一种模块化多电平储能电池系统技术方案

本发明专利技术属于电力储能领域，提供一种模块化多电平储能电池系统，该电池系统由一个电池簇或多个电池簇并联构成，所述电池簇由一个电池组或多个电池组串联构成，所述电池组包括电池包和半桥模块，电池包的直流输出端口并联半桥模块。本发明专利技术模块化多电平储能电池系统，能够实现对每个电池簇内串联的电池包以及多个并联的电池簇的充放电过程进行精细化的管控。联的电池簇的充放电过程进行精细化的管控。联的电池簇的充放电过程进行精细化的管控。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化多电平储能电池系统


[0001]本专利技术属于电力储能领域，具体涉及一种模块化多电平储能电池系统，用于对构成电池系统的电池包进行精细化管理。

技术介绍

[0002]近年来，电力系统中风力发电、光伏发电的比重大规模上升，为了抵御大规模新能源发电并网带来的间歇性与波动性问题，电力储能成为未来电力系统不可或缺的部分。
[0003]电化学储能系统主要由电池系统、储能变流器、变压器、电池管理系统等组成。为了提高电池系统的容量，电池系统通常由多个电池单体串并联构成电池包，由多个电池包串联构成电池簇，再由多个电池簇并联构成电池系统。
[0004]现有的电池系统在电气拓扑上通常由成千上万个电池单体通过串并联的形式组合而成。要求电池单体的内生参数以及对外输出特性高度一致，当电池单体参数不一致时，易导致部分电池单体处于过充或过放状态，从而引起一系列安全及经济损失问题。
[0005]现有常规技术的缺点有：1、要求串并联的电池单体内部参数与输出外特性高度一致，从而提高了电池制造、电池测试筛选及电池成组的成本；2、随着储能系统运行时间的增长，串并联的电池单体其参数及输出特性会逐步变得不一致，参数偏差大的电池单体存在过充电或过放电的问题，从而参数不一致的电池单体温度上升，电池单体过热后有可能熔化电池单体的电池隔膜，有可能导致电池单体发生热失控问题，进而波及整个电池系统，引发火灾；3、常规技术采用数量众多的电池单体简单串并联的方案，单个电池单体失效后，导致该电池单体所在的电池包失效，有可能进一步导致电池包所在的电池簇失效，从而降低了电池系统实际可用的容量及使用寿命；4、常规技术缺乏对电池包进行精细化的管控，仅依靠电池管理系统中的主动均衡或被动均衡对电池系统进行均衡，而主动均衡及被动均衡的额定电流分别为电池单体额定电流的1%以下或更低，从而导致均衡效果差，因电池均衡效果差，导致电池的可用容量和可用寿命衰减快；5、由于常规技术缺乏对电池包进行精细化主动管控，常规电池系统技术难以将电池输出特性差异大的电池聚合在一起提高电池系统的容量；6、由于常规技术缺乏对电池包进行精细化的主动管控，常规电池系统的容量及寿命衰减快，导致采用常规技术的电池系统在初期建设时，电池容量超配严重，增加了电池系统初次投资的成本；7、由于常规技术缺乏对电池包进行精细化的主动管控，常规电池系统中的电池包发生故障时，需要人工上站校核故障电池包，提高了运维成本；8、由于常规技术缺乏对电池包进行精细化的主动管控，常规电池系统在施工安装时，需要在储能电池施工安装时人工调整电池包的荷电状态，增加了储能电池系统的施工
安装成本。

技术实现思路

[0006]为了改进上述现有技术存在的缺点，本专利技术提供了一种模块化多电平储能电池系统，实现对每个电池簇内串联的电池包以及多个并联的电池簇的充放电过程进行精细化的管控，解决由于缺乏对电池系统进行精细化管控而带来的安全、容量损失、寿命衰减、一次投资超配高、施工安装不便、运维不便等系列问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供一种模块化多电平储能电池系统，该电池系统由一个电池簇或多个电池簇并联构成，所述电池簇由一个电池组或多个电池组串联构成，所述电池组包括电池包和半桥模块，电池包的直流输出端口并联半桥模块。
[0008]通过控制半桥模块开关管的开通与关断，可以控制电池包接入至电池簇主回路或从电池簇主回路退出，从而对电池包进行精细化管控。
[0009]由于每个电池组均配备了半桥模块，故电池组串联构成电池簇后，电池簇通过投入或切除其簇内的电池组，实现对其簇内电池包的充放电管理，通过投入或切除簇内的电池组能改变电池簇的输出电压，从而使得多个电池簇并联构成电池系统后，各个电池簇之间也具备主动控制能力。
[0010]由于每个电池簇可以通过改变其簇内电池组的投切状态而改变该电池簇的输出电压，故称该电池系统为模块化多电平电池系统。
[0011]本专利技术电池系统用于实现对每个电池簇内串联的电池包以及多个并联的电池簇的充放电过程进行精细化的管控，避免电池系统因电池包的串联不均衡以及电池簇的并联不均衡而带来容量损失、容量衰减快、寿命衰减快、起火隐患等问题。
[0012]在上述技术方案中，所述半桥模块由上部开关组及下部开关组串联而成，上部开关组及下部开关组均由开关管及对应的反并联二极管并联构成，上部开关组的高电压端联接电池包的高电位端，上部开关组的低电位端与下部开关组的高电位端相联接，记此联接点为联接点1，下部开关组的低电位端联接电池包的低电位端，记此联接点为联接点2，从联接点1及联接点2引出接线端子构成电池组的输出端子，一个或多个电池组通过输出端子的顺次串联，构成电池簇。
[0013]在上述技术方案中，多个电池簇的低压端并联联接在电池系统的直流负母线上，每个电池簇的高压端与隔离开关串联后，联接在电池系统的直流正母线上。
[0014]在上述技术方案中，多个电池簇的低压端并联联接在电池系统的直流负母线上，每个电池簇的高压端与电抗器及隔离开关串联后，联接在电池系统的直流正母线上。
[0015]在上述技术方案中，对于每一个电池组，通过开通上部开关组并关闭下部开关组将电池包接入到电池簇通流主回路中，使得电池包流过电池簇的电流，通过开通下部开关组并关闭上部开关组将电池包从电池簇通流主回路中切除，使得流过电池包的电流为零。
[0016]在上述技术方案中，关断一个电池簇的全部开关管从而将该电池簇从电池系统中退出。
[0017]在上述技术方案中，每个电池簇运行过程中监测每个电池包的荷电状态，并对电池包的荷电状态进行从高到低排序，记M为一个电池簇内电池组总数，K为当前时刻需要投入的电池包个数，电池系统处于充电状态或该电池簇需要进入充电状态时，投入荷电状态
排序最低的K个电池包，切除荷电状态排序高的其余M
‑
K个电池包，电池系统处于放电状态或该电池簇需要进入放电状态时，投入荷电状态排序高的K个电池包，切除荷电状态排序低的M
‑
K个电池包，通过上述均衡投切策略，保证每个电池簇内的电池包的荷电状态处于均衡状态。
[0018]在上述技术方案中，通过使电池组的半桥模块工作在脉冲宽度调制模式下，对电池组的输出电压进行连续调控，进而形成对该电池簇直流输出电压的连续调控，使得该电池簇能与其他电池簇可控地交换电量并对该电池簇的电流进行限流。
[0019]在上述技术方案中，每个电池簇串联冗余的电池组，电池组故障时，通过触发该故障电池组的下部开关管长期导通，将该电池组从电池簇中切除，维持电池簇电流通路的连续。
[0020]在上述技术方案中，当故障电池组的数目超过配置的冗余电池组数目时，将故障电池组所在簇的全部开关管闭锁，待流过电池簇的电流为零后，将电池簇的旁路开关打开，将故障电池簇从电池系统中切除。
[0021]在上述技术方案中，所述半桥模块的上部开关组及下部开关组均由多个开关管及其反并联二极管并联而成。
[0022]在上述技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平储能电池系统，其特征在于：该电池系统由一个电池簇或多个电池簇并联构成，所述电池簇由一个电池组或多个电池组串联构成，所述电池组包括电池包和半桥模块，电池包的直流输出端口并联半桥模块。2.根据权利要求1所述的模块化多电平储能电池系统，其特征在于：所述半桥模块由上部开关组及下部开关组串联而成，上部开关组及下部开关组均由开关管及对应的反并联二极管并联构成，上部开关组的高电压端联接电池包的高电位端，上部开关组的低电位端与下部开关组的高电位端相联接，记此联接点为联接点1，下部开关组的低电位端联接电池包的低电位端，记此联接点为联接点2，从联接点1及联接点2引出接线端子构成电池组的输出端子，一个或多个电池组通过输出端子的顺次串联，构成电池簇。3.根据权利要求1所述的模块化多电平储能电池系统，其特征在于：多个电池簇的低压端并联联接在电池系统的直流负母线上，每个电池簇的高压端与隔离开关串联后，联接在电池系统的直流正母线上。4.根据权利要求1所述的模块化多电平储能电池系统，其特征在于：多个电池簇的低压端并联联接在电池系统的直流负母线上，每个电池簇的高压端与电抗器及隔离开关串联后，联接在电池系统的直流正母线上。5.根据权利要求1所述的模块化多电平储能电池系统，其特征在于：对于每一个电池组，通过开通上部开关组并关闭下部开关组将电池包接入到电池簇通流主回路中，通过开通下部开关组并关闭上部开关组将电池包从电池簇通流主回路中切除。6.根据权利要求1所述的模块化多电平储能电池系统，其特征在于：关断一个电池簇的全部开关管从而将该电池簇从电池系统中退出。7.根据权利要求1所述的模块化多电平储能电池系统，其特征在于：每个电池簇运行过程...

【专利技术属性】
技术研发人员：林卫星，
申请(专利权)人：林卫星，
类型：发明
国别省市：