[發明專利]一種電化學儲能風險評估保護系統及方法

在審

• 申請號: 202210372480.9
• 申請日: 2022-04-11
• 公開（公告）號: CN114649855A
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 王仕城;李建林;歐陽超;郭光朝;辛迪熙;胡磊;馬速良
• 申請（專利權）人: 北京索英電氣技術有限公司;北方工業大學;北京聯智匯能科技有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;G01D21/02;G01R31/385;G01R31/392;G01R31/396
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 劉書元

1.一種電化學儲能風險評估保護系統，所述電化學儲能裝置由負荷L，電源S，選擇開關K，儲能變流器，斷路器B和電化學儲能電池組成，其特征在于，包括：電流互感器C1，電壓互感器C2，電池溫度探頭C3，環境溫度探頭C4，環境溫度傳感器模塊，電池溫度傳感器模塊，電壓傳感器模塊，電流傳感器模塊，中央處理器，斷路器驅動模塊，變流器驅動模塊，模式轉換驅動模塊；其中：

所述負荷L，與選擇開關K的2號觸點相連，同時和儲能變流器N1端子相連，用于表述電化學儲能電池放電模式下接受電能的電氣元件；

所述電源S，與選擇開關K的3號觸點相連，同時和儲能變流器N1端子相連，用于表述電化學儲能電池充電狀態下提供電能的電氣元件；

所述選擇開關K，包括1號觸點，2號觸點和3號觸點，選擇開關K的1號觸點與儲能變流器的P1端子相連，選擇開關K的2號觸點與負荷L相連，選擇開關K的3號觸點與電源S相連，用于在電化學儲能電池在充電模式和放電模式切換時，轉換負荷L及電源S與儲能變流器的連接方式；

所述儲能變流器包括：P1端子，P2端子，N1端子和N2端子，儲能變流器的P1端子與選擇開關的1號觸點連接，儲能變流器的P2端子與斷路器B連接，儲能變流器的N1端子與負荷L和電源S連接，儲能變流器的N2端子與電流互感器連接，用于在充電模式下調控由電源S轉移到電化學儲能電池的電功率，在放電模式下調控電化學儲能電池轉移到負荷L的電功率；

所述斷路器B，與儲能變流器的P2端子相連，用于在高風險情況下切斷電化學儲能電池與儲能變流器的電氣連接；

所述電流互感器C1串聯在電化學儲能電池和儲能變流器N2端子之間，用于測量電池電流I；

所述電壓互感器C2與電化學儲能電池并聯，用于測量電池電壓U；

所述電池溫度探頭C3，用于測量電池溫度t_B；

所述環境溫度探頭C4用于測量環境溫度t_e；

所述電化學儲能電池與所述電流互感器和斷路器B相連，作為具體風險評估和保護的對象；

所述環境溫度傳感器模塊與中央處理器和環境溫度探頭C4相連，用于采集環境溫度探頭C4測量的環境境溫度t_e；

所述電池溫度傳感器模塊與中央處理器和電池溫度探頭C3相連，用于采集環境溫度探頭C3測量的電池溫度t_B；

所述電壓傳感器模塊與中央處理器和電壓互感器C2相連，用于電壓互感器C2測量的電池電壓U；

所述電流傳感器模塊與中央處理器和電流互感器C1相連，用于電流互感器C1測量的電池電流I；

所述中央處理器分別與環境溫度傳感器模塊、電池溫度傳感器模塊、電壓傳感器模塊、電流傳感器模塊、斷路器驅動模塊、變流器驅動模塊、模式轉換驅動模塊、上位機相連，所述中央處理器用于處理計算和邏輯判斷部分，與上位機通信并接受上位機指令；

所述斷路器驅動模塊與中央處理器相連，用于控制斷路器B；

所述變流器驅動模塊與中央處理器相連，用于控制儲能變流器；

所述模式轉換驅動模塊與中央處理器相連，用于控制選擇開關K。

2.在權利要求1所述系統上實現的一種電化學儲能風險評估保護方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：開始，

步驟2：初始化參數；初始化參數初始化的參數包括：電流風險值I_max，電壓風險值U_max，電池溫度風險值t_B，max，電池溫升風險值Δt_max，電池溫升警告值Δt_war，電池綜合換熱系數a，電池比熱容c，電池質量m，電池散熱面積F，額定功率P_r，電池非極化內阻r；

步驟3：測量充電電壓和測量放電電壓；測試充電電壓時，中央處理器控制模式轉換驅動將轉換開關K的1號觸點和3號觸點相連接，儲能變流器以額定功率P_r工作，待電壓傳感器采樣穩定后記錄充電電壓U_cha；測試充電電壓時，中央處理器控制模式轉換驅動將轉換開關K的1號觸點和2號觸點相連接，儲能變流器以額定功率P_r工作，待電壓傳感器采樣穩定后記錄充電電壓U_dic；

步驟4：讀取上位機充電功率需求數值P_given指令；

步驟5：判斷充電功率需求數值P_given是否小于0，是則轉步驟7，否則轉步驟6；

步驟6：中央處理器控制模式轉換驅動將轉換開關K的1號觸點和3號觸點相連接，待電壓傳感器采樣穩定后記錄充電電壓U_cha，之后執行步驟8；

步驟7：中央處理器控制模式轉換驅動將轉換開關K的1號觸點和2號觸點相連接，待電壓傳感器采樣穩定后記錄充電電壓U_dic；之后執行步驟8；

步驟8：測量電池電流、測量電池電壓和測量電池溫度；中央處理器通過電流傳感器模塊測量電流互感器C1采集的電池電流I；中央處理器通過電壓傳感器模塊測量電流互感器C2采集的電池電壓U；中央處理器通過電池溫度傳感器模塊測量電池溫度探頭C3采集的電池電流t_B；

步驟9：電流風險校驗判斷，判斷電池電流I的絕對值是否超過電流風險值I_max，是則轉步驟18，否則轉步驟10；

步驟10：電壓風險校驗，判斷電池電壓U是否超過電壓風險值U_max，是則轉步驟18，否則轉步驟11；

步驟11：溫度風險校驗，判斷電池溫度t_B是否超過電壓風險值t_B,max，是則轉步驟18，否則轉步驟12；

步驟12：測量環境溫度，中央處理器通過電池溫度傳感器模塊測量電池溫度探頭C3采集的電池電流t_e；

步驟13：計算電池內阻R，計算電池溫升Δt，計算方法如下：

步驟14：溫升風險校驗，判斷電池溫升Δt是否超過溫升風險值Δt_max；是則轉步驟18，否則轉步驟15；

步驟15：溫升警告校驗，判斷電池溫升Δt是否超過溫升警告值Δt_war；是則轉步驟17，否則轉步驟16；

步驟16：執行無風險滿載策略，用于計算無風險情況下給儲能變流器的功率指令，P＝P_given，P表示下達給功率變流器的功率指令，之后執行步驟19；

步驟17：執行低風險滿載策略，用于計算低風險情況下給儲能變流器的功率指令，P表示下達給功率變流器的功率指令，之后執行步驟19；

步驟18：執行高風險斷路器啟動策略，中央處理器立刻通過斷路器驅動斷開斷路器，并先上位機報警；然后轉步驟20；

步驟19：調節儲能變流器，中央處理器立刻通過變流器驅動對儲能變流器下達功率指令，儲能變流器按給定執行，并先上位反饋并存儲策略執行得到的數據；然后轉步驟20；

步驟20：結束。