梯次电池组储能电站的能量管理方法和系统与流程

本发明涉及储能充电领域，具体提供一种梯次电池组储能电站的能量管理方法和系统。

背景技术：

目前，电动汽车行业及产业发展十分迅速，随着电动汽车的推广应用，存在巨量的退役梯次电池，梯次电池剩余容量通常在80％以上，有较大的利用空间。如何寻找合适的梯次利用场景对如此巨量的动力电池进行再利用，成为电动汽车行业面临的严峻问题。而储能行业中储能电站的建设需要大量的低成本储能电池，目前电动汽车退役的低成本梯次电池如果能够在储能领域得到有效利用，将会极大的促进储能行业的发展。

基于在电动汽车上电池应用情况的差异，不同梯次电池的荷电状态存在较大差异，在储能应用时存在较多的技术问题，如何规避电池荷电状态差异，采用合适的方法，实现梯次电池在储能领域的大规模有效利用，成为电动汽车与储能行业急需解决的技术难题。

现有设计方法采用单支路或多支路总体控制，控制目标仅考虑系统功率需求，未考虑支路荷电状态或多支路荷电状态的精细化能量管理，在多支路状态下不能保证系统的整体运行效率和寿命的最大化。

本发明拟解决的问题如下：1)如何实现荷电状态存在较大差异的梯次电池储能电站综合能量管理；2)如何提高基于荷电状态存在较大差异的梯次电池储能电站的运行效率及寿命。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种梯次电池组储能电站的能量管理方法和系统，采用分布式荷电状态采集、集中智能计算与动态功率分配的管理方法，在满足系统充放电功率的需求前提条件下，对于不同荷电状态的梯次电池支路功率进行动态分配，可实现基于梯次电池的不同荷电状态的储能电站的能量管理，同时提升了荷电状态存在较大差异的梯次电池储能电站系统的运行效率及寿命。

本发明提出的一种梯次电池组储能电站的能量管理方法，设定监控周期，在每个监控周期开始时执行以下步骤：

步骤1，采用分布式荷电状态采集的方法采集储能电站的每个支路梯次电池模块的荷电状态，并设定各支路总的动态功率值；

步骤2，依据各支路梯次电池模块的荷电状态及动态功率值，计算每个支路的实时需要控制的功率值，并依据该功率值控制每个支路的充电/放电的实时功率。

优选的，每个支路的实时需要控制的功率值得计算方法为：

用i表示梯次电池模块的支路序号，其中i＝1,2,.....,n；n为梯次电池模块的支路总个数；

步骤21，计算每个支路梯次电池模块当前可用容量E_i，公式为

E_i＝SOC_i*EN

其中SOC_i为第i个支路梯次电池模块的荷电状态，EN每个支路梯次电池模块的原始标称能量；

步骤22，计算每个支路梯次电池模块的充电/放电时间t₀i，公式为

t₀i＝E_i/PK

其中PK为标准充电/放电倍率；

步骤23，计算各支路梯次电池模块的充电/放电时间的平均值tav₀，公式为

tav₀＝(t₀1+t₀2+…+t₀n)/n

步骤24，计算每个支路梯次电池模块充电/放电时间控制在tav₀值时对应的功率值P₀i，公式为

P₀i＝E_i/tav₀

步骤25，计算充电/放电时间控制在tav₀值各支路梯次电池模块对应的功率值P₀i的和与需求功率P的比值kp，公式为

kp＝(P₀1+P₀2+…+P₀n)/P

步骤26，计算每个支路梯次电池模块实际需要充电/放电的实时功率Pi，公式为

Pi＝P₀i/kp。

本发明还提供了一种梯次电池组储能电站的能量管理系统，该系统采用分布式拓扑结构，包括梯次电池模块、储能变流器、监控系统；

在每个支路梯次电池模块的内部设置有荷电状态采集单元，用于每个监控周期开始时采集各支路梯次电池模块的电荷状态；

监控系统用于根据每个监控周期所采集的各支路梯次电池模块的电荷状态；依据各支路梯次电池模块的荷电状态及动态功率值，计算每个支路的实时需要控制的功率值，并依据该功率值控制每个支路的充电/放电的实时功率；

储能变流器用于根据计算得到的每个支路的实时需要控制的功率值，控制各支路梯次电池模块在每个监控周期内的充电/放电的实时功率。

优选的，计算每个支路的实时需要控制的功率值的方法为上述每个支路的实时需要控制的功率值得计算方法。

优选的，电池模块、储能变流器、监控系统之间分别采用高速CAN总线进行连接。

优选的，所述的储能变流器为双向储能变流器。

本发明周期性的采用分布式荷电状态采集、集中智能计算与动态功率分配的管理方法保证了总功率满足系统需求，同时每个支路功率设定值和本支路荷电状态相关，多支路充放电时间基本持平，可逐步调整各支路荷电状态向平均值靠拢，提升系统的运行效率和寿命，规避单个支路过充或过放导致单支路失效的风险。

附图说明

图1是基于梯次电池的储能电站的模块化设计系统拓扑框图；

图2是每个支路的实时需要控制的功率值计算方法的流程框图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

考虑到储能电站的梯次电池模块化多支路的电路拓扑，本发明采用分布式荷电状态采集、集中智能计算与动态功率分配的管理方法，在满足系统充放电功率的需求前提条件下，对于不同荷电状态的各支路梯次电池模块支路功率进行动态分配，可实现基于各支路梯次电池模块的不同荷电状态的储能电站的能量管理，同时提升了荷电状态存在较大差异的梯次电池储能电站系统的运行效率及寿命。

如图1所示，本实施例的一种梯次电池组储能电站的能量管理系统，包括电池模块、储能变流器、监控系统；

将每个支路的电池模块作为梯次电池模块，在每个支路梯次电池模块的内部设置有荷电状态采集单元，用于每个监控周期开始时采集各支路梯次电池模块的电荷状态；每个支路梯次电池模块内部的荷电状态采集单元通过CAN-A总线，将所采集的每个支路梯次电池模块的荷电状态及相关控制保护信息上传给监控系统；

监控系统用于根据每个监控周期所采集的各支路梯次电池模块的电荷状态；依据各支路梯次电池模块的荷电状态及动态功率值，计算每个支路的实时需要控制的功率值，并依据该功率值控制每个支路的充电/放电的实时功率；本实施例中每个支路的实时需要控制的功率值的计算采用能量管理算法进行计算；

储能变流器通过CAN-B总线接收监控系统下发的每个支路的实时需要控制的功率值，通过CAN-C总线控制各支路梯次电池模块在每个监控周期内的充电/放电的实时功率。

本实施例中的储能变流器为双向储能变流器；

本实施例基于上述能量管理系统还给出了一种梯次电池组储能电站的能量管理方法，在监控系统中设定监控周期，并在每个监控周期开始时执行以下步骤：

步骤1，通过每个支路梯次电池模块的内部设置的荷电状态采集单元，采用分布式荷电状态采集的方法采集储能电站的每个支路梯次电池模块的荷电状态，并将所采集的荷电状态信息通过CAN-A总线上传至监控系统；在监控系统中设定各支路总的动态功率值，用于后续实时需要控制的功率值的计算；

步骤2，监控系统依据各支路梯次电池模块的荷电状态及动态功率值，计算每个支路的实时需要控制的功率值，并将每个支路的实时需要控制的功率值下发给每个支路的储能变流器进行控制，每个支路的储能变流器依据该功率值控制每个支路的充电/放电的实时功率。

本实施例中计算每个支路的实时需要控制的功率值的方法具体为能量管理算法，在该算法中用i表示梯次电池模块的支路序号，其中i＝1,2,.....,n；n为梯次电池模块的支路总个数；具体步骤如下：

步骤21，计算每个支路梯次电池模块当前可用容量E_i，如公式(1)所示；

E_i＝SOC_i*EN (1)

其中SOC_i为第i个支路梯次电池模块的荷电状态，EN每个支路梯次电池模块的原始标称能量；

步骤22，计算每个支路梯次电池模块的充电/放电时间t₀i，如公式(2)所示；

t₀i＝E_i/PK (2)

其中PK为标准充电/放电倍率；

步骤23，计算各支路梯次电池模块的充电/放电时间的平均值tav₀，如公式(3)所示；

tav₀＝(t₀1+t₀2+…+t₀n)/n (3)

步骤24，计算每个支路梯次电池模块充电/放电时间控制在tav₀值时对应的功率值P₀i，如公式(4)所示；

P₀i＝E_i/tav₀ (4)

步骤25，计算充电/放电时间控制在tav₀值各支路梯次电池模块对应的功率值P₀i的和与需求功率P的比值kp，如公式(5)所示；

kp＝(P₀1+P₀2+…+P₀n)/P (5)

步骤26，计算每个支路梯次电池模块实际需要充电/放电的实时功率Pi，如公式(6)所示；

Pi＝P₀i/kp (6)

本实施例中充电/放电时间为常规意义上的充电/放电时间定义，为了更清晰的表述，具体描述为：充电时间为当前状态下梯次电池模块持续充电到充电额定上限所需的时间，放电时间为当前状态下梯次电池模块放电到放电额定下限所需的时间；当前状态是指每个监控周期内所采集的对应支路梯次电池模块的荷电状态等信息。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。