CN110768342A - 储能设备和充放电系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供的储能设备和充放电系统，涉及电子电路技术领域。其中，储能设备包括：外接端口，用于与外部设备连接；与所述外接端口连接的电压变换装置；与所述外接端口和所述电压变换装置连接的储能装置，该储能装置用于经过所述电压变换装置的电压补偿之后，通过所述外部设备进行充放电。通过上述设置，可以改善现有的储能设备中存在电压变换装置的性能需求和成本较高的问题。

Description

储能设备和充放电系统

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，具体而言，涉及一种储能设备和充放电系统。

背景技术

储能装置(如蓄电池等)，可以在充电后给需要用电的负载放电。如此，使得储能装置能够反复使用，因而，具有广泛的应用范围。

现有技术中，为了控制储能装置的充放电电流，可以使用电压变换装置进行相应的调控。例如，充电时，电压变换装置可以将电压变换到适合的电压，来控制储能装置的充电电流；放电时，电压变换装置可以将储能装置的电压变换到负载所需要的电压，来控制储能装置的放电电流。

但是，经发明人研究发现，为了适配不同的充放电电流，对上述的电压变换装置的性能需求较高，同时使得成本也较高。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种储能设备和充放电系统，以改善现有的储能设备中存在电压变换装置的性能需求和成本较高的问题。

为实现上述目的，本申请实施例采用如下技术方案：

一种储能设备，包括：

外接端口，用于与外部设备连接；

与所述外接端口连接的电压变换装置；

与所述外接端口和所述电压变换装置连接的储能装置，该储能装置用于经过所述电压变换装置的电压补偿之后，通过所述外部设备进行充放电。

在本申请实施例较佳的选择中，在上述储能设备中，所述储能装置的工作电压小于所述外部设备的工作电压；

其中，所述电压变换装置用于对所述储能装置进行正向电压补偿，以使所述储能装置的工作电压与所述电压变换装置提供的补偿电压之和等于所述外部设备的工作电压。

在本申请实施例较佳的选择中，在上述储能设备中，所述外接端口包括正极端口和负极端口，所述储能装置包括充放电正极和充放电负极，所述电压变换装置包括高压侧和低压侧，该高压侧包括高压正极和高压负极，该低压侧包括低压正极和低压负极；

其中，所述高压负极与所述充放电负极和所述负极端口连接，所述高压正极与所述低压负极和所述充放电正极连接，且所述低压正极与所述正极端口连接。

在本申请实施例较佳的选择中，在上述储能设备中，所述外接端口包括正极端口和负极端口，所述储能装置包括充放电正极和充放电负极，所述电压变换装置包括高压侧和低压侧，该高压侧包括高压正极和高压负极，该低压侧包括低压正极和低压负极；

其中，所述高压正极与所述充放电正极和所述正极端口连接，所述高压负极与所述低压正极和所述充放电负极连接，且所述低压负极与所述负极端口连接。

在本申请实施例较佳的选择中，在上述储能设备中，所述储能装置的工作电压大于所述外部设备的工作电压；

其中，所述电压变换装置用于对所述储能装置进行反向电压补偿，以使所述储能装置的工作电压与所述电压变换装置提供的补偿电压之差等于所述外部设备的工作电压。

在本申请实施例较佳的选择中，在上述储能设备中，所述外接端口包括正极端口和负极端口，所述储能装置包括充放电正极和充放电负极，所述电压变换装置包括高压侧和低压侧，该高压侧包括高压正极和高压负极，该低压侧包括低压正极和低压负极；

其中，所述高压负极与所述充放电负极和所述负极端口连接，所述高压正极与所述低压负极和所述正极端口连接，且所述低压正极与所述充放电正极连接。

在本申请实施例较佳的选择中，在上述储能设备中，所述外接端口包括正极端口和负极端口，所述储能装置包括充放电正极和充放电负极，所述电压变换装置包括高压侧和低压侧，该高压侧包括高压正极和高压负极，该低压侧包括低压正极和低压负极；

其中，所述高压负极与所述低压正极和所述负极端口连接，所述高压正极与所述充放电正极和所述正极端口连接，且所述低压负极与所述充放电负极连接。

在本申请实施例较佳的选择中，在上述储能设备中，所述电压变换装置为双向隔离变换器。

在本申请实施例较佳的选择中，在上述储能设备中，所述双向隔离变换器包括：

变压器，该变压器包括初级线圈和次级线圈；

第一组开关器件，该第一组开关器件包括多个开关器件，该多个开关器件桥式连接后与所述初级线圈连接，形成所述电压变换装置的高压侧；

第二组开关器件，该第二组开关器件包括多个开关器件，该多个开关器件桥式连接后与所述次级线圈连接，形成所述电压变换装置的低压侧。

在上述基础上，本申请实施例还提供了一种充放电系统，包括：

上述的储能设备；

与所述储能设备的外接接口连接的外部设备，用于与所述储能设备形成电流通路，以使该储能设备通过该外部设备进行充放电。

本申请提供的储能设备和充放电系统，通过外接端口、电压变换装置和储能装置的配合设置，使得储能装置可以在电压变换装置提供的电压补偿之下，通过与外接端口连接的外部设备进行充放电。如此，可以改善现有技术中直接基于电压变换装置的升降压功能对电压进行调节而存在对电压变换装置的性能需求和成本较高的问题，具有较高的实用价值。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为本申请实施例提供的充放电系统的方框示意图。

图2为本申请实施例提供的储能设备的方框示意图。

图3为本申请实施例提供的储能设备中对存储装置进行正向电压补偿的电路连接示意图。

图4为本申请实施例提供的储能设备中对存储装置进行正向电压补偿的另一电路连接示意图。

图5为本申请实施例提供的储能设备中对存储装置进行反向电压补偿的电路连接示意图。

图6为本申请实施例提供的储能设备中对存储装置进行反向电压补偿的另一电路连接示意图。

图7为本申请实施例提供的双向隔离变压器的电路连接示意图。

图标：10-充放电系统；100-储能设备；110-外接端口；111-正极端口；113-负极端口；130-电压变换装置；131-高压侧；131a-高压正极；131b-高压负极；133-低压侧；133a-低压正极；133b-低压负极；150-储能装置；151-充放电正极；153-充放电负极；200-外部设备。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，本申请实施例提供了一种充放电系统10，可以包括储能设备100和外部设备200。其中，所述储能设备100和所述外部设备200连接之后，形成电流通路，以通过该外部设备200进行充放电。

可选地，所述外部设备200的具体类型不受限制，可以根据实际应用需求进行选择。

例如，在一种可以替代的示例中，所述外部设备200可以为供电设备，如充电器或与充电器连接的电源设备(如市电电网)。如此，所述储能设备100可以通过所述供电设备进行充电，以获取该供电设备提供的电能并进行存储。

又例如，在另一种可以替代的示例中，所述外部设备200可以为用电设备。如此，所述储能设备100可以通过所述用电设备进行放电，以向该用电设备提供工作所需的电能。

结合图2，本申请实施例还提供一种可应用于上述充放电系统10的储能设备100。其中，所述储能设备100可以包括外接端口110、电压变换装置130和储能装置150。

详细地，所述外接端口110可以用于与上述充放电系统10的外部设备200连接。所述电压变换装置130可以与所述外接端口110连接，所述储能装置150可以与所述外接端口110和所述电压变换装置130连接，使得该储能装置150可以在经过所述电压变换装置130的电压补偿之后，通过与所述外接端口110连接的外部设备200进行充放电。

基于上述的设置，由于电压变换装置130可以对储能装置150的充放电进行电压补偿，如此，可以改善现有技术中直接基于电压变换装置130的升降压功能对电压进行调节而存在对电压变换装置130的性能需求和成本较高的问题，具有较高的实用价值。

需要说明的是，在上述的示例中，所述电压变换装置130不仅需要进行电压补偿，还需要对电压进行升降压变换。如此，可以保障所述电压变换装置130能够在对性能需求相对较低的情况，有效地对所述储能装置150的充放电电流进行控制。

可选地，所述外部设备200的工作电压和所述储能装置150的工作电压的大小关系不受限制，并且，基于该大小关系的不同，所述电压变换装置130对所述储能装置150的电压补偿的方式也可以不同。

例如，在一种可以替代的示例中，所述储能装置150的工作电压可以小于所述外部设备200的工作电压。基于此，所述电压变换装置130可以用于对所述储能装置150进行正向电压补偿，以使所述储能装置150的工作电压与所述电压变换装置130提供的补偿电压之和等于所述外部设备200的工作电压。

又例如，在另一种可以替代的示例中，所述储能装置150的工作电压可以大于所述外部设备200的工作电压。基于此，所述电压变换装置130可以用于对所述储能装置150进行反向电压补偿，以使所述储能装置150的工作电压与所述电压变换装置130提供的补偿电压之差等于所述外部设备200的工作电压。

其中，在上述两种示例中，为了使得所述电压变换装置130可以对所述储能装置150进行正向电压补偿或反向电压补偿，所述电压变换装置130和所述储能装置150之间的具体连接关系不受限制，可以根据实际应用需求进行选择。

例如，在一种可以替代的示例中，基于前述进行正向电压补偿的示例，结合图3和图4，所述储能装置150与所述电压变换装置130的高压侧131并联连接之后，可以与所述电压变换装置130的低压侧133串联连接，然后，再通过所述外接端口110与所述外部设备200连接。

详细地，为了实现上述的连接，所述外接端口110可以包括正极端口111和负极端口113，所述储能装置150可以包括充放电正极151和充放电负极153，所述电压变换装置130可以包括高压侧131和低压侧133，该高压侧131可以包括高压正极131a和高压负极131b，该低压侧133可以包括低压正极133a和低压负极133b。

其中，在图3所示的示例中，所述高压负极131b与所述充放电负极153和所述负极端口113连接，所述高压正极131a与所述低压负极133b和所述充放电正极151连接，且所述低压正极133a与所述正极端口111连接。

并且，在图4所示的示例中，所述高压正极131a与所述充放电正极151和所述正极端口111连接，所述高压负极131b与所述低压正极133a和所述充放电负极153连接，且所述低压负极133b与所述负极端口113连接。

考虑到在上述两种示例中，所述储能装置150在进行充放电时，工作原理基本相同。因此，在本实施例中，基于图3所示的示例，对所述储能装置150在进行充放电时的工作原理进行说明，具体内容如下所述。

一方面，在所述储能装置150通过所述外部设备200的供电进行充电时，所述电压变换装置130的低压侧133吸收该外部设备200提供的电能之后，向该电压变换装置130的高压侧131提供能量，使得该高压侧131可以对与该高压侧131并联的储能装置150充电，使得该储能装置150获取电能并存储。并且，流经所述低压侧133的电流也可以对所述储能装置150充电。

其中，在进行上述的充电时，可以通过对所述高压侧131进行调节，使得输出的电压调节之后，对所述储能装置150提供不同的充电电流。如此，可以有效地对所述储能装置150的充电电流进行控制。

另一方面，在所述储能装置150通过所述外部设备200电进行放电时，所述电压变换装置130的高压侧131吸收所述储能装置150的之后，向该电压变换装置130的低压侧133提供能量，使得该低压侧133与所述储能装置150串联之后，可以对所述外部设备200进行供电。

其中，在进行上述的放电时，可以通过对所述低压侧133进行调节，使得输出的电压调节之后，对所述外部设备200提供不同的放电电流。如此，可以有效地对所述储能装置150的放电电流进行控制。

基于上述的充放电工作原理的说明，可以知道，在图3和图4所示的示例中，所述电压变换装置130的低压侧133与所述储能装置150实际上属于串联连接的关系，因而，该低压侧133提供的电压可以在充电和放电的过程中都对该储能装置150的电压进行正向的补偿，使得所述储能装置150的工作电压与所述电压变换装置130提供的补偿电压之和等于所述外部设备200的工作电压。

因此，流经所述电压变换装置130的低压侧133的电流等于流经所述外接端口110(储能设备100或外部设备200)的电流，但是，该低压侧133的电压小于该外接端口110的电压，因而，所述电压变换装置130的功率小于所述储能设备100的功率，也小于所述外部设备200的功率，使得即便在该外部设备200具有较大的功率时，所述电压变换装置130也可以不必具有相同大小的功率，以降低对该电压变换装置130的功率性能需求，使得成本和功耗更低。

详细地，在一种具体的应用示例中，若所述储能装置150的工作标称电压为48V，所述外部设备200的工作电压为54V。如此，所述电压变换装置130的低压侧133的电压为54-48＝6V，使得该电压变换装置130的功率与所述储能设备100或外部设备200的功率之比，仅为11.11％。

即便是，所述储能装置150在实际的充放电工作中，最低工作电压下降到43V，使得所述电压变换装置130的低压侧133的电压为54-43＝11V，此时该电压变换装置130的功率与所述储能设备100或外部设备200的功率之比，也仅为20.37％。

又例如，在另一种可以替代的示例中，基于前述进行反向电压补偿的示例，结合图5和图6，所述储能装置150在与所述电压变换装置130的低压侧133反向串联之后，可以与所述电压变换装置130的高压侧131并联连接，然后，再通过所述外接端口110与所述外部设备200连接。

详细地，为了实现上述的连接，所述外接端口110也可以包括正极端口111和负极端口113，所述储能装置150也可以包括充放电正极151和充放电负极153，所述电压变换装置130也可以包括高压侧131和低压侧133，该高压侧131也可以包括高压正极131a和高压负极131b，该低压侧133也可以包括低压正极133a和低压负极133b。

其中，在图5所示的示例中，所述高压负极131b与所述充放电负极153和所述负极端口113连接，所述高压正极131a与所述低压负极133b和所述正极端口111连接，且所述低压正极133a与所述充放电正极151连接。

并且，在图6所示的示例中，所述高压负极131b与所述低压正极133a和所述负极端口113连接，所述高压正极131a与所述充放电正极151和所述正极端口111连接，且所述低压负极133b与所述充放电负极153连接。

考虑到在上述两种示例中，所述储能装置150在进行充放电时，工作原理基本相同。因此，在本实施例中，基于图5所示的示例，对所述储能装置150在进行充放电时的工作原理进行说明，具体内容如下所述。

一方面，在所述储能装置150通过所述外部设备200的供电进行充电时，所述电压变换装置130的高压侧131吸收该外部设备200提供的电能之后，向该电压变换装置130的低压侧133提供能量，使得该低压侧133可以与所述外部设备200串联之后，一起向所述储能装置150充电，使得该储能装置150获取电能并存储。

其中，在进行上述的充电时，可以通过对所述低压侧133进行调节，使得输出的电压调节之后，对所述储能装置150提供不同的充电电流。如此，可以有效地对所述储能装置150的充电电流进行控制。

另一方面，在所述储能装置150通过所述外部设备200电进行放电时，所述电压变换装置130的低压侧133吸收所述储能装置150的电能之后，向该电压变换装置130的高压侧131提供能量，使得该高压侧131可以对所述外部设备200进行供电。并且，流经所述低压侧133的电流也可以对所述外部设备200进行供电。

其中，在进行上述的放电时，可以通过对所述高压侧131进行调节，使得输出的电压调节之后，对所述外部设备200提供不同的放电电流。如此，可以有效地对所述储能装置150的放电电流进行控制。

基于上述的充放电工作原理的说明，可以知道，在图5和图6所示的示例中，所述电压变换装置130的低压侧133与所述储能装置150实际上属于反向串联连接的关系，因而，该低压侧133提供的电压可以在充电和放电的过程中都对该储能装置150的电压进行反向的补偿，使得所述储能装置150的工作电压与所述电压变换装置130提供的补偿电压之差等于所述外部设备200的工作电压。

因此，所述电压变换装置130的高压侧131的电压等于所述外接端口110(储能设备100或外部设备200)的电压，但是，该流经该高压侧131的电流小于流经该外接端口110的电流，因而，所述电压变换装置130的功率小于所述储能设备100的功率，也小于所述外部设备200的功率，使得即便在该外部设备200具有较大的功率时，所述电压变换装置130也可以不必具有相同大小的功率，以降低对该电压变换装置130的功率性能需求，使得成本和功耗更低。

可选地，所述电压变换装置130的类型或构成不受限制，可以根据实际应用需求进行选择。

例如，在一种可以替代的示例中，所述电压变换装置130可以是一种双向变换器，使得所述储能装置150既可以经过该双向变换器进行充电，也可以经过该双向变换器进行放电。

又例如，在另一种可以替代的示例中，所述电压变换装置130可以是一种双向隔离变换器。也就是说，该双向隔离变换器的高压侧131和低压侧133电气隔离设置，使得该高压侧131和该低压侧133不会形成相互的电压干扰。

其中，所述双向隔离变换器的具体构成不受限制，可以根据实际应用需求进行选择。

例如，在一种可以替代的示例中，结合图7，所述双向隔离变换器可以包括变压器、第一组开关器件和第二组开关器件。其中，该变压器包括初级线圈和次级线圈，该第一组开关器件可以包括多个开关器件，该第二组开关器件也可以包括多个开关器件。

详细地，所述第一组开关器件包括的多个开关器件，桥式连接后与所述初级线圈连接，形成所述电压变换装置130的高压侧131。所述第二组开关器件包括的多个开关器件，桥式连接后与所述次级线圈连接，形成所述电压变换装置130的低压侧133。

其中，所述第一组开关器件包括的多个开关器件和所述第二组开关器件包括的多个开关器件，既可以相同，也可以不同。

例如，在一种可以替代的示例中，所述第一组开关器件包括的多个开关器件和所述第二组开关器件包括的多个开关器件，可以相同。并且，为了降低功耗，所述第一组开关器件包括的多个开关器件和所述第二组开关器件包括的多个开关器件，可以都是具有较低导通阻抗的N型的MOS管。

并且，上述桥式连接中的具体连接关系不受限制，可以根据实际应用需求进行选择。例如，既可以是全桥式连接(如图7所示)，也可以是半桥式连接。

可选地，所述储能装置150的类型或构成不受限制，可以根据实际应用需求进行选择，只要能够进行充电和放电即可。

例如，在一种可以替代的示例中，所述储能装置150可以是由多个蓄电池串联和/或并联形成，如通过15节3.2V的磷酸铁锂电池串联形成的一种通信后备储能装置，标称工作电压可以为15*3.2＝48V，最高工作电压可以为52.5V，最低工作电压可以为43V。

综上所述，本申请提供的储能设备100和充放电系统10，通过外接端口110、电压变换装置130和储能装置150的配合设置，使得储能装置150可以在电压变换装置130提供的电压补偿之下，通过与外接端口110连接的外部设备200进行充放电。如此，可以改善现有技术中直接基于电压变换装置130的升降压功能对电压进行调节而存在对电压变换装置130的性能需求和成本较高的问题，具有较高的实用价值。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种储能设备，其特征在于，包括：

外接端口，用于与外部设备连接；

与所述外接端口连接的电压变换装置；

与所述外接端口和所述电压变换装置连接的储能装置，该储能装置用于经过所述电压变换装置的电压补偿之后，通过所述外部设备进行充放电。

2.根据权利要求1所述的储能设备，其特征在于，所述储能装置的工作电压小于所述外部设备的工作电压；

其中，所述电压变换装置用于对所述储能装置进行正向电压补偿，以使所述储能装置的工作电压与所述电压变换装置提供的补偿电压之和等于所述外部设备的工作电压。

3.根据权利要求2所述的储能设备，其特征在于，所述外接端口包括正极端口和负极端口，所述储能装置包括充放电正极和充放电负极，所述电压变换装置包括高压侧和低压侧，该高压侧包括高压正极和高压负极，该低压侧包括低压正极和低压负极；

其中，所述高压负极与所述充放电负极和所述负极端口连接，所述高压正极与所述低压负极和所述充放电正极连接，且所述低压正极与所述正极端口连接。

4.根据权利要求2所述的储能设备，其特征在于，所述外接端口包括正极端口和负极端口，所述储能装置包括充放电正极和充放电负极，所述电压变换装置包括高压侧和低压侧，该高压侧包括高压正极和高压负极，该低压侧包括低压正极和低压负极；

其中，所述高压正极与所述充放电正极和所述正极端口连接，所述高压负极与所述低压正极和所述充放电负极连接，且所述低压负极与所述负极端口连接。

5.根据权利要求1所述的储能设备，其特征在于，所述储能装置的工作电压大于所述外部设备的工作电压；

其中，所述电压变换装置用于对所述储能装置进行反向电压补偿，以使所述储能装置的工作电压与所述电压变换装置提供的补偿电压之差等于所述外部设备的工作电压。

6.根据权利要求5所述的储能设备，其特征在于，所述外接端口包括正极端口和负极端口，所述储能装置包括充放电正极和充放电负极，所述电压变换装置包括高压侧和低压侧，该高压侧包括高压正极和高压负极，该低压侧包括低压正极和低压负极；

其中，所述高压负极与所述充放电负极和所述负极端口连接，所述高压正极与所述低压负极和所述正极端口连接，且所述低压正极与所述充放电正极连接。

7.根据权利要求5所述的储能设备，其特征在于，所述外接端口包括正极端口和负极端口，所述储能装置包括充放电正极和充放电负极，所述电压变换装置包括高压侧和低压侧，该高压侧包括高压正极和高压负极，该低压侧包括低压正极和低压负极；

其中，所述高压负极与所述低压正极和所述负极端口连接，所述高压正极与所述充放电正极和所述正极端口连接，且所述低压负极与所述充放电负极连接。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的储能设备，其特征在于，所述电压变换装置为双向隔离变换器。

9.根据权利要求8所述的储能设备，其特征在于，所述双向隔离变换器包括：

变压器，该变压器包括初级线圈和次级线圈；

第一组开关器件，该第一组开关器件包括多个开关器件，该多个开关器件桥式连接后与所述初级线圈连接，形成所述电压变换装置的高压侧；

第二组开关器件，该第二组开关器件包括多个开关器件，该多个开关器件桥式连接后与所述次级线圈连接，形成所述电压变换装置的低压侧。

10.一种充放电系统，其特征在于，包括：

权利要求1-9任意一项所述的储能设备；

与所述储能设备的外接接口连接的外部设备，用于与所述储能设备形成电流通路，以使该储能设备通过该外部设备进行充放电。

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