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图1 系统网络拓扑
图2 各回路PCS 主电路拓扑结构
表1 各回路电池配置
1.2.2 电池选型
电站5 个回路的电池选择如下:
(1)第1 回路:选择2015 年退役电动汽车的电池包,将其拆解至电芯,筛选重组成模组,电芯类型是18650,标称电压为3.6 V,标称容量为2.2 Ah;模组结构25P3S,电池箱内装12个模组,电池组由9 个电池箱(共8 100 只电芯)串接构成,模组及电池箱电气连接如图3 和4 所示。
图3 第1 回路模组电气连接
(2)第2 回路:选择2015 年退役电动汽车的电池包,拆解至电芯,筛选重组成模组,电芯类型是26650,标称电压为3.2 V,标称容量为2.7 Ah;模组结构15P6S,电池箱内装6 个模组,电池组由11 个电池箱(共5 940 只电芯)串接构成,模组及电池箱电气连接如图5 和6 所示。
(3)第3 回路:选择汽车退役的铅酸蓄电池,标称电压为12 V,标称容量为60 Ah,该回路由36 个单体电池串接构成,标称容量为60 Ah,出口电压为432 V。
(4)第4 回路:选用2015 年某品牌Q22 系列电动汽车退役电池包,电池类型为26650,标称容量为126 Ah,标称电压为320 V。
图4 第1 回路电池箱电气连接
图5 第2 回路模组电气连接
图6 第2 回路电池箱电气连接图
(5)第5 回路:选用2015 年某品牌EQ1 电动汽车退役电池包,电池类型为18650,标称容量为92 Ah,标称电压为350 V。
根据以上配置可知,电站各个回路电池的类型、结构、时期都不相同,其初衷是为了体现本储能电站“异构兼容”的特色。
1.2.3 电池检测
梯次电池用恒流方式进行余能检测,首次充放电电流为0.2C[9],若采用恒功率方式进行余能检测,经数据转换充放电功率约为标称容量的0.25 倍。
电站5 个回路按照0.25 倍标称容量进行恒功率充放电检测余能容量,数据见表2,为了体现不同倍率下充放电的余能,又以标称容量的0.1 和0.2 倍率进行DOD(放电深度)测试。
表2 中表述的充放电效率为交流侧效率,容量保持率为本次测试放电电量与原标称电量的百分比,余能为按照0.25 倍标称容量进行恒功率充放电测出容量值。
依据表2 的数据,对退役动力电池的应用得到了初步结论,5 个回路的容量保持率分别是35.2%,52.8%,14.6%,89.8%和83.4%;各回路容量在电站总容量所占的百比例分别为17.7%,21.9%,2.6%,34.4%和23.4%。
1.3 电池一致性解决方案
一致性问题解决方案是通过数据控制层中的“异构兼容控制器”来实现的,是不同类型电池构成储能电站的指挥官,是实现“异构兼容”的关键。该控制器嵌入了针对不同回路的独立控制策略,通过这些控制策略可以针对完全不同的电池分开控制,但在储能系统的外特性上实现统一调度,以实现对电池控制的“异构兼容”。
该控制器硬件以ARM9 处理器为核心,配置大容量的存储器,扩展了6 个通信接口,每个通信口对应一个电池回路,将5 个回路从物理上分开,在信息上合并,各回路单独运行,整体上协同一致。控制器硬件具体配置如图7 所示。
异构兼容控制器的操作系统采用支持实时多任务、多线程的嵌入式Linux 系统,数据处理执行快速准确,同时具备完善的网络功能,兼容Modbus RTU,Modbus TCP,CAN 等工业标准通信协议。控制策略采用动态库动态调用,添加、删除控制策略可以直接在策略库目录下操作,修改策略也只需修改策略库文件本身,不需要改动本体程序,既保障了系统的稳定可靠性,也增加了程序的灵活性。
表2 储能电站梯次利用余能检测数据
图7 异构兼容控制器硬件配置
本系统控制策略是将原本对均衡性要求很严的直流母线集中式控制方式变更为对均衡性要求较弱的分散式交流母线集中控制方式,由原来的电压均衡控制方式,改为功率均衡控制方式,对各组电池性能和品牌不作一致性的要求,分散式交流母线集中控制方式既可视为一个整体集中控制,又可分回路控制、分回路调节功率。
控制策略具体如下:
系统实时采集当前每组(i)的工作参数E(电流I、电压V、功率P),再进行均衡计算,计算出各组当前的平均值Ev,根据各组与平均值Ev的差值(ΔEi)再返调节各组,大于Ev 的减少其给定值,小于Ev 的增加其给定值,使所有组逐次逼近Ev,从而使整个储能系统充放电均衡,使其发挥最佳性能。
针对不同品牌、不同结构的电池可预先设置其控制“子程序”(以动态库形式),根据电站的不同电池配置,不同性能的电池组调用其相应的“子程序”,使其成为一种智能“选择”。
这样仅对单组电池进行筛选,只要求在组内保持性能一致,无需整个系统保持一致,从而使整个储能载体可以是不同类型、结构、时期的退役动力电池,实现了异构电池系统的兼容控制。具体流程如图8 所示。
1.4 整包应用解决方案
动力电池在电动汽车上是以电池包总成部件出现的,对退役动力电池的梯次利用有多种方法,对电池包进行拆解、筛选、重组是常用方案,但筛选不仅工作量大,而且需要重新配置BMS,无形中给本来具有价格优势的“梯次电池”增加了大量的成本。
图8 异构兼容储能电站控制流程
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