[发明专利]一种分布式锂电池组储能系统

说明书

本发明公开了一种分布式锂电池组储能系统，包括若干用于并联到直流母线上的储能控制单元；储能控制单元之间通过总线通信进行数据共享；储能控制单元包括由单体锂电池组成的电池组、双向直流变换器、微控制器与状态监测模块；每个微控制器内均配置有独立充电控制程序，所述独立充电控制程序用于根据对应储能控制单元的状态监测数据与直流母线电压U_A确定相应储能控制单元的充电模式；每个微控制器内均配置有协同放电控制程序，协同放电控制程序用于根据共享数据与直流母线电压U_A确定整体放电模式。本发明解决了现有技术中锂电池组储能系统的锂电池可靠性与能量利用率不高的技术问题，能够延长锂电池使用寿命，降低成本。

技术领域

本发明属于锂电池储能领域。

背景技术

随着全球化石能源的日益枯竭以及环境、气候等因数影响，电动汽车作为新能源汽车的主体获得到前所未有的发展。动力电池作为电动汽车的核心部件之一，其性能与安全问题成为制约电动汽车发展的关键因数。以锂离子电池为代表的电动汽车用动力电池具有能量密度高、质量轻、自放电率小以及使用寿命长等诸多优势，是目前电动汽车最具实用价值的储能方式。

目前单体锂电池的电压及容量都较小，通常都采取多节单体锂电池通过串并方式连接成组以满足不同的电压等级及容量应用需求。但由于生产工艺、使用环境、温度等不同造成单体电池的容量、内阻以及荷电状态的不一致性，导致了在使用过程中电池组的整体性能因受到单体性能的限制不能得到充分发挥，电池组的能量利用率不高，甚至造成个别单体锂电池过充/过放。

通常解决锂电池不一致性的方法是使用均衡技术。被动均衡电路简单、成本低，技术相对成熟，但是能量利用率低且存在热管理问题，一般只适用于低功率均衡的应用场合。主动均衡采用有源开关对有需要的单体电池进行能量均衡，但均衡电路在均衡过程中不可避免造成了功率损失且主动均衡方案系统复杂、成本高等因素限制了主动均衡的发展。为了消除传统锂电池串并方式的弊端，降低系统控制的复杂度，需要设计一种新的电池成组结构，以及一种简单可靠的控制方法。

发明内容

针对上述技术的不足，本发明提供了一种分布式锂电池组储能系统，解决现有技术中锂电池组储能系统的电池可靠性与能量利用率不高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种分布式锂电池组储能系统，包括若干用于并联到直流母线上的储能控制单元；储能控制单元之间通过总线通信进行数据共享；

储能控制单元包括由单体锂电池组成的电池组、双向直流变换器、微控制器以及用于采集储能控制单元的状态监测数据的状态监测模块；电池组通过双向直流变换器从直流母线上获取电能或者输出电能到直流母线上；微控制器通过控制双向直流变换器来切换储能控制单元的充/放电模式；

状态监测模块包括前端状态监测模块与后端状态监测模块；前端状态监测模块接入电池组与双向直流变换器之间，用于采集电池组的状态监测数据；后端状态监测模块接入双向直流变换器与直流母线之间，用于采集双向直流变换器的状态监测数据；

每个微控制器内均配置有独立充电控制程序，所述独立充电控制程序用于根据对应储能控制单元的状态监测数据与直流母线电压U_A确定相应储能控制单元的充电模式；

每个微控制器内均配置有协同放电控制程序，所述协同放电控制程序用于根据共享数据与直流母线电压U_A确定整体放电模式；共享数据包括负载功率、每个电池组的剩余电量以及每个电池组的额定输出功率。

进一步的，电池组的状态监测数据包括电池组端电压、电池组输出电流与电池组温度；微控制器采用等效电路模型并根据电池组端电压、电池组输出电流与电池组温度对电池组的剩余电量SOC进行计算；电池组端电压与电池组输出电流作为微控制器控制双向直流变换器实现不同充电模式的依据。