本發(fā)明屬于儲(chǔ)能電站領(lǐng)域，具體提供一種基于梯次電池的模塊化儲(chǔ)能電站。

背景技術(shù)：

目前，電動(dòng)汽車行業(yè)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速，隨著電動(dòng)汽車的推廣應(yīng)用，存在巨量的退役電池，退役電池的剩余容量通常在80％以上，有較大的利用空間，如何解決如此巨量的退役電池，找到合適的梯次利用場(chǎng)景，成為電動(dòng)汽車行業(yè)面臨的嚴(yán)峻問題。而儲(chǔ)能行業(yè)中儲(chǔ)能電站的建設(shè)需要大量的低成本儲(chǔ)能電池，目前，電動(dòng)汽車退役的低成本電池如果能夠在儲(chǔ)能領(lǐng)域得到有效利用，將會(huì)極大地促進(jìn)儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展。

基于電池應(yīng)用情況的差異，各梯次利用的電池之間也存在較大的性能差異，在儲(chǔ)能應(yīng)用時(shí)存在較多的技術(shù)問題，如何規(guī)避電池性能差異，采用合適的方案，實(shí)現(xiàn)梯次電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域中大規(guī)模有效地利用，已成為電動(dòng)汽車與儲(chǔ)能行業(yè)急需解決的技術(shù)難題。

相應(yīng)地，本領(lǐng)域需要一種新的基于梯次電池的模塊化儲(chǔ)能電站來解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，即為了解決現(xiàn)有梯次利用的電池之間因存在較大的性能差異而導(dǎo)致的在儲(chǔ)能電站應(yīng)用時(shí)較難集成設(shè)計(jì)的難題，本發(fā)明提供了一種基于梯次電池的模塊化儲(chǔ)能電站，該儲(chǔ)能電站包括輸出母線和并聯(lián)到所述輸出母線的多個(gè)模塊，每個(gè)所述模塊包括電池模塊和連接到所述電池模塊的儲(chǔ)能變流器，其中，所述電池模塊的電池為梯次電池，所述儲(chǔ)能變流器并聯(lián)到所述輸出母線。

在上述基于梯次電池的模塊化儲(chǔ)能電站的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述儲(chǔ)能電站還包括監(jiān)控系統(tǒng)，所述監(jiān)控系統(tǒng)通過CAN總線與所述電池模塊和/或所述儲(chǔ)能變流器通信。

在上述基于梯次電池的模塊化儲(chǔ)能電站的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置有系統(tǒng)級(jí)保護(hù)裝置，所述系統(tǒng)級(jí)保護(hù)裝置能夠在外部系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)使所述儲(chǔ)能電站及時(shí)退出運(yùn)行。

在上述基于梯次電池的模塊化儲(chǔ)能電站的優(yōu)選技術(shù)方案中，每個(gè)所述模塊都設(shè)置有支路保護(hù)裝置，所述支路保護(hù)裝置能夠使所述模塊在發(fā)生故障時(shí)及時(shí)退出運(yùn)行。

在上述基于梯次電池的模塊化儲(chǔ)能電站的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述支路保護(hù)裝置包括第一支路保護(hù)裝置和第二支路保護(hù)裝置，所述第一支路保護(hù)裝置能夠使所述電池模塊在發(fā)生故障時(shí)及時(shí)退出運(yùn)行，所述第二支路保護(hù)裝置能夠使所述儲(chǔ)能變流器在發(fā)生故障時(shí)及時(shí)退出運(yùn)行。

在上述基于梯次電池的模塊化儲(chǔ)能電站的優(yōu)選技術(shù)方案中，每個(gè)所述模塊內(nèi)的所述電池模塊與所述儲(chǔ)能變流器之間也通過CAN總線彼此通信。

在上述基于梯次電池的模塊化儲(chǔ)能電站的優(yōu)選技術(shù)方案中，每個(gè)所述模塊中的所述電池模塊具有相同的規(guī)格；并且/或者每個(gè)所述模塊中的所述儲(chǔ)能變流器也具有相同的規(guī)格。

在上述基于梯次電池的模塊化儲(chǔ)能電站的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述儲(chǔ)能電站還包括變壓器，所述變壓器的一端與所述輸出母線電連接，所述變壓器的另一端用于連接外部系統(tǒng)。

在上述基于梯次電池的模塊化儲(chǔ)能電站的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述外部系統(tǒng)包括給所述儲(chǔ)能電站充電的充電系統(tǒng)和所述儲(chǔ)能電站為其充電的受電載體。

在上述基于梯次電池的模塊化儲(chǔ)能電站的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述梯次電池是未拆解的退役電動(dòng)汽車動(dòng)力電池。

本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，在本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案中，儲(chǔ)能電站的輸出母線并聯(lián)有多個(gè)由電池模塊和與其相連接的儲(chǔ)能變流器組成的模塊，并且各模塊之間相互獨(dú)立、互不影響，通過監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)各模塊中的電池模塊和儲(chǔ)能變流器分別進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制，能夠有效降低因梯次電池自身的性能差異，而導(dǎo)致的在儲(chǔ)能電站應(yīng)用時(shí)較難集成設(shè)計(jì)的難題。并且該儲(chǔ)能電站的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置有系統(tǒng)級(jí)保護(hù)裝置，電池模塊和儲(chǔ)能變流器均設(shè)置有支路保護(hù)裝置，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能電站的多重保護(hù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的基于梯次電池的模塊化儲(chǔ)能電站的系統(tǒng)拓?fù)淇驁D。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，這些實(shí)施方式僅僅用于解釋本發(fā)明的技術(shù)原理，并非旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。例如，說明書附圖中各模塊的相對(duì)位置關(guān)系并非一成不變，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要對(duì)其作出調(diào)整，以便適應(yīng)具體的應(yīng)用場(chǎng)合。

需要說明的是，在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

此外，還需要說明的是，在本發(fā)明的描述中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，可根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

如圖1所示，本發(fā)明的基于梯次電池的模塊化儲(chǔ)能電站主要包括：監(jiān)控系統(tǒng)、輸出母線、變壓器和多個(gè)并聯(lián)的模塊，各模塊之間相互獨(dú)立、互不影響，每個(gè)模塊又分別包括相互電連接的電池模塊和儲(chǔ)能變流器。進(jìn)一步，電池模塊的電池采用的是未拆解的電動(dòng)汽車的退役動(dòng)力電池。

繼續(xù)參閱圖1，優(yōu)選地，各模塊中的電池模塊和儲(chǔ)能變流器都具有相同的規(guī)格。進(jìn)一步，將儲(chǔ)能變流器模塊化設(shè)計(jì)，使得其功能更集成化、結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。電池模塊的右端(圖1中電池模塊的右端)與儲(chǔ)能變流器的左端(圖1中儲(chǔ)能變流器的左端)電連接，使得電池模塊能夠通過儲(chǔ)能變流器進(jìn)行充電和放電。并且，兩者之間還設(shè)置有CAN-C總線(CAN-C1-Cn)，使得電池模塊和儲(chǔ)能變流器之間能夠通過其進(jìn)行通信。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，各模塊中的電池模塊也可以不具有相同規(guī)格，充電時(shí)，只需通過與其相對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能變流器將輸入電壓轉(zhuǎn)換成與其相匹配的充電電壓、電流即可；放電時(shí)，只需通過與其相對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能變流器將其輸出電壓、電流轉(zhuǎn)換一致即可。

進(jìn)一步參閱圖1，各模塊的儲(chǔ)能變流器的右端(圖1中儲(chǔ)能變流器的右端)分別與輸出母線(即，圖1中的交流母線)電連接，輸出母線又與變壓器的左端(圖1中變壓器的左端)電連接，變壓器的右端(圖1中變壓器的右端)用于連接外部系統(tǒng)，該外部系統(tǒng)包括但不限于給儲(chǔ)能電站充電的充電系統(tǒng)和儲(chǔ)能電站為其充電的受電載體，例如電動(dòng)汽車。儲(chǔ)能變流器用于將充電系統(tǒng)的交流電轉(zhuǎn)變成直流電輸送給電池模塊，或者將電池模塊輸出的直流電轉(zhuǎn)變成交流電輸出，并且儲(chǔ)能變流器還具有調(diào)整輸出電壓、電流大小的功能。進(jìn)一步，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以根據(jù)需要通過儲(chǔ)能變流器將電池模塊的電壓進(jìn)行調(diào)整直接輸出直流電。換句話說，盡管圖1中示出的是DC/AC儲(chǔ)能變流器，但是，也可以根據(jù)需要設(shè)置DC/DC儲(chǔ)能變流器。

從圖1中可知，監(jiān)控系統(tǒng)的左右兩端分別連接有CAN-A總線和CAN-B總線。CAN-A總線又分別與各模塊中的電池模塊的左端連接，用以獲取各個(gè)模塊中的電池模塊的信息(例如，電池模塊容量、電池模塊溫度等)，并根據(jù)獲得的信息對(duì)各電池模塊進(jìn)行能量管理；CAN-B總線又分別與各模塊中的儲(chǔ)能變流器的右端連接，用以獲取各個(gè)模塊中的儲(chǔ)能變流器的信息(例如，工作狀態(tài)、輸出電壓、輸出電流)，并對(duì)儲(chǔ)能變流器進(jìn)行充放電控制。

進(jìn)一步，為了保證儲(chǔ)能電站工作時(shí)的安全，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置有系統(tǒng)級(jí)保護(hù)裝置(圖中未示出)，該系統(tǒng)級(jí)保護(hù)裝置可以是軟件保護(hù)程序也可以是硬件保護(hù)裝置，或者是兩者的總成，用以在外部系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)?chǔ)能電站進(jìn)行保護(hù)，使儲(chǔ)能電站能夠及時(shí)退出運(yùn)行，確保不發(fā)生意外。具體地，可設(shè)置一個(gè)功率閾值，監(jiān)控系統(tǒng)通過CAN-B總線檢測(cè)各模塊的儲(chǔ)能變流器的輸入功率總和或輸出功率總和是否超過該閾值，如果超過該閾值，則儲(chǔ)能電站退出運(yùn)行；或者設(shè)置一個(gè)電流閾值，監(jiān)控系統(tǒng)通過CAN-B總線檢測(cè)各支路的儲(chǔ)能變流器的輸入電流總和或輸出電流總和是否超過該閾值，如果超過該閾值，則儲(chǔ)能電站退出運(yùn)行；或者本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以根據(jù)實(shí)際情況通過其他且能夠?qū)嵤┑目刂品绞綄?duì)儲(chǔ)能電站進(jìn)行保護(hù)。

更進(jìn)一步，各模塊都設(shè)置有支路保護(hù)裝置(圖中未示出)，具體地，每個(gè)支路保護(hù)裝置又包括第一支路保護(hù)裝置和第二支路保護(hù)裝置，其中，第一支路保護(hù)裝置用來保護(hù)電池模塊，使電池模塊發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)退出運(yùn)行；第二支路保護(hù)裝置用來保護(hù)儲(chǔ)能變流器，使儲(chǔ)能變流器發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)退出運(yùn)行。第一支路保護(hù)裝置和第二支路保護(hù)裝置都可以是軟件保護(hù)程序或硬件保護(hù)裝置，或者軟硬件結(jié)合的形式，或者本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的其他形式。進(jìn)一步，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以根據(jù)實(shí)際情況只設(shè)置第一支路保護(hù)裝置或只設(shè)置第二支路保護(hù)裝置。當(dāng)某個(gè)模塊內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)，首先由監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警并降額運(yùn)行；當(dāng)某個(gè)模塊發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，該模塊內(nèi)的電池模塊或儲(chǔ)能變流器會(huì)通過第一支路保護(hù)裝置或第二支路保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)自身保護(hù)動(dòng)作，使該模塊能夠及時(shí)退出運(yùn)行，并且各模塊還設(shè)置有自動(dòng)檢測(cè)功能，用于對(duì)發(fā)生故障的模塊進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果上傳至監(jiān)控系統(tǒng)。在某一模塊退出運(yùn)行時(shí)，其它模塊依舊保持正常運(yùn)行，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成大的沖擊和影響。并且，為了保障儲(chǔ)能電站輸出功率恒定，監(jiān)控系統(tǒng)可以調(diào)用其他未運(yùn)行的正常模塊替代退出運(yùn)行的故障模塊。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，儲(chǔ)能電站中的模塊的數(shù)量可根據(jù)儲(chǔ)能電站預(yù)設(shè)的額定儲(chǔ)能量與電池模塊的可用容量設(shè)定。具體地，模塊的數(shù)量≥(儲(chǔ)能電站的額定儲(chǔ)能)/(電池模塊的可用容量)。

綜上所述，儲(chǔ)能電站充電時(shí)，各模塊通過儲(chǔ)能變流器將充電系統(tǒng)的交流電轉(zhuǎn)換成直流電對(duì)各自的電池模塊進(jìn)行充電；儲(chǔ)能電站放電時(shí)，各模塊通過儲(chǔ)能變流器將電池模塊的直流電轉(zhuǎn)變成交流電或直接輸出直流電對(duì)受電載體(例如，電動(dòng)汽車)進(jìn)行充電。儲(chǔ)能電站的充電與放電，均是由監(jiān)控系統(tǒng)通過CAN-A總線獲取并處理各模塊的電池模塊的電容量信息，通過CAN-B總線控制各自模塊的儲(chǔ)能變流器的運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)的。因此，本發(fā)明的儲(chǔ)能電站解決了現(xiàn)有梯次電池之間因存在較大性能差異而導(dǎo)致的在儲(chǔ)能電站應(yīng)用時(shí)較難集成設(shè)計(jì)的難題。并且當(dāng)某個(gè)模塊出現(xiàn)輕微故障時(shí)，可通過控制系統(tǒng)控制該模塊的儲(chǔ)能變流器減小功率輸出；當(dāng)某個(gè)模塊出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，該模塊的電池模塊或儲(chǔ)能變流器會(huì)通過相應(yīng)的第一支路保護(hù)裝置或第二支路保護(hù)裝置使其退出運(yùn)行。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，電池模塊的信息(例如電容量、溫度)也可以直接通過CAN-C總線發(fā)送至儲(chǔ)能變流器，儲(chǔ)能變流器自行處理電池模塊信息，并進(jìn)行下一步的操作。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要，省略CAN-C總線，通過監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)各模塊的電池模塊和儲(chǔ)能變流器進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖所示的優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明的技術(shù)方案，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，本發(fā)明的保護(hù)范圍顯然不局限于這些具體實(shí)施方式。在不偏離本發(fā)明的原理的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)相關(guān)技術(shù)特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術(shù)方案都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。