，电池簇201中未被旁路的电池包的其他电池包通过DC/AC变换电路203来实现对电池簇201的充放电。当DC/AC变换电路203的第二端连接电网时，DC/AC变换电路203的第二端的电压存在电压峰值，当电池簇201的输出电压与DC/AC变换电路203的第二端的电压峰值之间的差值大于等于第一电压阈值时，此时，电池簇201输出的电压与DC/AC变换电路203的第二端的电压存在一定差值，为了避免DC/AC变换电路203两侧的压差过大和浪费不必要的电量，此时，无需将电池簇201中的所有电池包串联为电网侧供电，本申请实施例通过将电池簇201中的电池包划分为多个电池组，每个电池组中的电池包的数量相同，第一控制器202用于在第一时间段内依次控制每个电池组中的所有电池包的对应的第一开关断开，第二开关闭合，依次将每个电池组旁路，该技术方案既可以保证电池簇201的输出电压处于正常的工作电压范围之内，又实现了电池包的电量均衡，其中，第一时间段和第一电压阈值可以根据实际需求进行设计。
图7为本申请实施例提供的储能***200的一种工作原理示意图，当N为8时，即当电池簇201中包括8个电池包时，将电池簇201划分为8个电池组，每个电池组中包括1个电池包，每个电池包与一个第一开关S1串联，与一个第二开关S2并联，当电网侧的电压处于正常工作范围之内，第一控制器202依次每个PACK在第一时间段内旁路，具体包括：第一个周期，从电池PACK1开始，先将S1断开，S2导通，将PACK1旁路，对PACK2～PACKn进行充放电；第二个周期，PACK2的S1断开，S2导通，PACK1的S1导通，S2断开，对PACK1和PACK3～PACKn进行充放电；依次切换，最后一个周期，PACKn的S1断开，S2导通，其余PACK的S1导通，S2断开，PACK1～PACKn-1进行充放电。
当DC/AC变换电路203的第二端的电压较高时，可以增加PACK的串联数量，保证电压足够，电网电压正常时，减少PACK的串联数量，保证DC/AC变换电路203两侧的压差足够小，提高整个***效率。
随着使用年限的增加，电池的健康状态(state of health，SOH)不断下降，电池中可存储的容量也随之逐年下降。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8所示，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，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％。电池包的串联使得同一个电池簇201中各电池包的充放电时间相同，而电池包之间的差异性越来越大，为保证单簇电池中任一电池包的安全可用，必须考虑瓶颈电池包的限制，对整簇电池进行降额使用，从而造成电池的浪费。由于电池内阻和电池端口电压的不同，电池簇201的简单并联会导致不同电池簇201间的充放电不一致，从而限制电池的利用率。
一些示例中，当电池簇201的输出电压与DC/AC变换电路203的第二端的电压峰值之间的差值大于第一电压阈值且N个电池包的剩余电量差值大于等于第一电量阈值时，第一控制器202用于控制不同剩余电量的电池包的旁路时间不同以使N个电池包的剩余电量差值小于第一电量阈值，具体包括：当N个电池包中任意一个电池包的剩余电量大于N个电池包的剩余电量平均值时，减少电池包的旁路时间，其中，电池包旁路时间为电池包对应的第一开关断开、第二开关闭合的时间。当N个电池包中任意一个电池包的剩余电量小于N个电池包的剩余电量平均值时，延长电池包的旁路时间。本技术方案中，当电池簇201的输出电压与DC/AC变换电路203的第二端的电压峰值之间的差值大于第一电压阈值时，说明电池簇201的输出电压能够满足电网侧的电压需求，无需串联全部电池簇201中的电池包，但是电池包的剩余电量之间的差值大于第一电量阈值时，说明电池包之间存在着电量不均衡的问题，此时，可以通过控制不同电量的电池包的旁路时间不同来实现电池包之间的电量均衡。例如，如图4所示，当PACK1的剩余电量较高时，可以通过减少其旁路时间以增加其导通时间，当PACK2的剩余电量较低时，可以通过延长其旁路时间以减少其导通时间，从而使各个PACK之间的剩余电量达到均衡。其中，第一电量阈值可以根据实际需求进行设计。
一些示例中，储能***200包括多个电池簇201，当多个电池簇201的剩余电量差值大于等于第二电量阈值时，第一控制器202用于控制多个电池簇201内的电池包的串联数量以使多个电池簇201的剩余电量差值小于第二电量阈值。根据电池簇201的剩余电量之间的差值结果控制各个电池簇201中电池包的串联数量，实现各个电池簇201之间的电量均衡。其中，第二电量阈值可以根据实际需求进行设计。
一些示例中，当电池簇201处于充电状态且N个电池包中任意一个电池包的剩余电量大于等于第三电量阈值时，第一控制器202用于控制剩余电量大于等于第三电量阈值的电池包旁路。
一些示例中，当电池簇201处于放电状态且N个电池包中任意一个电池包的剩余电量小于等于第四电量阈值时，第一控制器202用于控制剩余电量小于第四电量阈值的电池包旁路。
需要说明的是，第三电量阈值和第四电量阈值可以是根据电池包的SOC、SOH确定的，也可以是根据电池包的电压确定的。旁路处理包括断开第一开关和第二开关对应的电池包的电流通路和保证储能***200的电流通路连通，本领域人员可以根据实际需求选择和设计第三电量阈值和第四电量阈值的大小。
上述实施例中，通过在储能***200充电或放电的过程中，控制相应的电池包将充电时满足剩余电量大于第三电量阈值的电池包或放电时剩余电量小于第四电量阈值的电池包进行旁路处理，其他电池包继续充电或者放电，最终所有电池包达到相同的值，当储能***200再次充电或放电时，由于电池的电量均衡，则充电或放电完成的时间基本相同，可以实现储能***200较大备电时长，提高储能***200的剩余电量利用率和可用度。
进一步地，充电时旁路满足剩余电量过多的电池包或放电时旁路剩余电量过少的电池包后，储能***200中的其他电池包仍然可以以最大的电流进行充电或者放电，不受旁路电池包的影响，可以解决功率被限制的问题，使得电池簇201的输出电压处于正常的工作电压范围之内，使得DC/AC变换电路203两侧的压差较小，提高整个储能***200的利用率和工作效率。
一些示例中，在DC/AC变换电路203的第二端的电压出现暂态过电压的情况下，第一控制器202用于控制电池包的串联数量增多以使电池簇201的输出电压大于DC/AC变换电路203的第二端的电压。
示例性地，在具体实现中，由于电网故障或扰动会引起电压快速升高超过正常的DC/AC变换电路203的第二端的电压峰值，则出现暂态过电压。若快速升高后的电压相比于DC/AC变换电路203的第二端的电压峰值上涨幅度在预设比例内，并且在预设时长内，储能***200仍然可以工作，这种情况可以称为高压穿越。该预设比例例如可以是25％或30％等等。该预设时长例如可以是1分钟或2分钟等。本申请实施例对该预设比例和预设时长的取值不做限制。
示例性地，在具体实现中，第一控制器202基于检测到的DC/AC变换电路203的第二端的电压实时判断DC/AC变换电路203的第二端的电压是否出现暂态过电压，第一控制器202获取到DC/AC变换电路203的第二端的电压后，可以判断出该DC/AC变换电路203的第二端的电压是否出现暂态过电压。例如可以将该DC/AC变换电路203的第二端的电压与预先存储的DC/AC变换电路203的第二端的电压峰值比较，若该DC/AC变换电路203的第二端的电压大于该预先存储的DC/AC变换电路203的第二端的电压峰值，则确定出该DC/AC变换电路203的第二端的电压出现暂态过电压。若没出现暂态过电压，则保持原工作模式。若出现了暂态过电压，第一控制器202控制电池包的串联数量增多，以使电池簇201的输出电压大于暂态过电压的最大电压。
一些示例中，出现了暂态过电压情况下的升压工作模式的效果示意图可以参见图9和图10。在图9中，状态1是出现暂态过电压前的状态，在该状态下，可以通过增加电池包的串联数量使得DC/AC变换电路203的第一端的电压Vbus大于DC/AC变换电路203的第二端的电压Vac的峰值Vac_max。在图10中，在A点开始出现暂态过电压，然后，第一控制器202控制串联电池包的数量增多，使得电池簇201的输出电压大于出现暂态过电压后的最大电压，可以参见状态2。将电池簇201的输出电压输入到DC/AC变换电路203后可以使得DC/AC变换电路203正常工作。
上述示例中，在DC/AC变换电路203的第二端的电压出现暂态过电压的情况下，通过快速增加电池簇201中电池包的串联数量，在避免DC/AC变换电路203的第二端的电压对储能单元反灌能量的同时，还使得可以通过增加电池包的串联数量将电池簇201输出的电压升高。并将升高后的电压输出到DC/AC变换电路203，以使其可以正常工作。即本实施方式中，通过控制电池包的串联数量从而提升电池簇201的输出电压，实现了高压穿越，即储能***200在暂态过电压的情况下仍能正常维持工作且能输出功率，满足电网异常波动不脱网的合规性。
一些示例中，储能***200包括N个第二控制器，N个第二控制器与N个电池包一一对应，即每个电池包均包括一个第二控制器，第二控制器用于获取对应电池包的电压和剩余电量；第二控制器还用于根据第一控制器202的指令控制对应电池包中的第一开关和第二开关的断开与闭合以控制电池包的串联数量。包括：第二控制器与第一控制器202通信，第一控制器202可以为簇级控制***CCU，第二控制器可以为电池包层级的控制***BCU，第一控制器202获取电池簇201的输出电压和DC/AC变换电路203的第二端的电压，并对电池簇201的输出电压和DC/AC变换电路203的第二端的电压进行比较，从而控制电池簇201内电池包的串联数量，并根据电池包的剩余电量来控制电池包与同一电池簇内的其他电池包的串联连接，当第一控制器202判断需要旁路PACK1时，便向PACK1内部的第二控制器下发指令，PACK1内部的第二控制器接收到第一控制器202的指令时，控制PACK1内部的第一开关断开，第二开关闭合，将PACK1旁路。通过第二控制器监控其对应连接的电池包的状态，检测得到的对应连接的电池包的剩余电量的数据更加精确，对对应连接的第一开关和第二开关的控制也更加精确。其中，第二控制器可以位于每个电池包内部，也可以位于每个电池包外部，本申请实施例对此不作限定。
本申请实施例不具体限定第一控制器202与第二控制器的通信方式，通信方式包括有线和无线通信方式，第一控制器202与第二控制器可以是基于RS-485总线进行通信，或者是基于CAN(Controller Area Network，局域网络)协议进行通信。在其他实施例中，也可以基于其它通信方式进行通信，本申请不做限定。
一些示例中，储能***200包括电压检测电路；电压检测电路用于检测电池簇201的电压和DC/AC变换电路203的第二端的电压；电压检测电路用于将检测到的电压输出给第一控制器202。
一些示例中，储能***200包括故障检测电路；故障检测电路用于检测电池包的故障，并在检测到故障后指示第一控制器202控制出现故障的电池包的第一开关断开，第二开关闭合。由此可以将故障电池包进行旁路，减少故障的影响扩散到其他电池包，降低因故障导致的其他危险。其中，电池包的故障包括短路故障、通讯故障、电解液泄露、热失控等故障，本申请对故障的具体类型不作限定，本领域技术人员可以根据实际需求设定。
本申请实施例还提供一种储能设备，储能设备包括电池包、第一开关、第二开关和第二控制器，电池包包括多个电芯，电芯串联或者并联连接，电池包与第一开关串联，串联的电池包和第一开关与第二开关并联；第二控制器用于控制第一开关和第二开关的闭合或者断开以控制储能设备与其他储能设备串联连接或者旁路；当第一开关闭合，第二开关断开时，储能设备与其他储能设备串联连接；当第一开关断开，第二开关闭合时，储能设备被旁路。
结合第二方面一种可能的实施方式中，储能设备用于与其他多个储能设备串联连接，所有储能设备用于连接DC/AC变换电路的第一端，DC/AC变换电路的第二端用于连接并网点，DC/AC变换电路用于通过并网点连接电网或者负载；第二控制器用于在检测到所有储能设备的总输出电压小于等于所DC/AC变换电路的第二端的电压峰值时，控制储能设备中的第一开关闭合，第二开关断开，以使储能设备和其他储能设备串联连接，使得所有储能设备的总输出电压大于DC/AC变换电路的第二端的电压峰值。
本申请还提供一种储能管理***，储能管理***包括DC/AC变换电路203、第一控制器202；DC/AC变换电路203的第一端连接电池簇201，DC/AC变换电路203的第二端用于连接并网点300，DC/AC变换电路203用于通过并网点300连接电网或者负载500；电池簇201包括N个电池包，N个电池包串联连接；第一控制器202用于获取电池簇201和DC/AC变换电路203的第二端的电压，并用于控制电池包的串联数量，以使电池簇201的输出电压大于DC/AC变换电路203的第二端的电压峰值。
一些示例中，电池簇201包括N个第一开关和N个第二开关，N个第一开关和N个第二开关与电池包一一对应，每个电池包串联一个第一开关，串联的每个电池包和第一开关并联一个第二开关；第一控制器202用于控制每个电池包对应的第一开关和第二开关的闭合或者断开控制电池包与同一电池簇内的其他电池包的串联连接或电池包的旁路，当第一开关闭合，第二开关断开时，第一开关和第二开关对应的电池包与其他电池包串联；当第一开关断开，第二开关闭合时，第一开关和第二开关对应的电池包旁路。
上述储能设备和储能管理***的具体实现和工作原理可以参考前述图4～图7及其可能的实施方式中所述的储能***的相关描述，此处不赘述。
本申请中术语“第一”“第二”等字样用于对作用和功能基本相同的相同项或相似项进行区分，应理解，“第一”、“第二”、“第N”之间不具有逻辑或时序上的依赖关系，也不对数量和执行顺序进行限定。还应理解，尽管以下描述使用术语第一、第二等来描述各种元素，但这些元素不应受术语的限制。这些术语只是用于将一元素与另一元素区别分开。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (15)
1.一种储能***，其特征在于，所述储能***包括至少一个电池簇和第一控制器、DC/AC变换电路；
所述电池簇连接所述DC/AC变换电路的第一端，所述DC/AC变换电路的第二端用于连接并网点，所述DC/AC变换电路通过所述并网点连接电网或者负载；
所述电池簇包括N个电池包，所述N个电池包串联连接，其中，N为大于等于2的整数；
所述第一控制器用于控制所述电池包的串联数量，以使所述电池簇的输出电压大于所述DC/AC变换电路的第二端的电压峰值。
2.根据权利要求1所述的储能***，其特征在于，所述储能***包括N个第一开关和N个第二开关，所述N个第一开关和所述N个第二开关与所述N个电池包一一对应，所述N个电池包中每个电池包均与所述N个第一开关中的一个第一开关串联，串联的所述每个电池包和所述第一开关与所述N个第二开关中的一个第二开关并联；
所述第一控制器用于控制所述每个电池包对应的所述第一开关和所述第二开关的闭合或者断开以控制所述电池包与同一所述电池簇内的其他电池包串联连接或者所述电池包旁路；
当所述第一开关闭合，所述第二开关断开时，所述第一开关和所述第二开关对应的电池包与同一所述电池簇内的其他电池包串联连接；
当所述第一开关断开，所述第二开关闭合时，所述第一开关和所述第二开关对应的电池包被旁路。
3.根据权利要求2所述的储能***，其特征在于，当所述电池簇的输出电压与所述DC/AC变换电路的第二端的电压峰值之间的差值大于等于第一电压阈值时，所述第一控制器用于在第一时间段内依次控制每个电池组旁路，所述第一控制器用于控制需要被旁路的所述电池组中的所有电池包的对应的所述第一开关断开，所述第二开关闭合，其中，所述每个电池组包括一个或多个所述电池包；
所述第一控制器还用于控制所述电池簇中未被旁路的其他电池包对应的所述第一开关闭合，所述第二开关断开，所述电池簇中未被旁路的其他电池包通过所述DC/AC变换电路来实现对所述电池簇的充放电。
4.根据权利要求2或3所述的储能***，其特征在于，当所述电池簇的输出电压与所述DC/AC变换电路的第二端的电压峰值之间的差值大于第一电压阈值且所述N个电池包的剩余电量差值大于等于第一电量阈值时，所述第一控制器用于控制剩余电量不同的电池包的旁路时间不同以使所述N个电池包的剩余电量差值小于第一电量阈值，包括：
当所述N个电池包中任意一个电池包的剩余电量大于所述N个电池包的剩余电量平均值时，减少所述电池包的旁路时间；
当所述N个电池包中任意一个电池包的剩余电量小于所述N个电池包的剩余电量平均值时，延长所述电池包的旁路时间。
5.根据权利要求2～4任一项所述的储能***，其特征在于，所述储能***包括N个第二控制器，所述N个第二控制器与所述N个电池包一一对应，所述第二控制器用于获取对应所述电池包的电压和剩余电量；
所述第二控制器还用于根据所述第一控制器的指令控制对应所述电池包对应的所述第一开关和所述第二开关的断开与闭合以控制所述电池包的串联数量。
6.根据权利要求1～5任一项所述的储能***，其特征在于，所述储能***包括多个电池簇，当所述多个电池簇的剩余电量差值大于等于第二电量阈值时，所述第一控制器用于控制所述多个电池簇内电池包的串联数量以使所述多个电池簇的剩余电量差值小于第二电量阈值。
7.根据权利要求6所述的储能***，其特征在于，当所述多个电池簇处于充电状态且所述N个电池包中任意一个电池包的剩余电量大于等于第三电量阈值时，所述第一控制器用于控制剩余电量大于等于第三电量阈值的所述电池包旁路。
8.根据权利要求7所述的储能***，其特征在于，当所述多个电池簇处于放电状态且所述N个电池包中任意一个电池包的剩余电量小于等于第四电量阈值时，所述第一控制器用于控制剩余电量小于等于第四电量阈值的所述电池包旁路。
9.根据权利要求1～8任一项所述的储能***，其特征在于，所述储能***包括多个DC/AC变换电路，每个所述电池簇与所述DC/AC变换电路的第一端连接，所述多个DC/AC变换电路的第二端均耦合到交流母线，所述交流母线连接所述并网点。
10.根据权利要求2～9任一项所述的储能***，其特征在于，在所述DC/AC变换电路的第二端的电压出现暂态过电压的情况下，所述第一控制器用于控制所述N个电池包对应的所述第一开关闭合，所述第二开关断开，以使所述N个电池包串联连接。
11.根据权利要求1～10任一项所述的储能***，其特征在于，所述储能***包括故障检测电路；所述故障检测电路用于检测所述N个电池包中任意一个电池包的故障，并在检测到电池包的故障后指示所述第一控制器控制出现故障的所述电池包的所述第一开关断开，所述第二开关闭合。
12.一种储能设备，其特征在于，所述储能设备包括电池包、第一开关、第二开关和第二控制器，所述电池包包括多个电芯，所述电池包与所述第一开关串联，串联连接的所述电池包和所述第一开关与所述第二开关并联；
所述第二控制器用于控制所述第一开关和所述第二开关的闭合或者断开以控制所述储能设备与其他储能设备串联连接或所述储能设备旁路；
当所述第一开关闭合，所述第二开关断开时，所述储能设备与其他储能设备串联连接；
当所述第一开关断开，所述第二开关闭合时，所述储能设备被旁路。
13.根据权利要求12所述的储能设备，其特征在于，所述储能设备用于与其他多个储能设备串联连接，所述储能设备和其他所述多个储能设备串连连接形成储能单元，所述储能单元用于连接DC/AC变换电路的第一端，所述DC/AC变换电路的第二端用于连接并网点，所述DC/AC变换电路通过所述并网点连接电网或者负载；
所述第二控制器用于在检测到所述储能单元的输出电压小于等于所述DC/AC变换电路的第二端的电压峰值时，控制所述储能设备中的所述第一开关闭合，所述第二开关断开，以使所述储能设备和其他储能设备串联连接，使得所述储能单元的输出电压大于所述DC/AC变换电路的第二端的电压峰值。
14.一种储能管理***，其特征在于，所述储能管理***包括DC/AC变换电路、第一控制器，所述DC/AC变换电路的第一端连接电池簇，所述DC/AC变换电路的第二端用于连接并网点，所述DC/AC变换电路通过所述并网点连接电网或者负载；
所述电池簇包括N个电池包，所述N个电池包串联连接；
所述第一控制器用于控制所述电池包的串联数量，以使所述电池簇的输出电压大于所述DC/AC变换电路的第二端的电压峰值。
15.根据权利要求14所述的储能管理***，其特征在于，所述电池簇包括N个第一开关和N个第二开关，所述N个第一开关和所述N个第二开关与所述N个电池包一一对应，所述N个电池包中每个电池包均与所述N个第一开关中的一个第一开关串联，串联的所述每个电池包和所述第一开关与所述N个第二开关中的一个第二开关并联；
所述第一控制器用于控制每个所述电池包对应的所述第一开关和所述第二开关的闭合或者断开实现所述电池包与其他电池包与同一电池簇内的其他电池包的串联连接或所述电池包旁路；
当所述第一开关闭合，所述第二开关断开时，所述第一开关和所述第二开关对应的电池包与同一所述电池簇内的其他电池包串联连接；
当所述第一开关断开，所述第二开关闭合时，所述第一开关和所述第二开关对应的电池包旁路。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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