CN111262141A - 一种充电站储能柜及储能系统 - Google Patents

Abstract

本公开提出了一种充电站储能柜及储能系统，充电站储能柜包括柜体，设置在柜体内的配电仓和多个电池仓，每个电池仓包括一个电池组；一条储能分支内的电池组的输出端连接该储能分支内的高压盒，该储能分支内的高压盒连接该储能分支内的储能变流器的直流侧，各个分支的储能变流器的交流侧并联连接至交流汇流端子。设置多个储能变流器，将每一组电池组通过单独的储能变流器连接至交流汇流端子，避免了采用多组电池组并联产生电流冲击的问题，充电站储能系统拓扑为多分支分布式储能系统，进一步避免了集中式多组电池并联冲击、组间不均衡等问题。避免了集中式多组电池过于集中，局部电池起火殃及其它电池带来的经济损失。

Description

一种充电站储能柜及储能系统

技术领域

本公开涉及电动汽车充电和储能技术相关技术领域，具体的说，是涉及一种充电站储能柜及储能系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

目前，随着电动汽车越来越多，充电站会出现充电高峰负荷较大，导致配网容量愈发紧张。随着储能技术的应用以及日益发展，储能技术在新能源发电、电网运行等领域扮演着越来越重要的角色。储能与电动汽车充电相结合，通过消峰填谷能量缓冲，可延缓配网容量升级改造。储能结合风电光伏新能源，构建风光储充一体电站，就地发电就地消纳的供能平衡模式，可提高充电站内清洁能源利用比率，达到节能减排，降低配电网络的用电成本。储能与充电站的结合为电动汽车的发展提供有效的配套保障。

发明人发现，集装箱式储能产品以其易于运输和实施的优点被普遍应用于充电站。集装箱空间充裕，容易内置系统各种柜体，适用于储能容量大(500kwh及其以上)，对占地面积无要求的充电站。在集装箱式储能系统成本中，储能容量越大，集装箱柜体和能源管理系统成本占比越低，反之越高。

集装箱式储能使用多组电池并联接入储能变流器直流侧，不同电池组并联瞬间冲击电流大，容易烧毁电路，电池的短板效应会导致放大电池组间的不平衡，降低电池循环寿命，增大电池管理难度。多组电池并联置于一个电池仓内，能量密度高，一旦局部电池起火，即使灭火及时，往往也会殃及其它电池，经济损失较大。

目前充电站多以分散形式为主，充电站总功率小，对应配套的储能容量需求小(500kwh以内)，而且充电站用地紧张，用地成本高。针对充电站小容量储能，采用集装箱式储能，集装箱柜体和能源管理系统成本占比高，集装箱占地面积大，从而导致储能成本较高，充电站用地面积和成本增加。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种充电站储能柜及储能系统，设置多个储能变流器，将每一组电池组通过单独的储能变流器连接至交流汇流端子，进而连接至配电柜，避免了采用多组电池组直接并联产生电流冲击的问题，并且将每组电池组单独设置电池仓，并设置了消防装置，可以有效实现防火，减少损失。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一种或多个实施例提供了一种充电站储能柜，包括柜体，设置在柜体内的配电仓和多个电池仓，每个电池仓包括一个电池组；配电仓内设置多条配电分支，每条配电分支包括依次连接的高压盒和储能变流器，一条配电分支连接一个电池组形成储能分支，一条储能分支内的电池组的输出端连接该储能分支内的高压盒，该储能分支内的高压盒连接该储能分支内的储能变流器的直流侧，各个分支的储能变流器的交流侧并联连接至交流汇流端子。

进一步地，高压盒输出经直流断路器连接储能变流器的直流侧，各个储能分支的储能变流器的交流侧并联后经交流断路器连接至交流汇流端子。

进一步地，还包括储能控制器和设置在计量回路上的计量电表，储能控制器分别与储能变流器和计量电表通信连接。

进一步地，还包括电池模块检测装置，所述电池模块检测装置包括主控制器、电压检测装置、温度传感器和电流检测装置，主控制器分别与电压检测装置、温度传感器、电流检测装置和储能控制器分别连接，所述电压检测装置并联连接各个电池模块，所述电流检测装置串联连接电池模块，温度传感器设置在电池模块表面。

进一步地，充电站储能柜还包括温控系统，包括设置在电池仓的空调和第一温湿度变送器，所述空调和第一温湿度变送器分别与储能控制器连接。

进一步地，所述温控系统还包括设置在配电仓中的第二温湿度变送器以及储能变流器的通风口处的风扇，所述风扇、第二温湿度变送器分别与储能控制器连接，用于辅助储能变流器散热。

进一步地，温控系统还包括设置在配电仓中的加热器，所述加热器与储能控制器连接。

进一步地，所述充电站储能柜还包括消防装置，消防装置包括灭火剂存储装置，以及连接灭火剂存储装置出口的火探管，所述火探管均匀布设在电池仓内或/和配电仓的顶壁上。

一种充电站储能系统，包括多个储能柜和一个综合柜，所述储能柜采用上述的一种充电站储能柜，所述综合柜包括相互连接的配电柜和站级监控系统，配电柜输入端连接输电线路，输出端分别连接储能柜或者分布式电源。

进一步地，站级监控系统包含第二UPS电源、站控控制器和网络交换机，站控控制器通过网络交换机通信连接储能柜、分布式电源，通过站控控制器控制各个部分的协调工作。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

(1)本公开设置多个储能变流器，将每一组电池组通过单独的储能变流器连接至交流汇流端子，进而连接至配电柜，避免了采用多组电池组并联产生电流冲击的问题以及组件不平衡的问题，并且将每组电池组单独设置电池仓，并设置了消防装置，可以有效实现防火，减少损失。

(2)本公开的充电站储能柜采用多个仓体组合配置，提高了储能柜的配置灵活性，针对小容量(500kwh以内)充电站储能应用，采用本公开的充电站储能柜代替集装箱式储能，降低充电站占地面积和成本。如200kwh储能需求，配置一个容量为200kwh的所述充电站储能柜即可，占地面积只需集装箱(10尺)的40％，柜体和监控系统成本大大降低。

(3)本公开的充电站储能系统监控为分层嵌入式微监控系统，相比单一工控机集中监控方式，具有成本低，扩展灵活，适用多分支分布式储能系统。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。

图1是本公开实施例1设置一个电池仓的储能柜的结构框图；

图2是本公开实施例1设置两个电池仓的储能柜的结构框图；

图3是本公开实施例2的储能系统的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

在一个或多个实施方式中公开的技术方案中，如图1所示，一种充电站储能柜，包括柜体，设置在柜体内的配电仓和多个电池仓，每个电池仓包括一个电池组；配电仓内设置多条配电分支，每条配电分支包括依次连接的高压盒和储能变流器，一条配电分支连接一个电池组形成储能分支，一条储能分支内的电池组的输出端连接该储能分支内的高压盒，该储能分支内的高压盒连接该储能分支内的储能变流器的直流侧，各个分支的储能变流器的交流侧并联连接至交流汇流端子。

交流汇流端子可以为交流汇流排，通过交流汇流端子连接至充电装置对外部设备进行供电，外部设备可以为电动汽车；或者通过交流汇流端子接收电能，连接至配电柜为内部电池组进行充电。

可选的，每个电池组包括首尾串联连接的若干个电池模块。N个电池模块通过电缆首尾串联成电池组，可选的，电池组正负输出可以设置在电池仓顶部，通过顶部电缆走线连接配电仓的高压盒的正负端。

对于多个电池组设置不同的电池仓，当其中一个电池组发生故障或者火灾，可以对其他电池组进行保护，同时每个电池仓只设置一个电池组，一个电池组连接单独的储能变流器，避免多组电池并联冲击的问题。电池组电压范围适配储能变流器直流侧DC600～850V工作电压范围，并留有裕量。

可选的，高压盒输出经直流断路器连接储能变流器的直流侧，各个储能分支的储能变流器的交流侧并联后经交流断路器连接至交流汇流端子。储能变流器的直流侧和交流侧分别设置断路器，可以提高线路通断控制的灵活性。

作为进一步的技术方案，还包括储能控制器和设置在计量回路上的计量电表，储能控制器分别与储能变流器和计量电表通信连接。计量电表连接储能控制器通过RS485通信连接计量电表，获取电池充放电量。储能控制器可以配置RS485、CAN和以太网多种通信端口和人机交互界面，柜储能控制器与储能柜内各装置通过通信端口和干接点连接，监测各装置状态，协调各装置完成电池充放电和能源管理控制策略，预留对外通信接口，当充电站储能柜单柜应用时，集成站控系统功能，与智能电表和新能源逆变器通信，用于监测用电负荷和新能源发电。

作为进一步的技术方案，还包括电池模块检测装置，所述电池模块检测装置包括主控制器、电压检测装置、温度传感器和电流检测装置，主控制器分别与电压检测装置、温度传感器、电流检测装置和储能控制器分别连接，所述电压检测装置并联连接各个电池模块，所述电流检测装置串联连接电池模块，温度传感器设置在电池模块表面。

电池模块检测装置用于实时监测各电池模块电压、温度、电流等运行参数，获取电池组荷电容量SOC和健康状态SOH。

可选的，电池模块检测装置通过CAN和RS485通信方式连接储能变流器和储能控制器，储能变流器通过以太网方式连接储能控制器，储能控制器实时获取电池信息和储能变流器运行信息，从而使储能变流器根据能源管理策略进行充放电。

进一步地，还可以包括UPS电源，所述UPS电源为储能控制器的工作提供电能。

作为进一步的技术方案，充电站储能柜还包括温控系统，包括设置在电池仓的空调和第一温湿度变送器，所述空调和第一温湿度变送器分别与储能控制器连接。

可选的，空调可以设置在壁挂在电池仓一侧的顶部位置，空调上出风经过电池仓顶部风道至电池仓相对侧面，再经过电池模块循环至电池仓后部，最后进入空调下回风口完成空气循环，空调用于对电池仓的温湿度调节，可以控制电池仓环境温度在18～28℃，使电池达到最佳使用寿命。

在一些实施例中，温控系统还包括设置在配电仓中的第二温湿度变送器以及储能变流器的通风口处的风扇，所述风扇、第二温湿度变送器分别与储能控制器连接，用于辅助储能变流器强制风冷散热。储能变流器的通风口包括配电仓不同侧面的进风口和出风口，可以在出风口处设置风扇，可选的，进风口设计百叶窗和防尘棉防护，可以对进入配电仓的气体进行过滤，起到防尘的作用。

可选的，温控系统还包括设置在配电仓中的加热器，所述加热器与储能控制器连接，用于根据配电仓的湿度进行加热，减小配电仓的湿度。

作为进一步的技术方案，所述充电站储能柜还包括消防装置，消防装置包括灭火剂存储装置，以及连接灭火剂存储装置出口的火探管，可选的，可以在所述火探管的一端连接压力表和压力干接点，所述火探管可以均匀布设在电池仓内或/和配电仓的顶壁上。火探管可以设置为S形状布设。

如机柜内发生火灾，离热源最近的火探管部位就会破裂，灭火剂由存储装置喷出，通过火探管在破裂处直接喷向火源，火探管式灭火完全自动控制，火探管末端的压力干接点接入至储能控制器。

一种可以实现的设置方式，灭火剂存储装置的设置位置可以在柜内或者柜外，可以设置在配电仓内，所述配电仓与电池仓设置通孔，通过灭火剂存储装置出口连接火探管一端，火探管穿过通孔进入电池仓，S型分布在电池仓电池的前后，再穿过通孔回至配电仓。

下面以具体的示例说明本储能柜的结构，图1和图2是设置电池仓的数量不同的结构示意图，如图1所示，设置电池仓的数量为一个，其中电池仓的各个电池模块是依次首尾串联连接的组成一个电池组，电池组的输出端连接配电仓的高压盒电池正负端，高压盒输出经直流断路器连接储能变流器的直流侧，储能变流器交流侧经交流断路器连接至交流汇流端子。储能控制器与高压盒、储能变流器和计量电表通信连接，储能控制器通信连接站级监控系统。

如图2所示，设置电池仓的数量为两个，柜体分两个电池仓和一个配电仓，其容量为两个个储能分支的容量。可选的电池仓的设置可以为对称分布在配电仓两侧。配电仓内置两个高压盒、两个储能变流器、一个UPS、一个储能控制器、一个计量电表和一路配电开关。其中一个电池仓的电池组依次连接其中一个高压盒以及其中一个储能变流器，作为一条储能支路，另一条储能支路为另一个电池仓的电池组依次连接另一个高压盒以及另一个储能变流器，两个储能变流器的交流侧并联后通过一个交流断路器、一个计量电表和一路配电开关连接至交流汇流端子或交流汇流排，两个储能变流器交流侧并联经交流断路器连接交流汇流排，储能控制器通过同一通信端口总线连接两个电池模块检测装置和两个储能变流器。两个电池仓之间相互独立，均独立配置空调和温湿度变送器，温湿度变送器和空调通过RS485总线通信连接至储能控制器，储能控制器监测和控制配电仓和两个电池仓的温湿度。

实施例2

本实施例提供一种充电站储能系统，包括多个储能柜和一个综合柜，所述储能柜采用上述实施例1所述的一种充电站储能柜。

综合柜包括相互连接的配电柜和站级监控系统，站级监控系统包含地二UPS电源、站控控制器和网络交换机，配电柜输入端连接输电线路，输出端分别连接储能柜、分布式电源或者充电系统，站控控制器通过网络交换机通信连接储能柜、分布式电源，通过站控控制器控制各个部分的协调工作。

本实施例储能系统以包含两个储能柜和一个综合柜进行说明，综合柜配电输入连接10kV配变低压侧出线，配电输入经总进线开关连接汇流排，汇流排经4个出线开关输出4路配电，分别连接2个实施例1中储能柜，1个光伏逆变器，1个群控充电系统。在配电总进线处、2个储能柜配电出线处、光伏配电出线处和群控充电配电出线处分别配置一块双向计量电表。

可选的，可以在配电总进线处、储能柜配电出线处、光伏配电出线处和群控充电配电出线处分别配置双向计量电表，至少每个位置设置一个双向计量电表，至少4个计量电表。

本实施例中储能系统拓扑为多分支分布式储能系统，从站控系统看，包含两个分布式储能柜分支，当配置实施例1中第二种储能柜看包含两个储能分支，物理上，本实施例中储能系统包含4个储能分支。

本实施例中充电站储能系统为分层监控储能系统，所配置的实施例1中第二种储能柜储能控制器为本地监控，负责储能柜内的两储能分支监控，综合柜站级监控系统与各储能柜储能控制器、光伏逆变器和计量电表通信连接，集中统一管理整个充电站储能系统。

在一些实施例中，站级监控系统的站控控制器可以采用嵌入式微处理器和嵌入式实时操作系统构成的嵌入式微能源管理平台，配置以太网、RS485通信端口和人机交互界面。计量电表可以通过串行总线连接至站控控制器RS485端口，光伏逆变器可以通过串行总线连接至站控控制器RS485端口，储能柜分别通过以太网经网络交换机连接至站控控制器的以太网端口，站控控制器还可以通过有线网络或4G无线网络接入云平台。站控系统光储充电一体站本地站级监控系统，数据传输至云平台进行统一管控，通过监测储能、光伏、电网侧和充电负荷的状态，控制储能充放电功率和光伏发电功率，运行消峰填谷、需量控制、新能源就地消纳和防逆流等能源管理策略。

本公开的充电站储能系统监控为分层嵌入式微监控系统，相比单一工控机集中监控方式，具有成本低，扩展灵活，适用多分支分布式储能系统。

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

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种充电站储能柜，其特征是：包括柜体，设置在柜体内的配电仓和多个电池仓，每个电池仓包括一个电池组；配电仓内设置多条配电分支，每条配电分支包括依次连接的高压盒和储能变流器，一条配电分支连接一个电池组形成储能分支，一条储能分支内的电池组的输出端连接该储能分支内的高压盒，该储能分支内的高压盒连接该储能分支内的储能变流器的直流侧，各个分支的储能变流器的交流侧并联连接至交流汇流端子。

2.如权利要求1所述的一种充电站储能柜，其特征是：高压盒输出经直流断路器连接储能变流器的直流侧，各个储能分支的储能变流器的交流侧并联后经交流断路器连接至交流汇流端子。

3.如权利要求1所述的一种充电站储能柜，其特征是：还包括储能控制器和设置在计量回路上的计量电表，储能控制器分别与储能变流器和计量电表通信连接。

4.如权利要求3所述的一种充电站储能柜，其特征是：还包括电池模块检测装置，所述电池模块检测装置包括主控制器、电压检测装置、温度传感器和电流检测装置，主控制器分别与电压检测装置、温度传感器、电流检测装置和储能控制器分别连接，所述电压检测装置并联连接各个电池模块，所述电流检测装置串联连接电池模块，温度传感器设置在电池模块表面。

5.如权利要求3所述的一种充电站储能柜，其特征是：充电站储能柜还包括温控系统，包括设置在电池仓的空调和第一温湿度变送器，所述空调和第一温湿度变送器分别与储能控制器连接。

6.如权利要求5所述的一种充电站储能柜，其特征是：所述温控系统还包括设置在配电仓中的第二温湿度变送器以及储能变流器的通风口处的风扇，所述风扇、第二温湿度变送器分别与储能控制器连接，用于辅助储能变流器散热。

7.如权利要求5所述的一种充电站储能柜，其特征是：温控系统还包括设置在配电仓中的加热器，所述加热器与储能控制器连接。

8.如权利要求1所述的一种充电站储能柜，其特征是：所述充电站储能柜还包括消防装置，消防装置包括灭火剂存储装置，以及连接灭火剂存储装置出口的火探管，所述火探管均匀布设在电池仓内或/和配电仓的顶壁上。

9.一种充电站储能系统，其特征是：包括多个储能柜和一个综合柜，所述储能柜采用权利要求1-8任一项的一种充电站储能柜，所述综合柜包括相互连接的配电柜和站级监控系统，配电柜输入端连接输电线路，输出端分别连接储能柜或者分布式电源。

10.如权利要求9所述的一种充电站储能系统，其特征是：站级监控系统包含第二UPS电源、站控控制器和网络交换机，站控控制器通过网络交换机通信连接储能柜、分布式电源，通过站控控制器控制各个部分的协调工作。

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