蓄电池储能系统管理装置和方法
【专利摘要】提供了一种蓄电池储能系统(BESS)管理装置和方法，用于管理电力供应系统中的BESS，BESS用于接收电能和充电，并通过释放所充的电能而将电能供应给DC/AC变换器。所述BESS管理装置包括：测量单元，其被配置成测量BESS中的多个串联的模块或电池的充电状态(SOC)；以及DC电力供应单元，其被配置为基于多个模块或电池的SOC将DC电力供应到多个模块之一或多个电池之一。
【专利说明】
蓄电池储能系统管理装置和方法
技术领域
[0001 ]本公开涉及包括蓄电池储能系统(BESS)的电力供应系统。
【背景技术】
[0002]由于电能易于输送和转换，因此，其被广泛使用。为了有效地利用这样的电能，使用BESS。该BESS接收电力并且充电。此外，当需要电力时，BESS通过将所充的电力释放而供应电力。通过这样，BESS灵活地供应电力。
[0003]具体而言，当发电系统包括BESS时，其操作如下。当负载或系统过载时，BESS释放储存的电能。此外，当负载或系统轻负载时，BESS从发电装置或系统接收电力并且被充电。
[0004]此外，如果不考虑发电系统而BESS独立存在，则BESS从外部电源接收闲置电力并被充电。此外，当系统或负载过载时，BESS通过将所充的电力释放而供应电力。
[0005]BESS包括多个并联的蓄电池架。蓄电池架包括多个串联的模块。多个模块中的每一个包括多个串联的电池。多个模块中的每一个的充电状态根据蓄电池能量系统的充电和放电而变化。由于多个模块中的每一个模块的充电状态发生变化，所以由BESS供应电力的效率降低。因此，需要一种有效地管理BESS的发电系统。
【发明内容】
[0006]实施例提供了一种用于管理电力供应系统中使用的BESS的BESS管理装置以及方法。
[0007]在一个实施例中，提供了一种用于管理电力供应系统中的蓄电池储能系统(BESS)的BESS管理装置，所述BESS用于接收电能和充电，并通过释放所充的电能而将电能供应给DC/AC变换器。所述BESS管理装置包括:测量单元，其被配置成测量BESS中的多个串联的模块或电池的充电状态(SOC);以及DC电力供应单元，其被配置成基于多个模块或电池的SOC而将DC电力供应给多个模块之一或多个电池之一。
[0008]DC电力供应单元可以为电力供应系统的构造的操作供应DC电力。
[0009]当电力供应系统不工作时，DC电力供应单元可以将DC电力供应给多个模块之一或多个电池之一。
[0010]DC电力供应单元可以是开关型电源(SMPS)。
[0011]DC电力供应单元可以是不间断电源，用于防止在停电期间电力供应系统的操作中断。
[0012]当多个模块之一的SOC或多个电池之一的SOC相对于另一个模块或另一个电池的SOC显示出大于基准范围的差时，DC电力供应单元可以供应DC电力。
[0013]测量单元可以包括电压测量单元，用于测量多个模块或多个电池的电压。
[0014]测量单元可以包括电流测量单元，用于测量多个模块或多个电池的电流。
[0015]BESS管理装置可以还包括安装在DC电力供应单元和BESS之间以转换由DC电力供应单元供应的DC电力的大小的DC/DC变换器。
[0016]DC/DC变换器可以将转换大小后的DC电力供应给BESS。
[0017]在另一个实施例中，提供了一种用于管理电力供应系统中的BESS的BESS管理方法，所述BESS用于接收电能和充电并释放所充的电能。该方法包括:测量BESS中的多个串联的模块或电池的充电状态(SOC);以及基于多个模块或电池的SOC将DC电力供应给多个模块之一或多个电池之一。
[0018]供应DC电力可以包括为所述电力供应系统的构造的操作供应DC电力。
[0019]供应DC电力可以包括当所述电力供应系统没有工作时，供应DC电力给多个模块之一或多个电池之一。
[0020 ] 供应DC电力可以包括通过开关型电源(SMPS)供应DC电力。
[0021]供应DC电力可以包括通过不间断电源供应DC电力，用于防止在停电期间电力供应系统的操作中断。
[0022]供应DC电力可以包括当所述多个模块之一或所述多个电池之一的SOC相对于另一个模块或另一个电池的SOC显示出大于基准范围的差时，供应DC电力。
[0023]测量SOC可以包括测量多个模块或多个电池的电压。
[0024]测量SOC可以包括测量多个模块或多个电池的电流。
[0025]该方法可以进一步包括通过DC/DC变换器向BESS供应转换大小后的DC电力，所述DC/DC变换器用于转换由DC电力供应单元供应的DC电力的大小。
[0026]在下面的附图和说明书中阐述了一个或多个实施例的细节。从说明书和附图以及从权利要求书中，其他特征是显而易见的。
【附图说明】
[0027]图1是示出根据本发明实施例的电力供应系统的框图；
[0028]图2是示出根据本发明实施例的小容量电力供应系统的框图；
[0029]图3是根据本发明实施例的电力供应系统的操作流程图；
[0030]图4是根据本发明实施例的不包括发电装置的电力供应系统的操作流程图；
[0031]图5是示出根据本发明实施例的电力供应系统的BESS管理装置的框图；
[0032]图6是根据本发明实施例的电力供应系统中的BESS管理装置的操作流程图。
具体实施例
[0033]下面将参照附图，对本发明的优选实施例进行更详细说明。然而，本发明可以体现为不同的形式，并且不应被解释为限于这里描述的实施例。为了清楚地描述本发明，与描述无关的部分在图中被省略，并且在整个说明书中类似的附图标记指代类似的元件。
[0034]此外，当描述某一事物包含(或包括或具有)一些元件时，应该理解的是，其可以只包含(或包括或具有)那些元件，或者如果没有特别的限制的话，其可以包含(或包括或具有)其他元件以及那些元件。
[0035]下面，参考附图1-4对根据本发明实施例的电力供应系统进行描述。
[0036]图1是示出根据本发明实施例的电力供应系统的框图。
[0037]根据本发明的实施例的电力供应系统100包括发电装置101、DC/AC变换器103、AC滤波器105、AC/AC变换器107、系统109、充电控制单元111、蓄电池储能系统(BESS)113、系统控制单元115、负载117以及DC/DC变换器121。
[0038]发电装置101产生电能。如果发电装置101是光伏器件，其可以是太阳能电池阵列。太阳能电池阵列组合了多个太阳能电池模块。太阳能电池模块是当串联或并联多个太阳能电池时通过将太阳能转换成电能来产生预定的电压和电流的装置。因此，太阳能电池阵列吸收太阳能并将其转换成电能。此外，当发电系统是风力发电系统时，发电装置101可以是用于将风能转换为电能的叶片。然而，如上所述，电力供应系统100可以在没有发电装置101的情况下，只通过BESS 113供应电力。在这种情况下，电力供应系统100可以不包括发电装置 101。
[0039]DC/AC变换器103将DC电力转化成AC电力。由发电装置101供应的DC电力或由BESS113释放的DC电力被转换成AC电力。
[0040]AC滤波器105滤除已转化成AC电力的电力中的噪声。根据本发明的具体实施例，AC滤波器105可以省略。
[0041 ]为了将AC电力供应给系统109或负载117，AC/AC变换器107对已滤除噪声的AC电力的电压大小进行转换，并且将电力供应给系统109或独立的负载。根据本发明的具体实施例，AC/AC变换器107可以省略。
[0042]系统109是将许多发电站、变电站、输送线路和配电线路以及负载集成于一体以发电和用电的系统。
[0043]负载117通过从发电系统接收电能而消耗电力。BESS113从发电装置101接收电能并根据系统109或负载117的电力供应情形进行充电或者释放所充的电能。更具体地，当系统109或负载117为轻负载时，BESS 113从发电装置101接收闲置电力并进行充电。当系统109或负载117过载时，BESS 113释放所充电力以将其供应给系统109或负载117。对于每一个时间槽，系统109或负载117的电力供应情形可能有很大的差别。因此，对于电力供应系统100来说，不考虑系统109或负载117的电力供应情形而统一地供应由发电装置101供应的电力是效率低的。因此，电力供应系统100根据系统109或负载117的电力供应情形，通过使用BESS 113来调整电力供应量。通过这样，电力供应系统100可高效率地将电力供应给系统109或负载117。
[0044]DC/DC变换器121转换被BESS 113供应或接收的DC电力的大小。根据本发明的具体实施例，DC/DC变换器121可以省略。
[0045]系统控制单元115控制DC/AC变换器103以及DC/DC变换器107的操作。此外，系统控制单元115可以包括用于控制BESS 113的充电和放电的充电控制单元111。充电控制单元111控制BESS 113的充电和放电。当系统109或负载117过载时，充电控制单元111允许BESS113供应电力，并将其输送到系统109或负载117。当系统109或负载117为轻负载时，充电控制单元111允许外部电源或发电装置101供应电力，并将其输送给BESS 113。
[0046]图2是示出根据本发明实施例的小容量电力供应系统的框图。
[0047]根据本发明的实施例的小容量电力供应系统200包括发电装置101、DC/AC变换器103、AC滤波器105、AC/AC变换器107、系统109、充电控制单元111、BESS 113、系统控制单元115、第一 DC/DC变换器119、负载117以及第二 DC/DC变换器121。
[0048]除了还包括第一DC/DC变换器119以外，这与图1的实施例是相同的。第一 DC/DC变换器119对由发电装置101产生的DC电力的电压进行转换。对于小容量的电力供应系统200，由发电装置101产生的电力的电压很小。因此，为了将由发电装置101供应的电力输入到DC/AC变换器103，必须提升该电压。第一 DC/DC变换器119将由发电装置101产生的电力的电压大小转换为要输入到DC/AC变换器103的电压大小。
[0049]图3是根据本发明实施例的包括发电装置的电力供应系统的操作流程图。
[0050]在操作SlOl中，发电装置101产生电能。根据本发明的具体实施例，当发电装置101是太阳能电池阵列时，其将太阳能转换为电能。根据本发明的具体实施例，当发电装置101是叶片时，其将风能转换为电能。
[0051 ]在操作S103中，充电控制单元111判定是否需要为系统109或负载117供应电力。基于系统109或负载117是过载还是轻负载可以判定是否需要为系统109或负载117供应电力。
[0052]如果不需要为系统109或负载117供应电力，则在操作S105中充电控制单元111使BESS 113 充电。
[0053]在操作S107中，充电控制单元111判定BESS113是否需要放电。当仅利用由发电装置101供应的电能不能满足系统109或负载117的电力需求时，判定BESS 113是否需要放电。此外，充电控制单元111可以判定BESS 113是否存储了足够放电的电能。
[0054]如果BESS 113需要放电，则在操作S109中充电控制单元111使BESS 113放电。
[0055]在操作Slll中，DC/AC变换器103将由BESS 113释放的电能和由发电装置101产生的电能转换成AC。此处，电力供应系统100通过一个DC/AC变换器103将所有由BESS 113释放的电能和由发电装置101产生的电能从DC转换成AC。每一个电器在使用电力时都具有限制。这种限制包括瞬时限制和长时间使用限制，并且由易于使用且即使在长时间使用时也不会损坏装置的最大功率来限定额定功率。为了使DC/AC变换器103的效率最大化，需要BESS113和发电装置101来供应电力，以使得DC/AC变换器103使用这种额定功率的70%至90%。
[0056]在操作S113中，AC滤波器105滤除转换成AC的电力的噪声。如上所述，根据本发明的具体实施例，噪声滤除操作可以省略。
[0057]在操作S115中，AC/AC变换器107转换滤波后的AC电力的电压大小，并且将电力供应给系统109或负载117。如上所述，根据本发明的具体实施例，通过AC/AC变换器107的转换可以省略。
[0058]在操作S117中，电力供应系统100将转换后的电力供应给系统109或负载117。
[0059]图4是根据本发明实施例的不包括发电装置的电力供应系统的操作流程图。
[0060]在操作S151中，充电控制单元111判定是否需要为系统109或负载117供应电力。可以基于系统109或负载117是过载还是轻负载来判定是否需要为系统109或负载117供应电力。
[0061 ]如果不需要为系统109或负载117供应电力，则在操作S153中充电控制单元111允许从外部电源供应电力以使BESS 113充电。
[0062]在操作S155中，充电控制单元111判定BESS 113是否需要放电。充电控制单元111可以判定BESS 113是否存储了足够放电的电能。
[0063]如果BESS 113需要放电，则在操作S157中充电控制单元111使BESS 113放电。
[0064]在操作S159中，DC/AC变换器103将由BESS 113释放的电能和由发电装置101产生的电能的DC转换成AC。
[0065]在操作S161中，AC滤波器105滤除转换成AC的电力的噪声。如上所述，根据本发明的具体实施例，噪声滤除操作可被省略。
[0066]在操作S163中，AC/AC变换器107转换滤波后的AC电力的电压大小，并将该电力供应给系统109或负载117。如上所述，根据本发明的具体实施例，通过AC/AC变换器107的转换可以省略。
[0067]在操作S165中，电力供应系统100将转换的电力供应给系统109或负载117。
[0068]BESS 113可以包括串联的多个模块。具体地，BESS 113包括并联的多个蓄电池架并且多个蓄电池架可以包括串联的多个模块。根据本发明的具体实施例，包括700V至1000V的DC/AC变换器103的电力供应系统100可以包括17个模块，每一个模块具有50V容量。此外，多个模块中的每一个可以包括多个电池。在这一点上，如图3和4中所示，当充电和放电重复进行时，多个模块的充电状态可能会变得不同。其原因是，电流可以是恒定的，但每一个模块的具体电压在串联中会不同。此外，由于外部环境因素，多个模块的充电状态可能会不同。蓄电池存储装置的充电和放电可能效率较低。此外，当包括在多个模块的每一个模块中的多个电池的充电状态不恒定时，BESS113的寿命周期可能会减小。因此，有必要有效地管理BESS的多个模块的充电状态或包括在多个模块的每一个中的多个电池的充电状态。如果多个模块的充电状态或包括在多个模块的每一个中的多个电池的充电状态不恒定，则具有高充电量的模块或电池，可以通过连接到多个模块的或连接到包括在多个模块的每一个中的多个电池的电阻器选择性地放电。然而，这是低效率的，因为多个电池的充电状态是通过消耗不必要的能量而恒定的。此外，通过将多个模块或多个电池与DC/DC变换器相连接，具有高充电量的电池向具有低充电量的电池供应DC以对其充电。在这种情况下，可以防止不必要的能耗。然而，与多个模块或多个电池的连接关系可能会变得复杂。因此，需要一种用于解决这个问题的BESS管理方法。将参照图5和图6对此进行说明。
[0069]图5是示出根据本发明实施例的电力供应系统的BESS管理装置的框图。
[0070]用于管理BESS 113的MSS管理装置150包括DC电力供应单元151、DC/DC变换器153、测量单元155以及控制单元157。
[0071]如上所述，BESS113包括串联的多个模块。该多个模块中的每一个包括串联的多个电池。
[0072]DC电力供应单元151将DC电力供应给BESS 113。此外，DC电力供应单元151可以供应DC电力用于驱动电力供应系统100的DC/AC变换器103、系统控制单元115、AC滤波器105以及AC/AC变换器107中的至少一个。更详细地，DC电力供应单元151可以是开关型电源(SMPS)。尤其，SMPS可以经常提供与模块的电压容量相似的电压容量。在这一点上，当电力供应系统100不工作时，DC电力供应单元151可以向BESS 113供应DC电力。根据本发明的另一具体实施例，DC电力供应单元151可以是为停电期间电力供应中断准备的不间断电源(UPS)。当使用用于为电力供应系统100的结构的操作供应DC电力的DC电力供应装置，或使用为停电期间电力供应系统100的操作中断准备的UPS时，不需要另外安装单独的DC电力供应装置。
[0073]DC/DC变换器153转换DC电力的大小，并将其供应给BESS 113。
[0074]测量单元155可以测量BESS 113的充电状态(SOC)。更具体地，测量单元155可以测量BESS 113中包括的多个模块的SOC或多个模块的每一个中包括的多个电池的SOC。更详细地说，测量单元155可以测量BESS 113中包括的多个模块的或多个模块的每一个中包括的多个电池的电压和电流中的至少一个。测量单元155可以包括电压测量单元，用于测量多个模块中的每一个的电压。测量单元155可以包括电压测量单元，用于测量多个模块的每一个中包括的多个电池的每一个电池的电压。测量单元155可以包括电流测量单元，用于测量多个模块中的每一个的电流。测量单元155可以包括电流测量单元，用于测量多个模块的每一个中包括的多个电池的每一个电池的电流。
[0075]控制单元157控制DC电力供应单元151、DC/DC变换器153以及测量单元155的操作。更具体地，控制单元157可以是用于控制整个电力供应系统100中包括的构造的操作的系统控制单元115。
[0076]当多个模块之一的SOC或多个电池之一的SOC相对于另一个模块的SOC或另一个电池的SOC具有大于基准范围的差时，控制单元157可以允许DC电力供应单元151供应DC电力。这里，SOC可以是电压或电流。
[0077]如果详细描述DC电力供应单元151的电力供应的一个示例，则当多个模块之一的SOC相对于另一个模块的SOC具有大于基准范围(例如，1%)的差时，DC电力供应单元151可以供应DC电力。
[0078]如果详细描述DC电力供应单元151的电力供应的另一个示例，则当多个模块之一中的多个电池之一的SOC相对于另一个电池的SOC具有大于基准范围(例如，1%)的差时，DC电力供应单元151可以供应DC电力。
[0079]将参照图6对用于管理BESS 113的BESS管理装置150的操作进行说明。
[0080]图6是根据本发明实施例的电力供应系统中的BESS管理装置的操作流程图。
[0081 ] 在操作S201中，测量单元155测量BESS 113中包括的多个模块的SOC或多个模块的每一个中包括的多个电池的S0C。
[0082 ]在操作S203中判定多个模块的SOC或多个模块的每一个中包括的多个电池的SOC是否在基准范围之内。更详细地说，测量单元155可以测量BESS 113中包括的多个模块之一或多个模块的每一个中包括的多个电池之一相对于多个其它模块或多个电池或包括在多个模块的每一个中的多个电池是否显示出大于基准范围大小的电压差。此外，测量单元155可以测量BESS 113中包括的多个模块之一或多个模块的每一个中包括的多个电池之一相对于另一个模块或另一个电池是否显示出大于基准范围大小的电流差。例如，当基准范围是模块或电池的总容量的1%时，测量单元155可以测量第一电池和第二电池的电压是否相差大于总容量的I %。
[0083 ]当多个模块的SOC或多个模块的每一个中包括的多个电池的SOC超出基准范围时，在操作S205中DC电力供应单元151供应DC电力。如上所述，DC电力供应单元151可以是用于向电力供应系统100中的结构供应DC电力的DC供应装置。根据本发明的一个具体实施例，当电力供应系统100不工作时，DC电力供应单元151可以供应DC电力。例如，当电力供应系统100是光伏器件时，当发电装置101由于低的太阳辐射而不产生电力并且负载107或系统109不需要电力时，DC电力供应单元151可以供应DC电力。此外，DC电力供应单元151可以是用于防止电力供应系统100的操作在停电期间被中断的UPSο根据本发明的具体实施例，DC电力可以以预定的时间间隔供应。另外，当电力供应系统100是光伏器件时，DC电力供应单元151可以基于日出时间和日落时间而供应DC。此外，DC电力供应单元151可以基于负载或系统所必需的电力量而供应DC电力。此外，当由于负载或系统为轻负载而不需要额外的DC电力时，DC电力供应单元151可以供应DC电力。根据本发明的具体实施例，当由于停电而不要求UPS进行操作时，DC电力供应单元151可以供应DC电力。
[0084]在操作S207中，DC/DC变换器153转换DC电力的大小。更详细地，DC/DC变换器153可以将DC电力的大小转换成用于对模块或电池充电的大小。如果DC电力供应单元151供应具有对模块或电池充电大小的DC电力，则上述操作可省略。
[0085]在操作S209中，BESS 113对相对于另一模块或电池显示出SOC差的模块或电池进行充电。在这里，模块或电池可以被充电直到其相对于另一个模块或电池的SOC具有基准范围的差。在这里，由于DC电力是由DC电力供应单元151供应的，所以BESS 113可以同时对多个模块或多个电池充电。通过上述实施例，其描述了 BESS管理装置150测量电池单元或模块单元的SOC并进行充电。根据本发明的具体实施例，BESS管理装置150可以测量包括多个模块的蓄电池架的S0C，并通过蓄电池架单元执行充电。
[0086]通过此，BESS113中包括的多个模块或多个模块的每一个中包括的多个电池可以被有效地管理。此外，延长BESS 113的寿命周期是可能的。尤其是，如果通过BESS 113中的模块单元来管理S0C，则相比于通过电池单元管理S0C，用于单个充电的SOC测量或连接可以是简单的。
[0087]通过管理电力供应系统中的BESS可以提供用于提高电力转换效率的电力供应系统。
[0088]尽管已经参照其数个示范实施例描述了一些实施例，但是应当理解的是，本领域技术人员能够设想出将落在本公开的原理的精神和范围内的许多其他的改进和实施例。更具体地，在本公开、附图及所附权利要求的范围内可以对主题组合布置的组成部件和/或布置做出各种变化和修改。除了对组成部件和/或布置做出的变化和修改以外，对于本领域的技术人员来说，替代使用也将是显而易见的。
【主权项】
1.一种蓄电池储能系统管理装置，其用于管理电力供应系统中的蓄电池储能系统，所述蓄电池储能系统用于接收电能和充电，并通过释放所充的电能而将电能供应给DC/AC变换器，所述蓄电池储能系统管理装置包括: 测量单元，其被配置成测量蓄电池储能系统中的多个串联的模块或电池的充电状态；以及 DC电力供应单元，其被配置成基于多个模块或电池的充电状态而将DC电力供应给多个模块之一或多个电池之一。2.根据权利要求1所述的蓄电池储能系统管理装置，其中，所述DC电力供应单元为所述电力供应系统的构造的操作供应DC电力。3.根据权利要求2所述的蓄电池储能系统管理装置，其中，当所述电力供应系统没有工作时，所述DC电力供应单元将DC电力供应给所述多个模块之一或所述多个电池之一。4.根据权利要求3所述的蓄电池储能系统管理装置，其中，所述DC电力供应单元是开关型电源。5.根据权利要求3所述的蓄电池储能系统管理装置，其中，所述DC电力供应单元是不间断电源，用于防止在停电期间电力供应系统的操作中断。6.根据权利要求1所述的蓄电池储能系统管理装置，其中，当所述多个模块之一的充电状态或所述多个电池之一的充电状态相对于另一个模块或另一个电池的充电状态显示出大于基准范围的差时，所述DC电力供应单元供应DC电力。7.根据权利要求6所述的蓄电池储能系统管理装置，其中，所述测量单元包括电压测量单元，用于测量所述多个模块或所述多个电池的电压。8.根据权利要求6所述的蓄电池储能系统管理装置，其中，所述测量单元包括电流测量单元，用于测量所述多个电池或所述多个模块的电流。9.根据权利要求1所述的蓄电池储能系统管理装置，还包括安装在所述DC电力供应单元和所述蓄电池储能系统之间以转换由所述DC电力供应单元供应的DC电力的大小的DC/DC变换器。10.根据权利要求9所述的蓄电池储能系统管理装置，其中，所述DC/DC变换器将转换大小后的DC电力供应给所述蓄电池储能系统。
【文档编号】H02J3/32GK105870952SQ201610066955
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月29日
【发明人】姜秉官
【申请人】Ls产电株式会社