一种基于多分支拓扑结构的电池储能系统技术方案

一种基于多分支拓扑结构的电池储能系统，属于电池能量管理技术领域。所述多分支拓扑结构为直流侧并联多分支拓扑结构时，包括储能协调控制器、电池簇、DC/DC变换器、储能变换器（PCS）、电池管理系统（BMS）和能量管理系统（EMS）；系统的电气一次连接为各电池簇先与对应DC/DC变换器连接，各DC/DC变换器再在储能变流器直流侧母线并联实现多分支拓扑结构，储能变流器交流侧与电网连接；系统的通信控制二次连接为储能协调控制器分别与能量管理系统、电池管理系统、储能变流器和DC/DC变换器相连。本实用新型专利技术能够充分发挥多分支拓扑结构电池储能系统的优势。能系统的优势。能系统的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多分支拓扑结构的电池储能系统


[0001]本技术属于电池能量管理
，涉及一种基于多分支拓扑结构的电池储能系统。

技术介绍

[0002]前，电池储能系统的架构主要有两种类型：集中式拓扑结构和多分支拓扑结构。在集中式拓扑结构中，电池组或电池簇并联在AC/DC双向变流器直流母线侧，变流器交流侧与电网或交流负载连接。集中式拓扑结构系统仅含AC/DC环节的单级结构，控制简单，变流器环节损耗小。集中式拓扑结构缺点是无法对各电池组串分别进行充放电管理，直流侧电压范围窄；交流侧或直流侧出现故障时，直流侧会短时承受冲击电流，降低电池使用寿命；当电池一致性差时，不一致导致保护整机组停机几率和电池一致性维护工作量将大大增加。多分支拓扑结构又分为直流侧并联和交流侧并联两种。对于直流侧并联多分支拓扑结构，每一电池组或电池簇先与次一级DC/DC连接，次级DC/DC变换器再在AC/DC双向变流器直流侧并联实现多分支拓扑结构，该拓扑兼容性好，结构易于扩展。对于交流侧并联多分支拓扑结构，则采用多AC/DC变换器在交流侧并联方式实现多分支拓扑结构，由于多机并联谐振因素的存在，限制了该拓扑结构的可拓展性能。相较于集中式拓扑结构，多分支拓扑结构直流侧电压工作范围宽，易实现电池的分簇充放电管理，不仅具有较好的兼容性，而且具备较强的可拓展性和可维护性。
[0003]电池的荷电状态SOC是衡量其性能的重要指标。具体地，在工程应用中，荷电状态SOC指的是电池剩余容量与其完全充电时的额定容量的比值。电池的SOC估计一直是电池管理的重点和难点。准确的SOC估计是保证电池在工作范围内充、放电的主要依据，是提高电池使用寿命、优化使用工况、保证能量使用效率的前提。
[0004]部分电池存在较宽的电压平台，特别是磷酸铁锂电池，在同一温度和相同的充放电工况下，磷酸铁锂电池在30%至90%SOC变化范围内存在两个电压平台，电压平台范围内其OCV差异不超过15mV，SOC
‑
OCV曲线的中段平坦性影响了卡尔曼滤波等迭代算法的收敛速度，也限制了安时积分方法中初值校正的精度。因此，以磷酸铁锂电池为代表的存在较宽电压平台的电池，SOC估计精度较其他类型电池偏低。采用满充满放SOC校正可以修正安时积分法产生的累计误差提高SOC估算精度，但在工程应用中，受限于电池的实际运行工况，并不能保证电池能进入到满充满放状态。
[0005]公告号为CN213782928U、名称为“一种用于锂电池储能的电池管理系统”的中国技术专利，公开了一种用于锂电池储能的电池管理系统。包括电池组、PC机、电池控制单元、多个电池监测单元、高压单元和远程终端模块。该电池管理系统通过电池监测单元BMU对电池组的开路电压、温度等参数进行实时的监测，经过BMU中MCU转换后，通过CAN总线实时发送给电池控制单元BCU。同时，高压单元HVU测量电池包总电压、电流、绝缘电阻状态并发送至电池控制单元BCU。而后电池控制单元BCU估算出电池组各单体电池的SOC、SOH等状态信息，并进行进一步的均衡决策，同时控制充电机将电池系统接入电网和接通负载。
[0006]公告号为CN215646237U、名称为“一种储能装置的电池管理系统
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的中国技术专利，公开了一种储能装置的电池管理系统，包括电池簇、单体电池管理单元、电池组管理单元、电池簇管理单元、能量管理系统、储能变换器以及控制盒；其中，电池簇与单体电池管理单元相连，单体电池管理单元与控制盒均与电池组管理单元相连，电池组管理单元、储能变换器以及能量管理系统均与电池簇管理单元相连。
[0007]现有的储能系统多基于集中式拓扑结构，对各电池簇的一致性有较高要求；当电池系统长期不能进行满充满放校正电池SOC时，对磷酸铁锂电池这类具有较宽电压平台或滞回特性明显的电池，SOC估算精度偏低。因此，迫切需要一种基于多分支拓扑结构的电池储能系统，满足梯次利用这类电池一致性差或电池长期浮充浮放的储能应用需求。

技术实现思路

[0008]本技术的目的是提供一种基于多分支拓扑结构的电池储能系统，具体技术方案如下。
[0009]一种基于多分支拓扑结构的电池储能系统，其特征在于，所述多分支拓扑结构为直流侧并联多分支拓扑结构，所述储能系统包括储能协调控制器、电池簇、DC/DC变换器、储能变换器（PCS）、电池管理系统（BMS）和能量管理系统（EMS）；系统的电气一次连接为各电池簇先与对应DC/DC变换器连接，各DC/DC变换器再在储能变流器直流侧母线并联实现多分支拓扑结构，储能变流器交流侧与电网连接；系统的通信控制二次连接为储能协调控制器分别与能量管理系统、电池管理系统、储能变流器和DC/DC变换器相连。
[0010]一种基于多分支拓扑结构的电池储能系统，其特征在于，所述多分支拓扑结构为交流侧并联多分支拓扑结构，所述储能系统包括储能协调控制器、电池簇、储能变换器（PCS）、电池管理系统（BMS）和能量管理系统（EMS）；系统的电气一次连接为各电池簇先与对应储能变流器连接，储能变流器交流侧并联在交流母线上再与电网连接，实现多分支拓扑结构；系统的通信控制二次连接为储能协调控制器分别与能量管理系统、电池管理系统和储能变流器相连。
[0011]本技术提供的技术方案，多分支拓扑结构电池储能系统的电池簇由各自独立的变换器控制，能够实现电池的分簇充放电管理；储能协调控制器可通过合理分配各变换器功率实现电池系统的分簇逐一满充满放，令电池管理系统进行满充满放SOC校正和电池容量校正，提高电池管理系统的SOC估算精度。本技术提供的技术方案，通过储能协调控制器对上接收能量管理系统（EMS）的指令，主要是系统整体的功率要求；对下接收电池管理系统（BMS）发送的电池相关信息，主要是各个电池簇的SOC；接收各变换器（包含PCS和DC/DC）的运行状态，包含变换器支路电压、电流、实时功率等，并合理分配功率并下达指令给变换器；同时还监测母线电压（包含直流母线和交流母线）和并网点电压、电流。
[0012]进一步地，储能协调控制器与能量管理系统通过以太网相连。储能协调控制器接收能量管理系统的功率需求等调度指令，并能上送电池管理系统、储能变换器（和DC/DC变换器）的相关信息。
[0013]进一步地，储能协调控制器与储能变换器（和DC/DC变换器）通过以太网、CAN总线或RS485相连。储能协调控制器接收储能变换器（和DC/DC变换器）上送的相关信息，尤其是各变换器的运行状态及其采集的对应支路的电压、电流、实时功率等信息，储能协调控制器
可下发指令使各变换器按所要求的功率运行。
[0014]进一步地，储能协调控制器与电池管理系统通过以太网、CAN总线或RS485相连。储能协调控制器接收电池管理系统上送的电池相关信息，尤其是各个电池簇的SOC。
[0015]进一步地，所述电池管理系统BMS为三级结构：电池簇内的每个电池包由各自的电池管理单元BMU（Battery Management Unit）管理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多分支拓扑结构的电池储能系统，其特征在于，所述多分支拓扑结构为直流侧并联多分支拓扑结构，所述储能系统包括储能协调控制器、电池簇、DC/DC变换器、储能变换器、电池管理系统和能量管理系统；系统的电气一次连接为各电池簇先与对应DC/DC变换器连接，各DC/DC变换器再在储能变流器直流侧母线并联实现多分支拓扑结构，储能变流器交流侧与电网连接；系统的通信控制二次连接为储能协调控制器分别与能量管理系统、电池管理系统、储能变流器和DC/DC变换器相连。2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，储能协调控制器与储能变换器和DC/DC变换器通过以太网、CAN总线或RS485相连。3.一种基于多分支拓扑结构的电池储能系统，其特征在于，所述多分支拓扑结构为交流侧并联多分支拓扑结构，所述储能系统包括储能协调控制器、电池簇、储能变换器、电池管理...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈皓，周利锋，刘绍森，吴瓯凯，
申请(专利权)人：无锡智动力机器人有限公司，
类型：新型
国别省市：