[发明专利]一种模块化的储能系统

说明书

技术领域

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

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。

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。

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。

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

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≥1个储能簇并联组成，由1个监控系统管理所有的储能簇，1个储能簇由≥1个储能模块串联组成，1个储能簇控制器管理1个储能簇的所有储能模块，1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≥1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。

 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。

 1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，1个储能模块最多包含1个能量型储能元件且至少包含1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。

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。

 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。