CN112217267A - 一种楼宇分布式储能供电系统 - Google Patents

Abstract

一种楼宇分布式储能供电系统，包括上位机、供电系统、楼宇用电设备以及直流充电机，供电系统包括主供电系统电池柜和至少一个选配电池柜，主供电系统电池柜内设有主供电电源、控制器、电池管理系统、高压控制盒、直流充电插座、逆变电源、隔离变压器以及供电开关，高压控制盒包括充电开关、放电开关，充电开关、放电开关受控于电池管理系统，电池管理系统分别与控制器、主供电电源和选配电源通信连接，控制器与上位机通信连接；主供电系统电池柜和选配电池柜采用分布式安装。本发明具有极强的电能储备能力，各电池柜分布在不同机房，提高了安全性，独立框架式电池柜体结构安装时灵活多变，提高了生产效率和实地安装效率。

Description

一种楼宇分布式储能供电系统

技术领域

本发明属于楼宇供电及储能技术领域，特别涉及一种楼宇分布式储能供电系统。

背景技术

当前，楼宇储能及供电的方式主要为太阳能及蓄电池，太阳能节能环保、安全性高、使用寿命长且免维护，但太阳能板对位置安装有较高要求，适用于顶楼或一两层的楼宇建筑，处于中部楼层的楼宇在应急供电需求实现上就显得尤为困难，此时，蓄电池供电方案就孕育而生。蓄电池的种类很多，但是适用于楼宇储能的电池主要为磷酸铁锂电池、三元锂电池、铅酸电池。铅酸电池成本低，但寿命短容量低，一般仅能使用3-5年，磷酸铁锂电池与三元锂电池则很好地弥补了铅酸电池的问题，但其成本会相对偏高，另三元锂电池热稳定性不如磷酸铁锂电池，因此选用磷酸铁锂电池作为楼宇储能及供电方案是最优的选择。目前采用可循环充放电的电池类楼宇储能系统一般结构简单，电能储备低、安全性低、智能程度低，不适合高层建筑。

发明内容

为解决现有楼宇供电系统电能储备量低、安全性低问题，本发明提出一种楼宇分布式储能供电系统。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种楼宇分布式储能供电系统，包括上位机、供电系统、楼宇用电设备以及用于为供电系统充电的直流充电机，所述供电系统包括主供电系统电池柜和至少一个选配电池柜，主供电系统电池柜内设有主供电电源、控制器、电池管理系统、高压控制盒、直流充电插座、逆变电源、隔离变压器以及供电开关，高压控制盒包括充电开关、放电开关；直流充电机的输入端与市电插座相连、输出端通过直流充电插座与高压控制盒内的直流母线连接，直流母线与主供电电源以及选配电池柜内的选配电源连接以便于进行充电，选配电源与主供电电源相互并联接入直流母线，所述直流母线与直流充电插座之间设有所述充电开关；高压控制盒内的直流母线与逆变电源输入端连接，逆变电源输出端依次通过隔离变压器、供电开关实现对楼宇用电设备进行供电，直流母线与逆变电源之间设有所述放电开关，供电系统对楼宇用电负载进行供电状态时所述充电开关断开；所述充电开关、放电开关受控于电池管理系统，电池管理系统分别与控制器、主供电电源和选配电源通信连接，控制器与上位机通信连接；所述主供电系统电池柜和选配电池柜采用分布式安装，位于不同的机房内。

本发明的目的还采用以下技术措施来进一步实现。

前述的储能供电系统，其中主供电电源与与直流母线之间的线路上设置第一手动维修开关；选配电池柜内的选配电源与直流母线之间的线路上设置第一手动维修开关。

前述的储能供电系统，其中所述逆变电源内设有控制模块，供电开关的控制端受控于该控制模块，所述控制模块与控制器通信连接；对楼宇用电设备应急供电时，控制器向控制模块发出指令以使控制模块控制供电开关闭合。

前述的储能供电系统，其中供电系统还包括电池灭火装置，电池灭火装置中的灭火控制器受控于控制器和电池管理系统，电池灭火装置中的喷头分布在主供电系统电池柜和选配电池柜中。

前述的储能供电系统，其中供电系统还包括液冷模块，液冷模块从直流母线上取电且二者之间的线路上设置液冷开关，液冷开关设在高压控制盒内部且受控于电池管理系统。

前述的储能供电系统，其中楼宇用电设备包括但不限于楼宇监控系统、通讯系统、照明系统、空调系统和电梯。

前述的储能供电系统，其中高压控制盒内还设有总电压采集模块，总电压采集模块并联在直流母线上。

前述的储能供电系统，其中高压控制盒内还设有总电流采集模块，总电流采集模块串联在直流母线上。

前述的储能供电系统，其中所述主供电电源以及选配电源采用磷酸铁锂电池。

前述的储能供电系统，其中主供电系统电池柜和选配电池柜的柜体均为独立的可移动框架式箱体结构。

借由上述技术方案，本发明设置主供电系统电池柜和若干个选配电池柜作为供电来源，保证了应急条件下的楼宇设备正常用电，选配电池可以扩充容量，提高电能储备能力；并且各电池柜分布在不同机房，提高了安全性，避免设于同一机房导致的电池柜分布密集存在的安全隐患；其次，独立框架式的电池柜体结构安装时灵活多变，适应不同的安装环境，电池包、高压控制盒等模块化集成的设计使得安装布线更为简便，提高了生产效率和实地安装效率；此外各模块之间实现通信交互使得操作人员操作时更利于进行人性化和便捷性的智能控制。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中供电系统的结构示意框图。

图3是本发明中高压控制盒的结构原理示意图。

图4是本发明中各电池柜的分布示意图。

图5是本发明中主供电系统电池柜的立体结构示意图。

【主要元器件符号说明】

G1：供电系统，G2：直流充电机，G3：楼宇用电设备，G4：上位机。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例作进一步的详细说明。

请参阅图1至图5，一种楼宇分布式储能供电系统，包括上位机G4、供电系统G1、楼宇用电设备G3以及直流充电机G2，所述供电系统包括主供电系统电池柜1和选配电池柜，本实施例中选配电池柜设有两个，但不限于此。充电时，直流充电机利用市电为供电系统补充电能；供电时，供电系统为各楼宇用电设备输出电能维持其正常工作。

主供电系统电池柜内设有主供电电源2、控制器、电池管理系统、高压控制盒3、直流充电插座、逆变电源4、隔离变压器以及供电开关，主供电电源优选采用磷酸铁锂电池组成电池包PACK，也可采用三元锂电池等其它类型电池组成，高压控制盒内设置直流母线5以及充电开关6、放电开关7和其它开关，高压控制盒内的各个开关器件均受控于电池管理系统以便于智能控制充放电过程；直流母线为高压直流母线，其在充电时接收直流充电插座获取的直流充电机提供的直流电能，放电时将各电池柜的输出电能送至逆变电源从而为楼宇用电负载供电。电池管理系统分别与控制器、主供电电源和选配电源通信连接进行信息交互，控制器与上位机通信连接，通讯方式为CAN总线通讯方式，上位机为监控装置，其监控画面主要包括电池总电压、电池总电流、选配电池柜数量及编号、多路温度采集点、各电池柜内电池单体电压、电池均衡开启状态及均衡电流、SOC/SOP/SOH数值、供电系统内各部件自检结果、开关状态、逆变器供电输出状态、故障信息、数据存储、参数修改、数据导出等常规信息。

直流充电机的输入端与市电插座相连、输出端通过直流充电插座与高压控制盒内的直流母线连接，直流母线与主供电电源以及选配电池柜内的选配电源连接；充电时，直流充电机将市电380V交流电转变为匹配供电系统的直流高压，直流充电机通过充电枪插入国标直流充电插座内，通过A+与CC2信号与电池管理系统进行握手，完成充电线路连接确认，电池管理系统实时向直流充电机发送充电需求和电池参数，当各电池柜的整体SOC值达到100％时，截止充电。选配电源与主供电电源相互并联接入直流母线从而扩充容量，提高系统电能储备能力。直流母线与直流充电插座之间设有充电开关，用于在上述所述的SOC值达到100％时断开以完成充电过程。

高压控制盒内的直流母线与逆变电源输入端连接，逆变电源输出端依次通过隔离变压器、供电开关实现对楼宇用电设备进行供电，直流母线与逆变电源之间设有放电开关，供电系统对楼宇用电负载进行供电时，电池管理系统控制充电开关断开，以免发生事故。逆变电源输出端配置隔离变压器，也可防止楼宇用电设备对供电系统造成损害。供电开关的通断受控于逆变电源；具体而言，逆变电源内设有控制模块，供电开关的控制端受控于该控制模块，控制模块与控制器通信连接；对楼宇用电设备启用应急供电时，控制器向控制模块发出指令以使控制模块控制供电开关闭合。本实施例中的逆变电源为现有多路输出逆变电源，其内部除了设置所述的控制模块，还具有各种规格的变压模块，从而可以将高压控制盒内直流母线提供的高压直流电能转换成各种输出电压，如AC380V、AC220V，也可输出DC24V、DC12V、DC5V等，这些低压直流输出通过逆变电源上设置的预留接口实现，当有用电负载需要，直接插入对应接口即可；而供电开关输出的则为AC380V，此外，输出AC220V时直接通过AC380V单相接地即可实现。

电池管理系统与逆变电源受控于核心部件-控制器，各类信息通过上位机显示出来，在上位机终端既可人工监控供电系统状态，又可进行远程控制，减少操作人员进入机房进行操作次数，提高安全性。

如图3，高压接线盒为一个独立的集成化模块，其上设置各种接口分别以可插拔的方式与直流充电插座、逆变电源以及各电池柜进行连接，实际安装时非常灵活方便，也便于进行扩展，例如扩展更多个的选配电池柜时，可以在盒体上预留多个接口。

结合图4，抽取中间层楼宇，主供电系统电池柜和两个选配电池柜采用分布式安装，位于不同的机房内，三个柜体相互独立，不受距离及安装位置限制；当然其它实施例中，主供电系统电池柜可连接N个选配电池柜从而扩充容量；除主供电系统电池柜位置不可改变，其余选配电池柜之间的位置可随意置换。分布式的布局方式更便于电池柜散热，安全性更高，集中摆放的电池柜当其中一个电池柜发生过热时，容易牵连其它电池柜，例如电池柜内均设置温度传感器用于监测环境温度，当某个电池柜失火后，即使其它电池柜并无故障，但是仍然会受到同一机房内环境温度升高导致的故障报警，则正常电池柜内的控制部分将切断整个电池柜的工作，但此时正需要无故障电池柜作为备用电源起到替代作用；若采用分布式安装方式，则在某个机房内电池柜发生故障导致无法工作时，其它机房不受影响，仍然可以投入到对楼宇各设备的应急供电，防止误切断。此外，图4中的监控区域用于安设上位机。

本发明设置选配电池柜的目的是：当停电时间较短时、需要电量较少时，可以仅由主供电系统电池柜接入直流母线作用供电电源，选配电池柜不接入高压接线盒，图3所示的选配电池柜是以插接方式可插拔的接入高压电池柜直流母线；停电时间长时，则使所有备用电池柜均作为能量源接入直流母线为用电负载供电。

本实施例中，主供电电源与与直流母线之间的线路上设置第一手动维修开关9；选配电池柜内的选配电源与直流母线之间的线路上设置第二手动维修开关10，各维修开关正常状态下均闭合，其作用是：当对应的电池柜内部电池包出现问题需要更换或维护时，切断此电池柜线路上的维修开关，防止操作人员触电。

作为优选，为了提高电池柜的安全性，所述供电系统还包括电池灭火装置，电池灭火装置中的灭火控制器受控于控制器和电池管理系统，电池灭火装置中的喷头分布在主供电系统电池柜和选配电池柜中。

此外，供电系统还包括用于对磷酸铁锂电池包PACK进行散热降温的液冷模块，液冷模块从直流母线上取电且二者之间的线路上设置液冷开关8，液冷开关设在高压控制盒内部且受控于电池管理系统；液冷模块包括冷源、循环泵以及分布于电池包各处的散热管路等。

楼宇用电设备包括但不限于楼宇监控系统、通讯系统、照明系统、空调系统和电梯。

高压控制盒内还设有与电池管理系统通信相连的总电压采集模块和总电流采集模块(图中未示)，总电压采集模块并联在直流母线上，总电流采集模块串联在直流母线上，以便于检测母线电压电流。此外，还可以在高压控制盒内增设温度传感器进行环境温度监测。

作为优选，所述充电开关、放电开关、供电开关以及液冷开关均采用继电器，但本发明不限于此，也可采用电连接器、接触器、IGBT等可控电气开关类元器件。

结合图5，主供电系统电池柜为框架式箱体结构，由冷拔异型钢管拼焊而成，合理的布局，使焊接件具有足够的刚性，焊接时充分考虑了加强筋及螺纹孔、吊装孔的分布，焊接采取断续焊，使焊接应力最低，变形最小。箱体外侧使用2Cr13不锈钢板做蒙皮，使用螺栓固定于箱体框架上，使用合页、门锁等件制作检修门及钳工工作窗口。上端电池液冷模块处布置以通风口及散热窗口，使循环泵电机产生热量及时和水冷空气实现交互作用，从而使电池降温，增加使用寿命。由此可见，本发明主供电系统电池柜为可移动式独立柜体结构，柜体底部设置行走轮，优化了现有楼宇储能设备需要结合机房场地进行设计、布线、安装等固有方式，具有更强的灵活性，便于集成化批量生产。

本发明对楼宇用电设备应急供电时，操作人员操控上位机向控制器发出指令，控制器将需要启动储能供电系统的指令送至电池管理系统，电池管理系统在确认充电开关断开的情况下控制闭合液冷开关和放电开关，此外如果在供电柜内增设对电池包进行预热的加热装置时，也应优先闭合加热开关；而后，主供电电源及选配电源输出直流电能至逆变电源，逆变电源将直流电转化成工频交流市电，逆变电源接收控制器的指令后控制供电开关闭合，则本发明的储能供电系统可以输出电能通过对应线路送至各楼宇用电设备。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种楼宇分布式储能供电系统，包括上位机、供电系统、楼宇用电设备以及为供电系统充电的直流充电机，其特征在于：所述供电系统包括主供电系统电池柜和至少一个选配电池柜，主供电系统电池柜内设有主供电电源、控制器、电池管理系统、高压控制盒、直流充电插座、逆变电源、隔离变压器以及供电开关，高压控制盒内设有充电开关、放电开关；

直流充电机的输入端与市电插座相连、输出端通过直流充电插座与高压控制盒内的直流母线连接，直流母线与主供电电源以及选配电池柜内的选配电源连接以便于进行充电，选配电源与主供电电源相互并联接入直流母线，所述直流母线与直流充电插座之间设有所述充电开关；

高压控制盒内的直流母线与逆变电源输入端连接，逆变电源输出端依次通过隔离变压器、供电开关实现对楼宇用电设备供电，直流母线与逆变电源之间设有所述放电开关，供电系统对楼宇用电负载进行供电状态时所述充电开关断开；

所述充电开关、放电开关受控于电池管理系统，电池管理系统分别与控制器、主供电电源和选配电源通信连接，控制器与上位机通信连接；

所述主供电系统电池柜和选配电池柜采用分布式安装，位于不同的机房内。

2.根据权利要求1所述的一种楼宇分布式储能供电系统，其特征在于：主供电电源与与直流母线之间的线路上设置第一手动维修开关；选配电池柜内的选配电源与直流母线之间的线路上设置第一手动维修开关。

3.根据权利要求1所述的一种楼宇分布式储能供电系统，其特征在于：所述逆变电源内设有控制模块，供电开关的控制端受控于该控制模块，所述控制模块与控制器通信连接；对楼宇用电设备应急供电时，控制器向控制模块发出指令以使控制模块控制供电开关闭合。

4.根据权利要求1所述的一种楼宇分布式储能供电系统，其特征在于：供电系统还包括电池灭火装置，电池灭火装置中的灭火控制器受控于控制器和电池管理系统，电池灭火装置中的喷头分布在主供电系统电池柜和选配电池柜中。

5.根据权利要求1所述的一种楼宇分布式储能供电系统，其特征在于：供电系统还包括液冷模块，液冷模块从直流母线上取电且二者之间的线路上设置液冷开关，液冷开关设在高压控制盒内部且受控于电池管理系统。

6.根据权利要求1所述的一种楼宇分布式储能供电系统，其特征在于：楼宇用电设备包括但不限于楼宇监控系统、通讯系统、照明系统、空调系统和电梯。

7.根据权利要求1所述的一种楼宇分布式储能供电系统，其特征在于：高压控制盒内还设有总电压采集模块，总电压采集模块并联在直流母线上。

8.根据权利要求1所述的一种楼宇分布式储能供电系统，其特征在于：高压控制盒内还设有总电流采集模块，总电流采集模块串联在直流母线上。

9.根据权利要求1所述的一种楼宇分布式储能供电系统，其特征在于：所述主供电电源以及选配电源采用磷酸铁锂电池。

10.根据权利要求1所述的一种楼宇分布式储能供电系统，其特征在于：所述主供电系统电池柜和选配电池柜的柜体均为独立的可移动框架式箱体结构。

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