一种电池单元动态均衡与重构的储能系统的制作方法

本发明属于电池储能，具体涉及一种电池单元动态均衡与重构的储能系统。

背景技术：

1、电池储能系统是由众多的小电量电池，通过串并联构成电池单元或电池组串，并通过储能变流器接入电网进行充放电。由于电池单体本身不一致性的缺陷，特别是电池储能系统中电池安装方式与物理位置不同，并且连接摆放相对固定，对电池充放电的电量产生不一致性影响进一步增加，不仅造成电池储能系统充放电产生整体效率下降的短板效应，而且容易产生个别电池电压及电量偏差过大，造成电池过充或过放乃至燃爆的不安全风险。因此，需要对电池组进行灵活调节及动态维护，保障电池及电池组串充放电的电池电压及电量一致性在可控范围内，避免电池过充、过放和短板效应，提高电池储能系统的安全性和利用率以及投资收益。

2、为此，业界工程技术人员不断研发与实践，提出了一些解决方案，如：国家知识产权局公布的发明专利《一种电池单元、储能系统及电池单元故障保护方法》专利号为cn113193628，该技术方案公布和提出的电池单元、储能系统及电池单元故障保护方法，以及其系统设计与系统架构；根据该方案的权利要求1、权利要求2和权利要求13、权利要求14以及说明书相应的内容，结合说明书附图1至说明书附图4可以看出，其实质是将异常故障的电池单元通过旁路电力线及开关，以及在电池单元组串相应的电池单元连接端设置一个从电池单元组串中隔离断开故障电池单元的开关，该方案核心的特征就是用旁路电力线短接替代产生故障的电池单元；其说明书第40段至第45段内容，给出技术方案的设计构思与系统部件的关系和作用，以及相应控制规则与方法；不难看出该技术方案存在明显的缺陷：

3、由于该技术方案系统架构采用对电池单元直接通过第二可控开关闭合，进行旁路导通的系统架构，“在检测到本电池单元出现故障时：触发本电池单元内的第一可控开关断开，从而将本电池单元与其他电池单元相串联构成的电路开路；以及触发本电池单元内的第二可控开关闭合，从而将本电池单元旁路”；由此可知，由于需要先将电池组串断开，再进行旁路导通，由此造成储能系统存在因电池组串开路而断电，使得储能变流器存在停机瘫痪的风险；另外，在检测到本电池单元出现故障并切出后，造成电池组串的端电压降低，电池储能系统将产生电池组串工作电压范围不能满足储能变流器的直流侧工作电压要求造成储能系统故障，以及产生电池组串电压的不一致性，造成回流及不安全风险。

4、为消除先将电池组串断开，再进行旁路导通的风险与缺陷，国家知识产权局公布的发明专利《一种电池单元、储能系统和电池管理方法》专利号为cn113644327，该技术方案采用在电池单元与旁路电力线各自分别串联可控开关，再进行并联的基础上，增加了并联的“续流电路”，解决在电池单元切出时不产生电池组串断路缺陷，但是由于续流电路串接在电池组串中，造成了运行的能耗、产生热源、以及安全隐患等新的缺陷。

5、上述现有技术的方案，除了存在的缺陷与不足，均不能进行电池单元的动态均衡，无法解决电池储能系统运行过程中，由于电池单元不一致性产生电量不一致的储能效率的短板效应，影响电池储能系统的健康运行和投资效益。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的缺陷与不足，本发明提出一种电池单元动态均衡与重构的储能系统，其特征在于，多个受控重构电池单元串联，并且串联接入至少一个动态均衡与受控调压电池模块，构成动态均衡与重构电池模块组串簇，并由至少一个动态均衡与重构电池模块组串簇连接储能变流器，同时由储能系统控制单元ems通过储能系统控制总线分别连接各受控重构电池单元的电池单元控制模块和动态均衡与受控调压电池模块动态均衡与调压电池模块控制器及储能变流器，构成储能系统控制路径及电池单元动态均衡与受控重构的储能系统。

2、所述一种电池单元动态均衡与重构的储能系统，其特征在于，所述动态均衡与受控调压电池模块由电池或电池包并接在dc/dc双向变换器的初级，dc/dc双向变换器次级的一端串接均衡与调压电池模块正极开关k3；同时动态均衡与调压电池模块控制器通过均衡与调压电池模块控制线分别连接电池或电池包和控制dc/dc双向变换器，以及通过投切开关控制线连接均衡与调压电池模块正极开关k3、均衡与调压电池模块负极开关k4、dc/dc双向变换器旁路维修开关k5以及电池或电池包正极切换开关k6和电池或电池包负极切换开关k7；在电池或电池包异常时，控制dc/dc双向变换器内旁路导通，隔离异常的电池或电池包；在dc/dc双向变换器异常时，控制dc/dc双向变换器旁路维修开关k5闭合导通，并控制均衡与调压电池模块负极开关k4和均衡与调压电池模块正极开关k3断开；在dc/dc双向变换器故障切出时，控制电池或电池包正极切换开关k6和电池或电池包负极切换开关k7闭合导通；

3、其特征还在于，dc/dc双向变换器次级的负极端连接第11电控单刀双掷开关的单刀端ka，其第11电控单刀双掷开关的第1连接端kb及第11电控单刀双掷开关的第2连接端kc，分别连接电池单元第1均衡线和电池单元第2均衡线；同时dc/dc双向变换器次级的正极端连接第12电控单刀双掷开关的单刀端ka，其第12电控单刀双掷开关第1连接端kb及第12电控单刀双掷开关第2连接端kc，分别连接电池单元第1均衡线和电池单元第2均衡线；

4、其特征还在于，所述动态均衡与受控调压电池模块外部连接端子设置为：动态均衡与受控调压电池模块外部负极连接端子k111、动态均衡与受控调压电池模块电池单元第1均衡线的外部连接端子k112、动态均衡与受控调压电池模块电池单元第2均衡线的外部连接端子k113，以及动态均衡与受控调压电池模块外部正极端连接端子k121。

5、所述一种电池单元动态均衡与重构的储能系统，受控重构电池单元，由电池或电池包与电池串联可控开关k1串联，并在串联后两端并接电池旁路可控开关k2，构成具有串并连开关结构的电池或电池包；同时电池或电池包(21)的负极端连接第21电控单刀双掷开关的单刀端ka，其第21电控单刀双掷开关的第1连接端kb及第21电控单刀双掷开关的第2连接端kc，分别连接电池单元第1均衡线和电池单元第2均衡线，电池或电池包的正极端连接第22电控单刀双掷开关的单刀端ka，其第22电控单刀双掷开关的第1连接端kb及第22电控单刀双掷开关第2连接端kc，分别连接电池单元第1均衡线和电池单元第2均衡线；

6、其特征还在于，受控重构电池单元外部连接端子设置为：受控重构电池单元外部负极连接端子k211、受控重构电池单元负极侧电池单元第1均衡线外部连接端子k212、受控重构电池单元负极侧电池单元第2均衡线外部连接端子k213，以及受控重构电池单元外部正极端连接端子k221、受控重构电池单元正极侧电池单元第1均衡线外部连接端子k222、受控重构电池单元正极侧电池单元第2均衡线外部连接端子k223；

7、其特征还在于，电池单元控制模块及控制模块通信连接端子，通过电池监测通信线连接电池或电池包，在电池或电池包异常时，协同动态均衡与受控调压电池模块，并通过电池单元开关控制线分别控制电池串联可控开关k2断开，以及控制电池旁路可控开关k1闭合，将异常电池或电池包切出。

8、所述一种电池单元动态均衡与重构的储能系统，由多个受控重构电池单元串联，并串联接入至少一个动态均衡与受控调压电池模块，构成各电池或电池包受控动态投切的动态均衡与重构电池模块组串簇；其特征在于，电池或电池包异常及故障时，在受控重构电池单元异常切出相应电池或电池包时，动态均衡与受控调压电池模块调节次级端电压，保持动态均衡与重构电池模块组串簇的电压满足储能变流器直流侧工作电压范围，并满足电池模块组串簇之间的电压一致性要求；在电池或电池包电量不一致偏差大于设定阈值时，控制dc/dc双向变换器通过电池单元第1均衡线和电池单元第2均衡线，与相应的电池或电池包并接，进行动态均衡；在dc/dc双向变换器出现故障切出时，动态均衡与重构电池模块组串簇的端电压降低，不能满足储能变流器的直流侧工作电压要求，造成储能系统故障停机的风险，通过控制电池或电池包正极切换开关k6和电池或电池包负极切换开关k7闭合导通，将相应电池或电池包串联接入动态均衡与重构电池模块组串簇中，弥补dc/dc双向变换器切出后电压的缺失。

9、所述一种电池单元动态均衡与重构的储能系统，其特征在于，所述dc/dc双向变换器的电压变比大于2，及dc/dc双向变换器次级电压受控调节，并且dc/dc双向变换器内次级设置受控旁路开关。

10、所述一种电池单元动态均衡与重构的储能系统，其特征在于，所述各电池或电池包由多个电池单体串联连接，每一个电池单体均与电池管理模块连接，实时监测电池单体的电压及温度参数，并与相应的电池单元控制模块及动态均衡与调压电池模块控制器连接与通信。

11、本发明一种电池单元动态均衡与重构的储能系统，针对电池储能系统由于电池本身不一致性的先天缺陷，以及在连接和运行过程中，需要多个电池或电池包串联并满足储能变流器直流侧工作电压要求，在电池或电池包异常或故障时，采用电池单元控制模块控制电池串联可控开关将其切出，或可调压电池模块控制器控制dc/dc双向变换器内次级设置受控旁路开关将其隔离，以及控制调节dc/dc双向变换器次级电压，使动态均衡与重构电池模块组串簇满足工作电压要求，并使多个动态均衡与重构电池模块组串簇的不一致偏差满足运行要求；在dc/dc双向变换器异常故障时，控制相应电池或电池包开关，将其接入电池模块组串簇并控制维修旁路开关导通；特别是在电池或电池包电量不一致偏差大于设定范围时，控制dc/dc双向变换器与相应电池或电池包通过电池单元均衡线连接，并进行充放电，使各电池或电池包的电量一致性满足运行要求；本发明克服了现有技术的缺陷与不足，确保电池运行在安全、健康、高效的状态，为电池储能系统提供了有效的解决方案。