[发明专利]一种电池动态成组系统及其运行控制方法

说明书

本发明涉及一种基于模块化双向充放电控制器的电池动态成组系统，包括多个模块化双向充放电控制器、串联接入开关、并联接入开关、旁路开关、多个电池储能单元以及动态电池组运行管理系统，各电池储能单元接入对应的模块化双向充放电控制器的低压侧，各个模块化双向充放电控制器的高压侧经串并联接入开关进行串并联动态连接，然后接入电池动态成组系统的直流母线。本发明实现电池储能单元的动态在线串并联成组，并精确管理每个电池储能单元的充放电过程，能够有效提高大规模电池成组系统的运行可靠性和稳定性。

技术领域

本发明属于储能技术领域，涉及到一种基于模块化双向充放电控制器的电池动态成组系统及其运行控制方法。

背景技术

在众多储能方式中，电池储能技术发展最为迅速而且技术相对成熟，蓄电池作为储能单元，由于其较高的储能密度和性价比，得到了广泛的应用。但是，由于单个电池所能提供的电压、容量有限，大多数情况下不能满足实际应用的需要，故需要将多个电池串联或者并联构建电池组来满足系统使用的要求。由于每个单体电池的内阻等内部特性存在差异，导致电池组内每个单体的运行状态无法保持一致。当电池组中单体电池的出现过充、过放或者故障时，会导致整个串并联电池组的性能下降甚至报废，严重限制了大规模电池成组系统的运行可靠性和使用寿命。

为解决上述问题，目前成熟的解决方案为利用电池管理系统(BMS)对电池组内部的每个串并联电池的运行状态进行实时在线检测，并通过电池管理系统(BMS)的主动均衡功能控制电池组中的每个串并联电池单体都处于相同的运行工况，避免出现个别单体电池的过充或者过放，降低单体电池的故障发生率，从而显著提升大规模电池成组系统的运行可靠性和运行寿命。

电池管理系统(BMS)要具备提高电池利用率、监控电池状态、延长电池使用寿命的基本功能。通常，BMS要实现以下作用：

1.准确估测电池组的荷电状态

准确估算电池组的剩余电量(State of Charge，即SOC)，也称为荷电状态。确保电池组剩余电量在合理的范围内，避免过充电和过放电对电池组造成的损伤，并对剩余电量或是充电状态进行正确报告。

2.实时监测电池组工作状态

在电池的工作过程中，采集电池组总电压、单个电池端电压、工作电流、电池温度等实时数据，防止过充电或是过放电事故发生，确保电池组的正常运行和可靠使用，同时记录单块电池使用情况，为故障诊断提供可靠数据。建立每块电池的使用历史档案，为进一步优化和开发提供资料，为离线分析系统故障提供依据。

3.单体电池的均衡

确保在使用过程中，电池组各个电池都处于一致的工作状态，避免单个电池提前损坏。均衡技术是目前世界正在致力研究与开发的一项电池能量管理系统的关键技术。

对于电池管理系统(BMS)而言，需要从根本上解决单体电池直接串并联所面临的电压电流均衡问题，实现单体电池充放电过程的自动均衡，避免单体电池失效对整个储能系统的影响，充分发挥电池储能系统的整体能效。但是，由于常规的电池管理系统(BMS)从本质上而言无法真正精确对每个电池单体的充放电过程进行精确管理，因此其主动均衡电路的设计及策略面临极大的挑战，实际工程运行过程中的可靠性非常有限。同时，利用电池管理系统(BMS)无法解决单体电池故障导致大规模电池成组系统停运的问题，必须人工进行故障电池的替换才能够使得大规模电池成组系统重新恢复运行。然而，更换后的新单体电池与大规模电池成组系统中的原有单体的内部特性有较大差异，会显著增加单体电池更换后电池管理系统(BMS)的运行控制难度。随着新单体电池的不断更换，会导致电池成组系统的运行可靠性显著降低。

发明内容