一种多电池簇并联的储能系统控制电路及其控制方法与流程

1.本技术属于电力系统控制技术领域，具体涉及一种多电池簇并联的储能系统控制电路及其控制方法。


背景技术：

2.储能是智能电网、可再生能源高占比能源系统的重要支撑技术。是我国战略性新兴产业的重要组成部分，近年来相关鼓励政策的加速出台为储能产业大发展铺路，推动行业进入规模化发展阶段。
3.储能涉及领域广泛，大类上可将储能技术分为物理储能和电化学储能。其中电化学储能则是电池类储能的总称，目前电化学储能技术是发展的重点方向，而锂离子电池则是电化学储能技术发展的重心。
4.储能行业技术处于快速发展阶段，过程中也出现了一系列的问题。还没有能够形成绝对优势储能技术。
5.一般来说，电化学储能系统设置有多条并联的支路。支路与支路之间的不一致性会产生浪涌冲击环流。该环流如果超过了电池的充/放电倍率耐受能力，会对电池本体造成不可逆转的伤害，从而影响电池的充放电性能和使用寿命及安全；同时过高的浪涌冲击环流也会导致储能电气系统中高压开关动作时候的过载进而过早失效，降低了电气系统的可靠性。
6.解决或抑制浪涌冲击环流的一般方法有如基于电压判断的直接闭合开关并入、采用单向二级管隔离并入、单储能电池簇增加dc隔离、采用预充电阻缓冲后的并入等方式，均具有一定的技术局限性以及工程化实现局限性。如基于电压判断的直接闭合开关并入方法，无法实现在大压差情况下的自动并入，强行并入对电池有较大损害和安全风险；采用二极管和dc隔离方案可以实现直接并入但在储能系统大功率放电时，二极管、dc以及附加的电器成本十分高昂，不利于产业化应用；预充电阻缓冲方案无法快速取得电压一致性的并入条件，若快速获取一致的电压则选型功率巨大，会消耗电池太多能量导致系统能源浪费，工程化实现不可取。


技术实现要素：

7.(一)发明目的
8.本技术的目的是提供一种多电池簇并联的储能系统控制电路及其控制方法以解决多支路并联储能电池簇在系统并入应用时候出现的因电压不一致导致的高浪涌冲击的环流问题。
9.(二)技术方案
10.根据本技术实施例的第一方面，提供了一种多储能电池簇并联储能系统控制电路，该电路可以包括：
11.含n个储能电池簇的储能系统，其中n为正整数；
12.n个储能电池簇管理模块，所述储能电池簇管理模块与所述储能电池簇一一对应，所述储能电池簇管理模块用于采集其对应储能电池簇的状态信息，并根据采集信息和预设控制逻辑管理其对应的电池簇；
13.系统管理控制器，用于根据所述汇总n个储能电池簇状态信息发出控制信号，以使所述能电池簇管理模块控制其对应的储能电池簇；
14.dc-dc变换器，用于根据所述控制信号执行充电/放电工作。
15.在本技术的一些可选实施例中，所述储能电池簇的储能系统包括：
16.储能电池簇的管理模块；
17.正极放电开关；
18.正极充电开关，与所述正极放电开关并联，并且所述正极充电开关与所述正极放电开关均设置在其对应的储能电池簇的正极；
19.负极开关，设置在其对应的储能电池簇的负极；
20.所述储能电池簇的管理模块，用于采集其对应储能电池簇的状态信息，并按预设控制逻辑执行对正极放电开关、正极充电开关、负极开关的开/闭动作。
21.在本技术的一些可选实施例中，所述储能电池簇的储能系统还包括：熔断器；
22.所述熔断器设置在其对应的储能电池簇与所述正极放电开关之间。
23.在本技术的一些可选实施例中，所述n个储能电池簇中储能电池簇与储能电池簇之间并联设置。
24.在本技术的一些可选实施例中，并联设置储能电池簇的总正与所述dc-dc变换器的正极输入端连接；
25.并联设置储能电池簇的总负与所述dc-dc变换器的负极输入端连接。
26.在本技术的一些可选实施例中，还包括：通讯模块：
27.所述通讯模块用于系统管理控制器、储能电池簇管理模块、dc-dc变换器之间的数据交互。
28.在本技术的一些可选实施例中，所述状态信息包括电压信息、电流信息、温度信息、soc信息。
29.在本技术的一些可选实施例中，所述dc-dc变换器为双向变换类型。
30.根据本技术实施例的第二方面，提供一种多个储能电池簇并联储能系统，该系统可以包括：第一方面实施例任一项所述的储能电池簇并入控制电路及用电负载。
31.根据本技术实施例的第三方面，提供一种多储能电池簇并联控制方法，该方法可以包括：
32.采集全部储能电池簇的电压信息；
33.比较储能电池簇间的电压高低，并排序；
34.闭合电压最高的储能电池簇所对应的正放电开关和负极放电开关；
35.依次判断电压次高电池簇与已经并入储能电池簇的总压；
36.若判断所有电池簇的电压压差都在可安全直接并入的范围内，则直接闭合所有的正极放电开关和负极开关，dc-dc变换器不启动工作；
37.若储能电池簇的电压与已经并入的储能电池簇的总压压差高于可允许的范围，则首先闭合储能电池簇对应的正极充电开关和负极开关，并使能dc-dc变换器输出合适的充
电参数对储能电池簇快速充电，直到达到可允许的并入电压范围后停止，然后断开正极充电开关，闭合正极放电开关。
38.(三)有益效果
39.本技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
40.本技术实施例电路可以实现在储能系统内部储能电池簇之间通过能量传递的方式实现能量的相互补充最终达到状态的一致性，确保了多电池簇并入的安全性和可靠性；所采用的dc-dc变换器效率较高，能量损失小；并且控制电路结构简单，相比一般技术方案更加易于工程化实现，整个储能系统配置一个dc-dc变换器和相关控制电路开关即可，相比于现有技术方案每一路电池簇均设置dc-dc变换器的方式，成本大幅度下降。
附图说明
41.图1是本技术一示例性实施例中多储能电池簇并联的储能系统控制电路结构示意图；
42.图2是本技术一示例性实施例中多储能电池簇并联的储能系统控制方法流程图；
43.图3是本技术一具体实施例中多储能电池簇并联的储能系统控制方法流程图；
44.图4是本技术一示例性实施例中dc-dc变换器在反向工作下的高效放电控制流程图。
具体实施方式
45.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本技术的概念。
46.在附图中示出了根据本技术实施例的层结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
47.显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
48.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
49.此外，下面所描述的本技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
50.下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本技术实施例提供的储能电池簇并入控制电路及储能电池簇并入控制方法进行详细地说明。
51.如图1所示，在本技术实施例的第一方面，提供了一种多储能电池簇并联的储能系统控制电路，该电路可以包括：
52.含n个储能电池簇的储能系统，其中n为正整数；
53.n个储能电池簇管理模块，所述储能电池簇管理模块与所述储能电池簇一一对应，所述储能电池簇管理模块用于采集其对应储能电池簇的状态信息，并根据采集信息和预设控制逻辑管理其对应的电池簇；
54.系统管理控制器，用于根据所述汇总n个储能电池簇状态信息发出控制信号，以使所述能电池簇管理模块控制其对应的储能电池簇；
55.dc-dc变换器，用于根据所述控制信号执行充电/放电工作。
56.上述实施例中电路可以实现在储能系统内部储能电池簇之间通过能量传递的方式实现能量的相互补充最终达到状态的一致性，确保了多电池簇并入的安全性和可靠性；所采用的dc-dc变换器效率较高，能量损失小；并且控制电路结构简单，相比一般技术方案更加易于工程化实现，整个储能系统配置一个dc-dc变换器和相关控制电路开关即可，相比于现有技术方案每一路电池簇均设置dc-dc变换器的方式，成本大幅度下降。
57.在本技术的一些可选实施例中，所述储能电池簇的储能系统包括：
58.储能电池簇的管理模块；
59.正极放电开关；
60.正极充电开关，与所述正极放电开关并联，并且所述正极充电开关与所述正极放电开关均设置在其对应的储能电池簇的正极；
61.负极开关，设置在其对应的储能电池簇的负极；
62.储能电池簇的管理模块，用于采集其对应储能电池簇的状态信息，并按预设控制逻辑执行对正极放电开关、正极充电开关、负极开关的开/闭动作。
63.在本技术的一些可选实施例中，所述储能电池簇的储能系统还包括：熔断器；
64.所述熔断器设置在其对应的储能电池簇与所述正极放电开关之间。
65.本实施例中熔断器设置在各储能电池簇供电回路的正极端或负极端；可以用于储能电池簇的过流及短路保护。
66.在本技术的一些可选实施例中，所述n个储能电池簇中储能电池簇与储能电池簇之间并联设置。
67.在本技术的一些可选实施例中，并联设置储能电池簇的总正与所述dc-dc变换器的正极输入端连接；
68.并联设置储能电池簇的总负与所述dc-dc变换器的负极输入端连接。
69.在本技术的一些可选实施例中，还包括：通讯模块：
70.所述通讯模块用于系统管理控制器、储能电池簇管理模块、dc-dc变换器之间的数据交互。
71.在本技术的一些可选实施例中，所述状态信息包括电压信息、电流信息、温度信息、soc信息。
72.在本技术的一些可选实施例中，所述dc-dc变换器为双向变换类型。
73.根据本技术实施例的第二方面，提供一种多储能电池簇并联控制系统，该系统可以包括：第一方面实施例任一项所述的储能电池簇并入控制电路及用电负载。
74.在本技术一具体实施例中，电路的连接关系可以为：
75.a、各储能电池簇正极依次连接熔断器和正极放电开关后并联在一起
76.b、多簇储能电池负极连接负极放电开关后并联在一起；
77.c、dc-dc变换器正、负极输入端分别连接并联后电池簇的总正、总负；
78.d、每一个储能电池簇的正极充电开关一端连接正极放电开关的前端，一端连接dc-dc变换器的正极输出端；
79.e、dc-dc变换器的输出负极连接并联电池簇的总负；
80.f、多簇储能电池并联后，输出的电能连接用电负载进行对外供电；
81.e、系统管理控制器、各储能电池簇储能电池簇管理单元、dc-dc变换器、用电负载之间通过通讯线进行通讯连接，组成通讯网络进行相互之间的数据交互。
82.综上所述，如图1所示，控制电路包括：储能电池簇1～储能电池簇n、相对应的储能电池簇管理单元bcu1～bcun、熔断器f1～fn、正极放电开关k1+～kn+、正极充电开关kc1+～kcn+、负极开关k1-～kn-、dc-dc变换器、系统管理控制器smc、用电负载。其中，储能电池簇1～储能电池簇n分别串联熔断器f1～fn后，通过分布在正极的正极放电开关k1+～kn+和负极的负极开关k1-～kn-组成放电回路给用电负载供电。正极充电开关kc1+～kcn+一端接dc-dc变换器的输出正，一端并接在kn+和fn之间，用于给储能电池簇1～储能电池簇n补电。dc-dc变换器的输入端接储能电池簇并联后的总正、总负，dc-dc变换器的输出正连接正极充电开关kc1+～kcn+的一端，输出负连接总负。dc-dc变换器用于根据smc的控制指令适时执行充电工作。熔断器f1～fn分别用于储能电池簇1～储能电池簇n的过流及短路保护。bcu1～bcun分别用于采集储能电池簇1～储能电池簇n的状态信息，如电池电压、电流、温度、soc等状态信息，并执行kn+、kn-、kcn+的开/闭动作。系统管理控制器smc作为总控单元，用于协调/控制dc-dc变换器、bcu1～bcun以及用电负载之间的工作。系统管理控制器smc、dc-dc变换器、bcu1～bcun以及用电负载通过通讯连接组成通讯网络用于相互之间的数据交互。
83.如图2所示，在本技术实施例的第三方面，提供一种多储能电池簇并入控制方法，该方法可以包括：
84.s210：系统管理控制器实时采集全部储能电池簇的电压信息；
85.s220：系统管理控制器根据实时数据，比较储能电池簇间的电压高低，并排序；
86.s230：系统管理控制器通过通信连接指令电池簇电压最高的储能电池簇闭合所对应的正放电开关和负极放电开关；
87.s240：系统管理控制器依次判断电压次高电池簇与已经并入储能电池簇的总压；
88.s250：若所有电池簇的电压压差都在可安全直接并入的范围内，则直接闭合所有的正极放电开关和负极开关，dc-dc变换器不启动工作；
89.s260：若储能电池簇的电压与已经并入的储能电池簇的总压压差高于可允许的范围，则首先闭合储能电池簇对应的正极充电开关和负极开关，并使能dc-dc变换器输出合适的充电参数对电压较低的储能电池簇快速充电，直到达到可允许的并入电压范围后停止，然后断开正极充电开关，闭合正极放电开关。
90.结合图1具体说明该控制方法，系统上电后，每一个储能电池簇的储能电池簇管理单元采集对应电池簇的电压信息播出；系统管理控制器收集信息并比较电池簇间的电压高低，如果储能电池簇n电压最高，则闭合储能电池簇n对应的正、负极放电开关。然后依次判断电压次高电池簇与已经并入电池簇的总压；理想情况下，系统管理控制器若判断所有电
池簇的电压压差都在可安全直接并入的范围内，则依次闭合所有的正极放电开关和负极开关，dc-dc变换器不启动工作；假如判断电压过程中，储能电池簇n的电压与前面已经并入的n-1个电池簇的总压压差高于可允许的范围，则系统管理控制器闭合储能电池簇n对应的正极充电开关和负极开关，并按照预设算法，使能dc-dc变换器输出合适的充电参数对储能电池簇n快速充电；快速充电过程中，若系统管理控制器判断储能电池簇n的电压与并入总压的差值在允许范围内，停止使能dc-dc变换器输出，然后断开正极充电开关，闭合正极放电开关，储能电池簇n并入。
91.所采用的dc-dc变换器可以实现在储能电池簇与储能电池簇之间进行能量传递，实现储能电池簇之间一致性和安全并入的条件。不需要外部的能量的介入。
92.所采用的dc-dc变换器可选双向型，即其可以反向工作。在储能电池簇安全并入后，系统管理控制器控制各个储能电池簇正极放电开关断开，切换正极充电开关闭合变为放电回路，此时dc-dc变换器反向工作输出用电负载可高效工作的稳定电压。
93.如图3所示，系统上电后，bcu1～bcun采集对应电池簇的电压信息(u1～un)播出，smc收集信息并比较电池簇间的电压高低，假如储能电池簇1电压u1最高，则首先闭合储能电池簇1对应的正、负极放电开关k1+、k1-。然后依次判断电压次高电池簇与已经并入电池簇的总压，理想情况下，若判断所有电池簇的电压压差都在可安全直接并入的范围内，则直接闭合所有的放电开关k1+～kn+、k1-～kn-，dc-dc变换器不启动工作。假如依次判断电压过程中，储能电池簇n的电压un与前面已经并入的n-1个电池簇的总压u0压差高于可允许的范围，则smc首先闭合kcn+、kn-，并按照预设算法，使能dc-dc变换器输出合适的充电参数对储能电池簇n快速充电，直到达到可允许的并入电压范围后停止，然后断开kcn+，闭合kn+，实现储能电池簇n的安全并入。
94.如图4所示，说明在dc-dc变换器采用双向类型下的高效放电控制：在储能电池簇安全并入时为电池簇对电池簇的充电功能，保持电池簇之间的一致性；在储能电池簇安全并入后，kn断开，切换kcn回路闭合变为放电回路，此时dc-dc变换器反向工作，输出用电负载可高效工作的稳定电压。
95.本技术旨在保护一种储能电池簇并入控制电路及储能电池簇并入控制方法，如图1所示，其中储能电池簇并入控制电路包括储能电池簇1～储能电池簇n，每一个储能电池簇配置一个储能电池簇管理单元，每一个储能电池簇正极设置一个熔断器、一个正极放电开关、一个正极充电开关；每一个储能电池簇负极设置一个负极开关。储能系统设置系统管理控制器、用电负载。dc-dc变换器用于根据系统管理控制器的控制指令适时执行充电/放电工作。熔断器分别用于储能电池簇1～储能电池簇n的过流及短路保护。储能电池簇管理单元分别用于采集储能电池簇1～储能电池簇n的状态信息，如电池电压、电流、温度、soc等状态信息，并执行正极放电开关、正极充电开关、负极开关的开/闭动作。系统管理控制器作为总控单元，用于协调/控制dc-dc变换器、储能电池簇管理单元以及用电负载之间的工作。
96.多簇储能电池正极依次连接熔断器和正极放电开关后并联在一起。多簇储能电池负极连接负极放电开关后并联在一起。电路中设置dc-dc变换器，该dc-dc变换器正、负极输入端分别连接并联后电池簇的总正、总负。每一个储能电池簇的正极充电开关一端连接正极放电开关的前段，一端连接dc-dc变换器的正极输出端。dc-dc变换器的输出负极连接并联电池簇的总负。多簇储能电池并联后，输出的电能连接用电负载进行对外供电。系统管理
控制器、每一个储能电池簇储能电池簇管理单元、dc-dc变换器、用电负载之间组成通讯网络进行相互之间的数据交互，通过通讯线进行通讯连接。
97.此外，如图3所示，本身申请还提供一种储能电池簇并入控制方法，包括：系统上电后，每一个储能电池簇的储能电池簇管理单元采集对应电池簇的电压信息播出，系统管理控制器收集信息并比较电池簇间的电压高低，如果储能电池簇n电压最高，则首先闭合储能电池簇n对应的正、负极放电开关。然后依次判断电压次高电池簇与已经并入电池簇的总压，理想情况下，若判断所有电池簇的电压压差都在可安全直接并入的范围内，则直接闭合所有的正极放电开关和负极开关，dc-dc变换器不启动工作。假如依次判断电压过程中，储能电池簇n的电压与前面已经并入的n-1个电池簇的总压压差高于可允许的范围，则系统管理控制器首先闭合储能电池簇n对应的正极充电开关和负极开关，并按照预设算法，使能dc-dc变换器输出合适的充电参数对储能电池簇n快速充电，直到达到可允许的并入电压范围后停止，然后断开正极充电开关，闭合正极放电开关，实现储能电池簇n的安全并入。
98.考虑到储能系统电压与负载电压匹配关系的广泛适应性，dc-dc变换器同样可以是双向变换类型，通过系统管理控制器的统筹识别与控制，实现dc-dc变换器的反向工作。即在储能电池簇安全并入时为储能电池簇对电池簇的充电功能，保持储能电池簇之间的一致性；在储能电池簇安全并入后，控制各个储能电池簇正极放电开关断开，切换正极充电开关闭合变为放电回路，此时dc-dc变换器反向工作，输出用电负载可高效工作的稳定电压。该反向工作模式相比直接用电池电压工作时候的电压波动，输出电压(用电负载的输入电压)更加稳定，从而提升了整个储能供电系统的效率，降低能耗。因dc-dc变换器的双向工作属性，储能电池簇的电压与用电负载的电压实现了解耦，两者配置更加灵活。
99.通过本技术实施例所采用的控制电路结构特点，可以实现在储能系统内部储能电池簇之间通过能量传递的方式实现能量的相互补充最终达到状态的一致性，确保了多电池簇并入的安全性和可靠性。所采用的dc-dc变换器一般来说效率较高，能量损失小。在确保电池充电倍率合理的前提下可采用单个较大功率dc-dc变换器，实现储能电池簇之间快速的能量传递且能量损失最小。同时，该发明所述的控制电路可拓展多种实际应用工况场景，如自动维护、充电过程、放电过程，均可以设计合理的控制方法进行储能电池簇之间状态一致性的自动调整。同时，进一步的采用双向类型的dc-dc变换器可实现在安全并入后其反向工作的工作电压稳定输出，使得用电负载高效工作，从而获得整个系统的最高效率。
100.该控制电路结构简单，相比一般技术方案更加易于工程化实现。整个储能系统配置一个dc-dc变换器和相关控制电路开关即可，相比其他方案如每一路电池簇均设置dc-dc变换器的方式，成本大幅度下降。
101.上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本技术的保护之内。