本發(fā)明涉及儲能充電領(lǐng)域，具體提供一種梯次電池組儲能電站的能量管理方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，電動汽車行業(yè)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速，隨著電動汽車的推廣應(yīng)用，存在巨量的退役梯次電池，梯次電池剩余容量通常在80％以上，有較大的利用空間。如何尋找合適的梯次利用場景對如此巨量的動力電池進(jìn)行再利用，成為電動汽車行業(yè)面臨的嚴(yán)峻問題。而儲能行業(yè)中儲能電站的建設(shè)需要大量的低成本儲能電池，目前電動汽車退役的低成本梯次電池如果能夠在儲能領(lǐng)域得到有效利用，將會極大的促進(jìn)儲能行業(yè)的發(fā)展。

基于在電動汽車上電池應(yīng)用情況的差異，不同梯次電池的荷電狀態(tài)存在較大差異，在儲能應(yīng)用時(shí)存在較多的技術(shù)問題，如何規(guī)避電池荷電狀態(tài)差異，采用合適的方法，實(shí)現(xiàn)梯次電池在儲能領(lǐng)域的大規(guī)模有效利用，成為電動汽車與儲能行業(yè)急需解決的技術(shù)難題。

現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法采用單支路或多支路總體控制，控制目標(biāo)僅考慮系統(tǒng)功率需求，未考慮支路荷電狀態(tài)或多支路荷電狀態(tài)的精細(xì)化能量管理，在多支路狀態(tài)下不能保證系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率和壽命的最大化。

本發(fā)明擬解決的問題如下：1)如何實(shí)現(xiàn)荷電狀態(tài)存在較大差異的梯次電池儲能電站綜合能量管理；2)如何提高基于荷電狀態(tài)存在較大差異的梯次電池儲能電站的運(yùn)行效率及壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明提供了一種梯次電池組儲能電站的能量管理方法和系統(tǒng)，采用分布式荷電狀態(tài)采集、集中智能計(jì)算與動態(tài)功率分配的管理方法，在滿足系統(tǒng)充放電功率的需求前提條件下，對于不同荷電狀態(tài)的梯次電池支路功率進(jìn)行動態(tài)分配，可實(shí)現(xiàn)基于梯次電池的不同荷電狀態(tài)的儲能電站的能量管理，同時(shí)提升了荷電狀態(tài)存在較大差異的梯次電池儲能電站系統(tǒng)的運(yùn)行效率及壽命。

本發(fā)明提出的一種梯次電池組儲能電站的能量管理方法，設(shè)定監(jiān)控周期，在每個(gè)監(jiān)控周期開始時(shí)執(zhí)行以下步驟：

步驟1，采用分布式荷電狀態(tài)采集的方法采集儲能電站的每個(gè)支路梯次電池模塊的荷電狀態(tài)，并設(shè)定各支路總的動態(tài)功率值；

步驟2，依據(jù)各支路梯次電池模塊的荷電狀態(tài)及動態(tài)功率值，計(jì)算每個(gè)支路的實(shí)時(shí)需要控制的功率值，并依據(jù)該功率值控制每個(gè)支路的充電/放電的實(shí)時(shí)功率。

優(yōu)選的，每個(gè)支路的實(shí)時(shí)需要控制的功率值得計(jì)算方法為：

用i表示梯次電池模塊的支路序號，其中i＝1,2,.....,n；n為梯次電池模塊的支路總個(gè)數(shù)；

步驟21，計(jì)算每個(gè)支路梯次電池模塊當(dāng)前可用容量E_i，公式為

E_i＝SOC_i*EN

其中SOC_i為第i個(gè)支路梯次電池模塊的荷電狀態(tài)，EN每個(gè)支路梯次電池模塊的原始標(biāo)稱能量；

步驟22，計(jì)算每個(gè)支路梯次電池模塊的充電/放電時(shí)間t₀i，公式為

t₀i＝E_i/PK

其中PK為標(biāo)準(zhǔn)充電/放電倍率；

步驟23，計(jì)算各支路梯次電池模塊的充電/放電時(shí)間的平均值tav₀，公式為

tav₀＝(t₀1+t₀2+…+t₀n)/n

步驟24，計(jì)算每個(gè)支路梯次電池模塊充電/放電時(shí)間控制在tav₀值時(shí)對應(yīng)的功率值P₀i，公式為

P₀i＝E_i/tav₀

步驟25，計(jì)算充電/放電時(shí)間控制在tav₀值各支路梯次電池模塊對應(yīng)的功率值P₀i的和與需求功率P的比值kp，公式為

kp＝(P₀1+P₀2+…+P₀n)/P

步驟26，計(jì)算每個(gè)支路梯次電池模塊實(shí)際需要充電/放電的實(shí)時(shí)功率Pi，公式為

Pi＝P₀i/kp。

本發(fā)明還提供了一種梯次電池組儲能電站的能量管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括梯次電池模塊、儲能變流器、監(jiān)控系統(tǒng)；

在每個(gè)支路梯次電池模塊的內(nèi)部設(shè)置有荷電狀態(tài)采集單元，用于每個(gè)監(jiān)控周期開始時(shí)采集各支路梯次電池模塊的電荷狀態(tài)；

監(jiān)控系統(tǒng)用于根據(jù)每個(gè)監(jiān)控周期所采集的各支路梯次電池模塊的電荷狀態(tài)；依據(jù)各支路梯次電池模塊的荷電狀態(tài)及動態(tài)功率值，計(jì)算每個(gè)支路的實(shí)時(shí)需要控制的功率值，并依據(jù)該功率值控制每個(gè)支路的充電/放電的實(shí)時(shí)功率；

儲能變流器用于根據(jù)計(jì)算得到的每個(gè)支路的實(shí)時(shí)需要控制的功率值，控制各支路梯次電池模塊在每個(gè)監(jiān)控周期內(nèi)的充電/放電的實(shí)時(shí)功率。

優(yōu)選的，計(jì)算每個(gè)支路的實(shí)時(shí)需要控制的功率值的方法為上述每個(gè)支路的實(shí)時(shí)需要控制的功率值得計(jì)算方法。

優(yōu)選的，電池模塊、儲能變流器、監(jiān)控系統(tǒng)之間分別采用高速CAN總線進(jìn)行連接。

優(yōu)選的，所述的儲能變流器為雙向儲能變流器。

本發(fā)明周期性的采用分布式荷電狀態(tài)采集、集中智能計(jì)算與動態(tài)功率分配的管理方法保證了總功率滿足系統(tǒng)需求，同時(shí)每個(gè)支路功率設(shè)定值和本支路荷電狀態(tài)相關(guān)，多支路充放電時(shí)間基本持平，可逐步調(diào)整各支路荷電狀態(tài)向平均值靠攏，提升系統(tǒng)的運(yùn)行效率和壽命，規(guī)避單個(gè)支路過充或過放導(dǎo)致單支路失效的風(fēng)險(xiǎn)。

附圖說明

圖1是基于梯次電池的儲能電站的模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)拓?fù)淇驁D；

圖2是每個(gè)支路的實(shí)時(shí)需要控制的功率值計(jì)算方法的流程框圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，這些實(shí)施方式僅僅用于解釋本發(fā)明的技術(shù)原理，并非旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

考慮到儲能電站的梯次電池模塊化多支路的電路拓?fù)?，本發(fā)明采用分布式荷電狀態(tài)采集、集中智能計(jì)算與動態(tài)功率分配的管理方法，在滿足系統(tǒng)充放電功率的需求前提條件下，對于不同荷電狀態(tài)的各支路梯次電池模塊支路功率進(jìn)行動態(tài)分配，可實(shí)現(xiàn)基于各支路梯次電池模塊的不同荷電狀態(tài)的儲能電站的能量管理，同時(shí)提升了荷電狀態(tài)存在較大差異的梯次電池儲能電站系統(tǒng)的運(yùn)行效率及壽命。

如圖1所示，本實(shí)施例的一種梯次電池組儲能電站的能量管理系統(tǒng)，包括電池模塊、儲能變流器、監(jiān)控系統(tǒng)；

將每個(gè)支路的電池模塊作為梯次電池模塊，在每個(gè)支路梯次電池模塊的內(nèi)部設(shè)置有荷電狀態(tài)采集單元，用于每個(gè)監(jiān)控周期開始時(shí)采集各支路梯次電池模塊的電荷狀態(tài)；每個(gè)支路梯次電池模塊內(nèi)部的荷電狀態(tài)采集單元通過CAN-A總線，將所采集的每個(gè)支路梯次電池模塊的荷電狀態(tài)及相關(guān)控制保護(hù)信息上傳給監(jiān)控系統(tǒng)；

監(jiān)控系統(tǒng)用于根據(jù)每個(gè)監(jiān)控周期所采集的各支路梯次電池模塊的電荷狀態(tài)；依據(jù)各支路梯次電池模塊的荷電狀態(tài)及動態(tài)功率值，計(jì)算每個(gè)支路的實(shí)時(shí)需要控制的功率值，并依據(jù)該功率值控制每個(gè)支路的充電/放電的實(shí)時(shí)功率；本實(shí)施例中每個(gè)支路的實(shí)時(shí)需要控制的功率值的計(jì)算采用能量管理算法進(jìn)行計(jì)算；

儲能變流器通過CAN-B總線接收監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的每個(gè)支路的實(shí)時(shí)需要控制的功率值，通過CAN-C總線控制各支路梯次電池模塊在每個(gè)監(jiān)控周期內(nèi)的充電/放電的實(shí)時(shí)功率。

本實(shí)施例中的儲能變流器為雙向儲能變流器；

本實(shí)施例基于上述能量管理系統(tǒng)還給出了一種梯次電池組儲能電站的能量管理方法，在監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)定監(jiān)控周期，并在每個(gè)監(jiān)控周期開始時(shí)執(zhí)行以下步驟：

步驟1，通過每個(gè)支路梯次電池模塊的內(nèi)部設(shè)置的荷電狀態(tài)采集單元，采用分布式荷電狀態(tài)采集的方法采集儲能電站的每個(gè)支路梯次電池模塊的荷電狀態(tài)，并將所采集的荷電狀態(tài)信息通過CAN-A總線上傳至監(jiān)控系統(tǒng)；在監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)定各支路總的動態(tài)功率值，用于后續(xù)實(shí)時(shí)需要控制的功率值的計(jì)算；

步驟2，監(jiān)控系統(tǒng)依據(jù)各支路梯次電池模塊的荷電狀態(tài)及動態(tài)功率值，計(jì)算每個(gè)支路的實(shí)時(shí)需要控制的功率值，并將每個(gè)支路的實(shí)時(shí)需要控制的功率值下發(fā)給每個(gè)支路的儲能變流器進(jìn)行控制，每個(gè)支路的儲能變流器依據(jù)該功率值控制每個(gè)支路的充電/放電的實(shí)時(shí)功率。

本實(shí)施例中計(jì)算每個(gè)支路的實(shí)時(shí)需要控制的功率值的方法具體為能量管理算法，在該算法中用i表示梯次電池模塊的支路序號，其中i＝1,2,.....,n；n為梯次電池模塊的支路總個(gè)數(shù)；具體步驟如下：

步驟21，計(jì)算每個(gè)支路梯次電池模塊當(dāng)前可用容量E_i，如公式(1)所示；

E_i＝SOC_i*EN (1)

其中SOC_i為第i個(gè)支路梯次電池模塊的荷電狀態(tài)，EN每個(gè)支路梯次電池模塊的原始標(biāo)稱能量；

步驟22，計(jì)算每個(gè)支路梯次電池模塊的充電/放電時(shí)間t₀i，如公式(2)所示；

t₀i＝E_i/PK (2)

其中PK為標(biāo)準(zhǔn)充電/放電倍率；

步驟23，計(jì)算各支路梯次電池模塊的充電/放電時(shí)間的平均值tav₀，如公式(3)所示；

tav₀＝(t₀1+t₀2+…+t₀n)/n (3)

步驟24，計(jì)算每個(gè)支路梯次電池模塊充電/放電時(shí)間控制在tav₀值時(shí)對應(yīng)的功率值P₀i，如公式(4)所示；

P₀i＝E_i/tav₀ (4)

步驟25，計(jì)算充電/放電時(shí)間控制在tav₀值各支路梯次電池模塊對應(yīng)的功率值P₀i的和與需求功率P的比值kp，如公式(5)所示；

kp＝(P₀1+P₀2+…+P₀n)/P (5)

步驟26，計(jì)算每個(gè)支路梯次電池模塊實(shí)際需要充電/放電的實(shí)時(shí)功率Pi，如公式(6)所示；

Pi＝P₀i/kp (6)

本實(shí)施例中充電/放電時(shí)間為常規(guī)意義上的充電/放電時(shí)間定義，為了更清晰的表述，具體描述為：充電時(shí)間為當(dāng)前狀態(tài)下梯次電池模塊持續(xù)充電到充電額定上限所需的時(shí)間，放電時(shí)間為當(dāng)前狀態(tài)下梯次電池模塊放電到放電額定下限所需的時(shí)間；當(dāng)前狀態(tài)是指每個(gè)監(jiān)控周期內(nèi)所采集的對應(yīng)支路梯次電池模塊的荷電狀態(tài)等信息。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖所示的優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明的技術(shù)方案，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，本發(fā)明的保護(hù)范圍顯然不局限于這些具體實(shí)施方式。在不偏離本發(fā)明的原理的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對相關(guān)技術(shù)特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術(shù)方案都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。