本發(fā)明涉及儲(chǔ)能系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種電池pack可切換的儲(chǔ)能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、目前的中小型儲(chǔ)能系統(tǒng)，單個(gè)電池柜或直流柜內(nèi)的電池pack數(shù)量是固定的，每個(gè)pack內(nèi)的電池?cái)?shù)量也是一定的，pack內(nèi)的電池基本采用串聯(lián)的方式，pack與pack之間也采用串聯(lián)的方式，在工商業(yè)用的中小型儲(chǔ)能系統(tǒng)中，所有pack串聯(lián)后的總電壓在幾百伏到一千多伏之間，功率一般在幾十千瓦到幾百千瓦之間，一般單個(gè)電池柜或多個(gè)電池柜配一個(gè)雙向變流器，簡(jiǎn)稱pcs，pcs位于電池柜和電網(wǎng)或負(fù)荷之間，是實(shí)現(xiàn)電能雙向轉(zhuǎn)換的裝置，既可把電池柜直流電逆變成交流電，輸送給電網(wǎng)或者給交流負(fù)荷使用，也可把電網(wǎng)的交流電整流為直流電，給蓄電池充電，在整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)中，pcs是核心的也是價(jià)值較高的設(shè)備；但現(xiàn)有技術(shù)下的儲(chǔ)能系統(tǒng)基本上一個(gè)電池柜內(nèi)電池pack數(shù)量是固定的且不可切換的，同一個(gè)pcs只能對(duì)較少數(shù)量的pack進(jìn)行充電放循環(huán)，pcs利用率較低，并且當(dāng)某一個(gè)pack處于欠壓或過(guò)壓狀態(tài)時(shí)，會(huì)影響其他pack的使用，從而影響整個(gè)電池柜的使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了現(xiàn)有技術(shù)下的儲(chǔ)能系統(tǒng)基本上一個(gè)電池柜內(nèi)電池pack數(shù)量是固定的且不可切換的，同一個(gè)pcs只能對(duì)較少數(shù)量的pack進(jìn)行充電放循環(huán)，pcs利用率較低，并且當(dāng)某一個(gè)pack處于欠壓或過(guò)壓狀態(tài)時(shí)，會(huì)影響其他pack的使用，從而影響整個(gè)電池柜的使用壽命。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種電池pack可切換的儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括有：

3、儲(chǔ)能模塊，用于通過(guò)組合電池對(duì)電能進(jìn)行儲(chǔ)能，同時(shí)為其他設(shè)備進(jìn)行持續(xù)電能供應(yīng)；

4、電池管理模塊，用于采集儲(chǔ)能模塊中電芯電壓和溫度，并將采集的數(shù)據(jù)上傳至pack管理模塊；

5、pack管理模塊，用于采集電池柜的電池總電壓、采集充放電電流、采集電池正負(fù)極絕緣電阻、采集電池電量及對(duì)電池壽命進(jìn)行計(jì)算，并將數(shù)據(jù)傳輸至能量監(jiān)控模塊；

6、能量監(jiān)控模塊，用于監(jiān)控電池柜中的各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并控制店址貴內(nèi)的溫度平衡、充放電過(guò)程及充放電功率，并將采集到的數(shù)據(jù)上報(bào)給能量管理模塊；

7、能量管理模塊，用于完成對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的故障管理、能量管理、調(diào)度和實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)4g通信設(shè)備傳輸至云端平臺(tái)，并接收由云端平臺(tái)下發(fā)的指令；

8、云端平臺(tái)，用于接收能量管理模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)4g通信設(shè)備對(duì)能量管理模塊下發(fā)控制指令。

9、作為優(yōu)選，儲(chǔ)能模塊包括有電池pack，電池pack由多節(jié)電芯串聯(lián)而成，通過(guò)電池pack對(duì)電能進(jìn)行儲(chǔ)能，同時(shí)為其他設(shè)備進(jìn)行持續(xù)電能供應(yīng)，當(dāng)外部電源有富余電能時(shí)，儲(chǔ)能模塊中的電池pack會(huì)吸收這些電能，并將其轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存在電芯中，這個(gè)過(guò)程是通過(guò)電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)充電時(shí)，電流通過(guò)電池，使得電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)被逆轉(zhuǎn)，產(chǎn)生化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)；當(dāng)需要釋放能量時(shí)，電池pack會(huì)通過(guò)內(nèi)部的電解質(zhì)完成化學(xué)反應(yīng)，將儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，并通過(guò)電氣系統(tǒng)輸送給外部設(shè)備，儲(chǔ)能模塊就能夠?yàn)槠渌O(shè)備提供持續(xù)、穩(wěn)定的電能供應(yīng)。

10、作為優(yōu)選，電池管理模塊包括有bmu電池管理單元，bmu采集pack中電芯電壓及溫度，并將數(shù)據(jù)上發(fā)給pack管理模塊；電池管理模塊在工作時(shí)包括有以下步驟：

11、s101：bmu通過(guò)高精度的電壓傳感器或采集電路，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池pack中每一節(jié)電芯的電壓；

12、s202：bmu內(nèi)置的溫度傳感器能夠持續(xù)監(jiān)測(cè)電芯及周圍環(huán)境的溫度，確保電池工作在適宜的溫度范圍內(nèi)；

13、s203：bmu將采集到的電芯電壓和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、校準(zhǔn)處理；

14、s204：通過(guò)can總線，bmu將處理后的電芯電壓、溫度等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳給pack管理模塊。

15、作為優(yōu)選，pack管理模塊包括有bms，bms為電池pack管理單元，bms通過(guò)bmu上報(bào)的各個(gè)電芯的電壓及溫度數(shù)據(jù)計(jì)算各個(gè)pack的電壓及電量，并將數(shù)據(jù)上報(bào)給能量監(jiān)控模塊。

16、作為優(yōu)選，pack管理模塊在進(jìn)行工作時(shí)包括有以下步驟：

17、s301：bms接收到數(shù)據(jù)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)完整性、合理性和時(shí)效性的驗(yàn)證，確保接收到的數(shù)據(jù)是有效且未損壞的；

18、s302：對(duì)每個(gè)電芯的電壓和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，以去除噪聲和異常值，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；

19、s303：基于電壓和溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合電芯的歷史數(shù)據(jù)和制造商提供的規(guī)格參數(shù)，評(píng)估每個(gè)電芯的健康狀態(tài)soh；

20、s304：將所有電芯的電壓相加，得到整個(gè)pack的總電壓；

21、s305：利用電芯的電壓、溫度以及預(yù)先建立的電池模型，即開(kāi)路電壓-電量關(guān)系模型，估算每個(gè)電芯的剩余電量soc，根據(jù)電芯的容量和并聯(lián)串聯(lián)關(guān)系，計(jì)算整個(gè)pack的剩余電量；

22、s306：將計(jì)算得到的pack總電壓、電量soc、健康狀態(tài)soh以及其他關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行匯總；

23、s307：通過(guò)通信接口can總線，將打包好的數(shù)據(jù)上傳給能量監(jiān)控模塊。

24、作為優(yōu)選，能量監(jiān)控模塊包括有emu能量管理單元和pcs功率轉(zhuǎn)換單元，emu能量管理單元用于監(jiān)控電池柜內(nèi)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，包括bms電池管理系統(tǒng)、pcs功率轉(zhuǎn)換單元、空調(diào)、電表以及各類傳感器等，pcs功率轉(zhuǎn)換單元雙向變流器，位于電池柜和電網(wǎng)或負(fù)荷之間，用于實(shí)現(xiàn)電能雙向轉(zhuǎn)換的裝置，既可把電池柜直流電逆變成交流電，輸送給電網(wǎng)或者給交流負(fù)荷使用，也可把電網(wǎng)的交流電整流為直流電，給蓄電池充電，emu能量管理單元通過(guò)精確的控制策略來(lái)確保電池柜內(nèi)的溫度平衡、充放電過(guò)程及充放電功率的合理分配，emu能量管理單元根據(jù)各個(gè)pack的電壓及電量，在pcs充放電啟動(dòng)之前或充放電過(guò)程中實(shí)時(shí)地將符合要求的pack切入到功率回路中。

25、作為優(yōu)選，能量監(jiān)控模塊在放電狀態(tài)下進(jìn)行功率切換包括有以下步驟：

26、s401：測(cè)量pack電池電壓及溫度；

27、s402：對(duì)每個(gè)pack的電量進(jìn)行計(jì)算；

28、s403：判斷pack中是否有電壓或電量較低且偏差較大的電芯；判斷結(jié)果為是，進(jìn)入s404；判斷結(jié)果為否，進(jìn)入s405；

29、s404：將電壓或電量較低且偏差較大的電芯排除在放電功率回路之外，并重新進(jìn)入s401；

30、s405：選取固定數(shù)量的電壓或電量較為接近的pack；

31、s406：將選取的pack切換且串聯(lián)到功率回路中；

32、s407：?jiǎn)?dòng)pcs，使電池開(kāi)始放電；

33、s408：判斷放電時(shí)間或放電截止電壓是否滿足；判斷結(jié)果為是，進(jìn)入s409；判斷結(jié)果為否，進(jìn)入s410；

34、s409：停止pcs，電池結(jié)束放電；

35、s410：測(cè)量pack電池電壓及溫度；并重新進(jìn)入s408。

36、作為優(yōu)選，能量監(jiān)控模塊在充電電狀態(tài)下進(jìn)行功率切換包括有以下步驟：

37、s501：測(cè)量pack電池電壓及溫度；

38、s502：對(duì)每個(gè)pack的電量進(jìn)行計(jì)算；

39、s503：判斷pack中是否有電壓或電量較高且偏差較大的電芯；判斷結(jié)果為是，進(jìn)入s504；判斷結(jié)果為否，進(jìn)入s505；

40、s504：將電壓或電量較高且偏差較大的電芯排除在放電功率回路之外，并重新進(jìn)入s501；

41、s505：選取固定數(shù)量的電壓或電量較為接近的pack；

42、s506：將選取的pack切換且串聯(lián)到功率回路中；

43、s507：?jiǎn)?dòng)pcs，使電池開(kāi)始充電；

44、s508：判斷充電時(shí)間或充電截止電壓是否滿足；判斷結(jié)果為是，進(jìn)入s509；判斷結(jié)果為否，進(jìn)入s510；

45、s509：停止pcs，電池結(jié)束充電；

46、s510：測(cè)量pack電池電壓及溫度；并重新進(jìn)入s508。

47、作為優(yōu)選，能量監(jiān)控模塊采用具有單刀雙擲開(kāi)關(guān)的功率繼電器進(jìn)行pack切換電路工作時(shí)，包括以下步驟：

48、s601：將每個(gè)pack電池組的正負(fù)極中的其中一端連接到功率繼電器的公共端；將pack電池組的另一端連接到繼電器的常閉觸點(diǎn)上；將pack旁路的回路連接到繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)；

49、s602：設(shè)置繼電器初始狀態(tài)，繼電器的公共端默認(rèn)與常閉觸點(diǎn)連接，確保pack電池組正常接入電路；

50、s603：切換pack電池組或接入旁路回路時(shí)，通過(guò)來(lái)自bms系統(tǒng)的信號(hào)向繼電器線圈施加電流；

51、s604：線圈得電后，磁路系統(tǒng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引觸點(diǎn)歸位彈簧，使觸點(diǎn)從常閉觸點(diǎn)切換到常開(kāi)觸點(diǎn)；pack電池組的正極或者負(fù)極與旁路回路相連，pack電池組被旁路；

52、s605：當(dāng)需要恢復(fù)pack電池組的正常接入時(shí)，再次通過(guò)控制信號(hào)切斷繼電器線圈的電流，觸點(diǎn)在歸位彈簧的作用下恢復(fù)到常閉狀態(tài)，pack電池組重新接入電路；

53、能量監(jiān)控模塊采用電子晶體管進(jìn)行pack切換電路工作時(shí)，包括以下步驟：

54、s701：根據(jù)pack和旁路的電流、電壓需求選擇合適的pmos管；每對(duì)電子開(kāi)關(guān)由兩個(gè)pmos管背靠背對(duì)接組成，確保無(wú)論哪一端電壓更高，電流都不會(huì)倒灌；其中第一對(duì)pmos管連接在pack正極上，第二對(duì)pmos管連接在旁路上；

55、s702：引入兩個(gè)控制信號(hào)，分別控制pack正極的電子開(kāi)關(guān)即controlpack和旁路的電子開(kāi)關(guān)即controlbypass；

56、s703：使用邏輯與非門(mén)電路nand?gate確保這兩個(gè)控制信號(hào)不會(huì)同時(shí)為高；

57、s704：將controlpack和controlbypass作為與非門(mén)的兩個(gè)輸入；當(dāng)任一輸入為高時(shí)，與非門(mén)輸出為低；僅當(dāng)兩個(gè)輸入都為低時(shí)，輸出才為高；

58、s705：調(diào)整輸出以適應(yīng)pmos驅(qū)動(dòng)，由于pmos管在高電平關(guān)斷、低電平導(dǎo)通，使用非門(mén)或邏輯取反電路與非門(mén)的輸出進(jìn)行反相，以得到正確的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；假設(shè)與非門(mén)輸出為低時(shí)表示“安全”，即不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通，則通過(guò)非門(mén)將其轉(zhuǎn)換為高電平，用于關(guān)閉pmos管；當(dāng)與非門(mén)輸出為高時(shí)，被邏輯避免；

59、s706：通過(guò)微控制器mcu來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控并控制controlpack和controlbypass不會(huì)同時(shí)被置為高電平；

60、s707：將調(diào)整后的驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別連接到各對(duì)pmos管的柵極；

61、s708：當(dāng)controlpack為高且controlbypass為低時(shí)，pack正極的電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，pack接入電路；反之，當(dāng)controlbypass為高且controlpack為低時(shí)，旁路的電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，pack被旁路；

62、優(yōu)選的，采用繼電器切換pack的方式，當(dāng)pack切換完成，電池柜直流母線上的主正繼電器和主負(fù)繼電器吸合，啟動(dòng)pcs，開(kāi)始充放電，為避免繼電器大電流狀態(tài)下吸合導(dǎo)致繼電器粘連，在充放電過(guò)程中，電池柜直流母線上有大電流時(shí)，不得切換pack；而采用電子晶體管切換的方式，因?yàn)殡娮庸芮袚Q速度較快，也不存在繼電器粘連現(xiàn)象，可根據(jù)實(shí)際需要，在充放電之前完成pack的切換或充放電過(guò)程中實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的對(duì)pack進(jìn)行切換，從而保證充放電回路功率的連續(xù)性。

63、作為優(yōu)選，能量管理模塊包括有ems能量管理模塊，ems用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部各組件的狀態(tài)參數(shù)，如電壓、電流、溫度、絕緣電阻等；一旦檢測(cè)到異常數(shù)據(jù)或參數(shù)偏離正常范圍，ems會(huì)立即觸發(fā)故障診斷機(jī)制；基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和歷史數(shù)據(jù)比對(duì)，ems能夠預(yù)測(cè)潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)，并提前發(fā)出預(yù)警信號(hào)；ems通過(guò)4g通訊設(shè)備等無(wú)線通訊手段，將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上報(bào)給云端平臺(tái)，并接收云端下發(fā)的控制指令和參數(shù)設(shè)置。

64、本發(fā)明的有益效果：

65、1、現(xiàn)有技術(shù)下的儲(chǔ)能系統(tǒng)基本上一個(gè)電池柜內(nèi)電池pack數(shù)量是固定的且不可切換的，同一個(gè)pcs只能對(duì)較少數(shù)量的pack進(jìn)行充電放循環(huán)，pcs利用率較低，并且當(dāng)某一個(gè)pack處于欠壓或過(guò)壓狀態(tài)時(shí)，會(huì)影響其他pack的使用，從而影響整個(gè)電池柜的使用壽命；本發(fā)明通過(guò)電池pack可自由切換的智能控制系統(tǒng)，在電池柜中容納更多數(shù)量的pack，根據(jù)pack調(diào)度算法，選取其中固定數(shù)量的pack投入到儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電循環(huán)中，減少pcs的使用數(shù)量，提高pcs的使用率，大幅降低整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本。

66、2、通過(guò)bms將bmu上報(bào)的各個(gè)電芯的電壓及溫度數(shù)據(jù)計(jì)算各個(gè)pack的電壓及電量，并將數(shù)據(jù)上報(bào)給emu，emu根據(jù)各個(gè)pack的電壓及電量，在pcs充放電啟動(dòng)之前或充放電過(guò)程中實(shí)時(shí)的將符合要求的pack切入到功率回路中，從而實(shí)現(xiàn)在電池柜中容納更多數(shù)量的pack，減少pcs的使用數(shù)量，提高pcs的使用率，大幅降低整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本；

67、3、通過(guò)采用繼電器切換pack的方式，當(dāng)pack切換完成，電池柜直流母線上的主正繼電器和主負(fù)繼電器吸合，啟動(dòng)pcs，開(kāi)始充放電，為避免繼電器大電流狀態(tài)下吸合導(dǎo)致繼電器粘連，在充放電過(guò)程中，電池柜直流母線上有大電流時(shí)，不得切換pack；通過(guò)采用電子晶體管切換的方式，因?yàn)殡娮庸芮袚Q速度較快，也不存在繼電器粘連現(xiàn)象，可根據(jù)實(shí)際需要，在充放電之前完成pack的切換或充放電過(guò)程中實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的對(duì)pack進(jìn)行切換，從而保證充放電回路功率的連續(xù)性。