[发明专利]一种适用于储能电池的柔性并联装置

说明书

本发明一种适用于储能电池的柔性并联装置，通过在电池组串中增加独立电容器，并通过隔离DC/DC变换器对独立电容器的控制实现电池组串电压的柔性调节，实现储能系统中不同电池组串的柔性并联，可以应用到采用新电池和梯次利用电池的储能系统，并支持在并联工作的不同组串中采用不同品牌或不同规格的锂离子电池。解决储能系统中电池组串简洁高效的串并联实现，同时兼顾梯次利用电池的使用方式。

技术领域

本发明专利涉及储能应用领域，尤其涉及到采用锂离子电池作为储能元件的储能应用领域。

技术背景

随着新能源的不断发展，尤其是具有间歇性、波动性的光伏、风电等新能源的迅速壮大对电网造成的波动性非常大，需要一种储电单元来平抑此类发电单元功率的波动；现在的用户侧负荷，尤其是工商业负荷峰谷差非常大，增加储电单元可以减小用电负荷峰谷差，从国家峰谷电价方面考虑也存在相应的商业模式；另外随着国家对储能的不断重视和政策层面的不断推动，储能单元是未来电网中非常重要的调节手段之一。随着锂离子电池成本不断降低，并结合锂离子电池寿命等考虑，锂离子电池储能系统是未来储能单元的主要应用方式。

锂离子电池均为单体形式，由于电池单体容量的限制，大容量的锂离子电池储能系统均是数量众多的单体电池串并联的结果， 目前传统的形式为几个单体电池并联后再串联成为一个电池组串，多个电池组串并联组成大容量的储能系统，然而锂离子电池内阻很小，多个电池组串并联时由于电池组串电压的不一致性等，多个电池组串由独立到并联在一起的过程中需要花费很大的时间和精力。另外尤其针对梯次利用的电池，同一电池组串内电池单体差异比较大，电池组串之间差异也非常大，导致并联在一起的锂电池储能系统容量大打折扣，不能发挥应有的效应。无论采用新电池还是梯次利用的电池，电池组串都很难标准化，不利于储能项目的规模化和推广，这也是本一种适用于储能电池的柔性并联装置提出的背景。

发明内容

为了解决储能系统中电池组串简洁高效的串并联实现，同时兼顾梯次利用电池的使用方式，目的是把电池组串作为一个标准单元利于实现规模化应用和推广，本发明提供了一种适用于储能电池的柔性并联装置，主要包含独立电容器和隔离DC/DC变换器两部分。将电池单体串并联后的电池组与独立电容器串联，利用隔离DC/DC变换器控制独立电容器电压使得电池组串表现为一个电压柔性可调的电池组串，以此实现不同电池组串的柔性并联，支持电池组串中采用不同类型的锂离子电池。隔离DC/DC变换器输出端连接电池组串中独立电容器，输入端连接电池组串中电池组，采用梯次利用的电池组串中每一个电池模块连接隔离DC/DC变换器输入端，不同隔离DC/DC变换器输出端并联连接至电池组串中独立电容器。通过隔离DC/DC变换器对电容器电压的控制可以实现储能系统中电池组串的柔性并联，其中隔离DC/DC变换器由于只承担部分功率，相比于全功率变换器效率高。虽然传统电池和梯次电池应用中隔离DC/DC变换器功率等级不同，输入端电压范围不同，但是拓扑结构完全相同，通过改变隔离DC/DC变换器中高频变压器的变比可以实现两种应用场合中隔离DC/DC变换器统一考虑，柔性并联装置也更容易设计为一个标准产品。

本发明一种适用于储能电池的柔性并联装置，应用于采用新电池的储能系统或采用梯次利用电池储能系统，柔性并联装置分为两部分，一部分是独立电容器，另一部分是隔离DC/DC变换器；数量众多的电池单体经过串并联后形成电池组，电池组和柔性并联装置中独立电容器串联组成电池组串。柔性并联装置中隔离DC/DC变换器输入侧连接电池组串中电池组两端，隔离DC/DC变换器输出侧连接独立电容器的两端。

利用隔离DC/DC变换器控制独立电容器的电压使得整个电池组串整体电压柔性，同时柔性并联装置由于只承受电池组串和电池组的电压差，利用整个电池组串部分功率的隔离DC/DC变换器实现了整个电池组串的电压等调节，提高了运行效率。