CN109923750A - 能量存储装置 - Google Patents

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Abstract

一种能量存储装置，包括：电池系统，包括至少一个电池；电力转换单元，将电池系统的输入/输出电力特性转换为交流(AC)‑直流(DC)或DC‑AC；转换控制单元，控制电力转换单元的操作；初始驱动单元，将电池系统的DC电力转换为AC电力，并且供应AC电力作为用于激活转换控制单元的电力；以及电力选择单元，检测电力转换单元的输出电压，基于电力转换单元的输出电压的电平来选择由初始驱动单元输出的AC电力和由电力转换单元输出的AC电力中的任何一个，并且供应所选择的AC电力作为转换控制单元的操作电力。

Description

能量存储装置
技术领域
本公开涉及能量存储装置。
背景技术
能量存储装置可以指在电力需求低时存储电力并且在电力需求高时使用所存储的电力，从而改进能量效率并稳定电力系统的操作的存储装置。近来，随着智能电力网(智能电网)和可再生能源的广泛使用以及对电力系统的效率和稳定性的重视，对用于电力供/需控制和电力质量改进的能量存储装置的需求不断增加。根据其使用目的，能量存储装置的输出和容量可以变化。为了构造大容量能量存储装置，多个电池系统可以彼此并联连接。
能量存储装置可以连接到外部系统并且通过外部系统的电力进行操作。具体地，被包括在能量存储装置中的电池管理单元、能量管理单元和电力转换单元可以通过将外部系统的电力作为操作电力来使用而进行操作。也就是说，能量存储装置可以通过与外部系统的连接来操作。
然而，最近，需要通过在移动车辆中提供的能量存储装置供电。然而，当能量存储装置未连接到外部系统时，应当安装附加电池和包括附加电池的电力存储装置以驱动电池管理单元、能量管理单元和电力转换单元。
发明内容
技术问题
提供了一种能量存储装置，即使在不从外部系统接收交流(AlternatingCurrent，AC)电力的情况下，该能量存储装置也可以供应能量存储装置的能量管理单元、电池管理单元和电力转换设备的初始控制电力。
解决问题的技术手段
根据本公开的一个方面，一种能量存储装置包括：电池系统，其包括至少一个电池；电力转换单元，其将电池系统的输入/输出电力特性转换为交流(AC)-直流(DirectCurrent，DC)或DC-AC；转换控制单元，其控制电力转换单元的操作；初始驱动单元，其将电池系统的DC电力转换为AC电力，并且供应AC电力作为用于激活转换控制单元的电力；电力选择单元，其检测电力转换单元的输出电压，基于电力转换单元的输出电压的电平来选择由初始驱动单元输出的AC电力和由电力转换单元输出的AC电力中的任何一个，并且供应所选择的AC电力作为转换控制单元的操作电力。
根据一个实施例，转换控制单元可以利用AC电力进行操作。
根据另一实施例，当电力转换单元的输出电压小于或等于预设参考值时，电力选择单元可以选择并且供应初始驱动单元的输出电力作为供应给转换控制单元的操作电力。
根据另一实施例，当接收到激活信号时，转换控制单元可以由初始驱动单元的输出电力激活，以激活电力转换单元。
根据另一实施例，当电力转换单元被激活并且电力转换单元的输出电压超过预设参考值时，电力选择单元可以选择由电力转换单元输出的AC电力作为转换控制单元的操作电力。
根据另一实施例，电池可以包括至少一个电池单元和电池管理单元。
根据另一实施例，能量存储装置还可以包括能量管理单元，其通过向电池管理单元施加控制信号来控制充电/放电，并通过向转换控制单元施加控制信号来控制电力转换单元的输出量，其中初始驱动单元可以供应用于激活能量管理单元的电力。
根据另一实施例，当电力转换单元的输出电压小于或等于预设参考值时，电力选择单元可以选择并且供应初始驱动单元的输出电力作为能量存储装置的操作电力。
根据另一实施例，当电力转换单元的输出电压超过预设参考值时，电力选择单元可以选择并且供应由电力转换单元输出的AC电力作为能量管理单元的操作电力。
根据本公开的另一方面，一种能量存储装置的驱动方法，该能量存储装置包括电池、电力转换单元、控制电力转换单元的转换控制单元和能量管理单元，该方法包括：检测电力转换单元的输出电压的电平；当电力转换单元的输出电压的电平小于或等于预设参考值时，提供由初始驱动单元从电池的直流(DC)电力转换的交流(AC)电力，作为用于激活转换控制单元的操作电力；通过由激活信号激活转换控制单元来操作电力转换单元；由电力转换单元将电池的DC电力转换为AC电力；以及当电力转换单元的输出电压超过预设参考值时，供应由电力转换单元从电池的DC电力转换的AC电力作为用于操作转换控制单元的操作电力。
本公开的有益效果
根据本公开的各种实施例，即使在不从外部系统接收AC电力的情况下，也可以供应能量存储装置的能量管理单元、电池管理单元和电力转换设备的初始控制电力。
附图说明
图1示出了根据实施例的能量存储装置的示意性配置。
图2是示出根据实施例的能量存储装置的配置和通过其供应控制电力的路径的示图。
图3是示意性地示出根据实施例的能量存储装置的部分配置的示图。
图4是示出根据实施例的其中能量存储装置在空闲状态下被激活的过程的流程图。
具体实施方式
本公开的以下详细描述参考示出本公开的具体实施例的附图。对实施例进行足够详细的描述以使本领域普通技术人员能够实施本公开。应当理解，本公开的各种实施例虽然彼此不同，但是不一定互相排斥。
例如，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本文描述的特定形状、结构和特征可以从一些实施例修改为其他实施例。而且，应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以修改每个实施例中的各个组件的位置或布置。因此，应当以描述性意义而非出于限制的目的考虑以下详细描述，并且本公开的范围应被解释为包括所附权利要求及其所有等同物。在附图中，相同的附图标记在各个方面将表示相同的元素。也就是说，本文描述的特定细节仅仅是示例。特定实施例可以与这些示例细节不同，并且仍然可以预期在本公开的精神和范围内。
尽管本文可以使用诸如“第一”和“第二”的术语来描述各种元素或组件，但是这些元件或组件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元素或组件与另一个元素或组件区分开。
本文使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并不意图限制本公开。如本文所使用的，除非上下文另有明确指示，单数形式“一”和“该”也旨在包括复数形式。应当理解，诸如“包括”、“包含”和“具有”的术语在本文使用时，指定所述特征、整数、步骤、操作、元素、组件、或其组合的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件、或其组合。
图1示出了根据实施例的能量存储装置的示意性配置。
参考图1，能量存储装置10可以连接到系统20和负载30中的至少一个。能量存储装置10可以从系统20接收电力，存储电力，并且将所存储的电力供应回系统20和负载30中的至少一个。系统(电网系统)20可以称为电力网。尽管图1中未示出，但是系统20可以包括变压器(未示出)，并且可以通过变压器向工厂或家庭供电。而且，尽管图1中未示出，但是电力生成系统(未示出)可以连接到系统20，并且由电力生成系统生成的电力可以供应给系统20或者存储在能量存储装置10中。
能量存储装置10可以包括能量管理单元110、电力转换单元121和电池系统200。电池系统200可以包括彼此串联和/或并联连接的电池230，并且电池230中的每一个可以包括电池管理单元210。电池系统200可以通过电力转换单元121连接到系统20或负载30。
电力转换单元121可以在系统20和电池系统200之间转换电力。电力转换单元121可以在能量管理单元110的控制下调整电力转换量。例如，电力转换单元121可以将系统20的交流(AC)电力和电池系统200的直流(DC)电力彼此转换，并且还可以将电池系统200的DC电力转换成AC电力以供应给负载。电力转换单元121可以包括将电池系统200的DC电压和系统20的AC电压彼此转换的双向逆变器。
能量管理单元110可以控制电池系统200和电力转换单元121。能量管理单元110可以检测电池系统200的状态，诸如电压、电流和温度，并检测系统20和负载30中的至少一个的状态，诸如电压和电流。根据外部控制，能量管理单元110可以控制电力转换单元121和电池系统200以利用系统20的电力对能量存储装置10充电，或者将能量存储装置10的电力释放到系统20和负载30中的至少一个。能量管理单元110可以通过考虑系统20和负载30的状态以及被包括在电池系统200中的电池230的状态来调整由电力转换单元121转换的电力量。
电池系统200可以包括至少一个电池230和控制电池230的充电/放电的电池管理单元210。由电池系统200输出的DC电力可以由电力转换单元121转换为AC电力，然后提供给系统20或负载30。电力转换单元121可以将从外部系统20供应的AC电力转换为DC电力，并且可以利用DC电力对电池系统200充电。
电池230可以存储电力并且可以包括至少一个电池单元(未示出)。一个电池单元可以被包括在电池230中，或者多个电池单元可以被包括在电池230中，并且电池单元可以串联、并联或串-并联连接。被包括在电池230中的电池单元的数量及其连接方法可以根据所需的输出电压和电力存储容量来确定。
电池单元可以包括可再充电的二次电池。例如，电池单元可以包括镍镉电池、铅蓄电池、镍金属氢化物电池(nickel metal hydride battery，NiMH)、锂离子电池或锂聚合物电池，但不限于此。
电池管理单元210可以控制开关(未示出)以保护电池230。电池管理单元210可以通过使用开关(未示出)来控制流入或流出电池230的电流的流动。例如，电池管理单元210可以执行过充电保护功能、过放电保护功能，过电流保护功能、过电压保护功能、过热保护功能、单元平衡功能等。
电池管理单元210可以获得电池230的电流、电压、温度、剩余电量、寿命、充电状态(State Of Charge，SOC)等。例如，电池管理单元210可以通过使用传感器来测量电池230的电池单元的单元电压和温度。
图2是示出根据实施例的能量存储装置的配置和通过其供应控制电力的路径的示图。
参考图2，能量存储装置10可以包括电池管理单元210、电池230、开关模式电源(Switch-Mode Power Supply，SMPS)150、初始驱动单元130、电力转换单元121、转换控制单元123、电力选择单元160和能量管理单元110。
能量存储装置10可以存储从系统20接收的电力作为DC电力，将所存储的DC电力转换为AC电力，并且将AC电力供应给负载30或系统20。通常，能量存储装置10可以在固定在某个位置的同时连接到系统20和负载30。在这种情况下，能量存储装置10可以从作为系统20的商用电源接收驱动控制器(控制设备)所需的驱动电力。控制器可以包括控制电池230的充电/放电的电池管理单元210、控制电力转换单元121的操作的转换控制单元123、以及控制电池系统200的充电/放电和由电力转换单元121转换的电力量的能量管理单元110。
转换控制单元123可以控制电力转换单元121的操作。转换控制单元123可以停止电力转换单元121的操作，或者控制电力转换单元121的输出电压电流电平或电力转换量。同时，连接到商用电源的转换控制单元123可以通过接收AC电力来操作。转换控制单元123可以根据能量管理单元110的控制信号来控制电力转换单元121的操作。
SMPS 150可以是通过控制开关的接通/断开时间比来稳定输出的DC稳定电源，并且SMPS 150可以接收AC电力并输出操作电池管理单元210所需的DC电力。
初始驱动单元130可以将电池系统200的DC电力转换为AC电力。初始驱动单元130可以包括将DC电力转换为AC电力的单向逆变器。初始驱动单元130可以供应用于激活控制器的AC电力。初始驱动单元130可以具有小于电力转换单元121的转换容量。例如，电力转换单元121可以被设计为输出50kW或更大的AC电力以便向负载30供电，而初始驱动单元130可以被设计为仅输出用于驱动控制器的AC电力。例如，初始驱动单元130可以被设计为具有3kW或更小的输出。
电力选择单元160可以将控制器电连接到电力转换单元121和初始驱动单元130中的任何一个。电力选择单元160可以将控制器连接到电力转换单元121和初始驱动单元130中的任何一个，以供应由电力转换单元121和初始驱动单元130输出的AC电力作为控制器的操作电力。也就是说，当电力转换单元121和控制器彼此电连接时，电力选择单元160可以将初始驱动单元130和控制器之间的电连接断开连接，并且同样地，当初始驱动单元130和控制器彼此电连接时，电力选择单元160可以将电力转换单元121和控制器之间的电连接断开连接。
根据实施例，电力选择单元160可以检测电力转换单元121的输出以选择供应操作电力的对象。当检测到电力转换单元121的输出时，电力选择单元160可以选择电力转换单元121作为供应操作电力的对象，并且当未检测到电力转换单元121的输出时，电力选择单元160可以选择初始驱动单元130作为供应操作电力的对象。也就是说，电力选择单元160可以通过使用电力转换单元121作为主电源将操作电力供应给控制器，并且通过使用初始驱动单元130作为辅助电源将操作电力供应给控制器。例如，当监视到电力转换单元121的输出并且电力转换单元121不操作时，电力选择单元160可以供应初始驱动单元130的输出作为用于激活控制器的操作电力。电力选择单元160可以包括作为初始驱动单元130通过其供应操作电力的路径的第一路径和作为电力转换单元121通过其供应操作电力的路径的第二路径中的每一个中的开关。电力选择单元160可以控制开关以切换供应操作电力的对象。
根据实施例，基于电力转换单元121的输出电压的电平，电力选择单元160可以选择供应操作电力的对象。当电力转换单元121的输出电压小于或等于预设参考值时，电力选择单元160可以断开(open)被包括在第二路径中的开关并且接通(turn on)被包括在第一路径中的开关，使得供应操作电力的对象可以从电力转换单元121切换为初始驱动单元130。预设参考值可以是用于确定其中电力转换单元121将不能向控制器施加额定电压的情况的值。例如，当控制器需要大约200Vrms至大约240Vrms的额定AC电力以用于正常控制时，预设参考值可以被设置为小于200Vrms。
同样地，当电力转换单元121的输出电压的电平超过预设参考值时，电力选择单元160可以断开被包括在第一路径中的开关并且接通被包括在第二路径中的开关，使得供应操作电力的对象可以从初始驱动单元130切换为电力转换单元121。
例如，电力选择单元160可以包括自动负载转移开关。自动负载转移开关可以是通过确保双电力而在未供应主电力或主电力的电压低于或等于参考值时自动连接到辅助电源的开关。
能量管理单元110可以检测电池系统200的状态，诸如电压、电流和温度，并检测负载30的电压和电流，以控制转换控制单元123和电池管理单元210。能量管理单元110可以将控制信号施加到转换控制单元123，使得转换控制单元123可以根据控制信号来控制电力转换单元121。能量管理单元110可以从电池管理单元210接收诸如电压、电力和温度的信息，并且将控制信号施加到电池管理单元210以适当地控制电池230的充电/放电。能量管理单元110可以将控制信号施加到转换控制单元123和电池管理单元210以控制能量存储装置10的输出。同时，连接到商用电源的能量存储装置10可以通过接收AC电力来操作。
同时，能量存储装置10可以处于空闲状态，以便在存储电力或者不需要向负载30供应电力时最小化待机电力的消耗。在空闲状态下，能量存储装置10可以停止电力转换单元121的操作，以便最小化待机电力的消耗。当连接到系统20时，能量存储装置10在空闲状态下进行激活时可以接收系统20的AC电力，以激活转换控制单元123、能量管理单元110和SMPS 150(在下文中称为“控制器”)。
在根据实施例的本公开中，即使当未供应系统20的电力时，也可以由初始驱动单元130和电力选择单元160供应AC电力以激活控制器，而无需附加地安装不间断电源(Uninterruptible Power Supply，UPS)等(包括用于在空闲状态下进行激活时供应AC电力的单独电池230)。具体地，当控制器从系统20断开连接而不能从系统20接收AC电力并且电力转换单元121也在空闲状态下停止操作时，电力选择单元160可以电连接初始驱动单元130和控制器以向控制器供应用于激活的AC电力。具体地，在可移动的能量存储装置移动到某个位置以供应AC电力的情况下，即使当电力转换单元121可能在空闲状态下不供应AC电力时，能量存储装置10也可以通过初始驱动单元130的AC电力接收用于激活控制器的AC电力。
图3是示意性地示出根据实施例的能量存储装置的部分配置的示图。
参考图3，AC输出端子161可以提供参考图2所述的控制器的操作电力。AC输出端子161可以根据电力选择单元160的选择，将电连接的初始驱动单元130和电力转换单元121中的一个的输出提供到外部。
初始驱动单元130可以包括正弦波滤波器131和DC-AC逆变器133。DC-AC逆变器133可以通过使用多个开关将直流(DC)转换为AC方波。正弦波滤波器131可以将从DC-AC逆变器133输出的方波滤波为正弦AC电力。正弦波滤波器131可以是对方波进行滤波以生成类似于正弦波形状的交流的滤波器。也就是说，初始驱动单元130可以通过DC-AC逆变器133和正弦波滤波器131将电池230的DC电力转换为类似于商用电力的正弦波的AC电力。例如，由初始驱动单元130生成的AC电力可以是频率为60Hz的220Vrms的正弦AC电力。也就是说，包括正弦波滤波器131和DC-AC逆变器133的初始驱动单元130可以生成类似于商用电力的正弦AC电力，并且将正弦AC电力供应给由商用电力驱动的控制器。
根据实施例，能量存储装置10可以从系统20断开连接并且耦合到移动车辆。能量存储装置10可以通过直接移动到要被供应AC电力的负载30所位于的地点来向负载30供应AC电力。当能量存储装置10移动到负载30所位于的地点时，可能需要最小化待机电力，直到电力被供应给负载30。在这种情况下，能量存储装置10可以进入其中电力转换单元121和控制器的大多数功能被中断的空闲状态。在这种情况下，电力选择单元160可以将初始驱动单元130电连接到控制器，因为可能检测不到电力转换单元121的输出。能量存储装置10可以接收或生成激活信号以在空闲状态下被激活。控制器可以由初始驱动单元130供应的AC电力来激活。
同时，能量存储装置10可以从作为外部设备的移动车辆接收激活信号，或者可以通过被包括在能量存储装置10中的激活信号输出设备(例如，按钮开关或拨动开关)来生成激活信号。当接收到激活信号时，控制器可以由初始驱动单元130提供的驱动电力来激活。当电力转换单元121通过激活转换控制单元123而被操作时，电力选择单元160可以检测到超过预设参考值的电压，并且将用于驱动控制器的驱动电力从初始驱动单元130切换为电力转换单元121。
图4是示出根据实施例的其中能量存储装置10在空闲状态下被激活的过程的流程图。
图4所示的流程图可以包括在图2所示的能量存储装置10中顺序处理的操作。因此，应当理解，即使从以下描述省略，以上关于图2所示的配置给出的描述也可以应用于图4所示的流程图。
参考图4，可以在已经进入空闲状态的能量存储装置10中停止电力转换单元121的操作。在这种情况下，电力选择单元160可以检测到小于或等于参考图2所述的预设参考值的、电力转换单元121的输出电压(操作S101)。
当电力转换单元121的输出电压小于或等于预设参考值时，电力选择单元160可以选择初始驱动单元130作为用于供应参考图2所述的控制器的驱动电力的电源，并将初始驱动单元130连接到控制器。同时，即使当由初始驱动单元130施加了驱动电力时，控制器也可以不操作，直到施加了激活信号(操作S103)。
能量存储装置10可以生成激活信号，或当接收到激活信号时激活控制器。具体地，能量存储装置10可以通过使用由初始驱动单元130输出的AC电力来激活控制器(操作S105)。
当转换控制单元123由初始驱动单元130供应的激活信号和AC电力激活时，转换控制单元123可以操作电力转换单元121。在这种情况下，电力转换单元121可以在转换控制单元123的控制下，开始将电池230的DC电力转换为AC电力(操作S107)。
电力选择单元160可以通过电力转换单元121的操作来检测到具有超过预设参考值的电压电平的AC电力(操作S109)。
当检测到超过预设参考值的、电力转换单元121的输出电压时，电力选择单元160可以将供应给控制器的操作电力从初始驱动单元130切换为电力转换单元121(操作S111)。
已经参考本公开的示例实施例具体示出和描述了本公开。然而，本领域普通技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。因此，应当以描述性意义而非出于限制的目的考虑所描述的实施例。因此，本公开的范围可以不由以上详细描述限定，而是由所附权利要求限定，并且等同范围内的所有差异将被解释为被包括在本公开中。

Claims (10)

1.一种能量存储装置，包括：
电池系统，包括至少一个电池；
电力转换单元，将电池系统的输入/输出电力特性转换为交流(AC)-直流(DC)或DC-AC；
转换控制单元，控制电力转换单元的操作；
初始驱动单元，将电池系统的DC电力转换为AC电力，并且供应AC电力作为用于激活转换控制单元的电力；以及
电力选择单元，检测电力转换单元的输出电压，基于电力转换单元的输出电压的电平来选择由初始驱动单元输出的AC电力和由电力转换单元输出的AC电力中的任何一个，并且供应所选择的AC电力作为转换控制单元的操作电力。
2.如权利要求1所述的能量存储装置，其中，所述转换控制单元利用AC电力进行操作。
3.如权利要求1所述的能量存储装置，其中，当电力转换单元的输出电压小于或等于预设参考值时，电力选择单元选择并且供应由初始驱动单元输出的AC电力作为供应给转换控制单元的操作电力。
4.如权利要求3所述的能量存储装置，其中，当接收到激活信号时，转换控制单元由初始驱动单元的输出电力激活，以激活电力转换单元。
5.如权利要求4所述的能量存储装置，其中，当电力转换单元被激活并且电力转换单元的输出电压超过预设参考值时，电力选择单元选择由电力转换单元输出的AC电力作为转换控制单元的操作电力。
6.如权利要求1所述的能量存储装置，其中，电池包括至少一个电池单元和电池管理单元。
7.如权利要求6所述的能量存储装置，还包括能量管理单元，所述能量管理单元通过向电池管理单元施加控制信号来控制充电/放电，并通过向转换控制单元施加控制信号来控制电力转换单元的输出量。
其中，初始驱动单元供应用于激活能量管理单元的电力。
8.如权利要求7所述的能量存储装置，其中，当电力转换单元的输出电压小于或等于预设参考值时，电力选择单元选择并且供应初始驱动单元的输出电力作为能量存储装置的操作电力。
9.如权利要求8所述的能量存储装置，其中，当电力转换单元的输出电压超过预设参考值时，电力选择单元选择并且供应由电力转换单元输出的AC电力作为能量管理单元的操作电力。
10.一种能量管理系统的驱动方法，其中所述能量管理系统包括电池、电力转换单元、控制电力转换单元的转换控制单元、以及能量管理单元，所述驱动方法包括：
检测电力转换单元的输出电压的电平；
当电力转换单元的输出电压的电平小于或等于预设参考值时，提供由初始驱动单元从电池的直流(DC)电力转换的交流(AC)电力，作为用于激活转换控制单元的操作电力；
通过由激活信号激活转换控制单元来操作电力转换单元；
由电力转换单元将电池的DC电力转换为AC电力；以及
当电力转换单元的输出电压超过预设参考值时，供应由电力转换单元从电池的DC电力转换的AC电力作为用于操作转换控制单元的操作电力。
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