專利名稱：儲能系統(tǒng)的外接電池組式補電均衡系統(tǒng)及均衡方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及新能源發(fā)電領域，尤其涉及的是一種儲能系統(tǒng)的外接電池組式補電均衡系統(tǒng)及均衡方法。
背景技術(shù)：
風能、太陽能、波浪能等新能源發(fā)電系統(tǒng)均具有波動性、不穩(wěn)定等特點。采用大規(guī)模儲能技術(shù)，可使不穩(wěn)定的新能源電力的輸出功率平滑可調(diào)，將不穩(wěn)定的電能輸入變?yōu)檫B續(xù)、安全可靠的電能輸出，改善電網(wǎng)安全性和可靠性，提高新能源電力的使用率，減少波動性電能對電網(wǎng)的沖擊，從而解決新能源電力并網(wǎng)難題。對于海島、偏遠地區(qū)等的獨立離網(wǎng)新能源發(fā)電，同時是由于電力的不穩(wěn)定性，需要大規(guī)模儲能系統(tǒng)實現(xiàn)電力平滑及儲存，以滿足沒有新能源出力的情況下電力的正常供應。影響電池單體、儲能電池系統(tǒng)的重要外部因素是溫度；內(nèi)部因素是電池的內(nèi)阻及模塊內(nèi)、模塊間電池的一致性。大規(guī)模儲能需要將多個單體電池串并聯(lián)起來以獲得較大的儲能容量及較高功率輸出，電池組的儲能大小取決于最差一節(jié)電池的充放電特性。由于電池制造過程本身具有一定離散性，而且隨著電池使用時間的增長，電池性能的相互差異更加突出，如果沒有對電池進行均衡管理，隨著充放電循環(huán)進行，單體電池間的不一致會造成欠充電、過充電和過放電，嚴重影響電池組的使用性能和壽命，并且會造成嚴重的安全隱
串
)Qi、O現(xiàn)有的均衡技術(shù)，往往只在充電過程中應用電阻對電池組進行耗散型均衡。這種均衡方式不能在充放電過程進行動態(tài)均衡，均衡效果不夠顯著。并且耗散型電阻在均衡過程中會產(chǎn)生大量的熱，降低了充放電效率，造成有效儲存能量的巨大浪費；同時產(chǎn)生的大量熱，還增加了熱管理的負擔?，F(xiàn)有的非耗散型均衡方法主要包括開關(guān)電容均衡方法等，但是往往會存在電路復雜、均衡速度慢等問題。因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進和發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種儲能系統(tǒng)的外接電池組式補電均衡系統(tǒng)及均衡方法， 旨在解決現(xiàn)有的耗散型電阻均衡方式在均衡過程中會產(chǎn)生大量的熱，降低了充放電效率， 造成有效儲存能量的巨大浪費；同時產(chǎn)生的大量熱，還增加了熱管理的負擔，且系統(tǒng)電路復雜、均衡速度慢等問題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種儲能系統(tǒng)的外接電池組式補電均衡系統(tǒng)，其中，包括發(fā)電裝置、電能合并系統(tǒng)、直流母線、第一充電模塊、第一蓄電池組、第二充電模塊、第二蓄電池組、DC/DC變換器、 繼電器、均衡總線、并網(wǎng)逆變器和用戶模塊，所述發(fā)電裝置連接至電能合并系統(tǒng)，所述電能合并系統(tǒng)通過直流母線連接至并網(wǎng)逆變器，所述并網(wǎng)逆變器連接用戶模塊；所述第一充電模塊和第二充電模塊均連接在直流母線上，所述第一充電模塊連接第一蓄電池組，所述第二充電模塊連接第二蓄電池組，所述第一蓄電池組依次連接DC/DC變換器和繼電器，所述繼電器通過均衡總線連接至第二蓄電池組，所述第一蓄電池組通過均衡總線對第二蓄電池組進行補電均衡。所述的儲能系統(tǒng)的外接電池組式補電均衡系統(tǒng)，其中，所述第二蓄電池組包括多個單體電池，所有的單體電池被分為多個儲能模塊，所述儲能模塊包括均衡電源輸入端、電能輸出端和控制端，各儲能模塊的均衡電源輸入端并聯(lián)連接，各儲能模塊的電能輸出端串聯(lián)連接，所述控制端連接至儲能控制單元。所述的儲能系統(tǒng)的外接電池組式補電均衡系統(tǒng)，其中，每個儲能模塊包括至少兩個串聯(lián)連接的單體包，所述單體包包括一單體電池、一微處理器和一隔離模塊，所述單體包上設置有正極點、負極點、LIN總線和均衡總線，所述單體電池的兩極分別對應連接在正極點和負極點上以及微處理器上，所述均衡總線連接在微處理器上，所述LIN總線通過隔離模塊連接在微處理器上，所述LIN總線連接在控制端上；所述均衡總線連接在均衡電源輸入端上；所述正極點和負極點連接在電能輸出端。所述的儲能系統(tǒng)的外接電池組式補電均衡系統(tǒng)，其中，所述發(fā)電裝置設置有多套， 且均連接至電能合并系統(tǒng)。一種儲能系統(tǒng)的外接電池組式補電均衡方法，其中，所述微處理器采集儲能模塊內(nèi)各單體電池的電壓，并發(fā)送給儲能控制單元，所述儲能控制單元計算各儲能模塊內(nèi)的單體電池的平均電壓，當某一儲能模塊里的某一單體電池電壓低于其所在儲能模塊內(nèi)單體電池的平均電壓，則單體包里的微控制器控制單體電池與均衡總線連接，單體電池吸收均衡總線上的電量，開始對該單體電池進行均衡；當該單體電池電壓達到儲能模塊里單體電池的平均電壓時，單體電池與均衡總線斷開，結(jié)束該節(jié)單體電池的均衡，然后對另一節(jié)低電壓的單體電池進行均衡處理。所述的儲能系統(tǒng)的外接電池組式補電均衡方法，其中，若某一儲能模塊里的所有單體電池的電壓都已經(jīng)均衡，但是低于儲能系統(tǒng)中各儲能模塊間的平均電壓，則該儲能模塊的所有單體電池與均衡總線連接，吸收均衡總線上的電量，儲能模塊內(nèi)的各單節(jié)電池都進行補電，直到該儲能模塊的電壓達到儲能單元模塊的平均電壓，結(jié)束儲能系統(tǒng)的均衡。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過提供一種外接蓄電池組式的補電均衡方案，其采用總線均衡方式，均衡電源輸入端均接電池單元的電極上，隨時可以對單節(jié)電池進行均衡， 只要有單體電池電壓低，滿足均衡條件，不論儲能單元或模塊處于充電、放電或放置狀態(tài)， 均可立即均衡，實現(xiàn)有效的動態(tài)均衡，另外在均衡過程中不會產(chǎn)生大量的熱量，提高了充放電效率。
圖1是本發(fā)明提供的外接電池組式均衡系統(tǒng)的原理圖；圖2是本發(fā)明提供的儲能單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明提供的電池模塊示意圖；圖4是本發(fā)明提供的單體包內(nèi)部均衡使能示意圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。本發(fā)明提供一種儲能系統(tǒng)的外接蓄電池組式均衡系統(tǒng)及其均衡方法，采用外接蓄電池組式補電均衡方法的均衡系統(tǒng)包括兩套充電模塊及一套補電用蓄電池組。通過增加一套小型充電模塊及用作補電的蓄電池組對大的儲能系統(tǒng)進行補電均衡，原理如圖1所示。參見圖1，所述外接蓄電池組式補電均衡系統(tǒng)包括發(fā)電裝置、電能合并系統(tǒng)、直流母線、第一充電模塊、第一蓄電池組、第二充電模塊、第二蓄電池組、DC/DC變換器、繼電器、 均衡總線、并網(wǎng)逆變器和用戶模塊。外接蓄電池組補電均衡系統(tǒng)則是通過增加一套第一充電模塊及用作補電的第一蓄電池組，第一蓄電池組對大的儲能系統(tǒng)即第二蓄電池組進行補電均衡。本發(fā)明中發(fā)電裝置設置有多套，發(fā)電裝置1、發(fā)電裝置2、……、發(fā)電裝置n(其中η 大于等于1)，所述發(fā)電裝置均連接至電能合并系統(tǒng)，所述電能合并系統(tǒng)通過直流母線連接至并網(wǎng)逆變器，所述并網(wǎng)逆變器連接用戶模塊；所述第一充電模塊和第二充電模塊均連接在直流母線上，所述第一充電模塊連接第一蓄電池組，所述第二充電模塊連接第二蓄電池組，所述第一蓄電池組依次連接DC/DC變換器和繼電器，所述繼電器通過均衡總線連接至第二蓄電池組。所述第一蓄電池組為均衡源。本方案中的儲能系統(tǒng)分為單體包、儲能模塊、儲能單元(即蓄電池組)三個級別。 每個儲能模塊由8-10節(jié)電池單體串聯(lián)構(gòu)成，儲能單元則由η個儲能模塊級聯(lián)構(gòu)成。如圖4所示，所述單體包包括正極點、負極點、LIN總線。LIN總線用于模塊控制板實現(xiàn)對單體進行分布式控制。單體包的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，每個單體包由一個單體電池、一個微處理器(MPU)和一個隔離模塊形成。所述單體電池連接在微處理器上，所述均衡總線連接在微處理器上，所述LIN總線通過隔離模塊連接在微處理器上。模塊組成示意圖如圖3所示，包括恒流源、多節(jié)單體包、模塊控制板。其中，恒流源從均衡電源獲得電能，每個恒流源負責一個模塊的均衡補電。模塊控制板通過模塊內(nèi)處理器比較模塊內(nèi)單體電壓高低，判斷單節(jié)電池和均衡線的連接關(guān)系。模塊控制板內(nèi)處理器發(fā)出均衡使能，通過LIN總線和隔離模塊后輸入給微處理器MPU，微處理器MPU再控制單節(jié)電池和均衡總線的連接關(guān)系，接通進入均衡狀態(tài)。為了提高均衡速度及效率，本均衡方案中將儲能系統(tǒng)分成多個儲能模塊，如圖2所示。所述儲能系統(tǒng)包括均衡電源輸入端、第一儲能模塊、第二儲能模塊、……、第η儲能模塊、儲能控制單元，所述第一儲能模塊、第二儲能模塊、……、第η儲能模塊均并聯(lián)在均衡電源輸入端上，各儲能模塊的輸出端之間串聯(lián)連接。 所述儲能控制單元的作用主要是通過內(nèi)設處理器提取各單體電池的電壓并計算儲能單元的平均電壓，并為can總線提供接口。儲能控制單元在其他方面要實現(xiàn)的功能不在此描述。 所述儲能控制單元通過can總線連接各儲能模塊，此時，各模塊作為一個整體，模塊內(nèi)排列的第一節(jié)單體的正極作為模塊的正極，最后一節(jié)單體的負極作為模塊的負極。所述單體包中嵌入的微處理器中的電壓采集系統(tǒng)采集儲能模塊內(nèi)各單體電池的電壓，并通過儲能單元控制器內(nèi)處理器計算儲能單元單體電池的平均電壓，其平均電壓U 的計算公式為儲能單元單體平均電壓U =儲能單元總電壓/儲能單元單體電池總數(shù)。模塊內(nèi)的處理器計算各模塊單體的平均電壓模塊單體平均電壓U'=儲能模塊電壓/模塊內(nèi)單體電池數(shù)，此平均電壓是進行模塊內(nèi)均衡的衡量依據(jù)。儲能單元平均電壓和模塊平均電壓是模塊間均衡的依據(jù)。本發(fā)明的外接電池組式補電均衡方式有兩套充電模塊及蓄電池組。直流母線上的電力通過充電模塊可分別給兩組蓄電池充電。其中第一充電模塊給第一蓄電池組充電，第一蓄電池組作為均衡源；第二充電模塊給第二蓄電池組充電，主要起到調(diào)壓、儲能的作用。 起到均衡源的第一蓄電池組通過DC/DC變換器輸出所需均衡電流。DC/DC變換器輸出端與繼電器連接，通過繼電器控制電流的輸出，當有單體電池需要均衡時繼電器的動觸點與靜觸點吸合，開始流過均衡電流。本發(fā)明提供的均衡的方法為當有電池需要均衡時，繼電器的動觸點與靜觸點吸合，將均衡電流通過均衡總線。先對模塊內(nèi)的各單體電池進行均衡，再對模塊及模塊間進行均衡。當某一模塊里的某一單體電池電壓低于該模塊單體電池的平均電壓，如Un < U' (η為正整數(shù))，則開始對單體電池η進行均衡。此時，單體包里的微處理器(MPU)控制內(nèi)部的電子開關(guān)，開關(guān)閉合，經(jīng)過電子開關(guān)，單體電池吸收均衡總線上的電流，當該單體電池電壓達到儲能單元里單體電池的平均電壓時，電子開關(guān)斷開，結(jié)束該節(jié)單體電池的均衡，轉(zhuǎn)移到另一節(jié)低電壓的單體電池。若某一模塊里的電壓都已經(jīng)均衡，但是該模塊單體的平均電壓低于整個儲能單元的平均電壓，則該模塊的所有單體電池的電子開關(guān)均閉合，吸收均衡總線上的電流，模塊內(nèi)的各單節(jié)電池都進行補電，直到該模塊的平均電壓達到儲能單元模塊的平均電壓，結(jié)束儲能單元的均衡。本發(fā)明通過提供一種外接蓄電池組式的補電均衡方案，其采用總線均衡方式，均衡電源輸入端均接電池單元的電極上，隨時可以對單節(jié)電池進行均衡，只要有單體電池電壓低，滿足均衡條件，不論儲能單元或模塊處于充電、放電或放置狀態(tài)，均可立即均衡，實現(xiàn)有效的動態(tài)均衡，另外在均衡過程中不會產(chǎn)生大量的熱量，提高了充放電效率。應當理解的是，本發(fā)明的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種儲能系統(tǒng)的外接電池組式補電均衡系統(tǒng)，其特征在于，包括發(fā)電裝置、電能合并系統(tǒng)、直流母線、第一充電模塊、第一蓄電池組、第二充電模塊、第二蓄電池組、DC/DC變換器、繼電器、均衡總線、并網(wǎng)逆變器和用戶模塊，所述發(fā)電裝置連接至電能合并系統(tǒng)，所述電能合并系統(tǒng)通過直流母線連接至并網(wǎng)逆變器，所述并網(wǎng)逆變器連接用戶模塊；所述第一充電模塊和第二充電模塊均連接在直流母線上，所述第一充電模塊連接第一蓄電池組，所述第二充電模塊連接第二蓄電池組，所述第一蓄電池組依次連接DC/DC變換器和繼電器，所述繼電器通過均衡總線連接至第二蓄電池組，所述第一蓄電池組通過均衡總線對第二蓄電池組進行補電均衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲能系統(tǒng)的外接電池組式補電均衡系統(tǒng)，其特征在于，所述第二蓄電池組包括多個單體電池，所有的單體電池被分為多個儲能模塊，所述儲能模塊包括均衡電源輸入端、電能輸出端和控制端，各儲能模塊的均衡電源輸入端并聯(lián)連接，各儲能模塊的電能輸出端串聯(lián)連接，所述控制端連接至儲能控制單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的儲能系統(tǒng)的外接電池組式補電均衡系統(tǒng)，其特征在于，每個儲能模塊包括至少兩個串聯(lián)連接的單體包，所述單體包包括一單體電池、一微處理器和一隔離模塊，所述單體包上設置有正極點、負極點、LIN總線和均衡總線，所述單體電池的兩極分別對應連接在正極點和負極點上以及微處理器上，所述均衡總線連接在微處理器上，所述LIN總線通過隔離模塊連接在微處理器上，所述LIN總線連接在控制端上；所述均衡總線連接在均衡電源輸入端上；所述正極點和負極點連接電能輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲能系統(tǒng)的外接電池組式補電均衡系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電裝置設置有多套，且均連接至電能合并系統(tǒng)。
5.一種儲能系統(tǒng)的外接電池組式補電均衡方法，其特征在于，所述微處理器采集儲能模塊內(nèi)各單體電池的電壓，并發(fā)送給儲能控制單元，所述儲能控制單元計算各儲能模塊內(nèi)的單體電池的平均電壓，當某一儲能模塊里的某一單體電池電壓低于其所在儲能模塊內(nèi)單體電池的平均電壓，則單體包里的微控制器控制單體電池與均衡總線連接，單體電池吸收均衡總線上的電流，開始對該單體電池進行均衡；當該單體電池電壓達到儲能模塊里單體電池的平均電壓時，單體電池與均衡總線斷開，結(jié)束該節(jié)單體電池的均衡，然后對另一節(jié)低電壓的單體電池進行均衡處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的儲能系統(tǒng)的外接電池組式補電均衡方法，其特征在于，若某一儲能模塊里的所有單體電池的電壓都已經(jīng)均衡，但是低于儲能系統(tǒng)中各儲能模塊間的平均電壓，則該儲能模塊的所有單體電池與均衡總線連接，吸收均衡總線上的電流，儲能模塊內(nèi)的各單節(jié)電池都進行補電，直到該儲能模塊的電壓達到儲能單元模塊的平均電壓，結(jié)束儲能系統(tǒng)的均衡。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種儲能系統(tǒng)的外接電池組式補電均衡系統(tǒng)及均衡方法，包括發(fā)電裝置、電能合并系統(tǒng)、直流母線、第一充電模塊、第一蓄電池組、第二充電模塊、第二蓄電池組、DC/DC變換器、繼電器、均衡總線，所述發(fā)電裝置連接至電能合并系統(tǒng)，所述電能合并系統(tǒng)連接直流母線；所述第一充電模塊和第二充電模塊均連接在直流母線上，所述第一充電模塊連接第一蓄電池組，所述第二充電模塊連接第二蓄電池組，所述第一蓄電池組依次連接DC/DC變換器和繼電器，所述繼電器通過均衡總線連接至第二蓄電池組，所述第一蓄電池組通過均衡總線對第二蓄電池組進行補電均衡。采用本發(fā)明可實現(xiàn)有效的動態(tài)均衡，提高了充放電效率。
文檔編號H02J7/00GK102231544SQ20111017764
公開日2011年11月2日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者馮自平, 呂杰, 宋文吉, 陳永珍, 韓穎 申請人:中國科學院廣州能源研究所