一种多电池簇并联充放电控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多电池簇并联充放电控制系统，包括若干个簇级控制模块和集中控制器；每一个簇级控制模块放置在簇级高压盒内，簇级控制模块串联进电池簇主电路中；集中控制器收集各电池簇的荷电状态、簇级控制模块状态信息和变流器的输出功率，并结合上述信息调节集中型储能变流器的功率指令并传递给储能变流器，并进一步设置簇级控制模块的控制指令并传递给簇级电池管理模块。本发明专利技术还公开了一种多电池簇并联充放电控制方法，可实现电池簇充放电状态可控，也可实现电池簇的快速关断，让多电池簇并联系统中的每一簇都能实现深度充放电，避免簇间环流和木桶效应，提高多电池簇并联系统的可利用容量，具有经济高效、简单可靠、损耗低等特点。靠、损耗低等特点。靠、损耗低等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种多电池簇并联充放电控制系统及方法


[0001]本专利技术属于储能电池控制
，具体涉及一种多电池簇并联充放电控制系统及方法。

技术介绍

[0002]储能是支撑新型电力系统的重要技术和基础装备，对推动能源绿色转型、应对极端事件、保障能源安全、促进能源高质量发展、实现碳达峰碳中和目标具有重要意义。
[0003]在以锂离子电池为代表的电化学储能电站中，出于建设成本考虑，主要采用集中式布置的储能系统结构，即在一个储能舱内多个电池簇并联形成兆瓦级容量的电池堆，电池堆再通过集中型储能变流器和电网交互，这种储能舱成组方式控制简单、成本较低，但受制于电池簇与集中型变流器直流侧间连接线缆布置方式、长度等不一致影响造成各电池簇的连线阻抗存在较大差异；并且随着储能系统长期运行，各电池簇运行环境温度存在差异，也会造成各簇之间的不一致性。种种差异导致各簇之间形成木桶效应，使得部分电池簇长期处于深度充放电状态，而部分电池簇却基本不出力或出力较少，这些问题不仅影响储能电站的可利用容量，而且给储能电站的安全稳定运行带来极大隐患。
[0004]随着储能电池成本占比越来越高和储能系统对可利用容量要求提高，一簇一管理型储能舱方案逐渐受到认可，通过簇级管理器作用，可以实现一簇一管理，消除电池簇间的不一致性，提高容量有效利用率。目前，常见的簇级控制器有两种，分别是DC/DC变换器或者组串式DC/AC变换器，都存在控制复杂、成本偏高、损耗偏高等不足，急需一种经济高效又能解决簇间环流的解决方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种经济高效、简单可靠、损耗较低的多电池簇并联充放电控制系统及方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术通过下述技术方案实现。
[0007]本专利技术提出了一种多电池簇并联充放电控制系统，所述系统包括：n个电池簇；所述n个电池簇并联后通过储能变流器接入电网；所述系统还包括：集中控制器和分别与n个电池簇一一对应串联的n个簇级高压盒；每个簇级高压盒内均设置有1个簇级控制模块和1个簇级电池管理模块；
[0008]所述集中控制器，用于收集各电池簇的荷电状态和储能变流器的输出功率，并根据收集的信息调节储能变流器的功率指令并传递给储能变流器；还用于设置簇级控制模块的控制指令并传递给每个簇级电池管理模块；
[0009]每个簇级电池管理模块，用于根据集中控制器传递的控制指令向相应簇级控制模块发送控制信号，并将簇级控制模块的状态信息反馈给集中控制器；
[0010]每个簇级控制模块，用于根据控制信号对相应电池簇的充放电状态进行控制。
[0011]作为上述技术方案的改进之一，每个电池簇的参数均一致，参数包括：额定能量、
额定容量、标准充放电倍率、组合方式和标称电压。
[0012]作为上述技术方案的改进之一，每个所述簇级控制模块均包括：反向串联的第一绝缘栅双极型晶体管和第二绝缘栅双极型晶体管。
[0013]作为上述技术方案的改进之一，当第一绝缘栅双极型晶体管导通、第二绝缘栅双极型晶体管关断时，电池簇处于只允许放电状态；
[0014]当第二绝缘栅双极型晶体管导通、第一绝缘栅双极型晶体管关断时，电池簇处于只允许充电状态；
[0015]当第一绝缘栅双极型晶体管和第二绝缘栅双极型晶体管均导通时，电池簇处于自由充放电状态；
[0016]当第一绝缘栅双极型晶体管和第二绝缘栅双极型晶体管均关断时，电池簇处于禁止充放电状态。
[0017]本专利技术还提出了一种多电池簇并联充放电控制方法，基于上述之一所述的系统实现，所述方法包括：
[0018]集中控制器根据各电池簇的运行状态以及各电池簇的荷电状态，设置簇控制模块的控制指令为只允许放电状态、自由充放电状态、自由充放电状态或禁止充放电状态，并将控制指令传递给各簇级电池管理模块；
[0019]簇级电池管理模块根据控制指令向相应簇级控制模块发送控制信号，并将簇级控制模块状态信息反馈给集中控制器；
[0020]簇级控制模块根据控制信号实现电池簇的只允许放电状态、只允许充电状态、自由充放电状态或禁止充放电状态。
[0021]作为上述技术方案的改进之一，所述集中控制器根据各电池簇的运行状态以及各电池簇的荷电状态，设置簇控制模块的控制指令为只允许放电状态、只允许充电状态、自由充放电状态或禁止充放电状态，具体包括：
[0022]步骤S1.对各电池簇的运行状态进行判断：
[0023]当任意一个电池簇处于停止运行或者异常状态时，集中控制器设置所有簇级控制模块的控制指令为禁止充放电状态；
[0024]当电池簇均处于正常运行状态时，进入步骤S2；
[0025]步骤S2.获取各电池簇的荷电状态、簇级控制模块状态信息和储能变流器的输出功率，将各电池簇的荷电状态与允许的最小荷电状态和最大荷电状态进行比较：
[0026]当各电池簇的荷电状态均处于允许的最小荷电状态和最大荷电状态之间时，集中控制器设置所有簇级控制模块的控制指令为自由充放电状态，
[0027]当各电池簇的荷电状态并非均处于允许的最小荷电状态和最大荷电状态之间时，进入步骤S3；
[0028]步骤S3.对储能变流器的充放电状态进行判断：
[0029]当储能变流器处于放电状态时，对于荷电状态小于允许的最小荷电状态的电池簇，集中控制器设置控制指令为只允许充电状态；
[0030]当储能变流器处于充电状态时，对于荷电状态大于允许的最大荷电状态的电池簇，集中控制器设置控制指令为只允许放电状态。
[0031]作为上述技术方案的改进之一，所述当储能变流器处于放电状态时，对于荷电状
态小于允许的最小荷电状态的电池簇，集中控制器设置控制指令为只允许充电状态，具体包括：
[0032]步骤S3.1.当储能变流器处于放电状态且第m簇的荷电状态小于允许的最小荷电状态时，集中控制器首先根据簇级控制模块状态信息，计算处于允许放电状态的并联电池簇数量i，允许放电状态包括只允许放电状态和自由充放电状态，然后根据变流器的输出功率调节储能变流器的功率指令并传递给储能变流器；
[0033]步骤S3.2.当集中控制器确认储能变流器已完成输出功率调节后，设置第m簇控制模块的控制指令为只允许充电状态，并通过相应簇级电池管理模块和簇级控制模块完成控制；
[0034]步骤S3.3.重复步骤S3.1
‑
S3.2，使每一簇的荷电状态都处于允许的最小荷电状态，使每一个电池簇均实现深度放电。
[0035]作为上述技术方案的改进之一，所述步骤S3.1中，储能变流器的功率指令P
ref
的调节公式为：
[0036][0037]其中，i为处于允许放电状态的并联电池簇数量，P
放
为储能变流器的放电功率。
[0038]作为上述技术方案的改进之一，所述当储能变流器处于充电状态时，对于荷电状态大于允许的最大荷电状态的电池簇，集中控制器设置控制指令本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多电池簇并联充放电控制系统，所述系统包括：n个电池簇；所述n个电池簇并联后通过储能变流器接入电网；其特征在于，所述系统还包括：集中控制器和分别与n个电池簇一一对应串联的n个簇级高压盒；每个簇级高压盒内均设置有1个簇级控制模块和1个簇级电池管理模块；所述集中控制器，用于收集各电池簇的荷电状态和储能变流器的输出功率，并根据收集的信息调节储能变流器的功率指令并传递给储能变流器；还用于设置簇级控制模块的控制指令并传递给每个簇级电池管理模块；每个簇级电池管理模块，用于根据集中控制器传递的控制指令向相应簇级控制模块发送控制信号，并将簇级控制模块的状态信息反馈给集中控制器；每个簇级控制模块，用于根据控制信号对相应电池簇的充放电状态进行控制。2.根据权利要求1所述的多电池簇并联充放电控制系统，其特征在于，每个电池簇的参数均一致，参数包括：额定能量、额定容量、标准充放电倍率、组合方式和标称电压。3.根据权利要求1所述的多电池簇并联充放电控制系统，其特征在于，每个所述簇级控制模块均包括：反向串联的第一绝缘栅双极型晶体管和第二绝缘栅双极型晶体管。4.根据权利要求3所述的多电池簇并联充放电控制系统，其特征在于，当第一绝缘栅双极型晶体管导通、第二绝缘栅双极型晶体管关断时，电池簇处于只允许放电状态；当第二绝缘栅双极型晶体管导通、第一绝缘栅双极型晶体管关断时，电池簇处于只允许充电状态；当第一绝缘栅双极型晶体管和第二绝缘栅双极型晶体管均导通时，电池簇处于自由充放电状态；当第一绝缘栅双极型晶体管和第二绝缘栅双极型晶体管均关断时，电池簇处于禁止充放电状态。5.一种多电池簇并联充放电控制方法，基于权利要求1
‑
4之一所述的系统实现，所述方法包括：集中控制器根据各电池簇的运行状态以及各电池簇的荷电状态，设置簇控制模块的控制指令为只允许放电状态、自由充放电状态、自由充放电状态或禁止充放电状态，并将控制指令传递给各簇级电池管理模块；簇级电池管理模块根据控制指令向相应簇级控制模块发送控制信号，并将簇级控制模块状态信息反馈给集中控制器；簇级控制模块根据控制信号实现电池簇的只允许放电状态、只允许充电状态、自由充放电状态或禁止充放电状态。6.根据权利要求5所述的多电池簇并联充放电控制方法，其特征在于，所述集中控制器根据各电池簇的运行状态以及各电池簇的荷电状态，设置簇控制模块的控制指令为只允许放电状态、只允许充电状态、自由充放电状态或禁止充放电状态，具体包括：步骤S1.对各电池簇的运行状态进行判断：当任意一个电池簇处于停止运行或者异常状态时，集中控制器设置所有簇级控制模块的控制指令为禁止充放电状态；
当电池簇均处于正常运行状态时，进入步骤S2；步骤S2.获取各电池簇的荷电状态、簇级控制模块状态信息和储能变流器的输出功率，将各电池簇的荷电状态与允许的最小荷电状态和最大荷电状态进行比较：当各电池簇的荷电状态均处于允许的最小荷电状态和最大荷电状态之间时，集中控制器设置所有簇级控制模块的控制指令为自由充放电状态，当各电池簇的荷电状态并非均处于允许的最小荷电状态和最大荷电状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：王逸超，连湛伟，克潇，王宝归，韩健，
申请(专利权)人：新源智储能源发展北京有限公司，
类型：发明
国别省市：