[發明專利]變電站用磷酸鐵鋰電池直流電源均衡系統、方法及設備

在審

• 申請號: 202110832997.7
• 申請日: 2021-07-22
• 公開（公告）號: CN113452122A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 黎可;解曉東;孫楊;汪金禮;穆居易;胡晨;孫召琴;王綏軍;于冉;金翼;易永利;尤育敢
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院有限公司;國網浙江省電力有限公司;國網浙江省電力有限公司溫州供電公司;國家電網有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 北京中巡通大知識產權代理有限公司 11703
• 代理人: 李宏德

本發明公開一種變電站用磷酸鐵鋰電池直流電源均衡系統、方法及設備，所述充電方法，包括：采集串聯磷酸鐵鋰電池組中所有單節鋰電池的端電壓和溫度；判斷端電壓是否超過保護閾值，判斷溫度是否超出預設電池溫度閾值區間；如果有一個超過保護閾值，或者超出預設電池溫度閾值區間，切斷充電回路，并發出報警信息；判斷所有單節鋰電池的端電壓與預設電池電壓閾值，控制電池充電模式：當串聯磷酸鐵鋰電池組中單節鋰電池B_i的端電壓達到均衡閾值時，控制單節鋰電池B_i多余的電能以歐姆熱形式釋放，實現變電站用磷酸鐵鋰電池直流電源均衡充電。本發明有效的解決由于串聯鋰電池組的物理特性不一致而引起的充電不平衡問題。

技術領域

本發明涉及直流電源領域，并且更具體地，涉及變電站用磷酸鐵鋰電池直流電源均衡系統、方法及設備。

背景技術

磷酸鐵鋰電池以其自放電率低、電壓平臺穩定、無記憶性等綜合優勢，在目前工業應用的主流鋰電池中，最適宜作為直流電源用蓄電池在變電站中推廣應用。由于功率和電壓的限制，磷酸鐵鋰電池在變電站場景下需要多只電芯串聯使用，然而鋰電池在容量、內阻、自放電率上的不同很容易造成電池容量的差異，因為“木桶效應”的存在，整個電池組的有效容量就會取決于最小容量的單體電池。

對于鉛酸蓄電池型直流電源，考慮到鉛酸電池本身的充放電特性、安全性、技術經濟性以及運維方法，在變電站應用過程中沒有相應的均衡器件或系統，這也就導致鋰電替代鉛酸的過程引入了新的問題；無法采用鋰電池直接替換變電站直流電源中的鉛酸蓄電池。

發明內容

本發明的目的在于提供一種變電站用磷酸鐵鋰電池直流電源均衡系統、方法及設備，以解決由于串聯鋰電池組的物理特性不一致而引起的充電不平衡問題。本發明能夠對串聯鋰電池組工作狀態進行監視，在出現不正常狀態時及時切斷主回路，并發出提示信息，從而避免安全事故的發生，提高系統整體的可靠性。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

第一方面，本發明提供一種變電站用磷酸鐵鋰電池直流電源均衡充電方法，包括：

采集串聯磷酸鐵鋰電池組中單節鋰電池的端電壓和溫度；

判斷所述單節鋰電池的端電壓是否超過保護閾值，以及所述單節鋰電池的溫度是否超出預設電池溫度閾值區間；如果有一個單節鋰電池的端電壓超過保護閾值，或者有一個單節鋰電池的溫度超出預設電池溫度閾值區間，切斷充電回路；

判斷所有單節鋰電池的端電壓與預設電池電壓閾值，當串聯磷酸鐵鋰電池組中單節鋰電池B_i的端電壓達到均衡閾值時，控制單節鋰電池B_i多余的電能以歐姆熱形式釋放，實現變電站用磷酸鐵鋰電池直流電源均衡充電。

本發明進一步的改進在于：所述判斷所有單節鋰電池的端電壓是否超過保護閾值，判斷所有單節鋰電池的溫度是否超出預設電池溫度閾值區間的步驟中，所述保護閾值為3.7V；預設電池溫度閾值區間為-10～55℃。

本發明進一步的改進在于：所述判斷所有單節鋰電池的端電壓與預設電池電壓閾值的步驟，具體包括：

當串聯磷酸鐵鋰電池組中端電壓最小的單節鋰電池對應的端電壓低于第一閾值時，執行預充電指令，充電控制回路控制電池以小電流充電來修復深度放電的電池；

當串聯磷酸鐵鋰電池組中端電壓最小的單節鋰電池對應的端電壓等于或者高于第一閾值但低于第二閾值時，充電控制回路控制電池以設定的電流值執行恒流充電；

當串聯磷酸鐵鋰電池組中端電壓最大的單節鋰電池對應的端電壓達到第二閾值時，充電控制回路控制電池以涓流充電。

本發明進一步的改進在于：所述判斷所有單節鋰電池的端電壓與預設電池電壓閾值，控制電池充電模式的步驟中，所述第一閾值為2.7V，所述第二閾值為3.6V。