电力系统削峰填谷是负荷管理的重要方式之一,对电网运营和用户都有着极大的益处。电池储能系统通过其用电低谷储能,用电高峰放电的特性,对电力系统削峰填谷贡献巨大。就目前的发展情况而言,电池储能基本都用于储能电站等大型储能系统,而家用电池储能系统运用还不广泛,相关技术还不成熟,因此需要对此开展研究。本论文从以下四个方面对家用电池储能系统做研究与设计。通过查阅大量文献,论述了课题研究的背景及意义,同时,就目前国内外对储能系统和家用电池储能系统的研究现状做详细介绍。阐述系统研究对象锂离子电池的基本特性,以此为基础进行梯次利用分析以及不一致产生原因和解决措施的研究;对储能系统的两大重要技术,电池管理和均衡管理,分别做原理分析,为后面储能系统的软硬件设计做理论依据。根据前文研究现状和理论分析,从家用电池储能系统的功能需求和应用场景,设计一套家用电池储能系统。首先对系统进行整体结构设计和电源设计,然后在此基础上,采用模块化的方法对各功能模块进行芯片选择、原理分析和电路设计,包括MCU及其外围、电池状态(电压电流温度)检测、被动均衡、充放电保护、绝缘检测、用电器电流检测以及系统温度检测,并将各模块集成一体。在硬件设计的基础上,基于各模块功能,进行算法程序设计,完成整个系统的软硬件设计。鉴于储能电池多采用梯次利用电池,一致性较差,因此结合前文对均衡管理的研究,对均衡模块做一个主动均衡的设计与仿真。设计两级变压器均衡结构,能同时实现电池模组内部和电池模组间的两种均衡方式;提出分段变电流均衡算法,在传统差值-均值均衡算法基础上将差值进行分类,进而控制均衡电流大小,提高均衡效率;基于两级变压器结构建模仿真,验证该结构的可行性,同时对比分段变电流算法和差值均值算法的仿真结果,验证了分段变电流均衡算法的高效性。根据本文软硬件设计,完成了能够管理16节单体电池的储能电池控制系统样机,并在实验室现有条件下搭建了样机试验平台,对系统测试点电压做了试验,保证系统能进行基础工作,然后对电池状态检测、被动均衡、系统温度检测、绝缘检测做了测试。试验结果验证了本设计的可行性。