一种模块化的储能系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模块化的储能系统，具体而言，特别是一种模块化的电动汽车用高压大容量电源和一种模块化的电网用高压大容量储能系统。
【背景技术】
[0002]目前，由于环境保护和能源安全的需要，电动汽车和光伏发电、风力发电等新能源发电在世界范围内受到重视和鼓励。
[0003]用于给电动汽车提供动力的电池包为高压大容量直流电源，对电池的一致性要求高，电池管理系统也较复杂且价格较高，限制了电动汽车的推广。
[0004]储能能够平滑随机的、不稳定的光伏发电、风力发电，有利于大规模开发新能源，且在电网中加入储能，能实现削峰填谷和调峰调频的作用，可以提高电网稳定性和减缓电网的投资，是智能电网的重要方向，此外，在远离大陆的海岛或没有大电网的边远地区，建设光伏、风力发电的离网电站，更需要储能来存储光伏发电、风力发电，并在需要供电时提供电能。
[0005]用于电网的大规模电池储能系统通常电压和容量比用于电动汽车的电池包更大，需要更多的单体电芯串联、并联，对电池一致性要求更高，电池管理系统更复杂；目前一部分储能项目的电池储能系统由多个电池簇直接并联组成，存在电池簇之间充电、放电不均衡的问题，降低了电池的使用寿命和使用效率，对电池管理和均衡也具有较高的要求，限制了电池储能系统在电网的推广和应用。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明提供了一种模块化的储能系统方案和实施实例，储能系统由多I个储能簇并联组成，由I个监控系统管理所有的储能簇，I个储能簇由多I个储能模块串联组成，I个储能簇控制器管理I个储能簇的所有储能模块，I个储能簇内的储能模块是一致的，当储能系统内包含2种以上的的储能模块时，同一种储能模块组成多I储能簇后，再与其它储能模块组成的储能簇并联；所述储能系统具有3级均衡功能，对储能元件的一致性要求低，能提高储能元件的使用寿命，便于组装、扩展、维护，通过储能模块的串联能构成高压储能簇，通过储能簇的并联能构成大容量的储能系统，在电动汽车用高压大容量电源和电网用高压大容量的储能系统具有良好前景。
[0007]储能模块是由储能元件、储能管理单元、双向DC/DC变流器、开关组成。
[0008]I个储能模块内包含2种储能元件，2种储能元件分别接于双向DC/DC变流器的2端，I个储能模块最多包含I个能量型储能元件且至少包含I个功率型储能元件；能量储能元件包括铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠流电池、锌溴电池，功率储能元件包括超级电容、电解电容、薄膜电容，其中电解电容和薄膜电容称为普通电容。
[0009]当储能模块的能量型储能元件是电池组时，电池管理单元对电池组进行全面的管理，具有检测电芯的电压和温度、电池组电压、充放电电流、绝缘电阻并估算电池组SOC (荷电状态)、电池组SOH (健康状态)的功能，并具有和监控系统和双向DC/DC变流器的通讯接口和通讯功能。
[0010]双向DC/DC变流器2端具有电压差，低压端的电压始终低于高压端电压，储能多的储能元件位于低压端，当储能模块含有能量型储能元件时，能量型储能元件位于双向DC/DC变流器的低压端，功率型储能元件位于双向DC/DC变流器的高压端，当储能模块不含有能量型储能元件时，储能多的功率型储能元件位于双向DC/DC变流器的低压端，储能少的功率型储能元件位于双向DC/DC变流器的高压端；双向DC/DC变流器自动控制能量在2种储能元件之间交换，其拓扑结构包括Boost-Buck结构，当双向DC/DC变流器低压端的储能元件放电时，双向DC/DC变流器升压运行，当双向DC/DC变流器低压端的储能元件充电时，双向DC/DC变流器降压运行；一般来说，能量型储能元件比功率型储能元件储能多但功率特性与之相比弱，功率型储能元件比能量型储能元件储能少但功率特性与之相比强，因此，储能容量少但功率特性强的储能元件位于高压端，使储能系统具有功率特性，储能容量多的储能元件位于低压端，使储能系统具有能量特性，2种储能元件形成互补提高了储能系统的性能。
[0011]储能模块的正极和负极通过I个开关相连；I个储能簇内，双向DC/DC变流器的高压端正极与位于此高压端的功率型储能元件的正极相连，并通过I个开关与储能模块正极相连，双向DC/DC变流器的高压端负极与位于此高压端的功率型储能元件的负极相连；储能模块正常运行时，双向DC/DC变流器控制闭合双向DC/DC变流器的高压端正极与储能模块正极之间的开关，断开储能模块正极和储能模块负极之间的开关；当储能模块与储能簇需要隔离时，双向DC/DC变流器控制断开双向DC/DC变流器的高压端正极与储能模块正极之间的开关，闭合储能模块正极和储能模块负极之间的开关；当储能模块重新接入储能簇时，双向DC/DC变流器控制闭合双向DC/DC变流器的的高压端正极与储能模块正极之间的开关，断开储能模块正极和储能模块负极之间的开关。
[0012]储能模块正常运行时，其输出端是具有模拟内阻的电压源，具有2个控制变量，I个是开路电压^，一个是模拟内阻R，当储能模块的输出电流为1_时(储能模块放电为正，充电为负)，储能模块的输出电压为U，以下公式成立山=%-1_吨。
[0013]双向DC/DC变流器具有检测储能模块的输出电流、双端DC/DC变流器2端储能元件的输出电压和双向DC/DC变流器高压端的输出电流功能，采用电压外环、电流内环的控制方式，自动控制能量在2种储能元件之间交换。
[0014]默认I个储能簇内的每个储能模块的2个控制变量UpR是相同的，这2个控制变量通过双向DC/DC变流器和储能簇控制器更改设置，I个储能簇运行时，储能簇的输出电流Iwt就是储能簇内每个储能模块的输出电流，每个储能模块的输出功率就是υ*ι_，因此，通过改变U0、R就可以改变储能模块的输出电压U和储能模块输出功率U*Iwt，间接改变位于双向DC/DC变流器低压端的储能元件的充电功率和放电功率。
[0015]I个储能簇的开路电压等于I个储能簇的所有储能模块的开路电压之和，I个储能簇的输出电压等于I个储能簇的所有储能模块的输出电压之和，I个储能簇的模拟内阻等于I个储能簇的所有储能模块的模拟内阻之和。
[0016]储能簇具有2种控制模式，第I种是电压源，在储能簇的功率调节范围内稳定直流母线的电压于直流母线电压设定值，直流母线电压设定值由监控系统或储能簇控制器给出，储能簇控制器通过与其管理的每个双向DC/DC变流器通信并更改设置每个储能模块的开路电压队和模拟内阻R来实现对储能簇输出电压即直流母线电压的实时控制；第2种是电流源，储能簇的充电功率或放电功率由监控系统或储能簇控制器给出，储能簇控制器通过与其管理的每个双向DC/DC变流器通信并更改设置每个储能模块的开路电压Utj和模拟内阻R来实现对储能簇功率的实时控制。
[0017]储能系统具有3级均衡，第I级是储能模块内储能元件的单体之间的均衡，由储能管理单元均衡储能元件的单体之间的电压差，第2级是一个储能簇内的储能模块之间均衡，由储能簇控制器或监控系统均衡同一个储能簇的双向DC/DC变流器低压端储能元件之间的电压差，第3级是储能簇之间的均衡，由监控系统均衡不同储能簇的双向DC/DC变流器低压端储能元件之间的电压差。
[0018]通过储能簇控制器或监控系统设置，在同一个储能簇的储能模块的均衡策略如下:储能簇控制器通过与其管理的每个双向DC/DC变流器通信获得双向DC/DC变流器低压端的储能元件的输出电压或S0C，则此储能簇的每个储能模块的开路电压U0=(此模块的双向DC/DC变流器低压端的储能元件的输出电压或SOC/此储能簇的双向DC/DC变流器低压端的储能元件的输出电压或SOC的平均值)*此模块原来的开路电压队;另一种均衡策略为根据每个储能模块的双向DC/DC变流器低压端的储能元件的储能容量来设置储能模块的开路电压U。，计算公式为此储能簇的每个储能模块的开路电压U0=(此模块的双向DC/DC变流器低压端的储能元件的储能容量/此储能簇的双向DC/DC变流器低压端的储能元件的平均储能容量)*此模块原来的开路电压U00
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本