一种电池串充放电管理装置和电池储能系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电池串充放电管理装置和电池储能系统，该电池串充放电管理装置应用于电池储能系统，该电池串充放电管理装置包括若干组电池储能子模块，每个电池储能子模块均包括若干个串联连接的电池储能单元、若干个第一电控开关、以及若干个第二电控开关。在使用过程中，电池管理模块根据电池检测模块检测到的电池电压和电池电流，控制第一电控开关和第二电控开关的闭合和断开，从而选择对应的电池储能子模块与电池储能系统连通，并对电池储能子模块的充电和放电进行调控，可以使得充电和放电过程更加均衡，避免出现电池单体的过充电或者过放电，从而提高整个电池储能子模块的整体使用寿命，并保障电池储能子模块的电压稳定。定。定。

【技术实现步骤摘要】
一种电池串充放电管理装置和电池储能系统


[0001]本专利技术涉及电力电子
，特别是涉及一种电池串充放电管理装置和电池储能系统。

技术介绍

[0002]近些年来随着我国双碳目标的确立和新能源设备的快速发展，电力系统中具有间歇性和波动性的发电方式（光伏发电，风力发电等）已经成为了目前系统中不可忽视的影响因素，且在不久的将来其规模会越来越大。这样的发展趋势也使得电力系统削峰填谷的任务更加艰巨，电力储能是解决这一问题的有效手段之一。
[0003]电池储能是目前实际应用最多的高能量密度储能方式，而现有的电池储能系统由于电池的单体额定电压大部分为3.2V，需要采用多个电池单体串联并联为电池包，然后再将多个电池包串联为满足直流母线电压的电池簇；一般为了增加储能的容量还需要将多个电池簇并联形成完整的电池储能系统。随后根据后级电路的输出需求，配置DC/DC变换器与光伏发电系统配合或者配置DC/AC变换器直接并网。
[0004]近期已经有研究人员提出了一种较为新颖使用模块化多电平结构来实现对电池包精确控制的改进结构，称为模块化多电平电池储能系统，但是其对电池的精确控制仍局限在电池包级，无法实现对电池更加精细的控制。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，提出了本专利技术实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种电池串充放电管理装置和电池储能系统。
[0006]本专利技术实施例公开了一种电池串充放电管理装置，所述电池串充放电管理装置应用于电池储能系统，所述电池串充放电管理装置包括：若干组电池储能子模块，每组所述电池储能子模块均包括若干个电池储能单元和若干个第一电控开关，每个所述电池储能单元均包括电池串和与所述电池串串联连接的第二电控开关，若干个所述电池储能单元并联后与所述若干个第一电控开关并联连接，每个电池串中均设置有若干个电池；电池检测模块，用于检测每组所述电池串的电池电压和电池电流；电池管理模块，所述电池管理模块分别与所述电池串、所述第一电控开关、所述第二电控开关和所述电池检测模块电性连接，用于根据所述电池检测模块检测到的电池电压和电池电流，控制所述第一电控开关和所述第二电控开关的闭合和断开，从而选择对应的所述电池储能子模块与所述电池储能系统连通，并对所述电池储能子模块的充电和放电进行调控。
[0007]可选的，所述电池串通过所述第二电控开关与电池储能系统的母线连接，当所述电池储能子模块中的全部所述第二电控开关均断开，且所述电池储能子模块中的全部所述第一电控开关均闭合时，所述电池储能子模块中的所有电池串均从所述电
池储能系统旁路。
[0008]可选的，所述电池串通过所述第二电控开关与电池储能系统的母线连接，所述第二电控开关设置有二极管，所述二极管具有放电过程中的电流阻断功能，当所述电池储能子模块中的电池串进行放电时，所述电池检测模块对所述电池串进行电压采样，所述电池管理模块根据检测到的电池电压，从n个电池串中根据电压数值进行排序，选择电压排序较高的m个电池串，并控制与所述m个电池串的第二电控开关闭合，所述m个电池串进行放电，其中，m<n，且m和n均为正整数，m的具体个数根据母线的放电电流确定；在确定相应的m个电池串后，根据检测到的电压数值调整第一PWM占空比，且电压数值与第一PWM占空比正相关，以均衡m个电池串之间的放电电流，其中，所述第一PWM占空比与所述第二电控开关的PWM参数相关。
[0009]可选的，所述电池串通过所述第二电控开关与电池储能系统的母线连接，所述第二电控开关设置有二极管，当所述电池储能子模块中的电池串进行充电时，所述二极管对充电过程中的电流没有阻断功能，所述电池串均进入充电状态，所述电池检测模块对所述电池串进行电压采样，所述电池管理模块根据检测到的电池电压调整第二PWM占空比，且电压数值与第二PWM占空比负相关，以均衡所述电池串之间的放电电流，其中，所述第二PWM占空比与所述第二电控开关的PWM参数相关。
[0010]可选的，所述电池串充放电管理装置上还设置有若干个电阻器件，所述电阻器件与所述第二电控开关并联连接。
[0011]可选的，所述电池串充放电管理装置上还设置有若干个电容器件，所述电容器件与所述第二电控开关并联连接。
[0012]可选的，所述电池储能系统上设置有上述的电池串充放电管理装置，应用于所述电池储能系统通过直流/交流变换器并网，所述电池储能系统还包括母线、直流/交流变换器、三相隔离变压器、以及第三电控开关，若干组子模块簇分别与所述第三电控开关串联，每组所述子模块簇均包括若干个电性连接的所述电池储能子模块；当所述电池储能系统收到并网指令时，电池管理系统选择多组子模块簇与所述电池储能系统连接，并控制与所述子模块簇连接的第三电控开关闭合；其中，在确定相应的子模块簇后，所述电池管理系统从一组所述子模块簇的p个电池储能子模块中选择q个适合连接所述电池储能系统的电池储能子模块，其中，q= floor（U
直流母线
/U
储能子模块
），q<p，且p和q均为正整数，U
直流母线
为直流母线正极和负极之间的电压，U
储能子模块
为电池储能子模块的预设电压；在确定一组子模块簇内串入系统的q个子模块后，所述电池管理系统对直流母线电压进行采样，并根据电压采样结果控制本组子模块簇冗余的至少一个电池储能子模块中的所述第一电控开关和所述第二电控开关的闭合或断开，从而选择对应的所述电池储能子模块与所述电池储能系统连通，并对所述电池储能子模块的充电和放电进行调控。
[0013]可选的，所述电池储能系统上设置有上述的电池串充放电管理装置，应用于所述电池储能系统并网，所述电池储能系统包括直流正母线、直流负母线、设置在所述直流正母线和所述直流负母线之间的电感、以及六个子模块簇，每组所述子模块簇均包括若干个电性连接的所述电池储能子模块；
其中，三个所述子模块簇的一端与所述直流正母线连接，三个所述子模块簇的另一端与所述电感的第一端串联，并引出A、B、C三相，作为逆变器的三个上桥臂；三个所述子模块簇的一端与所述直流负母线连接，三个所述子模块簇的另一端与所述电感的第二端串联，并引出A、B、C三相，作为逆变器的三个下桥臂；所述电感用于滤波并进行功率变换。
[0014]采用上述技术方案，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：（1）通过检测电池串的电池电压和电池电流，可以使得电池串充放电管理装置对其中的电池串单体的充电和放电进行精细化控制，使得充电和放电过程更加均衡，避免出现电池单体的过充电或者过放电，从而提高整个电池储能子模块的整体使用寿命，并保障电池储能子模块的电压稳定；（2）多个电池储能模块通过开关进行并联连接，方便电池管理模块进行管理，选择合适的电池储能模块并入系统，避免因电池储能内部产生环流造成的电池过热问题。
附图说明
[0015]图1是现有技术中的一种常规的电池储能系统结构图；图2为本专利技术实施例提供的一种多电平半桥储能子模块结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池串充放电管理装置，其特征在于，所述电池串充放电管理装置应用于电池储能系统，所述电池串充放电管理装置包括：若干组电池储能子模块，每个所述电池储能子模块均包括若干个电池储能单元和若干个第一电控开关，每个所述电池储能单元均包括电池串和与所述电池串串联连接的第二电控开关，若干个所述电池储能单元并联后与所述若干个第一电控开关并联连接，每个电池串中均设置有若干个电池；电池检测模块，用于检测每组所述电池串的电池电压和电池电流；电池管理模块，所述电池管理模块分别与所述电池串、所述第一电控开关、所述第二电控开关和所述电池检测模块电性连接，用于根据所述电池检测模块检测到的电池电压和电池电流，控制所述第一电控开关和所述第二电控开关的闭合和断开，从而选择对应的所述电池储能子模块与所述电池储能系统连通，并对所述电池储能子模块的充电和放电进行调控。2.根据权利要求1所述的电池串充放电管理装置，其特征在于，所述电池串通过所述第二电控开关与电池储能系统的母线连接，当所述电池储能子模块中的全部所述第二电控开关均断开，且所述电池储能子模块中的全部所述第一电控开关均闭合时，所述电池储能子模块中的所有电池串均从所述电池储能系统旁路。3.根据权利要求1所述的电池串充放电管理装置，其特征在于，所述电池串通过所述第二电控开关与电池储能系统的母线电性连接，所述第二电控开关设置有二极管，所述二极管具有放电过程中的电流阻断功能，当所述电池储能子模块中的电池串进行放电时，所述电池检测模块对所述电池串进行电压采样，所述电池管理模块根据检测到的电池电压，从n个电池串中根据电压数值进行排序，选择电压排序较高的m个电池串，并控制与所述m个电池串的第二电控开关闭合，所述m个电池串进行放电，其中，m<n，且m和n均为正整数，m的具体个数根据母线的放电电流确定；在确定相应的m个电池串后，根据检测到的电压数值调整第一PWM占空比，且电压数值与第一PWM占空比正相关，以均衡m个电池串之间的放电电流，其中，所述第一PWM占空比与所述第二电控开关的PWM参数相关。4.根据权利要求1所述的电池串充放电管理装置，其特征在于，所述电池串通过所述第二电控开关与电池储能系统的母线连接，所述第二电控开关设置有二极管，当所述电池储能子模块中的电池串进行充电时，所述二极管对充电过程中的电流没有阻断功能，所述电池串均进入充电状态，所述电池检测模块对所述电池串进行电压采样，所述电池管理模块根据检测到的电池电压调整第二PWM占空比，且电压数值与第二PWM占空比负相关，以均衡所述电池串之间的放电电流，其中，所述第二PWM占空比与所述第二电控开...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旭，朱晋，贺嵩铭，肖峥，罗霄凌，蒋卓宇，侯婷婷，姜坤，侯慧，贾东强，马明，李建威，罗杰，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：