[發明專利]一種基于智慧蓄電池的矩陣式儲能系統的構建方法

在審

• 申請號: 202010189915.7
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111416402A
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 王超;胡浩;班瑜
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于智慧蓄電池的矩陣式儲能系統，其特征是：

智慧蓄電池由電氣部分和儲能元件構成；儲能元件可以是蓄電池、超級電容；智慧蓄電池的電氣部分可以對蓄電池的輸出進行變換和調控，使得智慧蓄電池的輸出可以是電壓源模式或電流源模式；矩陣式儲能系統由智慧蓄電池通過串聯、并聯或混聯構成；

可以通過以下3種方式將智慧蓄電池連接成矩陣式儲能系統：第1種方式，先把M只智慧蓄電池串聯構成電池組，再把N組電池組并聯構成矩陣式儲能系統，此處所述的N組電池組包含的智慧蓄電池的數量相等都為M，這只是最常見的情況，在實際使用中，N組電池組包含的智慧蓄電池的數量可以不同，智慧蓄電池內含儲能元件的種類也可以不同；第2種方式，先把N只智慧蓄電池并聯構成電池組，再把M組電池組串聯構成矩陣式儲能系統，此處所述的M組電池組包含的智慧蓄電池的數量相等都為N，這只是最常見的情況，在實際使用中，M組電池組包含的智慧蓄電池的數量可以不同，智慧蓄電池內含儲能元件的種類也可以不同；第3種方式，把1個矩陣式儲能系統看成1個等效的智慧蓄電池，可以按照前面所述的第1種方式或第2種方式，把若干個智慧蓄電池或等效的智慧蓄電池連接成矩陣式儲能系統；在本文中M、N都表示正整數；

矩陣式儲能系統的總輸出可以是電壓源模式或電流源模式；

按照第1種方式連接而成的矩陣式儲能系統，當需要使矩陣式儲能系統的總輸出為電壓源模式時，其內部的智慧蓄電池的輸出模式按照如下方法設置：在N組電池組中選擇1組，使該組的所有智慧蓄電池的輸出都為電壓源模式，在其余的N-1組電池組中，每組選1只智慧蓄電池工作于電流源模式，每組剩下的所有智慧蓄電池都工作于電壓源模式；

按照第1種方式連接而成的矩陣式儲能系統，當需要使矩陣式儲能系統的總輸出為電流源模式時，其內部的智慧蓄電池的輸出模式按照如下方法設置：在N組電池組中，每組選1只智慧蓄電池工作于電流源模式，每組剩下的所有智慧蓄電池都工作于電壓源模式；

按照第2種方式連接而成的矩陣式儲能系統，當需要使矩陣式儲能系統的總輸出為電壓源模式時，其內部的智慧蓄電池的輸出模式按照如下方法設置：在M組電池組中，每組選1只智慧蓄電池工作于電壓源模式，每組剩下的所有智慧蓄電池都工作于電流源模式；

按照第2種方式連接而成的矩陣式儲能系統，當需要使矩陣式儲能系統的總輸出為電流源模式時，其內部的智慧蓄電池的輸出模式按照如下方法設置：在M組電池組中選擇1組，使該組的所有智慧蓄電池的輸出都為電流源模式，在其余的M-1組電池組中，每組選1只智慧蓄電池工作于電壓源模式，每組剩下的所有智慧蓄電池都工作于電流源模式；

當矩陣式儲能系統輸出為交流電時，其內含的智慧蓄電池輸出交流電壓或電流的相位需要進行同步；使工作于電壓源模式的智慧蓄電池的輸出電壓相位與矩陣式儲能系統總輸出電壓的相位相同，使工作于電流源模式的智慧蓄電池的輸出電流相位與矩陣式儲能系統總輸出電流的相位相同。

2. 根據權利要求1所述的儲能系統，其特征是：通過對矩陣式儲能系統內智慧蓄電池的輸出電壓和輸出電流的調節，來調節各個智慧蓄電池的輸出功率，從而可以實現對智慧蓄電池SOC（state of charge）的調控功能和SOC均衡功能；

具體方法如下：

對于按照第1種方式連接而成的矩陣式儲能系統，用I_j表示N組電池組第j組的電流有效值，其中j=1,2,…N，通過使I_j滿足式（1），可以對N組電池組組間的SOC進行調節，其中k_j為SOC調節系數， j=1,2,…N，根據SOC調節的需要，可以改變k_j的值，采用適當的SOC調控或均衡算法，可以實現SOC調控或均衡功能；

I₁：I₂：…：I_N =k₁：k₂：…：k_N （1）

對于按照第1種方式連接而成的矩陣式儲能系統，用U_ij表示第j組第i只智慧蓄電池的輸出電壓有效值，其中i=1,2,…M，j=1,2,…N，通過使U_ij滿足式（2），可以對第j組電池組組內的SOC進行調節，其中h_ij為SOC調節系數，i=1,2,…M， j=1,2,…N，根據SOC調節的需要，可以改變h_ij的值，采用適當的SOC調控或均衡算法，可以實現SOC調控或均衡功能；

U_1j： U_2j：…： U_Mj =h_1j：h_2j：…：h_Mj （2）

對于按照第2種方式連接而成的矩陣式儲能系統，用U_i表示M組電池組第i組的輸出電壓有效值，其中i=1,2,…M，通過使U_i滿足式（3），可以對M組電池組組間的SOC進行調節，其中m_i為SOC調節系數，i=1,2,…M，根據SOC調節的需要，可以改變m_i的值，采用適當的SOC調控或均衡算法，可以實現SOC調控或均衡功能；

U₁： U₂：…： U_M = m₁：m₂：…：m₃ （3）

對于按照第2種方式連接而成的矩陣式儲能系統，用I_ij表示第i組第j只智慧蓄電池的輸出電流有效值，其中i=1,2,…M，j=1,2,…N，通過使I_ij滿足式（4），可以對第i組電池組組內的SOC進行調節，其中p_ij為SOC調節系數，i=1,2,…M， j=1,2,…N，根據SOC調節的需要，可以改變p_ij的值，采用適當的SOC調控或均衡算法，可以實現SOC調控或均衡功能；

I_i1：I_i2：…：I_iN = p_i1：p_i2：…：p_iN （4）

前文中，電池組組間的SOC調節指的是調節電池組整組的SOC；電池組整組的SOC的定義為電池組中所有蓄電池的當前容量之和與所有蓄電池的額定容量之和的比值；電池組組內的SOC調節指的是調節電池組內部各個蓄電池的SOC；蓄電池的SOC的定義為蓄電池的當前容量與蓄電池的額定容量的比值。