一种锂电池与锌溴液流电池的混合储能管理系统的制作方法

文档序号:14686078发布日期:2018-06-14 23:04

本发明涉及锂电池与锌溴液流电池的综合利用领域,特别涉及一种锂电池与锌溴液流电池的混合储能管理系统。



背景技术:

锂电池是一款优秀的动力电池,充放电效率高,能倍率放电等,但在大容量电力储能应用时由于大容量的锂电池是由多个单电池组成的,当容量大到一定程度,单电池的数量达到一定数量后,电池间的一致性问题就突出出来。同时锂电池对充放电有着严格的要求,过充或过放都会造成电池起火爆炸,特别是大容量应用时,电池串并联数量很多时,安全性问题就犹为突出。

溴化锌电解液是一种弱酸性盐溶液,在化学反应过程中无毒、无害、无任何有毒物质产生,无任何可燃气体析出整体系统安全环保;充放电深度可达100%,即使在SOC在10%以下仍可按额定功率放电;锌溴电池的能量密度在100Wh/L以上,利用其液流特性可做为大容量电池,最小模块为50kWh,最大为1MWh,多台模块并联可组成百兆瓦级系统。适用与太阳能、风能等大规模再生能源配套,作为能量型储能电池。同时锌溴电池的运行温度范围为-30~50℃间,可适应我国北方在区寒冷的冬季和南方酷热的夏季。电池系统的使用寿命可超过20年,电解液在运行过程中无损耗,可长期可无限次循环使用;电堆寿命在深度充放电的情况下可充放5000次;在浅充浅放的情况下可超过10000次,电堆失效后只需更换电堆,其它部件仍可继续使用,更换电堆的费用仅占系统费用的10%左右。但是锌溴液流储能电池的能量效率只有70%,低于钠硫电池和锂电池;锌溴电池系统在首次启动运行时需要有十五分钟的启动时间,用于对电解液循环系统进行预运行。锌溴电池系统是能量型电池,最大放电倍率为0.5C,没有动力电池能倍率放电的优势。

综上所示,如何将锂电池与锌溴电池按一定的配比组合为一体,充分发挥锂电池和锌溴电池的优势,形成不同电池间优势互补的一种技术策略是现有技术需要解决的问题。



技术实现要素:

本发明所要解决的技术问题是,提供一种锂电池与锌溴液流电池的混合储能管理系统,将锂电池与锌溴电池按一定的配比组合为一体,充分发挥锂电池和锌溴电池的优势。

为达到上述目的,本发明的技术方案是,一种锂电池与锌溴液流电池的混合储能管理系统,其特征在于:所述的管理系统包括锌溴液流电池的五个电堆串联后,接入DC/DC变流器的低压端,DC/DC变流器隔离升压后分为16路并联输出到DCBus直流总线上;锂电池分为4路变流器接入DC/DC变流器的低压端,与锌溴液流电池在DCBus直流总线上汇流统一输出,构成直流输出端口,直接与PCS的直流端连接。

所述的DC/DC变流器输出端20路变流器的通讯端同时接进入主控制器,主控制器对管理系统的每个变流器下发充放电指令。

所述的主控制器设有一个标准以太网通讯接口,主控制器通过太网通讯接口连接至SCADA上位机,实现数据的传输交换。

一种锂电池与锌溴液流电池的混合储能管理系统,由于采用上述的结构,本发明的优点解决了传统微网系统中单一电池应用的缺陷,即克服了锂电池的不能长时间深度放电种种技术问题及液流电池不能快速倍率放电等等问题,大大扩展了未来微网和智能电网中储能的应用规模和应用前景,具有极高的推广价值。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明;

图1为本发明一种锂电池与锌溴液流电池的混合储能管理系统结构示意图。

具体实施方式

现在的微网或智能电网系统中对储能电池的要求即有瞬时的调频调峰的要求,又有长时间充放电的削峰填谷的要求,而现有的微网配置只采用单一的锂电池,或液流电池,不能完全响应微网的需求,导致储能电池的应用无法快速发展。

要满足微网的不同应用需求,就必须结合动力电池和能量型电池,发挥各自的优势,全面响应微网系统的各种需求,这才是储能电池发展的主导方向。

本发明在上述应用需求和原设计弊端的基础上,混合储能系统显得尤为重要,如图1所示,本发明包括锌溴液流电池的五个电堆串联后,接入DC/DC变流器的低压端,DC/DC变流器隔离升压后分为16路并联输出到DCBus直流总线上;锂电池分为4路变流器接入DC/DC变流器的低压端,与锌溴液流电池在DCBus直流总线上汇流统一输出,构成直流输出端口,直接与PCS的直流端连接。

DC/DC变流器输出端20路变流器的通讯端同时接进入主控制器,主控制器对管理系统的每个变流器下发充放电指令。主控制器设有一个标准以太网通讯接口,主控制器通过太网通讯接口连接至SCADA上位机,实现数据的传输交换。

锌溴液流电池系统内,五个电堆串联后,接入DC/DC变流器的低压端,每个电堆端口电压为100VDC,串联后为500VDC,变流器的一端500VDC,经隔离升压后为800VDC,共16路变流器,变流器在800VDC端进行并联。

具体的,锂电池系统内,50kWh为一个标准模块,接入锂电池DC/DC变流器的低压端,共4路变流器,统一升压至800VDC。与锌溴液流电池在DCBus直流总线上汇流,统一输出,直流总线端为整个系统的电气输出端口,可直接与PCS的直流端连接。

在20路变流器通讯端同时接进入主控制器,此主控制器的作用相当于统一控制系统的中枢神经,下层系统通过与通讯与每个变流器进行对话,并可对整个系统的充放电下发指令,并控制整个系统的充放电逻辑。主控制器同时输出一个标准以太网通讯接口,系统内的所有数据可通过此通讯接口接至SCADA上位机,实现数据的传输交换。

现有微网中应用的混合储能系统一般都采用在交流侧汇流的传统控制模式。该控制模式设计简单,较为成熟,针对不同的电池分开进行独立的控制,相互之间没有影响。缺点是多种电池混合,每种电池都要配有各自的逆变器装置,一则效率低(都有直流到交流的变流损耗),二则成本高,逆变器配置数量较多。

本发明混合储能电池管理和控制系统采用直流侧汇流控制作为一个标准设计,与微网需求相适应,独立控制。直流侧汇流控制设计易于能源控制和调度,大大降低成本,提供效率并且易于扩展,从技术和结构上全面保证了系统的安全可靠性。

本发明与其它充放电设备的接口在于直流母线,直流母线的标称值是800VDC,可根据项目需求任意设置每种电池的充放电电压范围,即可以设备锂电池优先充电,也可以设置液流电池优先放电等。设置后充放电控制是根据母线电压的高低来自动匹配。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述,显然本发明具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明技术方案进行的各种改进,或未经改进直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围之内。

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