一种基于双组串锂电池动态特性的分选组配系统的制作方法

本实用新型属于电化学储能应用技术领域，具体涉及一种基于双组串锂电池动态特性的分选组配系统。

背景技术：

大规模电化学蓄电池储能系统特别是锂离子电池需要由数量极多的小电量单体电池串并联与PCS和BMS组成储能单元系统，并且多以安装在专用集装箱仓室的形式集成及应用。众所周知，锂离子蓄电池的安全性是储能系统应用的根本保障，没有安全性及失去了储能系统的应用价值；而锂离子蓄电池的电性能的一致性是确保数量极多的小电量锂离子蓄电池单体电池串联安全应用的重要条件之一。不一致性不仅影响资源利用率和使用效率，更严重的是会造成蓄电池单体的损伤和加剧其不一致性的状况，造成极大的安全隐患。

现有技术在锂电池单体串联成蓄电池组串前，对每一个蓄电池单体进行静态电压及内阻的测量，并且据此进行组配分选；由于电化学储能的锂离子蓄电池的充放电是一个电化学反应的动态过程，其静态一致性和动态一致性具有不小的的差别，对于储能系统而言，动态运行是一个常态，而且蓄电池的充放电深度控制主要依据的是动态参数，动态一致性是锂离子蓄电池组串运行安全性的根本保障，因此现有技术采用静态检测及锂电池组串的组配分选，不适于频繁充放电的储能系统应用，存在明显的技术缺陷。

技术实现要素：

要确保大规模电化学蓄电池储能系统特别是锂离子电池储能系统的安全、健康、高效应用，有必要突破现有技术采用静态检测及据此组配分选的惯用手段，创新一种动态组配分选的新系统。故此本实用新型提出一种基于双组串锂电池动态特性的分选组配系统，主要包括：系统控制模块、系统控制总线、电网、交流电力线、电网接入断开开关、第1蓄电池参数信号采集模块、第1蓄电池组串第1单体蓄电池、第1蓄电池组串第2单体蓄电池、第1蓄电池组串第n单体蓄电池、第1蓄电池组串第1信号采集线、第1蓄电池组串第2信号采集线、第1蓄电池组串第3信号采集线、第1蓄电池组串第n信号采集线、第1蓄电池组串第n+1信号采集线、第1蓄电池组串正极连接端子、第1蓄电池组串负极连接端子、第1蓄电池组串正极直流保护及电控开关、第1蓄电池组串负极直流保护及电控开关、第1储能双向逆变模块、第1储能双向逆变模块交流输出保护及电控开关、第2蓄电池参数信号采集模块、第2蓄电池组串第1单体蓄电池、第1蓄电池组串第2单体蓄电池、第2蓄电池组串第n单体蓄电池、第2蓄电池组串第1信号采集线、第2蓄电池组串第2信号采集线、第2蓄电池组串第3信号采集线、第2蓄电池组串第n信号采集线、第2蓄电池组串第n+1信号采集线、第2蓄电池组串正极连接端子、第2蓄电池组串负极连接端子、第2蓄电池组串正极直流保护及电控开关、第2蓄电池组串负极直流保护及电控开关、第2储能双向逆变模块、第2储能双向逆变模块交流输出保护及电控开关，其中：

第1蓄电池组串第1单体蓄电池、第1蓄电池组串第2单体蓄电池、第1蓄电池组串第n单体蓄电池中相邻的单体蓄电池正负极分别依次串联，构成第1蓄电池串联组串，其蓄电池组串的正极顺次通过第1蓄电池组串正极连接端子、第1蓄电池组串正极直流保护及电控开关接入第1储能双向逆变模块直流侧正极，同时蓄电池组串的负极顺次通过第1蓄电池组串负极连接端子、第1蓄电池组串负极直流保护及电控开关接入第1储能双向逆变模块直流侧负极，再由第1储能双向逆变模块通过第1储能双向逆变模块交流输出保护及电控开关连接交流电力线以及通过电网接入断开开关接入电网，构成第1蓄电池组串充放电子系统通过电网进行充放电的电力路径；

第2蓄电池组串第1单体蓄电池、第2蓄电池组串第2单体蓄电池、第2蓄电池组串第n单体蓄电池中相邻的单体蓄电池正负极分别依次串联，构成第2蓄电池串联组串，其蓄电池组串的正极顺次通过第2蓄电池组串正极连接端子、第2蓄电池组串正极直流保护及电控开关接入第2储能双向逆变模块直流侧正极，同时蓄电池组串的负极顺次通过第2蓄电池组串负极连接端子、第2蓄电池组串负极直流保护及电控开关接入第2储能双向逆变模块直流侧负极，再由第2储能双向逆变模块通过第2储能双向逆变模块交流输出保护及电控开关连接交流电力线以及通过电网接入断开开关接入电网，构成第2蓄电池组串充放电子系统通过电网进行充放电的电力路径；

同时，第1蓄电池组串充放电子系统充放电的电力路径与第2蓄电池组串充放电子系统充放电的电力路径通过交流电力线相连接，构成第1蓄电池组串充放电子系统与第2蓄电池组串充放电子系统之间相互进行充放电的电力路径；

具有n个单体蓄电池串联的蓄电池组串配置n+1根信号采集线，确保连接每一个蓄电池单体的正极和负极各有一根信号采集线连接到蓄电池参数信号采集模块，即第1蓄电池参数信号采集模块通过第1蓄电池组串第1信号采集线、第1蓄电池组串第2信号采集线、第1蓄电池组串第3信号采集线、第1蓄电池组串第n信号采集线、第1蓄电池组串第n+1信号采集线分别顺次对应连接第1蓄电池组串第1单体蓄电池、第1蓄电池组串第2单体蓄电池、第1蓄电池组串第n单体蓄电池，构成第1蓄电池参数信号采集模块采集第1蓄电池组串的每一个蓄电池单体的信息链路；

同时第2蓄电池参数信号采集模块通过第2蓄电池组串第1信号采集线、第2蓄电池组串第2信号采集线、第2蓄电池组串第3信号采集线、第2蓄电池组串第n信号采集线、第2蓄电池组串第n+1信号采集线分别顺次对应连接第2蓄电池组串第1单体蓄电池、第2蓄电池组串第2单体蓄电池、第2蓄电池组串第n单体蓄电池，构成第2蓄电池参数信号采集模块采集第2蓄电池组串的每一个蓄电池单体的信息链路；

系统控制模块通过系统控制总线分别连接第1蓄电池参数信号采集模块、第1蓄电池组串正极直流保护及电控开关、第1蓄电池组串负极直流保护及电控开关、第1储能双向逆变模块、第1储能双向逆变模块交流输出保护及电控开关、第2蓄电池参数信号采集模块、第2蓄电池组串正极直流保护及电控开关、第2蓄电池组串负极直流保护及电控开关、第2储能双向逆变模块、第2储能双向逆变模块交流输出保护及电控开关，构成系统控制模块对蓄电池单体进行实时监测以及锂电池组配分选信息的处理与系统运行管控的通信链路。

一种基于双组串锂电池动态特性的分选组配系统，所述系统控制模块主要包括：嵌入式控制器、数据存储电路、时钟电路、电源电路、通信管理电路、I/O管理电路、控制模块总线、预置程序模块，其中：

嵌入式控制器通过控制模块总线分别连接数据存储电路、时钟电路、电源电路、通信管理电路、I/O管理电路、预置程序模块，构成系统控制模块的监控信息链路及系统模块。

一种基于双组串锂电池动态特性的分选组配系统，所述蓄电池参数信号采集模块的特征是，当一个蓄电池组串中的单体蓄电池的数量大于蓄电池参数信号采集模块的最大信号采集线减1时，采用2个或多个蓄电池参数信号采集模块共同构成采用蓄电池组串中每一个蓄电池单体的信息链路，蓄电池参数信号采集模块的数量＞蓄电池组串中的单体蓄电池的数量/蓄电池参数信号采集模块的最大信号采集线数量减1的整数。

本实用新型一种基于双组串锂电池动态特性的分选组配系统，依据电化学储能中锂离子蓄电池的充放电是一个电化学反应的动态过程，并且实际应用实践证明储能系统动态运行是一个常态，因而采用将2个蓄电池组串充放电子系统进行交换电能完成节能方式的充放电过程并对各个蓄电池单体的动态监测及统计分析数据进行比对，根据电池产品特性标准以及应用场景允许的动态一致性误差范围进行组配分选，使得蓄电池组串组配能够满足及达到产品性能标准以及应用场景允许的动态一致性误差范围要求，突破现有技术采用静态检测及据此组配分选的惯用手段，创新了一种动态组配分选的新系统，减少了储能系统运行中不一致性不仅提高了资源利用率和使用效率，更重要的是大大降低了蓄电池单体的损伤和改善其蓄电池组串不一致性的状况，提升了储能系统运行的安全性和效率。

附图说明

图1为一种基于双组串锂电池动态特性的分选组配系统的原理示意框图。

图2为系统控制模块的构成原理示意图。

具体实施方式

作为实施例子，结合附图对一种基于双组串锂电池动态特性的分选组配系统给予说明，但是，本实用新型的技术与方案不限于本实施例子给出的内容。

如图1所示，一种基于双组串锂电池动态特性的分选组配系统，主要包括：系统控制模块(011)、系统控制总线(012)、电网(013)、交流电力线(014)、电网接入断开开关(015)、第1蓄电池参数信号采集模块(10)、第1蓄电池组串第1单体蓄电池(101)、第1蓄电池组串第2单体蓄电池(102)、第1蓄电池组串第n单体蓄电池(10n)、第1蓄电池组串第1信号采集线(111)、第1蓄电池组串第2信号采集线(112)、第1蓄电池组串第3信号采集线(113)、第1蓄电池组串第n信号采集线(11n)、第1蓄电池组串第n+1信号采集线(11n+1)、第1蓄电池组串正极连接端子(11)、第1蓄电池组串负极连接端子(12)、第1蓄电池组串正极直流保护及电控开关(13)、第1蓄电池组串负极直流保护及电控开关(14)、第1储能双向逆变模块(15)、第1储能双向逆变模块交流输出保护及电控开关(16)、第2蓄电池参数信号采集模块(20)、第2蓄电池组串第1单体蓄电池(201)、第1蓄电池组串第2单体蓄电池(202)、第2蓄电池组串第n单体蓄电池(20n)、第2蓄电池组串第1信号采集线(211)、第2蓄电池组串第2信号采集线(212)、第2蓄电池组串第3信号采集线(213)、第2蓄电池组串第n信号采集线(21n)、第2蓄电池组串第n+1信号采集线(21n+1)、第2蓄电池组串正极连接端子(21)、第2蓄电池组串负极连接端子(22)、第2蓄电池组串正极直流保护及电控开关(23)、第2蓄电池组串负极直流保护及电控开关(24)、第2储能双向逆变模块(25)、第2储能双向逆变模块交流输出保护及电控开关(26)，其中：

第1蓄电池组串第1单体蓄电池(101)、第1蓄电池组串第2单体蓄电池(102)、第1蓄电池组串第n单体蓄电池(10n)中相邻的单体蓄电池正负极分别依次串联，构成第1蓄电池串联组串，其蓄电池组串的正极顺次通过第1蓄电池组串正极连接端子(11)、第1蓄电池组串正极直流保护及电控开关(13)接入第1储能双向逆变模块(15)直流侧正极，同时蓄电池组串的负极顺次通过第1蓄电池组串负极连接端子(12)、第1蓄电池组串负极直流保护及电控开关(14)接入第1储能双向逆变模块(15)直流侧负极，再由第1储能双向逆变模块(15)通过第1储能双向逆变模块交流输出保护及电控开关(16)连接交流电力线(014)以及通过电网接入断开开关(015)接入电网(013)，构成第1蓄电池组串充放电子系统通过电网进行充放电的电力路径；

第2蓄电池组串第1单体蓄电池(201)、第2蓄电池组串第2单体蓄电池(202)、第2蓄电池组串第n单体蓄电池(20n)中相邻的单体蓄电池正负极分别依次串联，构成第2蓄电池串联组串，其蓄电池组串的正极顺次通过第2蓄电池组串正极连接端子(21)、第2蓄电池组串正极直流保护及电控开关(23)接入第2储能双向逆变模块(25)直流侧正极，同时蓄电池组串的负极顺次通过第2蓄电池组串负极连接端子(22)、第2蓄电池组串负极直流保护及电控开关(24)接入第2储能双向逆变模块(25)直流侧负极，再由第2储能双向逆变模块(25)通过第2储能双向逆变模块交流输出保护及电控开关(26)连接交流电力线(014)以及通过电网接入断开开关(015)接入电网(013)，构成第2蓄电池组串充放电子系统通过电网进行充放电的电力路径；

同时，第1蓄电池组串充放电子系统充放电的电力路径与第2蓄电池组串充放电子系统充放电的电力路径通过交流电力线(014)相连接，构成第1蓄电池组串充放电子系统与第2蓄电池组串充放电子系统之间相互进行充放电的电力路径；

具有n个单体蓄电池串联的蓄电池组串配置n+1根信号采集线，确保连接每一个蓄电池单体的正极和负极各有一根信号采集线连接到蓄电池参数信号采集模块，即第1蓄电池参数信号采集模块(10)通过第1蓄电池组串第1信号采集线(111)、第1蓄电池组串第2信号采集线(112)、第1蓄电池组串第3信号采集线(113)、第1蓄电池组串第n信号采集线(11n)、第1蓄电池组串第n+1信号采集线(11n+1)分别顺次对应连接第1蓄电池组串第1单体蓄电池(101)、第1蓄电池组串第2单体蓄电池(102)、第1蓄电池组串第n单体蓄电池(10n)，构成第1蓄电池参数信号采集模块(10)采集第1蓄电池组串的每一个蓄电池单体的信息链路；

同时第2蓄电池参数信号采集模块(20)通过第2蓄电池组串第1信号采集线(211)、第2蓄电池组串第2信号采集线(212)、第2蓄电池组串第3信号采集线(213)、第2蓄电池组串第n信号采集线(21n)、第2蓄电池组串第n+1信号采集线(21n+1)分别顺次对应连接第2蓄电池组串第1单体蓄电池(201)、第2蓄电池组串第2单体蓄电池(202)、第2蓄电池组串第n单体蓄电池(20n)，构成第2蓄电池参数信号采集模块(20)采集第2蓄电池组串的每一个蓄电池单体的信息链路；

系统控制模块(011)通过系统控制总线(012)分别连接第1蓄电池参数信号采集模块(10)、第1蓄电池组串正极直流保护及电控开关(13)、第1蓄电池组串负极直流保护及电控开关(14)、第1储能双向逆变模块(15)、第1储能双向逆变模块交流输出保护及电控开关(16)、第2蓄电池参数信号采集模块(20)、第2蓄电池组串正极直流保护及电控开关(23)、第2蓄电池组串负极直流保护及电控开关(24)、第2储能双向逆变模块(25)、第2储能双向逆变模块交流输出保护及电控开关(26)，构成系统控制模块(011)对蓄电池单体进行实时监测以及锂电池组配分选信息的处理与系统运行管控的通信链路；

一种基于双组串锂电池动态特性的分选组配系统的运行管控方法为：

所有锂电池在使用前按照组串形式并且每一次对2个组串进行充放电的动态监测将分选组配处理，即在每一次两个组串中，通过第1蓄电池组串充放电子系统和第2蓄电池组串充放电子系统以交换电能的方式进行节能方式的充放电，同时对每一个蓄电池单体的电压、电流、电量、温度以及相应变化的信息数据进行监测和信号数据采集，系统控制模块(011)分别通过第1蓄电池参数信号采集模块(10)和第2蓄电池参数信号采集模块(20)监测第1蓄电池组串和第2蓄电池组串的每一个蓄电池单体的信息，运行工况正常时，系统控制模块(011)分别控制第1储能双向逆变模块(15)和第2储能双向逆变模块(25)运行模式，其中为一个电压源V/F运行模式，另一个为电流源P/Q运行模式，系统控制模块(011)通过调节电流源P/Q运行模式的储能双向逆变模块功率，实施满足蓄电池特性的充放电过程，同时实时监测和记录每一个蓄电池单体的电压、电流、电量、温度以及相应变化的信息数据，完整进行至少一个充放电循环，并且由系统控制模块(011)将实时采集的每一个蓄电池单体的电压、电流、电量、温度以及相应变化的信息数据，按照预置程序的相应处理方法进行统计分析，将2个蓄电池组串的各个单体蓄电池的动态监测及统计分析数据进行比对，根据产品标准以及应用场景需求条件的一致性误差范围进行组配分选，使得蓄电池组串组配能够满足及达到产品标准以及应用场景需求条件的一致性误差范围要求；

由于第1蓄电池组串充放电子系统和第2蓄电池组串充放电子系统以交换电能的方式进行节能方式的充放电会产生少部分电能的损耗，通过电网(013)进行补电，系统控制模块(011)控制电压源V/F运行模式的储能双向逆变模块在相应蓄电池组串电量达到保护值时控制其待机，使电流源P/Q运行模式的储能双向逆变模块及相应蓄电池组串与电网(013)交换电能，完成充放电的全过程。

如图2所示，一种基于双组串锂电池动态特性的分选组配系统，所述系统控制模块(011)主要包括：嵌入式控制器(301)、数据存储电路(302)、时钟电路(303)、电源电路(304)、通信管理电路(305)、I/O管理电路(306)、控制模块总线(307)、预置程序模块(308)，其中：

嵌入式控制器(301)通过控制模块总线(307)分别连接数据存储电路(302)、时钟电路(303)、电源电路(304)、通信管理电路(305)、I/O管理电路(306)、预置程序模块(308)，构成系统控制模块(011)的监控信息链路及系统模块。

一种基于双组串锂电池动态特性的分选组配系统，所述蓄电池参数信号采集模块的特征是，当一个蓄电池组串中的单体蓄电池的数量大于蓄电池参数信号采集模块的最大信号采集线减1时，采用2个或多个蓄电池参数信号采集模块共同构成采用蓄电池组串中每一个蓄电池单体的信息链路，蓄电池参数信号采集模块的数量＞蓄电池组串中的单体蓄电池的数量/蓄电池参数信号采集模块的最大信号采集线数量减1的整数。

本实用新型一种基于双组串锂电池动态特性的分选组配系统，依据电化学储能中锂离子蓄电池的充放电是一个电化学反应的动态过程，并且实际应用实践证明储能系统动态运行是一个常态，因而采用将2个蓄电池组串充放电子系统进行交换电能完成节能方式的充放电过程并对各个蓄电池单体的动态监测及统计分析数据进行比对，根据电池产品特性标准以及应用场景允许的动态一致性误差范围进行组配分选，使得蓄电池组串组配能够满足及达到产品性能标准以及应用场景允许的动态一致性误差范围要求，突破现有技术采用静态检测及据此组配分选的惯用手段，创新了一种动态组配分选的新系统，减少了储能系统运行中不一致性不仅提高了资源利用率和使用效率，更重要的是大大降低了蓄电池单体的损伤和改善其蓄电池组串不一致性的状况，提升了储能系统运行的安全性和效率。