新能源汽车产业迅猛发展带来的退运动力蓄电池回收与梯次利用问题亟待解决,将退运动力蓄电池用于储能系统可有效缓解回收压力并降低动力蓄电池全生命周期成本。相较于新电池而言,梯次利用电池用于储能系统,电池的安全维护与参数不一致性问题尤为突出,特别是容量不一致造成电池组能量利用率低下的问题亟需解决。针对以上问题,本文针对梯次利用电池储能系统开展了以下研究:针对退运电池梯次利用场景,对比了几种常见电池柔性成组储能拓扑的特点及应用场景,选取了控制简单、可实现模块化独立控制及冗余控制的半桥级联型拓扑作为梯次利用电池储能系统的拓扑并开展研究。分析了其工作原理,结合拓扑特点,建立了“本地控制+二次调节”的分布式分层架构。为实现分布式控制下的系统稳定运行及电池功率独立控制,提出了基于子模块间I-V下垂的储能系统综合控制策略。搭建了半桥级联型拓扑仿真模型并进行了仿真验证及波形分析。针对梯次利用电池容量差异较大造成电池组能量利用率较低的问题,以子模块功率独立控制为基础,研究了半桥级联型储能系统的电池SOC均衡控制策略,提出了适用于不同种类电池混合利用的两级均衡控制策略,实现了不同规格/容量电池模块的均衡控制;并对半桥级联型储能系统的均衡能力进行了分析,为实际储能系统的运行参数的设定提供了理论依据。结合系统拓扑特点及储能装置实际运行中面临的安全保护问题,设计了系统的保护和冗余控制策略。针对冗余后电感纹波电流恶化的问题,提出了编码与载波重构的控制策略;针对由电池模块容量差异及均衡控制造成的电感纹波电流恶化问题,采用理论分析、仿真计算与模型验证相结合的方式,分析了载波移相调制下容量不同子模块与移相角相对关系对电感纹波电流的影响;在一定容量分布下,建立了具有较小纹波系数的载波移相方式,为电感设计及优化实际储能系统运维管理提供了一定的参考。研制了 15子模块级联的半桥级联型储能系统实验样机,对分布式综合控制策略、均衡控制策略、冗余控制策略进行了实验验证。通过对实验数据和波形的分析,验证了本文所提控制策略的有效性,所建立储能系统适用于梯次利用电池,满足实际需求。