一种集成电池管理和变流控制的储能系统技术方案

本发明专利技术提供一种集成电池管理和变流控制的储能系统，该系统包括系统控制单元及至少一个电池簇，各电池簇包括多个模块单元，各模块单元包括：具有模块控制单元的变流模块；与所述变流模块连接的至少一个电池模组；与所述电池模组一一对应连接并与所述模块控制单元相连的至少一个电池管理单元，用于监测对应所述电池模组中每个电池的电池状态数据；其中，所述模块控制单元包括用于对变流模块进行控制的变流控制部分、以及用于根据所述电池状态数据对各所述电池模组进行管理的电池管理部分；所述系统控制单元与各模块控制单元连接，以控制各所述模块控制单元的运行。本发明专利技术将电池管理和变流控制功能混合交融在一起，使变流颗粒度提高到电池模组级。度提高到电池模组级。度提高到电池模组级。

【技术实现步骤摘要】
一种集成电池管理和变流控制的储能系统


[0001]本专利技术涉及储能
，尤其涉及一种集成电池管理和变流控制的储能系统。

技术介绍

[0002]电池管理系统是一种能够对蓄电池进行监控和管理的电子装置，通过对电压、电流、温度、SOC（State of Charge，荷电状态）、SOH（State of Health，健康状态）等参数进行采集、计算，来控制电流的充放电过程，进而实现对电池的保护，提升电池的综合性能。
[0003]电池管理系统的主要功能包括：（1）电池状态监测：监测电池的电压、温度、电流、SOC、SOH等参数，以确保电池运行在安全、可靠的状态下。
[0004]（2）充放电控制：控制电池的充电和放电过程，以避免电池过充、过放和过温等危险情况的发生。
[0005]（3）电池平衡控制：对电池模组中的各个电池单体进行均衡控制，以保证各个电池单体的电量相等，延长电池模组的寿命。
[0006]（4）故障诊断和保护：监测电池模组的工作状态，及时发现故障并采取措施进行保护，避免电池模组损坏或者安全事故的发生。
[0007]为了实现更好的电池管理，电池管理系统通常配备高精度的传感器、控制器和保护装置，并采用先进的算法进行数据处理和控制。同时，电池管理系统还需要具备良好的通信功能，能够与上位机和其他系统进行数据交换和控制。
[0008]传统的电池管理系统有两级系统和三级系统。
[0009]传统的二级储能电池管理系统通常由以下两个层次组成：（1）上位机层：负责控制整个电池储能系统的运行，包括能量管理、状态监测、数据采集和通信管理等。上位机通常采用计算机或者嵌入式系统，可以通过互联网实现对电池储能系统的远程监控和控制。
[0010]（2）电池管理单元层：主要负责对电池进行状态监测、充放电控制、电池保护和故障诊断等。
[0011]传统的三级储能电池管理系统通常包括以下三个层次：（1）上位机层：负责控制整个电池储能系统的运行，包括能量管理、状态监测、数据采集和通信管理等。上位机通常采用计算机或者嵌入式系统，可以通过互联网实现对电池储能系统的远程监控和控制。
[0012]（2）中间层：负责对电池进行能量管理，包括对电池进行状态监测（如电压、温度、电流等）、充放电控制、电池保护和故障诊断等。
[0013]（3）下层控制器：负责对电池单体进行管理和控制，包括电压、温度等参数的采集和控制。下层控制器通常采用集成电路芯片进行实现，每个电池单体都需要配备一个下层控制器，以实现对电池单体的精确控制和管理。
[0014]变流器控制系统是指控制交流电能转换为直流电能或者直流电能转换为交流电
能的设备，也就是变流器。变流器控制系统的主要功能是控制变流器的运行，以实现电能的高效转换。
[0015]变流器控制系统通常包括以下几个部分：（1）信号采集模块：通过传感器等装置采集电能转换过程中的各种参数，如电压、电流、功率、温度等。
[0016]（2）信号处理模块：对采集到的信号进行处理和转换，如滤波、放大、AD转换等，将其转化为数字信号。
[0017]（3）控制算法：根据电能转换过程中的电气特性和工作状态，设计相应的控制算法，控制变流器的运行以实现电能的高效转换。
[0018]（4）变流器控制器：将控制算法转化为电信号，通过变流器控制器对变流器进行控制。
[0019]（5）通信模块：将变流器控制器与上位机或其他设备进行通信，实现远程监控和控制。
[0020]变流器控制系统的设计关键在于控制算法的设计和实现。控制算法通常需要考虑多种因素，如电气特性、负载变化、温度变化等，以实现变流器的高效、稳定运行。同时，通信模块也是变流器控制系统中不可或缺的一部分，它能够实现对变流器的远程监控和控制，提高了变流器的可靠性和灵活性。
[0021]目前储能系统中的电池管理系统和变流器控制系统是相对独立的两个系统。
[0022]此外，市场上通用的是1个储能电池簇有8个电池模组，配备8个BMU（Battery Management Unit，电池管理单元）和一个BCU（Battery Control Unit，电池控制单元），传统的1个储能电池簇并不配备变流模块，需要一个集装箱才会配备一个变流模块，1个集装箱一般具有10个左右的储能电池簇。
[0023]本专利技术希望能够监控到更细的颗粒度，而不是市场上已经普遍采用的一个集装箱的电芯采用一个电池汇流柜后再采用一个大型的PCS（储能变流器）进行直流转交流，市场上已经运用的就是一个大型储能集装箱配备一个大型PCS（储能变流器）。本专利技术解决的问题在于针对储能电池箱内电池簇范围，提高电池簇变流控制的精细度。
[0024]经检索，公开号为CN113612264 A的专利申请文件公开了一种能够实现对每个电池簇内串联的电池包以及多个并联的电池簇的充放电过程进行精细化的管控模块化多电平储能电池系统。然而，该技术方案仅是通过为每个电池包增加一个半桥模块，以通过该半桥模块开关管的通断来控制电池包接入至充放电主回路或从充放电主回路退出，从而控制每个电池包的充放电状态，实现对电池簇充放电的精细化管控，但其并不涉及对电池簇变流的精细化管控。

技术实现思路

[0025]针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种集成电池管理和变流控制的储能系统，以将电池管理和变流控制功能混合交融在一起，使变流颗粒度提高到电池模组级。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种集成电池管理和变流控制的储能系统，该系统包括系统控制单元及至少一个电池簇，每个所述电池簇包括多个模块单元，每个所述模块单元分别包括：
具有相应模块控制单元的变流模块；与所述变流模块连接的至少一个电池模组；以及与所述电池模组一一对应连接并与相应所述模块控制单元相连的至少一个电池管理单元，用于监测对应所述电池模组中每个电池的电池状态数据；其中，多个所述模块单元在经过变流模块变流后，在动力线端以交流电的形式进行串联；所述模块控制单元包括用于对相应所述变流模块进行控制的变流控制部分、以及用于根据相应所述电池状态数据对各所述电池模组进行管理的电池管理部分；所述系统控制单元与各模块控制单元连接，以控制各所述模块控制单元的运行。
[0026]进一步地，所述变流控制部分包括：信号采集子单元，用于获取相应所述变流模块对应的变流参数；以及变流控制子单元，用于接收所述系统控制单元下发的系统控制指令，并基于所述变流参数，采用与所述系统控制指令对应的变流控制算法对所述变流模块进行控制。
[0027]进一步地，所述变流控制部分还包括：脉宽调制子单元，用于根据所述变流控制子单元生成的电压指令输出相应的脉宽调制信号，以使所述变流模块根据所述脉宽调制信号进行电能转换。
[0028]进一步地，所述多个模块单元指代的是2个以上的模块单元，优选为3个以上的模块单元，所述多个模块单元最优选为4个模块单元。
[0029]进一步地，所述变流控制部分还包括以下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成电池管理和变流控制的储能系统，其特征在于，该系统包括系统控制单元及至少一个电池簇，每个所述电池簇包括多个模块单元，每个所述模块单元分别包括：具有相应模块控制单元的变流模块；与所述变流模块连接的至少一个电池模组；以及与所述电池模组一一对应连接并与相应所述模块控制单元相连的至少一个电池管理单元，用于监测对应所述电池模组中每个电池的电池状态数据；其中，多个所述模块单元在经过变流模块变流后，在动力线端以交流电的形式进行串联；所述模块控制单元包括用于对相应所述变流模块进行控制的变流控制部分、以及用于根据相应所述电池状态数据对各所述电池模组进行管理的电池管理部分；所述系统控制单元与各模块控制单元连接，以控制各所述模块控制单元的运行。2.如权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述模块控制单元的变流控制部分包括：信号采集子单元，用于获取相应所述变流模块对应的变流参数；以及变流控制子单元，用于接收所述系统控制单元下发的系统控制指令，并基于所述变流参数，采用与所述系统控制指令对应的变流控制算法对所述变流模块进行控制。3.如权利要求2所述的储能系统，其特征在于，所述模块控制单元的变流控制部分还包括：脉宽调制子单元，用于根据所述变流控制子单元生成的电压指令输出相应的脉宽调制信号，以使所述变流模块根据所述脉宽调制信号进行电能转换。4.如权利要求2所述的储能系统，其特征在于，所述模块控制单元的变流控制部分还包括以下子单元中的至少一个：信号预处理子单元，用于对所述变流参数进行预处理；电网锁相环子单元，用于采集接入所述储能系统的电网电压的频率和相位，并基于所述电网电压的频率和相位进行锁相环处理；变流保护子单元，用于对所述变流模块进行过流、过压和/或温度保护。5.如权利要求2所述的储能系统，其特征在于，当所述系统控制指令为有功无功PQ控制指令时，所述变流控制子单元采用有功无功PQ控制算法接入电网；当所述系统控制指令为电压源控制指令时，所述变流控制子单元采用电压源控制算法控制所述变流模块进行电能转换；当所述系统控制指令为电流源控制指令时，所述变流控制子单元采用电流源控制算法控制所述变流模块进行电能转换。6.如权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述模块控制单元的电池管理部分包括：充放电控制子单元，用于接收所述系统控制单元下发的系统控制指令，并基于所述电池状态数据，采用与所述系统控制指令对应的充放电控制算法对相应所述电池模组进行充放电控制。7.如权利要求6所述的储能系统，其特征在于，当所述系统控制指令为电池充放电指令时，所述充放电控制子单元采用预设的电池充放电算法控制相应所述电池模组进行充放电；当所述系统控制指令为电池恒功率充放电指令时，所述充放电控制子单元采用电池恒
功率充放电控制算法控制相应所述电池模组进行充放电；当所述系统控制指令为电池恒电压充电指令时，所述充放电控制子单元采用恒电压充电控制算法控制相应所述电池模组进行充电；当所述系统控制单元下发各所述电池模组的SOC值、且所述系统控制指令为SOC平衡指令时，所述充放电控制子单元采用电池SOC平衡算法控制相应所述电池模组进行充电；当所述系统控...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗剑威，周锐，林玉春，
申请(专利权)人：中宏科创新能源科技浙江有限公司，
类型：发明
国别省市：