CN112653100A - 储能系统高压箱 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种储能系统高压箱，包括主接触器、预充正极接触器、预充负极接触器、预充电阻、中间继电器以及电池管理系统；主接触器的主触点串接在电池和储能变流器之间的线路中；主接触器的辅助触点与电池管理系统的主接触器闭合脉冲输出端并联；预充正极接触器的主触点、预充负极接触器的主触点分别并联在正极线路和负极线路；预充电阻与预充正极接触器的主触点串联；第一中间继电器的触点串接在主接触器的线圈回路；第二中间继电器的触点与第一中间继电器的线圈串联后，串接在主接触器闭合脉冲输出端；第二中间继电器的线圈串接在主接触器断开脉冲输出端。本发明降低了控制回路晃电时，接触器非正常通断所带来的安全隐患。

Description

储能系统高压箱

技术领域

本发明涉及电池储能领域，尤其涉及一种储能系统高压箱。

背景技术

目前电池储能技术广泛应用于发电、输电、配电、用电等各个环节，并且应用于调频、调峰、微电网和用户侧储能等各个领域。储能电池系统的高压箱主要功能用于控制电池系统主电气回路的连通或断开，按照需求实现预充电、充放电等，并且实时监测电池电压、电流、开关、接触器等的状态。

现有的高压箱中，主接触器普遍采用用于电动汽车领域的直流接触器；电动汽车领域的直流接触器采用封闭式灭弧室结构，触点在大电流下切换时，封闭灭弧室有爆炸风险，从而导致更严重的电池火灾事故。此类型接触器灭弧能力差，安全系数低，不适用于高倍率、大功率型电池储能系统，并且在额定电压比较高时，带负载切断能力差。

现有方案中，主接触器断开、闭合采用单一继电器进行控制，在电气回路晃电时，存在安全风险，并且需要继电器长期得电。

发明内容

为了解决或者至少缓解上述技术问题中的至少一个，本发明提供了一种储能系统高压箱，以提高安全性和稳定性。

根据本发明的一个方面，一种储能系统高压箱，包括主接触器、预充正极接触器、预充负极接触器、预充电阻、第一中间继电器、第二中间继电器以及电池管理系统；

所述主接触器的主触点串接在电池和储能变流器之间的线路中；所述主接触器的第一和第二辅助触点分别连接电池管理系统的主接触器闭合状态监测端和主接触器断开状态监测端；所述主接触器的第三辅助触点与电池管理系统的主接触器闭合脉冲输出端并联；

所述预充正极接触器的主触点、所述预充负极接触器的主触点分别并联在电池和储能变流器之间的正极线路和负极线路；所述预充电阻与所述预充正极接触器的主触点串联；

所述第一中间继电器的触点串接在所述主接触器的线圈回路；所述第二中间继电器的触点与所述第一中间继电器的线圈串联后，串接在主接触器闭合脉冲输出端；所述第二中间继电器的线圈串接在主接触器断开脉冲输出端。

根据本发明的至少一个实施方式，所述主接触器采用GAF型直流接触器，所述主接触器的额定工作电压为1000VDC、额定电流最大为2050A。

根据本发明的至少一个实施方式，所述主接触器的线圈采用电子线圈。

根据本发明的至少一个实施方式，所述主接触器的第一辅助触点和第二辅助触点为一对相互联动的常开和常闭触点，用于监测主接触器处于闭合状态或是断开状态。

根据本发明的至少一个实施方式，所述主接触器的第三辅助触点为常开触点，用于对主接触器的闭合状态进行自锁。

根据本发明的至少一个实施方式，所述第一中间继电器的触点为常开触点，用于使主接触器的线圈回路闭合；所述第二中间继电器的触点为常闭触点，用于使主接触器闭合回路断开。

根据本发明的至少一个实施方式，所述预充正极接触器的常开辅助触点、所述预充负极接触器的常开辅助触点分别连接电池管理系统的预充正闭合状态监测端和预充负闭合状态监测端；所述预充正极接触器的线圈、所述预充负极接触器的线圈分别串接在电池管理系统的预充正闭合命令输出端和预充负闭合命令输出端。

根据本发明的至少一个实施方式，所述主接触器的主触点包括三个常开触点，第一常开触点和第二常开触点依次串接在所述正极线路中；第三常开触点串接在所述负极线路。

根据本发明的至少一个实施方式，所述预充正极接触器的主触点、所述预充负极接触器的主触点均为常开触点。

根据本发明的至少一个实施方式，还包括冷却风扇、霍尔传感器和组端电压。

本发明的储能系统高压箱采用了电池管理系统对主接触器、第一中间继电器、第二中间继电器的状态监控，通过第一中间继电器、第二中间继电器和主接触器线圈、辅助触点的配合，实现了主接触器闭合自锁，脉冲触发闭合和断开，高效节能，稳定可靠，防止误合闸、重合闸。降低了控制回路晃电时，接触器非正常通断所带来的安全隐患。

附图说明

附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本发明高压箱的示例性的布置结构示意图。

图2是本发明高压箱的示例性的主回路电气连接示意图。

图3是本发明高压箱的示例性的控制回路示意图，图中的a部分代表BMS的连接关系图，b部分代表主接触器的线圈所在回路的连接关系图。

附图标记说明：

Q01-主接触器；K01-预充正极接触器；K02-预充负极接触器；R01-预充电阻；K03-第一中间继电器；K04-第二中间继电器；B01-电池管理系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

根据本发明的一个方面，参见图1、图2和图3所示，提供了一种储能系统高压箱，包括主接触器Q01、预充正极接触器K01、预充负极接触器K02、预充电阻R01、第一中间继电器K03、第二中间继电器K04以及电池管理系统(BMS)B01。需要说明的是，电池管理系统B01具有状态监测输入端口和执行输出端口，具体的，状态监测输入端口包括主接触器Q01闭合状态监测端、主接触器Q01断开状态监测端、预充正闭合状态监测端、预充负闭合状态监测端。执行输出端口包括主接触器Q01闭合脉冲输出端、主接触器Q01断开脉冲输出端、预充负闭合命令输出端以及预充正闭合命令输出端。储能变流器(PCS，Power Conversion System)可控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。PCS由DC/AC双向变流器、控制单元等构成。PCS控制器通过通讯接收后台控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节。PCS控制器通过CAN接口与BMS通讯，获取电池组状态信息，可实现对电池的保护性充放电，确保电池运行安全。

主接触器Q01包括线圈、主触点和辅助触点。主接触器Q01的主触点串接在电池和储能变流器之间的线路中，用于控制电池和储能变流器之间的线路的通断。所述主接触器Q01的第一辅助触点连接电池管理系统B01的主接触器Q01闭合状态监测端，第二辅助触点连接电池管理系统B01的主接触器Q01断开状态监测端，通过检测第一辅助触点和第二辅助触点的开闭状态来监测主接触器Q01是处于闭合状态还是处于断开状态。所述主接触器Q01的第三辅助触点与电池管理系统B01的主接触器Q01闭合脉冲输出端并联。通过第三辅助触点与主接触器Q01闭合脉冲输出端并联，当主接触器Q01闭合脉冲输出端发出一个脉冲之后，只要第三辅助触点闭合，即使不再给该输出端送电，主接触器Q01闭合回路也会继续导通。

所述预充正极接触器K01的主触点并联在电池和储能变流器之间的正极线路上，所述预充负极接触器K02的主触点并联在电池和储能变流器之间的负极线路上。所述预充电阻R01与所述预充正极接触器K01的主触点串联。

所述第一中间继电器K03的触点串接在所述主接触器Q01的线圈回路；第一中间继电器K03的触点闭合则主接触器Q01的线圈通电，否则主接触器Q01的线圈断电。所述第二中间继电器K04的触点与所述第一中间继电器K03的线圈串联，然后两者作为整体串接在主接触器Q01闭合脉冲输出端，与主接触器Q01的第三辅助触点之间形成串联关系；第二中间继电器K04的触点断开则第一中间继电器K03的线圈断电，否则第一中间继电器K03的线圈可以通电。所述第二中间继电器K04的线圈串接在主接触器Q01断开脉冲输出端。主接触器Q01断开回路的通断受主接触器Q01断开脉冲输出端的控制，主接触器Q01断开脉冲输出端发出的脉冲期间主接触器Q01断开回路通电，脉冲期间之外的其他时间主接触器Q01断开回路断电。

从以上内容可以看出，主接触器Q01断开、闭合采用第一中间继电器K03和第二中间继电器K04分别控制，并且继电器为脉冲得电，主接触器Q01常开辅助触点用于自锁保持，晃电时可以及时断开回路，极大降低了安全风险。

在本发明的一个实施方式中，主接触器Q01采用GAF型直流接触器，所述主接触器Q01的额定工作电压为1000VDC、额定电流最大可为2050A。GAF直流接触器采用特殊灭弧技术，触点在大电流下切换时，使用永久磁铁部件把电弧快速引入电弧室，将接触器触点表面出现的电弧迅速消灭，提高了安全性和可靠性。

在本发明的一个实施方式中，所述主接触器Q01的线圈采用电子线圈。采用电子线圈功耗小，其保持功耗的节能效率是传统线圈的5-10倍。

在本发明的一个实施方式中，主接触器Q01的第一辅助触点和第二辅助触点为一对相互联动的常开和常闭触点，第一辅助触点常开、第二辅助触点常闭，通过两个辅助触点的状态组合来监测主接触器Q01处于闭合状态或是断开状态。主接触器Q01的线圈未得电时，第一辅助触点断开，第二辅助触点闭合，主接触器Q01处于断开状态。主接触器Q01的线圈得电后，第一辅助触点闭合，第二辅助触点断开，主接触器Q01处于闭合状态。

在本发明的一个实施方式中，主接触器Q01的第三辅助触点为常开触点，用于对主接触器Q01的闭合状态进行自锁。也就是说，只要主接触器Q01处于闭合状态(主接触器Q01的线圈得电)之后，第三辅助触点就闭合，从而使第一中间继电器K03的线圈持续得电，第一中间继电器K03的触点持续闭合，从而使主接触器Q01的线圈持续得电，不需要再额外给主接触器Q01的线圈加电。

在本发明的一个实施方式中，第一中间继电器K03的触点为常开触点，用于使主接触器Q01的线圈回路闭合。也就是当第一中间继电器K03的线圈得电后，第一中间继电器K03的触点即闭合，从而使主接触器Q01的线圈回路闭合得电。所述第二中间继电器K04的触点为常闭触点，用于使主接触器Q01闭合回路断开。也就是当第二中间继电器K04的线圈得电后，第二中间继电器K04的触点即断开，使主接触器Q01闭合回路断开，从而第一中间继电器K03的线圈失电，第一中间继电器K03的触点断开，主接触器Q01的线圈回路断开失电，主接触器Q01常开触点均断开。

在本发明的一个实施方式中，预充正极接触器K01的常开辅助触点连接电池管理系统B01的预充正闭合状态监测端；通过预充正极接触器K01的常开辅助触点的开闭状态来监测预充正极接触器K01的主触点的开闭状态。所述预充负极接触器K02的常开辅助触点连接电池管理系统B01的预充负闭合状态监测端；通过预充负极接触器K02的常开辅助触点的开闭状态来监测预充负极接触器K02的主触点的开闭状态。所述预充正极接触器K01的线圈串接在电池管理系统B01的预充正闭合命令输出端。当预充正闭合命令输出端发出闭合命令后，预充正极接触器K01的线圈即得电。预充负极接触器K02的线圈串接在电池管理系统B01的预充负闭合命令输出端。当预充负闭合命令输出端发出闭合命令后，预充负极接触器K02的线圈即得电。

在本发明的一个实施方式中，主接触器Q01的主触点包括三个常开触点，第一常开触点和第二常开触点依次串接在所述正极线路中；可以起到一定的分压作用。第三常开触点串接在所述负极线路。主接触器Q01的线圈得电后，主触点均闭合。

在本发明的一个实施方式中，预充正极接触器K01的主触点、所述预充负极接触器K02的主触点均为常开触点。预充正极接触器K01的线圈和预充负极接触器K02的线圈得电后，相应的两个主触点均闭合。

在本发明的一个实施方式中，还包括冷却风扇、霍尔传感器和组端电压。

以下对本发明储能系统高压箱的控制和运行逻辑进行说明，电池管理系统B01用BMS来代替。在初始状态下，各接触器均处于失电状态。首先进行预充电，BMS的预充正闭合命令输出端和预充负闭合命令输出端发出闭合指令，使预充正极接触器K01的线圈和预充负极接触器K02的线圈得电，从而使这两个接触器的主触点闭合，电池和储能变流器之间通过预充正极接触器K01的主触点、预充负极接触器K02的主触点所在的线路连通。

预充电结束后进入主充电过程，BMS的预充正闭合命令输出端和预充负闭合命令输出端发出断开指令，使预充正极接触器K01的线圈和预充负极接触器K02的线圈失电，从而使这两个接触器的主触点断开。BMS的主接触器Q01闭合脉冲输出端发出1s-2s脉冲信号，第一中间继电器K03的线圈得电，第一中间继电器K03的触点闭合，主接触器Q01的线圈得电，主接触器Q01的主触点闭合，电池和储能变流器之间通过主触点所在的正极线路和负极线路连通。同时，主接触器Q01的第三辅助触点闭合，即使BMS的主接触器Q01闭合脉冲输出端不再发出脉冲信号，通过主接触器Q01的第三辅助触点也可以使第一中间继电器K03的线圈持续得电，从而使主接触器Q01的线圈持续得电形成自锁。

当需要结束主充电过程时，BMS的主接触器Q01断开脉冲输出端发出1s-2s脉冲信号，第二中间继电器K04的线圈得电，第二中间继电器K04的触点断开，与第二中间继电器K04的触点串联的第一中间继电器K03的线圈失电，第一中间继电器K03的触点断开，从而主接触器Q01的线圈失电，主接触器Q01的主触点断开，电池和储能变流器之间的线路断开；同时主接触器Q01的第三辅助触点也断开，即使第二中间继电器K04的触点再次闭合，只要BMS的主接触器Q01闭合脉冲输出端没有发出闭合脉冲，第一中间继电器K03的线圈也不会得电。

BMS的监测过程说明如下：初始状态下，主接触器Q01闭合状态监测端收到低电平(0V)信号，主接触器Q01断开状态监测端收到高电平(24V)信号，表示主接触器Q01处于失电(断开)状态。当主接触器Q01闭合状态监测端收到高电平信号，主接触器Q01断开状态监测端收到低电平信号，表示主接触器Q01处于得电(闭合)状态。初始状态下，预充正闭合状态监测端和预充负闭合状态监测端均收到低电平信号，表示预充正极接触器K01、预充负极接触器K02均处于失电(断开)状态。当预充正闭合状态监测端和预充负闭合状态监测端均收到高电平信号，表示预充正极接触器K01、预充负极接触器K02均处于得电(闭合)状态。

综合以上公开内容，本发明具有以下优点：

1.主接触器Q01采用GAF型直流接触器，额定工作电压高达1000VDC，额定电流高达2050A，适用于高倍率大功率储能系统。空气灭弧装置安全、稳定、可靠，带载分断能力强，完全避免了接触器颤抖和触点熔焊问题。接触器采用电子线圈技术，降低了线圈功耗，与传统接触器相比，其保持功耗的节能效率是传统的5-10倍。

2.主接触器Q01断开、闭合采用脉冲信号，闭合继电器和接触器主触点状态互相连锁，另外，主接触器Q01常开、常闭状态和预充接触器状态信号都采集到BMS控制系统，用于BMS逻辑可靠控制，具备防止误合闸、重合闸功能。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种储能系统高压箱，其特征在于，包括主接触器、预充正极接触器、预充负极接触器、预充电阻、第一中间继电器、第二中间继电器以及电池管理系统；

所述主接触器的主触点串接在电池和储能变流器之间的线路中；所述主接触器的第一和第二辅助触点分别连接电池管理系统的主接触器闭合状态监测端和主接触器断开状态监测端；所述主接触器的第三辅助触点与电池管理系统的主接触器闭合脉冲输出端并联；

所述预充正极接触器的主触点、所述预充负极接触器的主触点分别并联在电池和储能变流器之间的正极线路和负极线路；所述预充电阻与所述预充正极接触器的主触点串联；

所述第一中间继电器的触点串接在所述主接触器的线圈回路；所述第二中间继电器的触点与所述第一中间继电器的线圈串联后，串接在主接触器闭合脉冲输出端；所述第二中间继电器的线圈串接在主接触器断开脉冲输出端。

2.如权利要求1所述的储能系统高压箱，其特征在于，所述主接触器采用GAF型直流接触器，所述主接触器的额定工作电压为1000VDC、额定电流最大为2050A。

3.如权利要求1所述的储能系统高压箱，其特征在于，所述主接触器的线圈采用电子线圈。

4.如权利要求1所述的储能系统高压箱，其特征在于，所述主接触器的第一辅助触点和第二辅助触点为一对相互联动的常开和常闭触点，用于监测主接触器处于闭合状态或是断开状态。

5.如权利要求4所述的储能系统高压箱，其特征在于，所述主接触器的第三辅助触点为常开触点，用于对主接触器的闭合状态进行自锁。

6.如权利要求1所述的储能系统高压箱，其特征在于，所述第一中间继电器的触点为常开触点，用于使主接触器的线圈回路闭合；所述第二中间继电器的触点为常闭触点，用于使主接触器闭合回路断开。

7.如权利要求1所述的储能系统高压箱，其特征在于，所述预充正极接触器的常开辅助触点、所述预充负极接触器的常开辅助触点分别连接电池管理系统的预充正闭合状态监测端和预充负闭合状态监测端；所述预充正极接触器的线圈、所述预充负极接触器的线圈分别串接在电池管理系统的预充正闭合命令输出端和预充负闭合命令输出端。

8.如权利要求1所述的储能系统高压箱，其特征在于，所述主接触器的主触点包括三个常开触点，第一常开触点和第二常开触点依次串接在所述正极线路中；第三常开触点串接在所述负极线路。

9.如权利要求1所述的储能系统高压箱，其特征在于，所述预充正极接触器的主触点、所述预充负极接触器的主触点均为常开触点。

10.如权利要求1所述的储能系统高压箱，其特征在于，还包括冷却风扇、霍尔传感器和组端电压。

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