專利名稱：一種基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)及控制方法。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力需求迅速增長(zhǎng)，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，超大規(guī)模電力系統(tǒng)的弊端也日益凸現(xiàn)，其中成本高、運(yùn)行難度大、難以適應(yīng)用戶越來(lái)越高的安全和可靠性要求以及多樣化的供電需求。而隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)逐漸趨于微型化、分布化，由此產(chǎn)生了一個(gè)新的名詞一微網(wǎng)。微網(wǎng)是由一連串負(fù)載與微型電源組成的，為其所在地區(qū)提供電源和熱量的單一可控系統(tǒng)，它是由分布式能源及其負(fù)載按照一定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成的系統(tǒng)，更好的實(shí)現(xiàn)了分布式發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)。目前，應(yīng)用比較廣泛的是交流微網(wǎng)，但是相比于交流微網(wǎng)，直流微網(wǎng)具有以下明顯優(yōu)勢(shì)
(I)直流微網(wǎng)中各微源與直流母線的連接簡(jiǎn)單，直流微網(wǎng)只需在與主電網(wǎng)連接處使用逆變器，使得整個(gè)微網(wǎng)系統(tǒng)成本和損耗大大降低。(2)由于分布式微源的控制取決于直流微網(wǎng)電壓，而直流微網(wǎng)中大量存在的微源能夠較為容易協(xié)同運(yùn)行，進(jìn)而使得整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行變得簡(jiǎn)單容易。(3)交流微網(wǎng)中普遍存在的諧波和功率因數(shù)問(wèn)題在直流微網(wǎng)中將不復(fù)存在。(4)研究表明，在同樣條件下，直流分布式輸電網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)哪芰看笥诮涣骶W(wǎng)絡(luò)。此外，直流微網(wǎng)還具有變換器所用磁性材料少；與非同步電源的連接容易；直流系統(tǒng)微源和負(fù)載的變化可以作為整體進(jìn)行綜合補(bǔ)償；直流微網(wǎng)相對(duì)于交流微網(wǎng)，故障幾率較?。恢绷魑⒕W(wǎng)中微源換流器 功率較小，散熱和冗余設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，直流微網(wǎng)能夠?yàn)楦雍侠碛行У乩梅植际桨l(fā)電提供了理想的解決方案。在一些新型發(fā)電系統(tǒng)，如光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)中，可為負(fù)載直接供電，但此類發(fā)電系統(tǒng)受環(huán)境影響很大，呈間歇式發(fā)電的特點(diǎn)。因此，必須在微網(wǎng)中加入儲(chǔ)能裝置，當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)無(wú)法正常發(fā)電時(shí)，儲(chǔ)能裝置能夠?yàn)樨?fù)載提供正常的供電，而且儲(chǔ)能裝置還可以存儲(chǔ)多余的能量。此外，儲(chǔ)能裝置還可在微網(wǎng)系統(tǒng)中起到能量緩沖的作用，提供與吸收系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)能量，從而保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。由此可以看出，儲(chǔ)能裝置是微網(wǎng)中的重要組成部分，因?yàn)樗粌H保證了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定，同時(shí)也提高了用電效率。微型儲(chǔ)能系統(tǒng)主要有蓄電池、高速飛輪以及儲(chǔ)能裝置等，其中針對(duì)蓄電池的儲(chǔ)能裝置以其能量密度高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)取得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用前景。但是蓄電池組容量過(guò)大時(shí)，容易產(chǎn)生高溫，誘發(fā)不安全因素。因此，實(shí)際工藝中，蓄電池組的容量是有上限的，大容量蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)往往通過(guò)將蓄電池組進(jìn)行串并聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)的。如圖1所示，現(xiàn)有的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是將多個(gè)蓄電池組直接進(jìn)行串并聯(lián)組合，形成具有一定容量的儲(chǔ)能單元，然后通過(guò)集中式雙向變換器與高壓母線相連，供負(fù)載使用。這種蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中還包括一個(gè)集中式電池管理系統(tǒng)，它主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)各個(gè)電池組的電壓、溫度及電荷狀態(tài)等信息，形成相應(yīng)的控制策略，控制集中式雙向變換器進(jìn)行充放電操作。這樣的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)稱為“集中式蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)”，雖然目前來(lái)講，這樣的系統(tǒng)已比較成熟，但卻存在著諸多缺陷(1)系統(tǒng)需要考慮電池組間的均壓?jiǎn)栴}；(2)生產(chǎn)工藝成本高；(3)電池組過(guò)充/過(guò)放問(wèn)題；(4)系統(tǒng)兼容性差；(5)系統(tǒng)可靠性低；(6)系統(tǒng)能量利用率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于單體蓄電池組，能夠提高系統(tǒng)儲(chǔ)能利用率、可靠性和兼容性的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。與此相應(yīng)，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種在保證供電的同時(shí)，能夠有效地提高供電效率，避免不必要的電能浪費(fèi)，保證電池使用壽命的用于控制基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的方法。本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括供電母線、以及數(shù)個(gè)與供電母線相連接的單體蓄電池組，各個(gè)單體蓄電池組分別包括電池槽、微型雙向變換器、微型電池控制裝置、以及設(shè)置在電池槽內(nèi)的蓄電池；其中，蓄電池經(jīng)過(guò)微型雙向變換器與供電母線相連，并受控于微型電池控制裝置。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述單體蓄電池組還包括與所述微型電池控制裝置相連接的無(wú)線通信模塊。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案還包括與供電母線相連的超級(jí)電容單元，其中，超級(jí)電容單元包括微型雙向變換器、以及至少一個(gè)超級(jí)電容，各個(gè)超級(jí)電容并聯(lián)連接后，經(jīng)過(guò)微型雙向變換器與供電母線相連。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述超級(jí)電容單元還包括與微型雙向變換器相連接的無(wú)線通信模塊。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述微型雙向變換器為微型雙向直流變換器。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述與供電母線相連接的各個(gè)單體蓄電池組呈分布式矩陣排列。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述供電母線為直流母線。本發(fā)明所述一種基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果
(1)本發(fā)明設(shè)計(jì)的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)基于單體蓄電池組，能夠提高系統(tǒng)的儲(chǔ)能利用率、可靠性和兼容性；
(2)本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，單體蓄電池組還包括與所述微型電池控制裝置相連接的無(wú)線通信模塊，使得各個(gè)單體蓄電池組彼此之間能夠相互通信，以及能夠與用戶監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)本蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的監(jiān)控；
(3)本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，設(shè)置超級(jí)電容單元，使得蓄電池組能夠采用脈沖放電模式，大幅提升蓄電池組的放電時(shí)間和效率，而且能夠利用超級(jí)電容單元脈沖放電模式為供電母線提供所需要的瞬時(shí)功率；
(4)本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，采用分布式結(jié)構(gòu)，使得整個(gè)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的架構(gòu)變得靈活，提高了系統(tǒng)的儲(chǔ)能利用率，無(wú)需考慮各個(gè)單體蓄電池組之間的均壓?jiǎn)栴}，并且降低了蓄電池的均一性要求，從而降低了整個(gè)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的生產(chǎn)成本；
(5)本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，各個(gè)單體蓄電池組本身都是一個(gè)微型儲(chǔ)能系統(tǒng)，具有體積小，使用方便等特點(diǎn)，我們可以靈活地將單體蓄電池組接入系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)即插即用功能；
(6)本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，各個(gè)單體蓄電池組包括微型電池控制裝置，通過(guò)微型電池控制裝置能夠使各個(gè)單體蓄電池組按最優(yōu)充放電曲線工作，解決了蓄電池過(guò)充或過(guò)放的問(wèn)題；
(7)本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，各個(gè)單體蓄電池組之間相互獨(dú)立，不存在耦合性，提高了系統(tǒng)的可靠性高；
(8)本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，采用了直流式供電方式，相比于交流式供電方式，具有成本低、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、以及輸出能量大的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案本發(fā)明設(shè)計(jì)了 一種用于控制基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的方法，包括與各所述單體蓄電池組中微型電池控制裝置相互通信的總控制器，控制方法包括如下步驟
步驟1.各微型電池控制裝置檢測(cè)其所在單體蓄電池組的電荷狀態(tài)，并發(fā)送給總控制器，總控制器根據(jù)得到的各單體蓄電池組的電荷狀態(tài)，篩選出電荷狀態(tài)為20% 80%的單體蓄電池組，將其按電荷狀態(tài)大小進(jìn)行排序；
步驟2.總控制器根據(jù)與供電母線相連負(fù)載所需的電壓和電流，在排序的單體蓄電池組中，從最大電荷狀態(tài)到最小電荷狀態(tài)，逐個(gè)累加選取所需的單體蓄電池組，直至滿足負(fù)載的需求，并由總控制器向選取的各單體蓄電池組的微型電池控制裝置發(fā)送指令，控制選取的各單體蓄電池組進(jìn)行工作；
步驟3.經(jīng)過(guò)事先設(shè)定好的檢測(cè)時(shí)間間隔，返回步驟I進(jìn)行工作，直至與供電母線相連的負(fù)載停止工作。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述步驟I中，總控制模塊將篩選出的單體蓄電池組，根據(jù)電荷狀態(tài)大小按降序排列。本發(fā)明所述一種用于控制基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的方法采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果
(1)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種用于控制基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的方法，在保證供電的同時(shí)，能夠有效地提高供電效率，避免不必要的電能浪費(fèi)，保證了電池的使用壽命;
(2)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種用于控制基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的方法中，針對(duì)單體蓄電池組按電荷狀態(tài)大小的排列采用降序排列，能夠有效減低控制方法在時(shí)間和空間上的復(fù)雜度。


圖1是集中式蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)；
圖2是本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖3是本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中蓄電池脈沖交錯(cuò)放電架構(gòu)與策略示意圖； 圖4是本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)與用戶監(jiān)控設(shè)備的連接示意 圖5是本發(fā)明設(shè)計(jì)的用于控制基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的方法中裝置的連接示意 圖6是本發(fā)明設(shè)計(jì)的用于控制基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的方法的步驟流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。如圖2所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括供電母線、以及數(shù)個(gè)與供電母線相連接的單體蓄電池組，各個(gè)單體蓄電池組分別包括電池槽(Cell Bank)、微型雙向變換器、微型電池控制裝置(Micro-BMS)、以及設(shè)置在電池槽內(nèi)的蓄電池；其中，蓄電池經(jīng)過(guò)微型雙向變換器與供電母線相連，并受控于微型電池控制裝置。本發(fā)明設(shè)計(jì)的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)基于單體蓄電池組，能夠提高系統(tǒng)的儲(chǔ)能利用率、可靠性和兼容性。本發(fā)明的各個(gè)單體蓄電池組中，各蓄電池都是經(jīng)微型雙向變換器與供電母線相連，并受控于微型電池控制裝置。因此，各個(gè)單體蓄電池組的電壓、電流為獨(dú)立控制，可以按照各個(gè)單體蓄電池組的最優(yōu)曲線，由微型電池控制裝置進(jìn)行控制，并且各個(gè)單體蓄電池組之間不存在耦合性，這從根本上解決了各個(gè)單體蓄電池組之間的均壓?jiǎn)栴}，即本蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中無(wú)需考慮各個(gè)單體蓄電池組之間的均壓?jiǎn)栴}。本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，各個(gè)單體蓄電池組都集成了微型雙向變換器與微型電池控制裝置，可直接與供電母線相連，對(duì)于各個(gè)單體蓄電池組來(lái)說(shuō)本身都是一個(gè)微型儲(chǔ)能系統(tǒng)，具有體積小，使用方便等特點(diǎn)，我們可以靈活地將單體蓄電池組接入系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)即插即用功能。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述單體蓄電池組還包括與所述微型電池控制裝置相連接的無(wú)線通信模塊。本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，單體蓄電池組還包括與所述微型電池控制裝置相連接的無(wú)線通信模塊，使得各個(gè)單體蓄電池組彼此之間能夠相互通信，以及能夠與用戶監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)本蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的監(jiān)控。如圖4所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，能夠通過(guò)設(shè)置的無(wú)線通信模塊，將各個(gè)單體蓄電池組的電荷狀態(tài)情況及時(shí)反饋到用戶監(jiān)控設(shè)備上，便于用戶能夠及時(shí)對(duì)本蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，如各個(gè)單體蓄電池組的蓄電池工作情況、單體蓄電池組的儲(chǔ)能狀態(tài)、故障、反饋電能信息等，實(shí)現(xiàn)模組之間信息交互，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)微型系統(tǒng)之間平衡組合的使用。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案還包括與供電母線相連的超級(jí)電容單元，其中，超級(jí)電容單元包括微型雙向變換器、以及至少一個(gè)超級(jí)電容，各個(gè)超級(jí)電容并聯(lián)連接后，經(jīng)過(guò)微型雙向變換器與供電母線相連。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述超級(jí)電容單元還包括與微型雙向變換器相連接的無(wú)線通信模塊。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，設(shè)置超級(jí)電容單元，使得蓄電池組能夠采用脈沖放電模式，大幅提升蓄電池組的放電時(shí)間和效率，而且能夠利用超級(jí)電容單元脈沖放電模式為供電母線提供所需要的瞬時(shí)功率。相比于傳統(tǒng)放電模式，脈沖放電技術(shù)利用了蓄電池恢復(fù)效應(yīng)，大大提升了蓄電池的放電性能、電池壽命與續(xù)航能力。此夕卜，當(dāng)蓄電池發(fā)生故障和系統(tǒng)受到能量沖擊時(shí)，超級(jí)電容單元可在暫態(tài)過(guò)程中為負(fù)載提供穩(wěn)定電壓，達(dá)到不間斷供電功能，保證了本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并提高了本蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的可靠性；其中，超級(jí)電容單元中超級(jí)電容的數(shù)量與蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中的單體蓄電池組的數(shù)量相適應(yīng)；此外，通過(guò)設(shè)置與微型雙向變換器相連接的無(wú)線通信模塊，能夠使其它設(shè)備通過(guò)無(wú)線通信模塊對(duì)微型雙向變換器的工作方式進(jìn)行控制，進(jìn)而控制超級(jí)電容的工作方式。利用超級(jí)電容單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)單體蓄電池組采用脈沖放電模式，各個(gè)單體蓄電池組還可根據(jù)實(shí)際負(fù)載的需求，采用交錯(cuò)放電模式。如圖3所示，以兩個(gè)蓄電池組陣列為例，一個(gè)周期內(nèi)，當(dāng)兩個(gè)蓄電池組陣列都不導(dǎo)通時(shí)，采用超級(jí)電容單元來(lái)補(bǔ)償恢復(fù)時(shí)間的系統(tǒng)功率。經(jīng)驗(yàn)證，脈沖放電技術(shù)具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)
(1)采用脈沖放電技術(shù)后，電池壽命平均提升了20% ；
(2)整個(gè)系統(tǒng)的能量效率提升了10%;
(3)超級(jí)電容單元還可作為能量補(bǔ)償器件，充分發(fā)揮超級(jí)電容動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，充放電次數(shù)多的特點(diǎn)，提供脈沖功率之間的能量差，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述與供電母線相連接的各個(gè)單體蓄電池組呈分布式矩陣排列。本發(fā)明中各個(gè)單體蓄電池組呈分布式矩陣排列，其中，包括串聯(lián)蓄電池組矩陣排列和并聯(lián)蓄電池組矩陣排列。由于本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，已經(jīng)解決了各個(gè)單體蓄電池組之間的均壓?jiǎn)栴}，所以進(jìn)一步采用分布式結(jié)構(gòu)，能夠降低蓄電池的均一性要求；從廠家的角度考慮，廠家也無(wú)需花費(fèi)大量經(jīng)費(fèi)購(gòu)置過(guò)高質(zhì)量的原材料和昂貴的高精度設(shè)備，進(jìn)而大大降低了生產(chǎn)成本。不僅如此，本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)采用分布式系統(tǒng)架構(gòu)，還使得整個(gè)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的架構(gòu)變得靈活，提高了系統(tǒng)的儲(chǔ)能利用率。相對(duì)于集中式儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于蓄電池需要集中放置在一起，因此，在實(shí)際生產(chǎn)建設(shè)中，為了裝備這些蓄電池元件需要占用較大空間，整個(gè)系統(tǒng)空間儲(chǔ)能利用率低。但對(duì)于分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于系統(tǒng)的靈活性和即插即用功能，無(wú)需較為集中的空間安裝儲(chǔ)能電池。從而系統(tǒng)的儲(chǔ)能利用率得到提升。本發(fā)明采用的分布式蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)還提升了系統(tǒng)的層級(jí)。對(duì)于集中式蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，各個(gè)蓄電池都是集中在一起的，系統(tǒng)只有一個(gè)層級(jí)。而對(duì)于分布式蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，多個(gè)單體蓄電池組串并聯(lián)在一起時(shí)，是第一層級(jí)；對(duì)于單體蓄電池組來(lái)說(shuō)，它本身也是一個(gè)微型儲(chǔ)能系統(tǒng)，是第二層級(jí)。在系統(tǒng)框架創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，本發(fā)明對(duì)第二層級(jí)提出了一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)一微型BMS控制管理技術(shù)，利用各個(gè)單體蓄電池組上設(shè)置的微型電池控制裝置對(duì)各個(gè)單體蓄電池組進(jìn)行管理。在第二層級(jí)，即單體蓄電池組中，微型電池控制裝置是其核心，它不僅能監(jiān)測(cè)各自單體蓄電池組中蓄電池的電荷狀態(tài)，還可以與微型雙向變換器進(jìn)行通信，控制其充放電狀態(tài)。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述供電母線為直流母線。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述微型雙向變換器為微型雙向直流變換器(Micro-Bi DC/DC Converter)。本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，采用了直流式供電方式，相比于交流式供電方式，直流式供電方式具有以下明顯優(yōu)勢(shì)
(I)直流蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中各單體蓄電池組與直流母線的連接簡(jiǎn)單，直流蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)只需在與主電網(wǎng)連接處使用逆變器，能夠使得整個(gè)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)成本和損耗大大降低。(2)由于分布式的各單體蓄電池組的控制取決于蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的電壓，而直流蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中大量存在的各單體蓄電池組能夠較為容易協(xié)同運(yùn)行，進(jìn)而使得整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行變得簡(jiǎn)單容易。(3)交流蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中普遍存在的諧波和功率因數(shù)問(wèn)題在直流蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中將不復(fù)存在。(4)研究表明，在同樣條件下,直流分布式輸電網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)哪芰看笥诮涣鬏旊娋W(wǎng)絡(luò)。此外，直流蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)還具有變換器所用磁性材料少；與非同步電源的連接容易；直流蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中各單體蓄電池組和負(fù)載的變化可以作為整體進(jìn)行綜合補(bǔ)償；直流式供電方式相對(duì)于交流式供電方式，故障幾率較??；而且直流蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中各單體蓄電池組功率較小，散熱和冗余設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，直流蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠?yàn)楦雍侠碛行У乩梅植际桨l(fā)電提供了理想的解決方案。本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系中，所述蓄電池包括鉛酸電池和鋰電池。本發(fā)明設(shè)計(jì)的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，各個(gè)單體蓄電池組采用分布式排列結(jié)構(gòu)，由于各單體蓄電池組中的蓄電池在與供電母線相連之前，都先經(jīng)過(guò)微型雙向變換器的變換，因此不同類別的蓄電池組可以并存，本系統(tǒng)具有較高的兼容性。以一個(gè)鉛蓄電池組和鋰電池組為例，即使兩電池組的充放電特性方面存在差別，但只要經(jīng)過(guò)微型雙向變換器的變換后輸出所需的電壓和電流，它們就可并存在一個(gè)系統(tǒng)中。因此，分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)充分發(fā)揮了不同儲(chǔ)能元件的優(yōu)勢(shì)，改善了系統(tǒng)的綜合性能，整個(gè)系統(tǒng)的兼容性得到提升，也有利于系統(tǒng)的多元化發(fā)展。 本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，由于各個(gè)單體蓄電池組都只對(duì)各自的蓄電池進(jìn)行充放電操作，各單體蓄電池組之間的充放電操作是互不影響的，因此，不會(huì)產(chǎn)生電池過(guò)充/過(guò)放問(wèn)題，所以各個(gè)單體蓄電池組能按照各蓄電池組自身最優(yōu)的充放電曲線進(jìn)行工作，進(jìn)而提升電池組壽命與工作效率。本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，各個(gè)單體蓄電池組之間相互獨(dú)立，不存在耦合性，提高了系統(tǒng)的可靠性高；在本發(fā)明設(shè)計(jì)的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，各單體蓄電池組都是獨(dú)立運(yùn)行的，不存在耦合性。因此，當(dāng)一個(gè)單體蓄電池組發(fā)生故障時(shí)，它并不影響其他單體蓄電池組的工作狀態(tài)，對(duì)于整個(gè)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其損失的也僅僅是一個(gè)單體蓄電池組。因此，相對(duì)于集中式蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，分布式蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的可靠性大大提升。本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，微型雙向直流變換器(Micro-Bi DC/DC Converter)采用恒壓恒流(CCCV)充電技術(shù)、脈沖放電技術(shù)和高效率高功率密度雙向能量變換技術(shù)，微型電池控制裝置(MiciO-BMS)采用無(wú)線通信技術(shù)。電池槽(Cell Bank)、微型雙向直流變換器(Micro-Bi DC/DC Converter)和微型電池控制裝置(MiciO-BMS)以及蓄電池組成單體蓄電池組，多個(gè)單體蓄電池組組合成蓄電池儲(chǔ)能矩陣，形成分布式微型蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，其中，微型雙向直流變換器(Micro-Bi DC/DC Converter)采用臺(tái)灣 Delta 公司的 S36SE12002PRFZ ;微型電池控制裝置(Micro-BMS)采用英國(guó)Intersil公司的ILS78600芯片；超級(jí)電容采用美國(guó)IllinoisCapacitor公司的106DCN2R7M ;無(wú)線通信模塊采用美國(guó)TI公司的CC2530芯片。如圖5和圖6所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種用于控制基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的方法，包括與各所述單體蓄電池組中微型電池控制裝置相互通信的總控制器，控制方法包括如下步驟
步驟1.各微型電池控制裝置檢測(cè)其所在單體蓄電池組的電荷狀態(tài)(S0C)，并發(fā)送給總控制器，總控制器根據(jù)得到的各單體蓄電池組的電荷狀態(tài)(SOC),篩選出電荷狀態(tài)(SOC)為20% 80%的單體蓄電池組，將其按電荷狀態(tài)(SOC)大小進(jìn)行排序；
步驟2.總控制器根據(jù)與供電母線相連負(fù)載所需的電壓和電流，在排序的單體蓄電池組中，從最大電荷狀態(tài)(SOC)到最小電荷狀態(tài)(S0C),逐個(gè)累加選取所需的單體蓄電池組，直至滿足負(fù)載的需求，并由總控制器向選取的各單體蓄電池組的微型電池控制裝置發(fā)送指令，控制選取的各單體蓄電池組進(jìn)行工作；
步驟3.經(jīng)過(guò)事先設(shè)定好的檢測(cè)時(shí)間間隔，返回步驟I進(jìn)行工作，直至與供電母線相連的負(fù)載停止工作。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種用于控制基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的方法，在保證供電的同時(shí)，能夠有效地提高供電效率，避免不必要的電能浪費(fèi)，保證了電池的使用壽命O作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述步驟I中，總控制模塊將篩選出的單體蓄電池組，根據(jù)電荷狀態(tài)(S0C)大小按降序排列。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種用于控制基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的方法中，針對(duì)單體蓄電池組按電荷狀態(tài)大小的排列采用降序排列，能夠有效減低控制方法在時(shí)間和空間上的復(fù)雜度。本發(fā)明設(shè)計(jì)的用于控制基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，總控制器可以通過(guò)設(shè)置在各單體蓄電池組中的無(wú)線通信模塊，與各微型電池控制裝置進(jìn)行相互通信，而且該控制方法能夠有效地將各單體蓄電池組的壽命提升至少20%，放電時(shí)間提升至少30%。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于包括供電母線、以及數(shù)個(gè)與供電母線相連接的單體蓄電池組，各個(gè)單體蓄電池組分別包括電池槽、微型雙向變換器、 微型電池控制裝置、以及設(shè)置在電池槽內(nèi)的蓄電池；其中，蓄電池經(jīng)過(guò)微型雙向變換器與供電母線相連，并受控于微型電池控制裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述單體蓄電池組還包括與所述微型電池控制裝置相連接的無(wú)線通信模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于還包括與供電母線相連的超級(jí)電容單元，其中，超級(jí)電容單元包括微型雙向變換器、以及至少一個(gè)超級(jí)電容，各個(gè)超級(jí)電容并聯(lián)連接后，經(jīng)過(guò)微型雙向變換器與供電母線相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述超級(jí)電容單元還包括與微型雙向變換器相連接的無(wú)線通信模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述一種基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述微型雙向變換器為微型雙向直流變換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述與供電母線相連接的各個(gè)單體蓄電池組呈分布式矩陣排列。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述供電母線為直流母線。
8.一種控制權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述一種基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的方法，其特征在于包括與各所述單體蓄電池組中微型電池控制裝置相互通信的總控制器，控制方法包括如下步驟步驟1.各微型電池控制裝置檢測(cè)其所在單體蓄電池組的電荷狀態(tài)，并發(fā)送給總控制器，總控制器根據(jù)得到的各單體蓄電池組的電荷狀態(tài)，篩選出電荷狀態(tài)為20% 80%的單體蓄電池組，將其按電荷狀態(tài)大小進(jìn)行排序；對(duì)于不符合該要求的單體蓄電池組，則由總控制器向其微型電池控制裝置發(fā)送指令，控制該單體蓄電池組停止工作；步驟2.總控制器根據(jù)與供電母線相連負(fù)載所需的電壓和電流，在排序的單體蓄電池組中，從最大電荷狀態(tài)到最小電荷狀態(tài)，逐個(gè)累加選取所需的單體蓄電池組，直至滿足負(fù)載的需求，并由總控制器向選取的各單體蓄電池組的微型電池控制裝置發(fā)送指令，控制選取的各單體蓄電池組進(jìn)行工作；步驟3.經(jīng)過(guò)事先設(shè)定好的檢測(cè)時(shí)間間隔，返回步驟I進(jìn)行工作，直至與供電母線相連的負(fù)載停止工作。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種控制權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述一種基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的方法，其特征在于所述步驟I中，總控制模塊將篩選出的單體蓄電池組，根據(jù)電荷狀態(tài)大小按降序排列。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括供電母線、以及數(shù)個(gè)與供電母線相連接的單體蓄電池組，各個(gè)單體蓄電池組分別包括電池槽、微型雙向變換器、微型電池控制裝置、以及設(shè)置在電池槽內(nèi)的蓄電池；其中，蓄電池經(jīng)過(guò)微型雙向變換器與供電母線相連，并受控于微型電池控制裝置；本發(fā)明設(shè)計(jì)的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，基于單體蓄電池組，能夠提高系統(tǒng)的儲(chǔ)能利用率、可靠性和兼容性；與此相應(yīng)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了用于控制基于單體蓄電池組的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的方法，在保證供電的同時(shí)，能夠有效地提高供電效率，避免不必要的電能浪費(fèi)，保證電池的使用壽命。
文檔編號(hào)H02J3/32GK103050987SQ201310000540
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2013年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月5日
發(fā)明者張之梁, 蔡勇勇, 何曉飛 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)