一种铅酸与锂电池混用储能系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及一种电池技术领域，尤其涉及一种铅酸与锂电池混用储能系统及其控制方法。


背景技术：

2.随着磷酸铁锂锂电池和退役锂电池在通讯基站的运用，运营商面临着不同状态下新旧电池混用，尤其是面临传统铅酸的混用。当新旧电池的性能不一致时，电池组之间产生环流及偏流，内阻小的电池承担大电流，内阻大的电池承担小电流，结果就造成内阻小的电池容量快速衰减，缩短电池寿命。
3.例如，一种在中国专利文献上公开的“一种用于储能系统的调度管理系统”，其公开号cn106203674a，公开日2016-12-07，包括一个中央控制层和多个单元储能系统，其中，每一个单元储能系统控制限定区域内的电能充电和/或放电；所述中央控制层实时监控所述每一个单元储能系统的状态，当收到某一个单元储能系统发来的电能需求后，将此需求发布给其他单元储能系统，根据所述其他单元储能系统反馈的响应成本从中择优选取可调配的单元储能系统。该方案在基于通讯基站新旧电池混用的情况下，并不能解决不同内阻电池之间环流、偏流、电压差等问题。


技术实现要素：

4.本发明主要解决通讯基站新旧电池混用情况下，不同内阻电池之间环流、偏流、电压差等问题；提供一种铅酸与锂电池混用储能系统及其控制方法。
5.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明一种铅酸与锂电池混用储能系统包括：开关电源，用于为系统供电；智控盒，用于控制各电池模块以及充放电通道；铅酸电池系统，用于为网络负载供电；锂电池系统，用于为网络负载供电。
6.采用本方案是为了实现电路自主切换，在不同时段由不同电源进行供电，当市电处于尖峰电时，系统切断市电输入，电池开始放电，当市电处于谷电时，系统恢复市电输入，电池开始充电。
7.作为优选，电源输入接口，用于连接电源获取电力；电压变换电路，用于隔离、变换电压；分路控制电路，用于根据实际负载电流对电池接入口进行配置；管理系统，用于与电源输入接口、电压变换电路、分路控制电路、锂电池系统的bms实现can通讯。
8.采用本方案是为了智控盒控制锂电池系统、铅酸电池系统、市电的供电系统的切换，数据传输及指令下发，管理电池的共充放、分步充放。
9.作为优选，所述控制方法为：
开关电源检测市电是否正常，并将检测信息发送给智控盒；智控盒接收到检测信息并根据地方尖峰谷时段设置削峰填谷运行策略；根据选择的模式对负载进行供电，对系统进行充放电处理。
10.采用本方案是为了通过充放电单个通道独立管理，实现不同使用程度、不同容量、不同品牌的电池组共同工作，解决不同内阻电池之间环流、偏流、电压差等问题。
11.作为优选，所述开关电源检测结果分别为：若开关电源检测到市电交流电为0，则智控盒打开铅酸电池系统通道，铅酸系统开启放电；若开关电源检测到市电正常，则智控盒根据地方尖峰谷时段选择削峰模式、填谷模式、搁置模式和不充不放模式中任一一种运行策略；所述智控盒通过电源输入接口与所述开关电源连接。
12.作为优选，所述削峰模式运行策略为：当开关电源检测到市电正常并将信息传输给智控盒，智控盒根据时间点判断时间处于削峰模式并打开锂电池系统输出通道开关且锂电池mos管打开，管理系统通知电压变换电路和分路控制电路将多路的锂电池放电电流汇总后并将输出电压抬高至55v，输出到开关电源；当储能系统的输出电压大于开关电源的输出电压53.5v时，开关电源停止输出，储能系统直接给网络负载供电；当设置的削峰模式时间到点后或智控盒检测到电池电压低截止电压时，智控盒关闭输出通道并通过管理系统下发指令给开关电源，开关电源恢复工作以恒压53.5v供电。
13.采用本方案能够实现电路自主切换，当市电处于尖峰电时，系统切断市电输入，电池开始放电。
14.作为优选，所述填谷模式运行策略为：当开关电源检测到市电正常并将信息传输给智控盒，智控盒根据时间点判断时间处于填谷模式且锂电池系统的锂电池组未满电，智控盒通过管理系统打开锂电池系统的输入通道，开关电源给负载供电、给储能系统充电；管理系统通知电压变换电路和分路控制电路将开关电源输入电流汇总后分流到每个电池通道，给每个通道的电池进行充电；当电池系统电压低于53.5v时，电压变换电路不做电压变化，分路控制电路只是将电流分流；当电池系统电压高于53.5v时，电压变换电路做电压变化并输入电流分流，将输入电压抬高后输出给电池充电；当开关电源检测到负载突然出现较大电流且超过限流点时，开关电源通知智控盒关闭输入通道，降低开关电源输出。
15.采用本方案能够实现电路自主切换，当市电处于谷电时，系统恢复市电输入，电池开始充电。
16.作为优选，所述搁置模式运行策略为：当开关电源检测到市电正常并将信息传输给智控盒，智控盒根据时间点判断时间处于搁置模式，智控盒关闭输入/输出通道，储能系统处于静置状态，开关电源只给负载供电。
17.作为优选，所述不充不放模式运行策略为：因铅酸电池系统输出/输入处于关闭状态且铅酸电池自身的原因发生亏电，当智控盒检测到铅酸电池电压低于50v时且未处于削峰模式时，智控盒开启铅酸电池输入通道，给铅酸补电。
18.本发明的有益效果是：1、系统通过充放电单个通道独立管理，实现不同使用程度、不同容量、不同品牌的电池组共同工作；2、智控盒独立设置各个通道的削峰填谷策略、充放电电压、充放电电流系数、充放电顺序、电池过压/欠压/过流/过热等保护参数；
3、能够实现电路自主切换，在不同时段由不同电源进行供电，当市电处于尖峰电时，系统切断市电输入，电池开始放电，当市电处于谷电时，系统恢复市电输入，电池开始充电；4、智控盒在线修改削峰填谷策略，实现毫秒级响应电网调度。
附图说明
19.图1是本发明的控制方法流程图。
20.图2是本发明的系统结构图。
具体实施方式
21.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
22.实施例1：本实施例的一种铅酸与锂电池混用储能系统及其控制方法，本系统用于含有铅酸电池的通讯基站系统，本实施例在基站原有的线路上进行改造，如图2所示，新增新旧电池混用储能系统，铅酸接入智控盒的电池接入口2个150a通道口，同时长循环锂电池系统接入电池接入端口。开关电源与智控盒通过rs485进行协议对接，开关电源与智控盒实现信息交互。具体如下：新旧电池混用储能系统由智控盒、锂电池系统、铅酸电池系统组成，其中锂电池系统用于基站直流侧通信设备的削峰，当市电处于尖峰段时，由锂电池系统进行供电，当市电处于谷电时，锂电池系统进行充电。智控盒控制锂电池系统、铅酸电池系统、市电的供电系统的切换，数据传输及指令下发，管理电池的共充放、分步充放。
23.在通讯基站运行中的网络负载电流为20~300a，负载电流大小取决于通信设备数量，且整个直流侧设备均为48v标称输出。其单个通信设备满足44v~57v的工作电压区间，由于通信设备上塔后电压不低于48v且上塔近2v的压降，则其有效工作区间为50v~57v，铅酸电池满电电压为53.5v，为保证开关电源输出电压与铅酸电池电压处于平衡状态，即此电压亦为开关电源恒压输出电压，开关电源在调压时由0.5v电压波动，范围为53~54v。
24.智控盒由电源输入接口、电压变换电路、分路控制电路、管理系统等部分组成。
25.开关电源输入接口为2路，主要作用为一主一备，当某一路线路受损时，另外1路依旧可以正常工作。
26.电压变换电路：电压变换电路由双向dc-dc模块组成，起到隔离、变换电压的作用。当蓄电池需要充电时，电压变换电路将开关电源输入电压提高到比蓄电池电压高，并将总电流分多路流向蓄电池；当蓄电池放电时，电压变换电路将电池电抬高高于开关电源输出电压，并将蓄电池电流汇总后分两路流回开关电源。
27.电池接入电路：设置两个150a的固定通道，作为铅酸电池接口。基站内常规使用两组48500~48800铅酸电池组，固预留两路铅酸口。当铅酸电池处于满电时，此通道处于常闭状态。当市电掉电或补电时，此通道处于打开状态。除两个150a铅酸接口额外设有多路锂电池接入口，电池接入口根据通讯基站的实际负载电流进行配置，通道总电流为负载电流的1.5倍，单个通道电流以50a为一档，如基站负载电流为50a时，通道数量为2个50a。锂电池系统内嵌bms管理系统，采集电池、电压、电流、容量等数据并根据电池状态关闭/打开mos。锂
电池组可工作电压范围44~56.5v。
28.智控盒管理系统与电源输入接口、电压变换电路、分路控制电路、锂电池系统的bms实现can通讯，电压补偿功能、电池电压、电流、温度、输入电流、单个通道的输入/输出电压、通道开启状态等信息交互。
29.开关电源与智控盒采用rs485通讯，开关电源将市电电压电流、负载、开关电源输出电压等信息传送给智控盒，智控盒亦将削峰填谷指令、充放电策略策略下发给各个模块。
30.铅酸与锂电混用储能系统控制逻辑如图1所示：步骤1：智控盒根据地方尖峰谷时段设置削峰填谷运行策略，尖电价时段对应削峰模式，谷电价对应填谷模式，平电价对应搁置模式。智控盒设定输出、输入上下限电压，单通道限流值，最小工作通道等参数；开关电源输出电压为53.5v，恒压输出模式。
31.步骤2：当开关电源检测到市电正常并将信息传输给智控盒，智控盒根据时间点判断时间处于削峰模式并打开输出通道开关且锂电池mos打开，变化电路将多路的锂电池放电电流汇总后并将输出电压抬高至55v，分2路输出到开关电源，此时储能系统的输出电压大于开关电源的输出电压53.5v，开关电源停止输出，储能系统直接给网络负载供电；当设置的削峰模式时间到点后或智控盒检测到电池电压低截止电压时，智控盒关闭输出通道并通过管理系统下发指令给开关电源，开关电源恢复工作以恒压53.5v供电。
32.步骤3：当开关电源检测到市电正常并将信息传输给智控盒，智控盒根据时间点判断时间处于填谷模式且锂电池组未满电，智控盒打开输入通道，此时开关电源分两路输出，一路给负载供电，一路给储能系统充电。分路控制电路将开关电源输入电流汇总后分流到每个电池通道，给每个通道的电池进行充电；步骤31：当电池系统电压低于53.5v时，此时电压变换电路不做电压变化，分路控制电路只是将电流分流；步骤32：当电池系统电压高于53.5v时，此时电压变换电路做电压变化并通过分路控制电路输入电流分流，将输入电压抬高后输出给电池充电；步骤33：当单个通道的电池组充满后bms关闭充电mos，此时智控盒通知开关电源降低相应的输出电流；步骤34：当开关电源检测到负载突然出现较大电流且超过限流点时，开关电源通知智控盒关闭输入通道，降低开关电源输出。
33.步骤4：当开关电源检测到市电正常并将信息传输给智控盒，智控盒根据时间点判断时间处于搁置模式，此时智控盒关闭输入/输出通道，储能系统处于静置状态，开关电源只给负载供电。
34.步骤5：当开关电源检测到市电电压为0时，开关电源传递市电掉电信息给智控盒，智控盒打开铅酸通道输出通道，铅酸直接开启放电。
35.步骤6：因铅酸电池输出/输入处于关闭状态且铅铅酸自身的原因发生亏电，当智控盒检测到铅酸电池电压低于50v时且未处于削峰模式时，此时智控盒开启铅酸电池输入通道，给铅酸补电。
36.步骤7：当锂电池的电池配置容量冗余较大时，智控盒可以分步打开输出通道，当某通道电池电压低于50v时，打开另外个输出通道电池组开始放电并关闭低电压通道。
37.本实施例的储能系统通过充放电单个通道独立管理，实现不同使用程度、不同容
量、不同品牌的电池组共同工作；系统独立设置2个150a通道，用于铅酸电池补电和掉电时备电；通过电池充放电通道独立控制，解决不同内阻电池之间环流、偏流、电压差等问题；智控盒独立设置各个通道的削峰填谷策略、充放电电压、充放电电流系数、充放电顺序、电池过压/欠压/过流/过热等保护参数；能够实现电路自主切换，在不同时段由不同电源进行供电，当市电处于尖峰电时，系统切断市电输入，电池开始放电，当市电处于谷电时，系统恢复市电输入，电池开始充电；当检测到市电掉电后，系统能够快速响应打开铅酸处放电mos管，给网络负载供电，响应速度≤10ms；智控盒在线修改削峰填谷策略，实现毫秒级响应电网调度；锂电池系统采用长循环磷酸铁锂体系，可以满足15年的日历寿命。
38.整套锂电池与铅酸电池混用储能系统的发明及通讯基站场景应用；智控盒集合电源输入接口、电压变换电路（双向dc/dc）、分路控制电路、管理系统，于功率、控制、采集一体的设备开发；整套系统运行逻辑的保护，储能系统与开关电源之间在不同时段、不同情况的联动，不同的电源进行切换供电；智控盒多通道隔离、电压变换的技术，实现电池共充共放、异充异放；锂电池满电后，充电mos关闭，避免浮充；铅酸电池满电定期补电和市电掉电应急响应策略；储能系统的电池组、智控盒与开关电源组网方式的保护。
39.实施例2：本实施例的储能系统亦适用于梯次锂电池，只需将铅酸电池替换成梯次锂电池，挂在原铅酸电池接入口即可。开关电源与智控盒之间联动增加边缘网关，边缘网关作为整个储能系统的大脑，实现指令下发，削峰填谷参数修改，数据上传、读取。取消铅酸电池专用接口，铅酸电池挂在开关电源的母排上，用智能断路器进行控制。智能断路器的断路器处于常开状态，平时铅酸电池处于静止状态。智能断路器具备时间控制功能，每隔半个月打开开关给铅酸补电。当市电掉电时，由智控盒告知智能断路器，打开开关，铅酸放电。智控盒的双向dc-dc电路可以替换成单向dc-dc，充电不做变压，放电做变压。
40.应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。