CN108418250A - 分布式家庭储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能发电技术领域，具体涉及一种分布式家庭储能系统，其太阳能发电装置包括太阳能电池板以及MPPT追踪器，太阳能电池板通过MPPT追踪器、电池系统通过双向DC/DC变换器分别与双向DC/AC变换器相连，双向DC/AC变换器与并网电路相连，并网电路与公共电网相连，在双向DC/AC变换器和并网电路之间的节点连接负荷电路，负荷电路与用户负载相连，电池系统包括电池模组和电池管理系统BMS，电池管理系统BMS与电池模组一一对应相连用于采集对应电池模组的运行状态信息，电池管理系统BMS与储能逆变器相连，储能逆变器包括双向DC/AC变换器，储能逆变器控制电池系统的充电/放电切换；本发明的设计和调整更加灵活，保护更全面，使用户用电更安全。

Description

分布式家庭储能系统

技术领域

本发明涉及太阳能发电技术领域，具体涉及一种分布式家庭储能系统。

背景技术

随着社会的环境保护意识增强，清洁能源受到广泛认可和接受，同时国家政策给予新能源行业大力支持，越来越多的家庭和小型商业用户在住宅或办公场所的屋顶或墙体外表面增加了光伏板或薄膜幕墙，形成了一套分布式家用光伏系统，在该系统中加入储能电池，即形成一套分布式家庭储系统。

但是，现有系统可塑性单一，不能针对用户的不同光伏装机容量、不同用电需求进行适应性匹配，无法达到用户在功能和经济上的最优选择。而且，现有系统多存在不具有系统保护功能或者保护功能不完善的问题，影响系统的正常稳定工作，也不利于延长系统的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种分布式家庭储能系统，其电池系统采用模块设计，可根据用户的太阳能发电装置的输出功率和用户用电需求，调整电池系统的电池模组数量。为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种分布式家庭储能系统，其包括电池系统1、双向DC/DC变换器2、太阳能发电装置、双向DC/AC变换器5、并网电路6和负荷电路7，太阳能发电装置包括至少一组太阳能电池板3以及至少一个与太阳能电池板3相连的MPPT追踪器4，每组太阳能电池板3均通过一个MPPT追踪器4、电池系统1通过双向DC/DC变换器2分别与双向DC/AC变换器5相连，双向DC/AC变换器5与并网电路6相连，并网电路6与公共电网相连，在双向DC/AC变换器5和并网电路6之间的节点连接负荷电路7，负荷电路7与用户负载相连，电池系统1包括至少一组电池模组和至少一个电池管理系统BMS，电池管理系统BMS与电池模组一一对应相连用于采集对应电池模组的运行状态信息，电池管理系统BMS与储能逆变器相连，储能逆变器包括双向DC/AC变换器5，储能逆变器控制电池系统1的充电/放电切换。

优选的，所述的电池系统1包括多组电池模组和分别与多组电池模组对应连接的多个电池管理系统BMS，多个电池管理系统BMS均与一个储能逆变器相连。

优选的，还包括能源管理系统EMS，电池管理系统BMS通过能源管理系统EMS与储能逆变器相连。

优选的，所述电池系统1包括机柜100，机柜100设置高压箱9和多个用于放置电池模组和与电池模组相连的电池管理系统BMS的电池箱8，电池模组由多个单体电池串联组成，电池模组包括模组正极和模组负极，高压箱9包括继电器和熔断器，模组正极通过继电器与正极母线相连，模组负极通过熔断器与负极母线相连。

优选的，所述电池管理系统BMS包括用于采集电池系统的运行状态信息的温度传感器、电流传感器和电压传感器。

优选的，所述温度传感器的数目为1-6个，分布在电池系统1的电池箱8内部。

优选的，所述储能逆变器通过RS485通讯接口与电池管理系统BMS相连，电池管理系统BMS与高压箱9的继电器相连，控制继电器的闭合/断开。

优选的，所述电池系统1还包括设置在电池系统1的机柜100上部的与电池管理系统BMS相连的显示器10，显示器10为触屏显示器，用户可通过显示器10设置电池管理系统BMS的预设参数值；所述显示器10通过CAN总线与电池管理系统BMS相连，电池系统1通过DC/DC变换器与显示器10相连，为其提供工作电源。

优选的，所述电池管理系统BMS通过控制接口与用于控制电池系统1温度的温控装置相连，温控装置包括散热风扇和加热机构。

优选的，所述并网电路6包括并网开关SA2以及与并网开关SA2串联用于检测电流流向的电流检测装置，并网开关SA2和电流检测装置分别与储能逆变器相连；

所述负荷电路7包括负荷开关SA3以及与负荷开关SA3串联的电能表，负荷开关SA3与储能逆变器相连。

优选的，多个电池管理系统BMS彼此相连，可自动进行主从机识别，作为主机的电池管理系统BMS与储能逆变器进行通讯。

本发明的分布式家庭储能系统，包括电池系统，电池系统包括至少一组电池模组和至少一个电池管理系统BMS，电池模组的数量可以根据太阳电池板的装机容量和用户的用电需求量确定，电池管理系统BMS与电池模组一一对应构成一个独立的模块单元，电池系统的模块化设计，使其电池容量和输入/输出功率的调整更加便利，可根据用户的太阳能发电装置的输出功率和用户用电需求进行调整。进一步，所述双向DC/AC变换器与并网电路相连，双向DC/AC变换器与并网电路之间连接负荷电路，并网电路与公共电网相连，负荷电路与用户负载相连，储能逆变器PCS包括双向DC/AC变换器，电池管理系统BMS与电池系统的电池模组相连采集电池系统的运行状态信息，储能逆变器PCS可根据电池系统的运行状态信息，并结合用户用电需求，控制电池系统的充电/放电切换，使本发明的分布式家庭储能系统具有多能互补、削峰填谷、电量回馈的优点，且以电池系统作为用户的备用电源，实现用户负载无间断供电，保证用户负载的稳定运行；所述电池管理系统BMS可依据电池系统的运行状态信息，及时发现电池系统的问题，并与高压箱配合进行快速处置，保证本发明的分布式家庭储能系统稳定运行。此外，所述电池管理系统BMS包括温度传感器、电流传感器和电压传感器，可实时检测电池系统的温度、单体电池的充/放电电流、单体电池电压、电池模组电压、电池模组的充/放电电流等，并可实时计算单体电池的剩余电量SOC，可及时发现电池模组和/或单体电池的问题，有利于用户及时检修和维护，延长本发明的分布式储能系统的使用寿命；所述电池管理系统BMS通过控制接口与温控装置相连，使电池模组在一定温度范围内工作，有利于延长电池模组的使用寿命；所述显示器与电池管理系统BMS相连，可将电池系统的运行状态信息显示在显示器上，方便用户及时查看电池系统的运行状态信息，及时发现并排除问题，有利于提高电池系统的使用寿命。

附图说明

图1是本发明分布式家庭储能系统的结构示意图；

图2是本发明电池系统的结构示意图；

图3是本发明分布式家庭储能系统的电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图1至3给出的实施例，进一步说明本发明的分布式家庭储能系统的具体实施方式。本发明的分布式家庭储能系统不限于以下实施例的描述。

本发明的分布式家庭储能系统包括电池系统1、双向DC/DC变换器2、太阳能发电装置、双向DC/AC变换器5、并网电路6和负荷电路7，太阳能发电装置包括至少一组太阳能电池板3以及至少一个与太阳能电池板3相连的MPPT追踪器4，每组太阳能电池板3均通过一个MPPT追踪器4、电池系统1通过双向DC/DC变换器2分别与双向DC/AC变换器5相连，双向DC/AC变换器5与并网电路6相连，并网电路6与公共电网相连，在双向DC/AC变换器5和并网电路6之间的节点连接负荷电路7，负荷电路7与用户负载相连，电池系统1包括至少一组电池模组和至少一个电池管理系统BMS(电池管理系统)，电池管理系统BMS与电池模组一一对应相连用于采集电池系统1的运行状态信息，电池管理系统BMS与储能逆变器(储能变流器)相连，储能逆变器包括双向DC/AC变换器5，储能逆变器控制电池系统1的充电/放电；所述电池系统1的输入功率与太阳能电池板3的输出功率匹配，电池系统1的输出功率、电能储能总量分别与用户负载的功率、用户负载的电能需求匹配。

本发明的分布式家庭储能系统包括电池系统，电池系统包括至少一组电池模组和至少一个电池管理系统BMS(电池管理系统)，电池模组的数量可以根据太阳能电池板的装机容量和用户的用电需求确定，电池管理系统BMS与电池模组一一对应构成一个独立的模块单元，电池系统的模块化设计，使其电池容量的调整更加方便；所述双向DC/AC变换器与并网电路相连，双向DC/AC变换器与并网电路之间连接负荷电路，并网电路与公共电网相连，负荷电路与用户负载相连，储能逆变器包括双向DC/AC变换器，电池管理系统BMS与电池系统的电池模组相连采集电池系统的运行状态信息，储能逆变器可根据电池系统的运行状态信息，并结合用户用电需求，实现电池系统的充电/放电切换，使本发明的分布式家庭储能系统具有多能互补、削峰填谷、电量回馈的优点，且以电池系统作为用户负载的备用电源，实现用户负载无间断供电；所述电池管理系统BMS可依据电池系统的运行状态信息，及时发现电池系统的问题，并与高压箱配合进行快速处置，保证本发明的分布式家庭储能系统稳定运行。

以下将结合附图和具体实施例对本发明的分布式家庭储能系统作进一步说明。

如图1-3所示，本发明的分布式家庭储能系统，其包括太阳能发电装置、一个电池系统1、一个双向DC/DC变换器2、一个双向DC/AC变换器5、一个并网电路6和一个负荷电路7，太阳能发电装置包括两组太阳能电池板3以及分别与两个太阳能电池板3相连的两个MPPT追踪器4，太阳能电池板3通过MPPT追踪器4与双向DC/AC变换器5相连，电池系统1通过双向DC/DC变换器2与双向DC/AC变换器5相连，双向DC/AC变换器5与并网电路6相连，双向DC/AC变换器5和并网电路6之间连接负荷电路7，并网电路6与公共电网相连，负荷电路7与用户负载相连，电池系统1包括三组电池模组和分别与三组电池模组相连的三个电池管理系统BMS电池管理系统，三个电池管理系统BMS电池管理系统分别用于检测对应的电池模组的运行状态信息，一个储能逆变器与三个电池管理系统BMS相连获取电池系统1的运行状态信息，储能逆变器包括双向DC/AC变换器5以及微处理器，储能逆变器控制电池系统1的充电/放电。

优选的，本发明的分布式家庭储能系统还包括能源管理系统EMS(电能管理系统)，电池管理系统BMS通过能源管理系统EMS与储能逆变器相连，能源管理系统EMS获取电池管理系统BMS采集的电池系统1的运行状态信息，并判断电池系统1的电池系统1的状态并将信息传输给储能逆变器，储能逆变器依据电池系统1的状态控制电池系统1的充电/放电。优选的，所述电池管理系统BMS的型号为：ESBMM-1613R，储能逆变器的型号为SolDate3700TL。

所述电池系统1的运行状态信息包括单体电池电压、单体电池充电/放电电流、电池模组电压、电池模组充电/放电电流、电池系统电压、电池系统充电/放电电流、电池系统温度、电池系统的剩余电量SOC、电池系统的蓄电池容量SOH以及故障信息等。

需要指出的是，所述太阳能电池板3的组数依据用户电量需求可进行调整，电池模组的数目依据太阳能电池板3的装机总量和用户用电需求确定。

如图2所示，所述电池系统1包括机柜100，机柜100设置三个用于放置电池模组和与电池模组相连的电池管理系统BMS的电池箱8和一个高压箱9，机柜100上部设置显示器10。

需要指出的是，三个所述电池箱8可以相互并联，也可以将其中两个电池箱8并联，也可以各自独立运行，使本发明的分布式家庭储能系统可以满足不同电量需求的要求。

如图2和3所示，所述电池箱8包括设置在其内部的三组电池模组以及与电池模组配合使用的电池管理系统BMS，三个电池模组相互并联，电池管理系统BMS通过RS485通讯接口与储能逆变器相连，每个电池模组均由多个单体电池串联组成，电池管理系统BMS包括温度传感器、电流传感器和电压传感器，温度传感器的数目为6个，平均分布在三个电池箱8内部用于检测电池模组温度，电流传感器用于检测每个单体电池的充电/放电电流、每组电池模组的充电/放电电流和电池系统1的充电/放电电流，电压传感器用于检测每个单体电池的电压、每组电池模组的电压和电池系统1的电压，温度传感器、电流传感器和电压传感器所检测的数据汇集为电池系统1的运行状态信息，并由电池管理系统BMS通过RS485通讯接口传输给储能逆变器。

需要指出的是，所述电池系统的多个电池管理系统BMS彼此相连并可以自动进行主从机识别，其中一个电池管理系统BMS作为主机与储能逆变器进行通讯，作为主机的电池管理系统BMS采集与其相连的电池模组的运行状态信息并汇总其余作为从机的电池管理系统BMS各自采集的对应的电池模组信息，并分析全部的运行状态信息，通过主从识别可以降低本发明的成本，并为用户的使用提供便利。

以下为多个电池管理系统BMS进行主从机识别的一种实施方式：多个电池管理系统BMS中的一个模拟主机通过连接网络向其他电池管理系统BMS发送测试信号，该电池管理系统BMS大于或大于等于预定超时时间未能通过连接网络收到其他电池管理系统BMS发送的数据，则该电池管理系统BMS判定不存在电池管理系统BMS主机，则该电池管理系统BMS自动认定为主机并与储能逆变器通信，其他电池管理系统BMS自动认定为从机。当电池系统增加或减少电池模组时，重复上述过程。

所述电池管理系统BMS的采样精度高，可更精准的检测电池系统1的运行状态信息。

优选的，本发明的电池管理系统BMS的电压采样精度为±(0.2％FS+0.2％RD)，电流采样精度为±(0.5％FS+0.5％RD)。

所述电池管理系统BMS还可以依据其预设参数判断电池系统1是否发生过压、欠压、过流(短路)等故障，并将报警信息传输给显示器10进行显示，方便用户或维修人员及时查看，排除故障。

所述电池系统包括多个单体电池，基于木桶短板效应，决定电池系统的剩余电量SOC的往往是作为“短板”的若干单体电池，电池管理系统BMS依据实时采集的作为“短板”的单体电池的充/放电电流，结合单体电池的电压-电流曲线和温度-电流曲线，采用多种模式分段处理办法，估算电池系统的剩余电量SOC；同时，所述电池管理系统BMS可根据单体电池的放电电流和环境温度对单体电池的剩余电量SOC进行校正，给出更符合变化负荷下的电池系统的剩余电量SOC及电池系统的可靠使用时间。

所述电池管理系统BMS采用被动均衡技术，可同时对电池模组的多个单体电池进行放电均衡，提高电池一致性，延长电池使用寿命。

如图3所示，所述显示器10通过CAN总线与电池管理系统BMS相连，电池系统1通过DC/DC变换器为显示器10提供电源。

优选的，所述显示器10为触屏显示屏，用户可通过显示器10设置电池管理系统BMS的预设参数值。

如图3所示，所述高压箱9包括继电器和熔断器，电池系统1的电池模数包括模组正极和模组负极，模组正极通过继电器与正极母线相连，模组负极通过熔断器与负极母线相连，电池管理系统BMS与继电器相连，控制继电器的闭合/断开。

当电池模组出现以下一种或几种故障时，例如电池系统1的温度过高或过低、电池模组过压或欠压、单体电池过压或欠压、单体电池的充/放电过流、电池模组的充/放电过流、电池系统1过压或欠压、电池系统1充/放电过流、短路，电池管理系统BMS可通过继电器切断出现故障的电池模组，可有效保护电池模组，提高用电安全性；当电池模组出现过流(短路)时，高压箱9的熔断器可以迅速反应切断该电池模组，避免发生火灾。

优选的，本发明的电池管理系统BMS通过控制接口与温控装置相连，温控装置包括散热风扇和加热机构，当电池模组的温度超过其最高工作温度时，散热风扇启动，有利于电池模组的快速散热，当电池模组的温度低于其最低工作温度时，加热机构启动，以提高电池模组的温度，散热风扇和加热机构配合使用，使电池模组保持在最佳工作温度区间内工作，有利于保证电池模组的使用容量，延长电池模组的使用寿命。

需要指出的是，所述温控装置的散热风扇为本发明的分布式家庭储能系统的标准配置，且每个电池系统1的电池箱8均包括一个散热风扇；而加热机构则根据用户的使用环境可进行选择性配置，例如在我国的南方地区，整体环境温度较高，则不需要配置加热机构，而在我国北方地区，由于冬季温度过低，则需要配置加热机构。

优选的，所述电池系统1的机柜100设置多个散热孔，有利于电池系统1的工作热量及时散出。

如图1所示，所述并网电路6包括并网开关SA2以及用于检测电流流向的电流检测装置，电流检测装置与储能逆变器相连并通讯，双向DC/AC变换器5与并网电路6之间设置系统总闸SA1。所述负荷电路7连接在系统总闸SA1和并网电路6之间，负荷电路7包括负荷开关SA3以及与负荷开关SA3串联的电能表。所述储能逆变器与系统总闸SA1、并网开关SA2、负载开关SA3相连且通讯，并控制三者的闭合/断开，储能逆变器可控制双向DC/AC变换器5的工作模式的切换，储能逆变器与电池管理系统BMS相连，电池管理系统BMS与高压箱9的继电器通讯并控制继电器的闭合/断开。

本发明的分布式家庭储能系统包括两种工作模式，分别是自发自用模式和定时充放电模式，自发自用模式即将太阳能发电装置产生的电能全部用于用户负载运行，定时充放电模式即电池系统在用户的用电低谷期将太阳能发电装置产生的电能储蓄起来，在用户的用电高峰期利用电池系统1为用户负载供电，所述储能逆变器通过控制系统总闸SA1、并网开关SA2和负载开关SA3的通断即可实现上述两种工作模式的转换，具体控制过程如下：

自发自用模式：所述储能逆变器控制系统总闸SA1、并网开关SA2和负荷开关SA3全部闭合，当太阳能发电装置的供电量充足时，PSC优先使用太阳能发电装置为用户负载供电，如果太阳发电装置为用户负载供电后，电能依然富余，则PSC优先为电池系统充电，电池系统充电完毕后，PSC则将富余电能并入公共电网；当太阳能发电装置的供电量不足时，PSC优先控制太阳能发电装置和电池系统共同为用户负载供电；当太阳能发电装置和电池系统的供电量不足时，则PSC控制太阳能发电装置和电池系统，与公共电网一起为用户负载供电。

定时充放电模式：此模式下，系统总闸SA1、并网开关SA2和负荷开关SA3均闭合；当处于用户的用电低谷期时，储能逆变器给电池系统充电，公共电网可能同时给储能逆变器和负载供电；当处于用户的用电高峰期时，储能逆变器为用户负载供电，储能逆变器通过电流检测装置实时检测电流流向，当电流流向公共电网时，储能逆变器则降低功率输出，避免电能流入电网，以延长电池系统和太阳能发电装置为用户负载供电的时间。

优选的，所述系统总闸SA1、并网开关SA2和负荷开关SA3均为继电器开关。

优选的，本发明的分布式家庭储能系统还包括声光报警机构，声光报警机构与储能逆变器相连。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种分布式家庭储能系统，其特征在于：其包括电池系统(1)、双向DC/DC变换器(2)、太阳能发电装置、双向DC/AC变换器(5)、并网电路(6)和负荷电路(7)，太阳能发电装置包括至少一组太阳能电池板(3)以及至少一个与太阳能电池板(3)相连的MPPT追踪器(4)，每组太阳能电池板(3)均通过一个MPPT追踪器(4)、电池系统(1)通过双向DC/DC变换器(2)分别与双向DC/AC变换器(5)相连，双向DC/AC变换器(5)与并网电路(6)相连，并网电路(6)与公共电网相连，在双向DC/AC变换器(5)和并网电路(6)之间的节点连接负荷电路(7)，负荷电路(7)与用户负载相连，电池系统(1)包括至少一组电池模组和至少一个电池管理系统BMS，电池管理系统BMS与电池模组一一对应相连用于采集对应电池模组的运行状态信息，电池管理系统BMS与储能逆变器相连，储能逆变器包括双向DC/AC变换器(5)，储能逆变器控制电池系统(1)的充电/放电切换。

2.根据权利要求1所述的分布式家庭储能系统，其特征在于：还包括能源管理系统EMS，电池管理系统BMS通过能源管理系统EMS与储能逆变器相连。

3.根据权利要求1所述的分布式家庭储能系统，其特征在于：所述的电池系统(1)包括多组电池模组和分别与多组电池模组对应连接的多个电池管理系统BMS，多个电池管理系统BMS均与一个储能逆变器相连。

4.根据权利要求1或2所述的分布式家庭储能系统，其特征在于：所述电池系统(1)包括机柜(100)，机柜(100)设置高压箱(9)和多个用于放置电池模组和与电池模组相连的电池管理系统BMS的电池箱(8)，电池模组由多个单体电池串联组成，电池模组包括模组正极和模组负极，高压箱(9)包括继电器和熔断器，模组正极通过继电器与正极母线相连，模组负极通过熔断器与负极母线相连。

5.根据权利要求1或2所述的分布式家庭储能系统，其特征在于：所述电池管理系统BMS包括用于采集电池系统的运行状态信息的温度传感器、电流传感器和电压传感器。

6.根据权利要求4所述的分布式家庭储能系统，其特征在于：所述温度传感器的数目为1-6个，分布在电池系统(1)的电池箱(8)内部。

7.根据权利要求1所述的分布式家庭储能系统，其特征在于：所述储能逆变器通过RS485通讯接口与电池管理系统BMS相连，电池管理系统BMS与高压箱(9)的继电器相连，控制继电器的闭合/断开。

8.根据权利要求1或2或3所述的分布式家庭储能系统，其特征在于：所述电池系统(1)还包括设置在电池系统(1)的机柜(100)上部的与电池管理系统BMS相连的显示器(10)，显示器(10)为触屏显示器，用户可通过显示器(10)设置电池管理系统BMS的预设参数值；所述显示器(10)通过CAN总线与电池管理系统BMS相连，电池系统(1)通过DC/DC变换器与显示器(10)相连，为其提供工作电源。

9.根据权利要求1或2所述的分布式家庭储能系统，其特征在于：所述电池管理系统BMS通过控制接口与用于控制电池系统(1)温度的温控装置相连，温控装置包括散热风扇和加热机构。

10.根据权利要求1或2所述的分布式家庭储能系统，其特征在于：所述并网电路(6)包括并网开关SA2以及与并网开关SA2串联用于检测电流流向的电流检测装置，并网开关SA2和电流检测装置分别与储能逆变器相连；

所述负荷电路(7)包括负荷开关SA3以及与负荷开关SA3串联的电能表，负荷开关SA3与储能逆变器相连。

11.根据权利要求3所述的分布式家庭储能系统，其特征在于：多个电池管理系统BMS彼此相连，可自动进行主从机识别，作为主机的电池管理系统BMS与储能逆变器进行通讯。