CN217216029U - 一种电池簇精细化调控的电池储能*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种电池簇精细化调控的电池储能***，采用至少两个电池簇、每个电池簇对应一个变换器、每个变换器输出端分别连接两组电控开关以及直流调控母线和电池簇调控器，并通过电控开关连接电池单元PACK，构成动态选择电池单元PACK并独立进行电量均衡的***架构，并且电池簇调控器通过电池监控通信线连接各电池簇中串联的各电池单元PACK每一个电池单体，及通过两组电控开关，构成选择和独立调控相应电池单元PACK进行电量均衡的电力路径，实现针对电池单体与电池单元PACK监控、均衡以及异常故障组串切出的电池簇精细化调控，细化了控制颗粒度，克服了现有技术粗糙控制产生的不安全风险，保障了电池储能***整体安全、高效运行。
Description
技术领域
本实用新型属于电池储能技术领域，具体涉及一种电池簇精细化调控的电池储能***。
背景技术
电池储能***是由数量众多的小容量电池单体串并联组成，由于电池单体本身电特性的不一致性缺陷，特别是使用一段时间的电池及退役电池，其不一致性尤为突出，加之电池储能***的电池安装与物理位置不同以及连接摆放相对固定，对电池充放电的电量产生不一致性影响进一步增加，不仅造成电池储能***充放电产生整体效率下降的短板效应，而且容易产生个别电池电压及电量偏差过大，造成电池过充或过放乃至燃爆的不安全风险。为此，需要解决储能***运行中，动态减少或至少不扩大储能***中电池单体的不一致性；尤其是发现电池或电池单元异常故障时，最小范围切断并停止异常故障电池单体及相应电池单元及电池组串的运行，避免恶性事故发生；实质上是在保障安全运行的前提下，解决电池单体不一致性造成的影响，提高储能***的可用性和运行效率。
对此，业界工程技术人员不断研发与实践，提出了一些解决方案，如：国家知识产权局公布的发明专利《一种电池簇均衡储能***及其控制方法》专利号为CN113437780，该技术方案以降低***成本为目的，对电池簇进行监控及电量均衡，以减少电池簇之间不一致性，其***方案存在明显的缺陷，突出表现在：
1)该方案旨在获取各所述电池簇的均衡参数，判断各所述电池簇的均衡参数之间的差值是否大于等于预设阈值，调节电池簇的充电功率，即：对电池簇电量或电压偏高的减少充电功率，对电池簇电量或电压偏低的增加充电功率，由于电池储能***中电池单体电量或电压偏差大不等于电池簇偏差大，因此对电池簇偏差不是超阈值的电池簇增加充电或放电功率，会造成偏差大的电池单体超范围运行的风险，对相应电池单体造成损伤，直至造成故障与风险。
该方案针对电池簇均衡的***架构，忽略了对电池单体及电池单元的监控与均衡及保护，不能及时有效控制电池单体及电池单元的异常与故障，使得降低成本建立在牺牲安全性的基础上，不利于电池储能***的安全、高效运行。
为了克服上述方案的缺陷和解决上述技术问题，本实用新型采用可调节均衡直流母线及动态选择电池单元PACK进行独立均衡的***架构，每个电池单元PACK只增加一个电控开关，即可实现针对电池单体与电池单元PACK监控、均衡以及控制异常故障电池及组串切出的电池簇精细化调控，保障了电池储能***整体安全、高效运行。
发明内容
本实用新型具体公布了一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，包括：至少两个电池簇、每个电池簇对应一个变换器、每个变换器输出端分别连接两组电控开关以及第1直流调控母线与第2直流调控母线和电池簇调控器；其中：
各所述电池簇由多个电池单元PACK串联构成；
各所述变换器的第一侧，分别连接相应的电源；
各所述变换器的第二侧，分别通过第1组开关连接第1直流调控母线和第2直流调控母线，并通过第2组多个电控开关连接电池簇中串联的每个电池单元PACK两端，与对应的所述电池簇构成一个电池储能串联支路；各所述电池储能串联支路的两端并联连接；
各所述变换器的第二侧正极，分别通过第一组开关的第1电控开关K11 和第2电控开关K12连接第1直流调控母线和第2直流调控母线；
各所述变换器的第二侧负极，分别通过第一组开关的第3电控开关K13 和第4电控开关K14连接第1直流调控母线和第2直流调控母线；
所述第1直流调控母线通过第2组多个开关分别连接相应电池簇中奇数电池单元PACK的正极以及末尾电池单元PACK的负极；
所述第2直流调控母线通过第2组多个开关分别连接相应电池簇中偶数电池单元PACK的正极；
所述电池簇调控器通过电池监控通信线连接各电控开关K和电池簇正极开关与保护电路及电池簇负极开关与保护电路，以及连接各电池单元PACK中各电池单体。
所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，各所述电池储能串联支路的两端并联连接，并顺次通过电池簇正极开关与保护电路和电池簇负极开关与保护电路及储能***正极直流母线和储能***负极直流母线连接储能电力变换器，以及储能***总控装置通过储能***总控通信线，分别连接变换器、电池簇调控器以及储能电力变换器，构成储能***管控路径及电池簇精细化调控的储能***。
所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，各所述变换器具备：充放电输入输出能力，并连接和受控于电池簇调控器。
所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，各所述电源具备：通过变换器存储电能和释放电能的能力。
所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，各所述串联支路中，分别包括一个所述电池簇和一个所述变换器，由所述变换器通过第1 直流调控母线和第2直流调控母线及第2组多个电控开关，连接电池簇中串联的每个电池单元PACK两端，并通过电池监控通信线连接的电池簇调控器，选择并连接相应电池单元PACK，控制各电控开关K通断，构成对电池簇中串联的任一电池单元PACK进行单独均衡与维护的控制路径与架构。
所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，所述储能***总控装置通过电池簇调控器实时监测各电池簇中串联的各电池单元PACK每一个电池单体的运行参数；在充电时，将存在电量或电压偏高并超过设定阈值的电池单体所在相应电池单元PACK，通过选择控制电控开关与变换器的连接，将其多出的电量传送给电源；或者，在放电时，将存在电量或电压偏低并超过设定阈值的电池单体所在相应电池单元PACK，通过选择控制电控开关与变换器的连接，将其缺少的电量由电源给其补充电能，构成电池簇精细化调控与电量快速均衡的调控路径。
所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，所述电池簇调控器实时监测各电池簇中串联的各电池单元PACK每一个电池单体的运行参数，监测到异常故障电池单体时，由电池簇调控器直接通过电池监控通信线控制电池簇正极开关与保护电路和电池簇负极开关与保护电路断开，构成电池单体异常故障快速保护控制路径。
所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，所述变换器为ACDC变换器时，其交流侧作为所述第一侧，连接的所述电源为交流源；或者，所述变换器为DCDC变换器时，其连接的所述电源为直流源。
所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，至少有一个储能电力变换器，各所述电池储能串联支路的两端均并联连接至所述储能电力变换器的直流侧。
本实用新型一种电池簇精细化调控的电池储能***，采用可调节均衡直流母线及电池单元PACK动态选择独立均衡***架构，每个电池单元PACK只增加一个电控开关，电池簇调控器实时监测各电池簇中串联的各电池单元PACK每一个电池单体的运行参数，并控制两组电控开关，基于电池单体的健康与安全监控，精准选择和独立调控相应电池单元PACK进行电量均衡，即可实现针对电池单体与电池单元PACK监控、均衡以及异常故障组串切出的电池簇精细化调控，在成本相当的基础上，细化量控制颗粒度，克服了现有技术粗糙控制产生的不安全风险，保障了电池储能***整体安全、高效运行。
附图说明
图1是一种电池簇精细化调控的电池储能***的构成原理示意框图。
图2是同一电池簇及电池储能串联支路的构成原理示意图，其中图2(a) 为电池簇的构成原理示意图，图2(b)为电池储能串联支路的构成原理示意图。
具体实施方式
作为实施例子，结合附图对一种电池簇精细化调控的电池储能***给予说明，但是，所描述的实施例是本实用新型应用于一种电池簇精细化调控的电池储能***的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围；本实用新型的技术与方案不限于本实施例子给出的内容。
如图1一2所示，一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，包括：至少两个电池簇(14)、每个电池簇对应一个变换器(10)、每个变换器 (10)输出端分别连接第1直流调控母线(11)和第2直流调控母线(12)以及两组电控开关和电池簇调控器(20)；其中：
各所述电池簇(14)由多个电池单元PACK(P)串联构成，作为实施例子，如图2(a)所示电池簇(14)由第1电池单元PACK(P1)、第2电池单元 PACK(2)、第m电池单元PACK(Pm)、第n电池单元PACK(Pn)，顺次串联构成；
各所述变换器(10)的第一侧，分别连接相应的电源(13)；
各所述变换器(10)的第二侧，分别连接第1直流调控母线(11)和第 2直流调控母线(12)，并通过多个电控开关连接电池簇(14)中串联的每个电池单元PACK(P)两端，与对应的所述电池簇(14)构成一个电池储能串联支路 (40)；各所述电池储能串联支路(40)的两端并联连接；
各所述变换器(10)的第二侧正极，分别通过第一组开关的第1电控开关K11和第2电控开关K12连接第1直流调控母线(11)和第2直流调控母线 (12)；
各所述变换器(10)的第二侧负极，分别通过第一组开关的第3电控开关K13和第4电控开关K14连接第1直流调控母线(11)和第2直流调控母线 (12)；
所述第1直流调控母线(11)通过多个开关分别连接相应电池簇(14) 中奇数电池单元PACK(P)的正极以及末尾电池单元PACK(P)的负极；
所述第2直流调控母线(12)通过多个开关分别连接相应电池簇(14) 中偶数电池单元PACK(P)的正极；
所述电池簇调控器(20)通过电池监控通信线(21)连接各电控开关K 和电池簇正极开关与保护电路(22)及电池簇负极开关与保护电路(23)，以及连接各电池单元PACK(P)中各电池单体；作为实施例子，如图1及图2(b) 所示，电池簇调控器(20)通过电池监控通信线(21)分别连接第1电池单元 PACK(P1)、第2电池单元PACK(P2)、第m电池单元PACK(Pm)、第n电池单元PACK(Pn)、第一组开关的第1电控开关K11、第一组开关的第2电控开关K12、第一组开关的第3电控开关K13、第一组开关的第4电控开关K14、第2组的第 1电控开关K21、第2组的第2电控开关K22、第2组的第m电控开关K2m、第2 组的第n电控开关K2n、第2组的第(n+1)电控开关K2(n+1)，以及电池簇正极开关与保护电路(22)和电池簇负极开关与保护电路(23)。
作为实施例子，如图2(b)所示，各所述变换器(10)的第二侧正极，分别通过第一组开关的第1电控开关K11和第一组开关的第2电控开关K12连接第1直流调控母线(11)和第2直流调控母线(12)；各所述变换器(10)的第二侧负极，分别通过第一组开关的第3电控开关K13和第一组开关的第4电控开关K14连接第1直流调控母线(11)和第2直流调控母线(12)；第2组的第1电控开关K21及第2组的第m电控开关K2m的两端，分别连接第1电池单元PACK(P1)及第m电池单元PACK(Pm)的正极与第1直流调控母线(11)，同时第2组的第2电控开关K22及第2组的第n电控开关K2n的两端，其中一端分别连接第2电池单元PACK(P2)及第n电池单元PACK(Pn)的正极，另一端连接第2直流调控母线(12)，以及第2组的第(n+1)电控开关K2(n+1)的两端，分别连接第n电池单元PACK(Pn)的负极和第2直流调控母线(12)。
作为实施例子，如图1及图2(b)所示，当电池簇调控器(20)选择第1电池单元PACK(P1)进行均衡与调控时，电池簇调控器(20)控制第一组开关的第1电控开关K11、第一组开关的第4电控开关K14、第2组的第1电控开关K21、第2组的第2电控开关K22各电控开关闭合，并控制第一组开关的第 2电控开关K12、第一组开关的第3电控开关K13、第2组的第m电控开关K2m、第2组的第n电控开关K2n、第2组的第(n+1)电控开关K2(n+1)各电控开关断开；当电池簇调控器(20)选择第2电池单元PACK(P2)进行均衡与调控时，电池簇调控器(20)控制第一组开关的第2电控开关K12、第一组开关的第 3电控开关K13、第2组的第2电控开关K22、第2组的第m电控开关K2m各电控开关闭合，并控制第一组开关的第1电控开关K11、第一组开关的第4电控开关K14、第2组的第1电控开关K21、第2组的第n电控开关K2n、第2组的第 (n+1)电控开关K2(n+1)各电控开关断开；当电池簇调控器(20)选择第m 电池单元PACK(Pm)进行均衡与调控时，电池簇调控器(20)控制第一组开关的第1电控开关K11、第一组开关的第4电控开关K14、第2组的第m电控开关 K2m、第2组的第n电控开关K2n各电控开关闭合，并控制第一组开关的第2电控开关K12、第一组开关的第3电控开关K13、第2组的第1电控开关K21、第2组的第2电控开关K22、第2组的第(n+1)电控开关K2(n+1)各电控开关断开；当电池簇调控器(20)选择第n电池单元PACK(Pn)进行均衡与调控时，电池簇调控器(20)控制第一组开关的第2电控开关K12、第一组开关的第3电控开关K13、第2组的第n电控开关K2n、第2组的第(n+1)电控开关K2(n+1) 各电控开关闭合，并控制第一组开关的第1电控开关K11、第一组开关的第4电控开关K14、第2组的第1电控开关K21、第2组的第2电控开关K22、第2组的第m电控开关K2m各电控开关断开。
所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，各所述电池储能串联支路(40)的两端并联连接，并顺次通过电池簇正极开关与保护电路(22)和电池簇负极开关与保护电路(23)及储能***正极直流母线(51) 和储能***负极直流母线(52)连接储能电力变换器(50)，以及储能***总控装置(30)通过储能***总控通信线(31)，分别连接变换器(10)、电池簇调控器(20)以及储能电力变换器(50)，构成储能***管控路径及电池簇精细化调控的储能***。
所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，各所述变换器(10)具备：充放电输入输出能力，并连接和受控于电池簇调控器(20)。
所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，各所述电源(13)具备：受控通过变换器(10)存储电能和释放电能的能力。
所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，各所述串联支路中，分别包括一个所述电池簇和一个所述变换器，由所述变换器通过第 1直流调控母线(11)和第2直流调控母线(12)及多个电控开关，连接电池簇 (14)中串联的每个电池单元PACK(P)两端，并通过电池监控通信线(21)连接的电池簇调控器(20)，控制各电控开关K通断，选择并连接相应电池单元PACK (P)，构成对电池簇(14)中串联的任一电池单元PACK(P)进行单独均衡与维护的控制路径与架构。
所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，所述储能***总控装置(30)通过电池簇调控器(20)实时监测各电池簇(14)中串联的各电池单元PACK(P)每一个电池单体的运行参数；在充电时，将存在电量或电压偏高并超过设定阈值的电池单体所在相应电池单元PACK(P)，通过选择控制电控开关与变换器(10)连接，将其多出的电量传送给电源(13)；或者，在放电时，将存在电量或电压偏低并超过设定阈值的电池单体所在相应电池单元 PACK(P)，通过选择控制电控开关与变换器(10)连接，将其缺少的电量由电源(13)给其补充，构成电池簇精细化调控与电量快速均衡的调控路径。
所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，所述电池簇调控器(20)实时监测各电池簇(14)中串联的各电池单元PACK(P)每一个电池单体的运行参数，监测到异常故障电池单体时，由电池簇调控器(20) 直接通过电池监控通信线(21)控制电池簇正极开关与保护电路(22)和电池簇负极开关与保护电路(23)断开，构成电池单体异常快速保护控制路径。
所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，所述变换器(10)为ACDC变换器时，其交流侧作为所述第一侧，连接的所述电源为交流源；或者，所述变换器(10)为DCDC变换器时，其连接的所述电源为直流源。
所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，至少有一个储能电力变换器(50)，各所述电池储能串联支路(40)的两端均并联连接至所述储能电力变换器(50)的直流侧。
本实用新型一种电池簇精细化调控的电池储能***，采用可调节均衡直流母线及电池单元PACK动态选择独立均衡***架构，每个电池单元PACK只增加一个电控开关，电池簇调控器(20)实时监测各电池簇(14)中串联的各电池单元PACK(P)每一个电池单体的运行参数，并控制两组电控开关，精准选择和独立调控相应电池单元PACK进行电量均衡，即可实现针对电池单体与电池单元PACK监控、均衡以及异常故障组串切出的电池簇精细化调控，在成本相当的基础上，细化量控制颗粒度，克服了现有技术粗糙控制产生的不安全风险，保障了电池储能***整体安全、高效运行。
以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。对本领域普通技术人员而言，根据本实用新型的技术方案，设计出各种变形的组配、公式、参数并不需要花费创造性劳动，在不脱离本实用新型的原理和构思架构的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。
Claims (9)
1.一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，包括：至少两个电池簇、每个电池簇对应一个变换器、每个变换器输出端分别连接两组电控开关以及第1直流调控母线与第2直流调控母线和电池簇调控器；其中：
各所述电池簇由多个电池单元PACK串联构成；
各所述变换器的第一侧，分别连接相应的电源；
各所述变换器的第二侧，分别通过第1组开关连接第1直流调控母线和第2直流调控母线，并通过第2组多个电控开关连接电池簇中串联的每个电池单元PACK两端，与对应的所述电池簇构成一个电池储能串联支路；各所述电池储能串联支路的两端并联连接；
各所述变换器的第二侧正极，分别通过第一组开关的第1电控开关K11和第2电控开关K12连接第1直流调控母线和第2直流调控母线；
各所述变换器的第二侧负极，分别通过第一组开关的第3电控开关K13和第4电控开关K14连接第1直流调控母线和第2直流调控母线；
所述第1直流调控母线通过第2组多个开关分别连接相应电池簇中奇数电池单元PACK的正极以及末尾电池单元PACK的负极；
所述第2直流调控母线通过第2组多个开关分别连接相应电池簇中偶数电池单元PACK的正极；
所述电池簇调控器通过电池监控通信线连接各电控开关K和电池簇正极开关与保护电路及电池簇负极开关与保护电路，以及连接各电池单元PACK中各电池单体。
2.根据权利要求1所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，各所述电池储能串联支路的两端并联连接，并顺次通过电池簇正极开关与保护电路和电池簇负极开关与保护电路及储能***正极直流母线和储能***负极直流母线连接储能电力变换器，以及储能***总控装置通过储能***总控通信线，分别连接变换器、电池簇调控器以及储能电力变换器，构成储能***管控路径及电池簇精细化调控的储能***。
3.根据权利要求1所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，各所述变换器具备：充放电输入输出能力，并连接和受控于电池簇调控器。
4.根据权利要求1所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，各所述电源具备：通过变换器存储电能和释放电能的能力。
5.根据权利要求1所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，各所述串联支路中，分别包括一个所述电池簇和一个所述变换器，由所述变换器通过第1直流调控母线和第2直流调控母线及第2组多个电控开关，连接电池簇中串联的每个电池单元PACK两端，并通过电池监控通信线连接的电池簇调控器，选择并连接相应电池单元PACK，控制各电控开关K通断，构成对电池簇中串联的任一电池单元PACK进行单独均衡与维护的控制路径与架构。
6.根据权利要求1所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，所述储能***总控装置通过电池簇调控器实时监测各电池簇中串联的各电池单元PACK每一个电池单体的运行参数；在充电时，将存在电量或电压偏高并超过设定阈值的电池单体所在相应电池单元PACK，通过选择控制电控开关与变换器的连接，将其多出的电量传送给电源；或者，在放电时，将存在电量或电压偏低并超过设定阈值的电池单体所在相应电池单元PACK，通过选择控制电控开关与变换器的连接，将其缺少的电量由电源给其补充电能，构成电池簇精细化调控与电量快速均衡的调控路径。
7.根据权利要求1所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，所述电池簇调控器实时监测各电池簇中串联的各电池单元PACK每一个电池单体的运行参数，监测到异常故障电池单体时，由电池簇调控器直接通过电池监控通信线控制电池簇正极开关与保护电路和电池簇负极开关与保护电路断开，构成电池单体异常故障快速保护控制路径。
8.根据权利要求1所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，所述变换器为ACDC变换器时，其交流侧作为所述第一侧，连接的所述电源为交流源；或者，所述变换器为DCDC变换器时，其连接的所述电源为直流源。
9.根据权利要求2所述的一种电池簇精细化调控的电池储能***，其特征在于，至少有一个储能电力变换器，各所述电池储能串联支路的两端均并联连接至所述储能电力变换器的直流侧。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115360798A (zh) * | 2022-10-19 | 2022-11-18 | 中安芯界控股集团有限公司 | 一种电池储能***中的电池簇在线平衡方法 |
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2022
- 2022-02-09 CN CN202220259831.0U patent/CN217216029U/zh active Active
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |