一种带有充放电管理功能的锂离子储能电池系统及电池堆的制作方法

本发明属于锂电池领域，尤其涉及一种带有充放电管理功能的锂离子储能电池系统及电池堆。

背景技术：

1、电池簇是由若干个串联的电池模组、充放电控制系统以及电气柜组成，可独立充放电。在具体使用时，通常又会将多组电池簇并联后作为电池堆投入使用。

2、电池簇在多组并联使用一段时间之后，不可避免地会出现电池簇之间的电压、内阻产生差异变化，导致在电池簇之间出现电压高的电池簇向电压低的电池簇充电，放电过程中电压低的电池簇相比电压高的电池簇放电较少，电池内阻低的电池簇相比内阻高的电池簇放电过多，最终影响电池系统的一致性，加速电池老化，影响电池系统的可用容量以及循环寿命。甚至在电池簇电压偏差较大的时候，导致电池簇之间环流现象，引发较大的电池发热，引发安全事故。

3、电池簇的充电电流取决于连接电池直流母线的充电机的电压以及功率，电池簇的放电电流取决于连接直流母线的负载的用电功率，所以电池簇的充、放电电流是一个被动跟随的过程。在储能系统运行过程中，维护电池簇一致性，特别是电压、电流一致性对于系统的稳定以及安全至关重要。

4、电池参数的不一致主要是指容量、内阻、开路电压的不一致。不一致的电池簇并在一起使用，会出现如下问题：

5、1、容量损失。电池簇容量符合“木桶原理”，最差的电池簇的容量决定整个电池簇的能力。

6、为了防止电池过充过放，电池管理系统的逻辑常规如此设置：放电时，当最低的单体电压达到放电截止电压时，整个电池簇停止放电；充电时，当最高单体电压触及充电截止电压时，停止充电。

7、但是在实际应用时会出现这种情况：充电时，容量小的电池簇先充满，达到充电截止条件，系统不再继续充电；放电时，容量小的电池簇也必然先放光全部可用能量，系统即刻停止放电。这样，容量小的电池簇始终在满充满放，容量大的电芯却一直使用部分容量。整个电池簇的容量总有一部分处于闲置状态。

8、2、寿命损失。类似的，电池系统的寿命，由寿命最短的电池簇决定。如上文第1点所述，小容量电池簇每次都是满充满放，出力过猛，很大可能最先到达寿命的终点。

9、3、内阻增大。不同的内阻，流过相同的电流，内阻大的电芯发热量相对比较多。电池温度过高，造成劣化速度加快，内阻又会进一步升高。内阻和温升变化使高内阻电芯加速劣化。

10、通常电池簇在使用过程中，电池簇由若干个电池模组串联而成，多个电池簇并联然后直接连接到正负直流母线，直流母线再连接到逆变器或者其他直流用电负载。这样的应用高度依赖电池的一致性，对于电池簇的环流问题缺少有效管理和规避手段。

11、电池的不一致性是当前储能系统很多问题的根源，然而由于电池的化学特征以及应用环境的影响，电池的不一致性很难根除。组串式储能系统通过电力电子和数字化技术的可控性，极大地弱化了系统对电池一致性的要求，可大幅提升储能系统可用容量，以及提高系统安全性。

12、在已有的锂离子电池储能系统中，如果单独在每一簇电池的输出端安装一个调压用的dc/dc直流电源，一方面效率低，系统发热量巨大；另一方面无法实现在充电时候电池系统可以快速切换到放电模式，从而导致直流母线的掉电，无法实现储能系统中的储能与不间断电源备电一体化设计，并且成本高昂。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题为如何对电池簇进行管理，以提升同属于同一个电池堆中的各电池簇的参数的一致性。

2、为解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种带有充放电管理功能的锂离子储能电池系统，用于与其他锂离子储能电池系统一同并联于正直流母线和负直流母线之间，所述锂离子储能电池系统包括：

3、dc-dc电源模块，其输入端用于连接第一锂电池模组，其输出端的正极用于连接所述正直流母线，输出端的负极用于连接一组由若干锂电池模组串联而成的锂电池链路后接入所述负直流母线，形成电池簇；

4、监控模块，与所述dc-dc电源模块连接，用于在向所述电池簇充电过程中，通过对所述dc-dc电源模块运行占空比的调节将所述电池簇的充电电压或充电电流控制在预设的充电参数范围内；还用于在所述电池簇放电过程中，根据直流母线的电压调节所述电池簇的放电电压，通过对所述dc-dc电源模块运行占空比的调节将所述电池簇的放电电压或放电电流控制在预设的放电参数范围内。

5、第二方面，本发明还提供了一种电池堆，包括若干并联在正直流母线和负直流母线之间的如第一方面所述的锂离子储能电池系统。

6、本发明所提供的锂离子储能电池系统，监控通过对dc-dc电源模块运行占空比的调节实现对充放电电压、电流的参数进行控制，使得保持并联在直流母线上的各个电池簇之间的电压、电流保持均衡，确保各电池簇电压或者电流的高度一致性状态。

技术特征：

1.一种带有充放电管理功能的锂离子储能电池系统，用于与其他锂离子储能电池系统一同并联于正直流母线和负直流母线之间，其特征在于，所述锂离子储能电池系统包括：

2.如权利要求1所述的锂离子储能电池系统，其特征在于，所述dc-dc电源模块包括：第一可控开关v1、第二可控开关v2、第三可控开关v3、第四可控开关v4、电感l、电容c1和c2；

3.如权利要求2所述的锂离子储能电池系统，其特征在于，所述电池簇的放电过程包括循环执行的放电周期，所述监控模块用于在每个放电周期中，首先控制所述第一可控开关v1和所述第四可控开关v4导通、控制所述第二可控开关v2和所述第三可控开关v3断开，使得所述电池簇向所述电感l充电，在向所述电感l充电结束后，所述监控模块再控制所述第一可控开关v1和所述第三可控开关v3导通、控制所述第二可控开关v2和所述第四可控开关v4断开，使得所述电池簇向直流母线放电；

4.如权利要求2所述的锂离子储能电池系统，其特征在于，所述第一电容c1的第一端连接所述第一可控开关v1的第一端，所述第一电容c1的第二端连接所述第二可控开关v2的第二端；

5.如权利要求2所述的锂离子储能电池系统，其特征在于，所述dc-dc电源模块还包括：第五可控开关v5、续流二极管vd；

6.如权利要求2所述的锂离子储能电池系统，其特征在于，所述dc-dc电源模块的数量为多个，各个dc-dc电源模块并联，且各个dc-dc电源模块中相同位置的开关的状态由所述监控模块同步控制。

7.如权利要求1所述的锂离子储能电池系统，其特征在于，所述锂离子储能电池系统还包括：与所述监控模块的连接的通信模块；

8.如权利要求1至7任一项所述的锂离子储能电池系统，其特征在于，所述锂离子储能电池系统内置于一框体中，所述框体设有热插拔式功率端子，所述功率端子包括用于连接第一锂电池模组的输入端正极端子和输入端负极端子、用于连接所述正直流母线的输出端正极端子、用于连接锂电池链路的输出端负极端子、以及电池系统的中线端子。

9.一种电池堆，其特征在于，包括若干并联在正直流母线和负直流母线之间的如权利要求1-8任一项所述的锂离子储能电池系统。

技术总结
本发明适用于锂电池领域，提供了一种带有充放电管理功能的锂离子储能电池系统及电池堆。该锂离子储能电池系统用于与其他锂离子储能电池系统一同并联于正直流母线和负直流母线之间，锂离子储能电池系统包括：DC‑DC电源模块和监控模块，DC‑DC电源模块的输入端用于连接第一锂电池模组，其输出端的正极用于连接正直流母线，输出端的负极用于连接一组由若干锂电池模组串联而成的锂电池链路后接入负直流母线，形成电池簇。本发明所提供的锂离子储能电池系统，监控模块通过对DC‑DC电源模块运行占空比的调节实现对充放电电压、电流等参数进行控制，使得保持并联在直流母线上的各个电池簇之间的电压、电流保持均衡，确保各电池簇电压或者电流的高度一致性状态。

技术研发人员：赵晓霞,葛海方
受保护的技术使用者：深圳市腾云通联科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13