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学习笔记:上海交大李睿——储能系统的研究解决方案

作者:没有飞过的天空 

来源:开关电源之路 (公众号)

 

 

 

这两天听了上海交大李睿教授的——储能系统的研究解决方案,做一次学习笔记。

 

1、储能系统的基本组成

第一部分主要阐述了储能系统的组成,安全性的重要意义及各种潜在的失效机制。串联电池失配主要是影响温度,并联电池失配带来环流的影响。串联和并联的失配将让系统在电芯部分损耗近4%,进而产生很大的热量,容易诱发热失控,同时也降低了储能系统的利用率和寿命。

 

2、储能系统的电池安全取决于电芯、PCS和系统集成技术的进步。

3、失配的三种解决方案:主要是通过电力电子技术(电源)与电池组合来实现,抑制掉电池之间的环流问题,提升电池簇的容量和减少电芯侧损耗。三种方法分别是:(1)电池簇通过DCDC变换器到共同母线。(2)电池簇与DCDC变换器串联后并联母线。(3)电池簇与DCAC直接并交流母线。

这三个方法相当于隔离开电池,变相改变了电池模组的内阻(电池+变换器),从而抑制了环流。

 

3.1 电池簇通过DCDC变换器到共同母线法:主要是解决了电池簇间的并联,解决不了电池簇内的失配问题。

 

3.2  电池簇与DCDC变换器串联后并联母线:成本低和调节能力有限,且无短路抑制能力。主要是通过DCDC变换器实现了电压补偿的功能,使电池模组间平衡,抑制环流。

 

3.3  电池簇与DCAC直接并交流母线。通过H桥串联,避免了电池簇间的环流,动态响应快,效率高等优点,适合用于系统功率较大场合(5MW以上)

 

 

DCAC的思路是用电池+H桥做了一个AC源,多个叠加串联即可形成高压输出,三组各串即可形成三相交流源。通过一系列建模分析得到了一个类似于12开关的一个拓扑结构。按照这种方式类推,或许24开关,36开关也可以。AC的开关拓扑貌似也很有趣。

该DCAC模块的标准化一体化思路:

4、电池簇内的解决方案:(1)非隔离DCDC串并联方案,系统效率高。

(2)隔离型DCDC直接并联方案,避免了环流,电池损耗小。成本,效率,损耗,功率密度比非隔离DCDC解决方案处于劣势。

 

 

5、效率与功率密度的提升尝试:

 

 

 

5.1 探索高功率密度的DCDC:

5.2 探索DCAC的双向变换器:

 

 

      李睿教授的讲课很专业,看得出来在储能系统探索这块上,做了大量的研究和实践工作,受益匪浅。本文只摘抄了关于我感兴趣的部分,感兴趣的可以去网上看原视频。

      简单总结一下:储能系统中主要是关心电池的安全和损耗问题,围绕着串并联的失配进行了大量的研究工作,在电池簇间和电池簇内的研究,并在其中探索了电池与各类变换器的解决方案及未来的发展方向。效率,损耗和安全是对于储能系统来说是永恒的主题。其实部分细节处理上可能存在更好的解决方案,需要大量时间去进行试验验证。关于电力电子主要是两块机会,一个是DCAC,这里的解决方案代替了传统的PCS方案(三电平型),如果这种组串式的AC源方案可靠,那么市场上PCS的厂商是否也会评估其成本和性价比。二是高功率密度这块,双向的DCDC市场上不少厂商都有解决方案,但是谁能做到最小且效率最高就拼能力了,不过就目前的储能市场来看高功率密度没有低成本更受欢迎,可能再过5年高功率密度才能受欢迎一些。低成本,高效率,高可靠性才是目前储能混战时代生存下去的关键。

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值得学习,涨知识和见识了,以后会多多学习   详情 回复 发表于 2022-11-30 11:05
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