电池储能系统及其控制方法与流程

本发明涉及储能，尤其涉及一种电池储能系统及其控制方法。

背景技术：

1、随着碳排越来越受重视，非化石能源逐渐成为增量能源需求的主力。目前光伏发电和风力发电等新能源发电方式得到了大规模的应用。同时，此类新能源的波动性和不确定性的特点也日益突出，难以满足用户侧连续用电的需求。随着电池技术的不断成熟和电池成本的快速下降，电池储能由于其应用的灵活性、可控性和高能量密度等特点，得到了快速的发展。由于单个电芯的电压较低，通常将多个电芯串联组成一个电池模组，然后将电池模组串联得到电池簇，然而即使这样也无法满足大规模储能的需求。为了平衡成本和性能，可以将多个电池簇并联，然后共用一个pcs来实现大规模储能中储能电池和电网之间的能量交换。

2、但是，随着电池使用年限的增加，电池的健康度不断下降，且由于电芯个体的差异性，不同电芯的健康度离散性也逐渐显著。电池模组的串联使得同一电池簇中各电芯工作时间和充放电电流均相同，电池簇的使用情况取决于瓶颈电池。另外，由于电池内阻和电池端口电压的不同，电池簇的简单并联会导致不同电池簇间的充放电不一致以及环流问题，从而限制电池的利用率。因此，电池之间存在差异性，为了解决电池之间的差异性，现有技术是在模组内和模组间加入主动均衡模块。

3、但是，现有技术通过在每一簇电池簇上都增加一个双向dc/dc变换器实现主动均衡。然而，该技术方案仍存在以下缺陷：

4、第一方面，由于木桶效应，电池簇内电池可用容量决定于最弱电池模组的容量，使其它电池模组容量无法被充分利用；

5、第二方面，当电池簇间电池一致性较差或新旧电池混用时，由于内阻或荷电状态差异会造成电池簇与电池簇之间环流，导致电池温度升高，加速新电池老化；任一电池簇充满或放空时，与其直接并联的电池簇也无法继续充电或放电，降低了电池簇的容量利用率；

6、第三方面，带主动均衡的方案虽然可以在一定程度上减小电池的差异性，但是仍然不能解决电池簇与电池簇之间的差异；而且由于加入了多个双向dc/dc变换器，系统拓扑相对复杂，成本也相对较高。

技术实现思路

1、本发明提供了一种电池储能系统及其控制方法，以优化电池储能系统的功能、效率和成本。

2、根据本发明的一方面，提供了一种电池储能系统的控制方法，所述电池储能系统包括至少一个电池簇，所述电池簇包括串联连接的至少两个电池模组；所述电池模组包括电池组和并联于所述电池组两端的半桥开关模块；

3、其中，所述控制方法包括脉冲宽度调制模式；所述脉冲宽度调制模式为，对所述半桥开关模块采用脉冲宽度调制的控制方法，且各所述电池模组间的脉冲宽度调制信号为同频错相的信号。

4、可选地，所述电池簇包括n个所述电池模组；各所述电池模组间的脉冲宽度调制信号移相的角度为360°/n。

5、可选地，电池储能系统的控制方法还包括：

6、根据所述电池簇的预设电压，确定各所述电池模组对应的脉冲宽度调制信号的占空比。

7、可选地，所述根据所述电池簇的预设电压，确定各所述电池模组对应的脉冲宽度调制信号的占空比的方法，具体包括：

8、定义各所述电池模组的电压分别为ubat1,ubat2,…,ubatn，各所述电池模组的脉冲宽度调制信号的占空比分别为d1,d2,…,dn；

9、在充电或放电模式下，所述电池簇两端的电压uo的计算包括如下公式：

10、uo＝ubat1d1+ubat2d2+…+ubatndn。

11、可选地，电池储能系统的控制方法还包括：

12、在所述电池簇刚投入时，控制各所述电池模组的脉冲宽度调制信号的占空比由0开始增加。

13、可选地，所述半桥开关模块包括上桥臂开关单元和下桥臂开关单元；所述脉冲宽度调制信号包括第一信号和第二信号；所述控制方法还包括：

14、所述第一信号用于控制所述上桥臂开关单元，所述第二信号用于控制所述下桥臂开关单元；

15、当所述第一信号控制所述上桥臂开关单元导通时，所述第二信号控制所述下桥臂开关单元断开，所述电池模组中的电池组接入电路中；

16、当所述第二信号控制所述下桥臂开关单元导通时，所述第一信号控制所述上桥臂开关单元断开，所述电池模组中的电池组开路。

17、可选地，电池储能系统的控制方法还包括旁路模式；所述旁路模式为，控制所述半桥开关模块的下桥臂开关单元导通。

18、根据本发明的另一方面，提供了一种电池储能系统，包括：至少一个电池簇，所述电池簇包括簇控制模块和串联连接的至少两个电池模组；所述电池模组包括电池组、并联于所述电池组两端的半桥开关模块和模组控制模块；所述簇控制模块和模组控制模块用于执行如本发明任意实施例所述的控制方法。

19、可选地，所述模组控制模块包括：

20、采集单元，所述采集单元用于采集所述电池模组的电压信息和温度信息；

21、通讯单元，所述通讯单元用于与所述簇控制模块进行交互通讯；

22、驱动单元，所述驱动单元用于根据所述采集单元采集的信息和所述通讯单元交互的信息输出所述脉冲宽度调制信号。

23、可选地，所述电池模组还包括滤波模块，所述滤波模块包括：

24、电感，所述电感串联于所述电池组的正极和所述半桥开关模块之间；

25、电容，所述电容并联于所述半桥开关模块的两端。

26、与现有技术相比，本发明至少可以实现以下有益效果：

27、第一方面，本发明实施例可以通过对半桥开关模块的控制隔离个别有问题的电池模组，而不影响系统运行，以使得其他电池模组的容量得以充分利用。

28、第二方面，本发明实施例通过对电池模组的pwm控制，能够对各电池簇的电压、电流等参数进行调整，即对电池簇之间进行管理和优化，从而减小电池簇之间的环流，提升电池簇的容量利用率。

29、第三方面，由第二方面可知，本发明实施例能够实现电池簇之间和电池模组间的均衡，因此无需另外设置带高压dc/dc的主动均衡模块，从而有利于简化电路拓扑，降低系统成本。以及，本发明实施例不仅可以实现电池簇间的管理，还可以实现电池模组之间的管理，效率更高。

30、综上所述，本发明实施例在功能、效率、成本的维度来优化电池储能系统。

31、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种电池储能系统的控制方法，其特征在于，所述电池储能系统包括至少一个电池簇，所述电池簇包括串联连接的至少两个电池模组；所述电池模组包括电池组和并联于所述电池组两端的半桥开关模块；

2.根据权利要求1所述的电池储能系统的控制方法，其特征在于，所述电池簇包括n个所述电池模组；各所述电池模组间的脉冲宽度调制信号移相的角度为360°/n。

3.根据权利要求2所述的电池储能系统的控制方法，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求3所述的电池储能系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述电池簇的预设电压，确定各所述电池模组对应的脉冲宽度调制信号的占空比的方法，具体包括：

5.根据权利要求1所述的电池储能系统的控制方法，其特征在于，还包括：

6.根据权利要求1所述的电池储能系统的控制方法，其特征在于，所述半桥开关模块包括上桥臂开关单元和下桥臂开关单元；所述脉冲宽度调制信号包括第一信号和第二信号；所述控制方法还包括：

7.根据权利要求1所述的电池储能系统的控制方法，其特征在于，还包括旁路模式；所述旁路模式为，控制所述半桥开关模块的下桥臂开关单元导通。

8.一种电池储能系统，其特征在于，包括：至少一个电池簇，所述电池簇包括簇控制模块和串联连接的至少两个电池模组；所述电池模组包括电池组、并联于所述电池组两端的半桥开关模块和模组控制模块；所述簇控制模块和模组控制模块用于执行如权利要求1-7任一项所述的控制方法。

9.根据权利要求8所述的电池储能系统，其特征在于，所述模组控制模块包括：

10.根据权利要求8所述的电池储能系统，其特征在于，所述电池模组还包括滤波模块，所述滤波模块包括：

技术总结
本发明公开了一种电池储能系统及其控制方法。所述电池储能系统包括至少一个电池簇，所述电池簇包括串联连接的至少两个电池模组；所述电池模组包括电池组和并联于所述电池组两端的半桥开关模块；其中，所述控制方法包括脉冲宽度调制模式；所述脉冲宽度调制模式为，对所述半桥开关模块采用脉冲宽度调制的控制方法，且各所述电池模组间的脉冲宽度调制信号为同频错相的信号。本发明实施例实现了对电池簇之间、电池模组之间的均衡，以及能够降低成本。

技术研发人员：袁明祥,占海明
受保护的技术使用者：杭州协能科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16