一种实现0V启动的锌溴液流电池控制系统及控制方法与流程

本发明涉及锌溴电池储能领域，尤其涉及一种实现0v启动的锌溴液流电池高效率控制系统及方法。

背景技术：

1、锌溴液流电池是一种新型大容量储能电池，它具有容量大、成本低、可深度充放电、对环境友好、安全环保、无燃烧爆炸的风险等特点而适合大规模储能应用，是一种很具有发展前景的新型储能技术。虽然目前储能行业市场主体仍以锂电池为主，但随着市场的开拓，对于长时储能的需求越发迫切，而液流电池的特性可以很好的完成长时储能这一要求。

2、锌溴液流电池区别于其它储能电池的一个主要特征是可以深度充放电，即电池电压可以放到0v，其工作电压范围可以从0v到电池的串联电压(如12串系统为0～750v)。但目前市场上通用的储能变流器(pcs:power conversion system)并不能适应锌溴液流电池系统这一特性，通用型pcs都有一个最低启动电压的要求。

3、锌溴液流电池的深放电不仅是功能的体现(多放电)，也是系统维护的主要措施。锌溴液流电池经过一段时间的运行后必须进行一次“深放电”操作，以剥离电堆锌极侧的“锌枝晶”，否则将影响电堆的性能乃至寿命。

4、目前市场上通用的pcs有两点不能适应锌溴液流电池系统：

5、(1)0v启动：通用型pcs对直流侧的启动的最低电压有限制(一般要求大于600v)，即不能适应于锌溴电池的0v启动。

6、(2)深放电：因通用型pcs是针对铅酸或锂电池开发的，这两类电池是不允许深放电的，当电压低到放电截止电压时就启动保护不再放电了，否则不仅会对电池造成不可逆的损伤外，还会影响电池的安全性。而深放电是锌溴液流电池的一个特色，可以深放电到0v，将存储的电量完全释放出来。

7、为实现0v启动和深放电，现行方案是定制特殊的pcs，定制的pcs为了满足低电压启动和深放电不得已采用了两极变换，即首先将直流电压通过dc/dc直流变换到较高的电压，然后再将提升后的dc电压逆变成ac，多一级转换直接影响了电池的转换效率，并且定制的pcs其价格也对成本控制有着巨大的影响。

技术实现思路

1、基于锌溴液流电池的上述问题和不足，本发明的目的是：解决锌溴液流电池0v启动以及效率转换低的问题，通过对锌溴液流电池划分电压段，根据不同电压区间选择对应工作电压转换效率最高的pcs模块，最后将各pcs模块集成在一起。在运行时，根据电池电压所在的区间，切换对应的pcs模块进行充放电。

2、为了实现上述目的，本发明所使用的技术方案为：一种实现0v启动的锌溴液流电池高效率控制系统，包括pcs系统、电池系统bms和控制器；所述电池系统bms包括多个串联在一起的单体电池单元模块bmu、电池组端控制器bcmu和总控制器单元bams，串联后电池组连接至电池组端控制器bcmu上，电池组端控制器bcmu一端通过can总线连接总控制器单元bams；所述pcs系统包括pcs a、pcs b和pcs c，所述pcs a、pcs b和pcs c的交流侧与直流侧分别并联连接，所述直流侧分别由一个直流接触器(do1、do2、do3)控制线路开关状态，并联后的pcs直流侧连接至bcmu上，并且在并联后的pcs总负线路上增加一个分流器，连接一块直流电能表；所述控制器的2路com口分别连接着pcs a、pcs b和pcs c并联的rs485通讯线和直流电能表，3路do口分别连接着pcs a、pcs b和pcs c直流侧的直流接触器，lan口连接着bams的网线。

3、所述控制器以arm9的处理器at91sam9260为核心，配置大容量的存储器，扩展了6个通讯接口，其中包含了8路di和3路do口，每个通讯口采用高速串行通讯，通讯速率为11520bps，额外设置了4个附加口，包括一个网口，一个can口，一个usb口和一个irig口，用于与第三方监控系统交互，进行数据管理和软件升级。

4、所述控制器的com1口连接着三个pcs并联的rs485通讯线，读取pcs的数据以及控制pcs的启停和功率；com2口通过rs485通讯线连接着直流电能表，实时监控电池系统的充放电功率和电能量；do1、do2和do3口分别连接着三个pcs直流侧的直流接触器，控制对应pcs直流侧线路的通断；控制器lan口由bams通过网线连接，读取bms的汇总数据。

5、根据上述实现0v启动的锌溴液流电池高效率控制系统，本发明还提供了一种该系统的控制方法，具体包括以下步骤：

6、当系统充电时：

7、步骤1、控制器启动内置采集系统程序，进行pcs系统、电池系统bms、直流接触器和直流电能表的设备数据采集，包括各设备的状态信息、模拟量信息，以及接入的电池模块总电压数据；

8、步骤2、初始化完成后，控制器内置策略程序根据当前电池系统的总电压，选择对应工作电压区间的pcs设备；当电池电压在0v至250v之间，进入步骤3；当电池电压在250v至600v之间，进入步骤4；当电池电压在600v至1000v之间，进入步骤5；

9、步骤3、将此工作电压区间的pcs c开机，pcs a和pcs c待机，同时通过do3口闭合pcs c直流接触器，断开do1、do2口直流接触器；

10、步骤4、将此工作电压区间的pcs b开机，pcs a和pcs c待机，同时通过do2口闭合pcs b直流接触器，断开do1、do3口直流接触器；

11、步骤5、将此工作电压区间的pcs a开机，pcs b和pcs c待机，同时通过do1口闭合pcs a直流接触器，断开do2、do3口直流接触器；

12、当系统放电时：

13、步骤1、控制器启动内置采集系统程序，进行pcs系统、电池系统bms、直流接触器和直流电能表的设备数据采集，包括各设备的状态信息、模拟量信息，以及接入的电池模块总电压数据；

14、步骤2、初始化完成后，控制器内置策略程序根据当前电池系统的总电压，选择对应工作电压区间的pcs设备；当电池电压在0v至250v之间，进入步骤3；当电池电压在250v至600v之间，进入步骤4；当电池电压在600v至1000v之间，进入步骤5；

15、步骤3、将此工作电压区间的pcs c开机，pcs a和pcs c待机，同时通过do3口闭合pcs c直流接触器，断开do1、do2口直流接触器；

16、步骤4、将此工作电压区间的pcs b开机，pcs a和pcs c待机，同时通过do2口闭合pcs b直流接触器，断开do1、do3口直流接触器；

17、步骤5、将此工作电压区间的pcs a开机，pcs b和pcs c待机，同时通过do1口闭合pcs a直流接触器，断开do2、do3口直流接触器。

18、在系统充放电过程中，控制器检测电池电压是一个循环检测判断，因此在切换pcs时，先将需要切换使用的pcs开机，同时闭合对应直流接触器；然后将需要待机的pcs按照额定值线性降低功率，同时将需要使用的pcs按照相同值线性增加功率；最后需要待机的pcs功率降为零时，再待机pcs，并且断开对应直流接触器。其目的是为了保证整个充电过程功率能够保持在额定区间内，并且按照额定值线性增加或减少功率值可以防止直接启停pcs出现电压差，造成设备的损坏问题。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果：

20、1、本发明将锌溴液流电池电压进行分段处理，通过减少第一级的工作区间，将第二级、第三级的转换效率达到最高，根据不同电压区间选择对应工作电压转换效率最高的pcs模块，最后将各pcs模块集成在一起，从而实现提高电池效率转换的目标。

21、2、本发明基于多pcs进行控制，将0v启动和深放电功能与高电压充放电功能分离，不同电压段使用不同pcs控制。其中用于0v启动和深放电功能的pcs为定制逆变器，中、高电压充放电工作区间则可以选择目前市面上能量转换效率较高的通用型pcs。定制pcs只用于0v启动和深放电，待电压升到一定阈值时，切换到较高效率的通用型pcs，提高电池系统的能量转换效率。

22、3、本发明将控制策略程序内置于控制器中，在采集程序初始化后，将获取的数据直接运用于控制器中的策略判断程序，去除了采集数据与第三方监控系统的交互，通过减少与上一级数据转化，提高了整个电池系统控制方法的响应速度。并且内置控制策略程序以动态链接库的形式被调用，每次更新升级只需替换策略程序的动态链接库即可，方便了技术人员的调试工作。