CN112751399A - 一种储能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种储能系统,其特征在于,包括至少两组独立的电池系统,上述至少两组独立的电池系统并联供电至负载,每组电池系统包含独立的储能电池箱以及磁保持接触器,上述储能电池箱通过上述磁保持接触器耦接至上述负载。根据本发明所提供的储能系统,不仅能够借助冗余的电池系统保证储能系统向外供电的可靠性,并且冗余的电池系统是通过磁保持接触器并联后耦接至负载供电。借由磁保持接触器,能够解决冗余的电池系统形成并联回路时的环流现象,从而能够提高电池系统的使用寿命,进一步提高储能系统向外供电的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种储能系统,尤其涉及一种为车辆提供的动力的电池储能系统。
背景技术
随着化石燃料日趋紧张,新能源汽车发展备受世人关注。但是现阶段新能源纯电动车存在有很多问题制约着纯电动车的市场快速铺开。其中主要制约因素有:1、充电难问题;2、续航短问题;3、电池使用寿命短问题;4、电池安全性问题;5、电池可靠性问题。
为了确保电池的安全性,现有的储能系统中通常会设置对电池进行故障的实时监测,例如,通过电池管理系统对电池的电压、温度、绝缘等状态进行实时监控。当电池管理系统监测到相关的数值超过了规定的预设安全阈值后,将控制电池停止输出放电,禁止储能系统继续工作。如果此时车辆正处于行车中,没有动力电源将导致车辆牵引、转向、辅助电源等高压系统失效,严重时会导致车辆由于系统失效引发的二次安全故障。
在此情况下,希望所提供的储能系统能够具备冗余的供电能力,从而保证不会在车辆的行车过程有,由于电池组的异常状态导致车辆处于没有动力牵引的状态,提高可靠性。
进一步的,当存在多条冗余支路时,由于各支路电池内阻和电压在使用过程中的不断变化,正常上下电过程时系统支路电池间会存在环流的现象。这种环流的存在使得电池的能量被浪费,同时也缩短了电池的使用寿命。
因此,需要一种储能系统,能够提高电池的使用寿命、提升电池的安全性问题,并且提高电池的可靠性。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览,并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
为了解决上述现有的储能系统中存在的各种问题,本发明提供了一种储能系统,包括至少两组独立的电池系统,上述至少两组独立的电池系统并联供电至负载,每组电池系统包含独立的储能电池箱以及磁保持接触器,上述储能电池箱通过上述磁保持接触器耦接至上述负载。
在上述储能系统的一实施例中,可选的,每组电池系统的磁保持接触器包括主正磁保持接触器和主负磁保持接触器,上述储能电池箱的正极通过上述主正磁保持接触器耦接至上述负载,上述储能电池箱的负极通过上述主负磁保持接触器耦接至上述负载。
在上述储能系统的一实施例中,可选的,上述储能系统还包括主正放电接触器和主负放电接触器,各组电池系统的主正磁保持接触器并联至上述主正放电接触器后耦接至上述负载,各组电池系统的主负磁保持接触器并联至上述主负放电接触器后耦接至上述负载。
在上述储能系统的一实施例中,可选的,上述储能系统还包括主控制器,用以至少控制上述主正放电接触器和上述主负放电接触器的关/断状态。
在上述储能系统的一实施例中,可选的,上述主控制器还用以控制各组电池系统的磁保持接触器的关/断状态。
在上述储能系统的一实施例中,可选的,上述主控制器根据各组电池系统的储能电池箱的电压、温度和/或绝缘状态控制对应的磁保持接触器的关/断状态。
在上述储能系统的一实施例中,可选的,上述储能系统还包括对应电池系统数量的至少两个子控制器,每个上述子控制器控制对应电池系统的磁保持接触器的关/断状态。
在上述储能系统的一实施例中,可选的,各个子控制器根据对应电池系统的储能电池箱的电压、温度和/或绝缘状态控制对应的磁保持接触器的关/断状态。
在上述储能系统的一实施例中,可选的,各组电池系统中所包含的储能电池箱具有相同规格。
在上述储能系统的一实施例中,可选的,上述相同规格包括上述储能电池箱的额定电池容量、额定输出电压、额定输出电流、内阻。
根据本发明所提供的储能系统,不仅能够借助冗余的电池系统保证储能系统向外供电的可靠性,并且冗余的电池系统是通过磁保持接触器并联后耦接至负载供电。借由磁保持接触器,能够解决冗余的电池系统形成并联回路时的环流现象,从而能够提高电池系统的使用寿命,进一步提高储能系统向外供电的可靠性。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后,能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中,各组件不一定是按比例绘制,并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1示出了本发明所提供的储能系统的结构示意图。
图2示出了本发明所提供的储能系统一实施例的具体结构示意图。
图3示出了本发明所提供的储能系统另一实施例的具体结构示意图。
图4示出了本发明所提供的储能系统另一实施例的具体结构示意图。
附图标记
001、002…00N 储能电池箱
100 负载
K100、K200…KN00 磁保持接触器
K110、K210…KN10 主正磁保持接触器
K120、K220…KN20 主负磁保持接触器
K101 主正放电接触器
K102 主负放电接触器
200 主控制器
201、202…20N 子控制器
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍,但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反,结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。
为了提供对本发明的深度了解,以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外,为了避免混乱或模糊本发明的重点,有些具体细节将在描述中被省略。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外,在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用,其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作,因此不应理解为对本发明的限制。
能理解的是,虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分,这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定,且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此,以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。
尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作,但是应理解并领会,这些方法不受动作的次序所限,因为根据一个或多个实施例,一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
首先,请参考图1来理解本发明所提供的储能系统的结构。如图1所示出的,本发明所提供的储能系统包括至少两组相互独立的电池系统,每个电池系统包括一组储能电池箱和磁保持接触器,储能电池箱通过磁保持接触器耦接至负载100端,以输出供电给负载100。至少两组储能电池箱001、002……00N之间通过各自对应的磁保持接触器K100、K200……KN00并联后输出供电,从而为车辆提供动力电源。可以理解的是,上述的并联应当按照最为广义的含义去理解,并且此处并不限定耦接储能电池箱与负载100端的磁保持接触器的数量与形式。
在上述的实施例中,每一组储能电池箱可以包含多个串联的电池模组,因此可以灵活地通过调整电池模组的数量调整储能电池箱的容量。较为优选的,设置各个独立的电池系统中所包含的储能电池箱为相同的规格,通过设置统一的储能电池箱,便于后续的维修维护。具体的,上述的相同规格可以是指各个储能电池箱具有相同的额定电池容量、额定输出电压、额定输出电流、内阻等,从而在将各个支路的储能电池箱连接在一起的时候,不会由于压差等问题造成安全隐患。
可以认为本发明所提供的各个支路上的储能电池箱是完全相同的,至少两组相互独立的电池系统之间是彼此冗余的,从而能够在一个电池系统出现异常故障时,通过另一冗余的电池系统持续对负载输出供电,保证在负载需要用电的时候,不会由于电池系统的异常故障而停止工作,造成安全隐患,从而能够提高储能系统的可靠性,提高电动车辆运行的可靠性和安全性。
本发明提供的储能系统,通过设置两组或更多的独立电池系统,在正常供电时,两条或更多的电池支路通过磁保持接触器并联后给车辆提供动力电源。在电池系统出现严重故障时,可以通过切断对应故障支路的接触器从而隔离故障支路,由剩余的并联支路实现冗余供电。进而能够保证车辆在储能系统单支路严重故障时,车辆具备紧急牵引功能行驶至维修厂进行维修,保证了安全性,提升了可靠性。
进一步的,本发明所提供的储能系统采用磁保持式接触器将各支路并联在一起。磁保持接触器,亦可以称之为磁保持继电器,其特点在于当没有接受到控制指令时,磁保持接触器会一直保持原闭合或断开的状态。在本发明所提供的储能系统中,采用磁保持接触器能够保证在没有接收到控制指令时,各个支路的储能电池箱可以始终通过磁保持接触器处于并联状态,即使是在车辆断电之后。
如前所提到的,在储能系统的实际应用中,各个支路的储能电池箱由于长期使用,每个储能电池箱的内阻和电压将会不断变化。即使已经设置本发明所提供的储能电池箱为相同规格,随着储能电池箱的长期使用,仍然会造成各个储能电池箱之间的电气参数差异。而这种由于电池箱长时间工作导致的电池内阻和电压变化会引起各个支路之间的不均衡,从而导致在上电时(也就是输出供电至负载)产生严重的环流现象。这种环流的存在使得电池的能量被浪费,同时也会缩短电池的使用寿命。
本发明所提供的储能系统为了消除这种各支路之间的不均衡产生的环流现象,采用磁保持接触器使得各个支路的储能电池箱在没有收到控制指令的时候始终保持并联状态。在各个支路的储能电池箱始终保持并联状态的情况下,可以通过储能电池箱的被动均衡将各电池系统进行均衡,使得各支路储能电池箱的各种差异控制在可接受的范围内,从而能够避免由于各支路的电池由于长时间的工作导致的电池内阻和电压变化引起不均衡导致上电时产生的严重环流。
请进一步结合图2,图2示出了本发明所提供的储能系统一实施例的具体结构示意图。在如图2所示出的实施例中,各组电池系统的磁保持接触器K100、K200……KN00进一步包括主正磁保持接触器K110、K210…KN10和主负磁保持接触器K120、K220…KN20。并且可以图2中看出,各个主正磁保持接触器K110、K210…KN10连接各个储能电池箱001、002…00N的正极,各个主负磁保持接触器K120、K220…KN20连接各个储能电池箱001、002…00N的负极。由于储能电池箱是给车辆提供动力电源,通常输出的是高压,为了确保储能系统的安全性能,对应正负两级各自设置磁保持接触器以耦接至负载输出供电。
如上所描述的,各个磁保持接触器在没有接收到控制指令的时候保证各个储能电池箱始终处于并联状态,但是虽然处于并联状态,但并非意味着各个支路的储能电池箱始终向负载输出供电。因此,本发明所提供的储能系统还包括主正放电接触器K101和主负放电接触器K102。各个主正磁保持接触器K110、K210…KN10并联至主正放电接触器K101,各个主负磁保持接触器K120、K220…KN20并联至主负放电接触器K102。响应于主正放电接触器K101和主负放电接触器K102均导通,各个储能电池箱001、002…00N向外输出供电至负载100。
请进一步参考图3,图3示出的储能系统在图2所示的储能系统的基础上进一步包含了主控制器200。在图3所示出的储能系统的实施例中,主控制200不仅用以控制主正放电接触器K101和主负放电接触器K102的关/断状态,还包括一并控制各个主正磁保持接触器K110、K210…KN10以及各个主负磁保持接触器K120、K220…KN20的关/断状态。
在如图3所示出的实施例中,主控制器200根据负载100侧的需求情况,控制主正放电接触器K101和主负放电接触器K102的关/断状态,从而能够控制已经形成并联回路的各个储能电池箱向外/停止输出供电。
进一步的,在上述的实施例中,主控制器200根据各组电池系统的储能电池箱的电压、温度和/或绝缘状态控制对应的磁保持接触器的关/断状态。上述对应的磁保持接触器可以具体包括主正磁保持接触器和主负磁保持接触器。从而控制形成并联回路的储能电池箱,并将出现异常的储能电池箱通过切断磁保持接触器的方式隔离开来。
借助于磁保持接触器K100、K200…KN00、主正放电接触器K101、主负放电接触器K102以及主控制器200,能够实现各个电池支路的并联、储能电池箱的放电控制和整个系统的控制。
请进一步参考图4,图4示出的储能系统在图2所示的储能系统的基础上进一步包含了主控制器200,并且在各个相互独立的电池系统中相应地增加了独立的子控制器201、202…20N。在图4所示出的储能系统的实施例中,主控制200用以控制主正放电接触器K101和主负放电接触器K102的关/断状态,子控制器201、202…20N分别对应地控制各个主正磁保持接触器K110、K210…KN10以及各个主负磁保持接触器K120、K220…KN20的关/断状态。
在如图4所示出的实施例中,主控制器200根据负载100侧的需求情况,控制主正放电接触器K101和主负放电接触器K102的关/断状态,从而能够控制已经形成并联回路的各个储能电池箱向外/停止输出供电。
进一步的,在上述的实施例中,子控制器201根据储能电池箱001的电压、温度和/或绝缘状态控制对应的主正磁保持接触器K110和主负磁保持接触器K120的关/断状态。从而控制储能电池箱001在处于正常的状态时与其他储能电池箱形成并联回路,以响应于主正放电接触器和主负放电接触器K102的关/断状态向外/停止输出供电。并且可以在储能电池箱001出现异常故障时,通过切断主正磁保持接触器K110和主负磁保持接触器K120将储能电池箱001隔离开来。
相类似的,子控制器202监控储能电池箱002的状态,并且控制对应的主正磁保持接触器K210和主负磁保持接触器K220的关/断状态,以及子控制器20N监控储能电池箱00N的状态,并且控制对应的主正磁保持接触器KN10和主负磁保持接触器KN20的关/断状态。
借助于磁保持接触器K100、K200…KN00、主正放电接触器K101、主负放电接触器K102、主控制器200以及各个子控制器201、202…20N,能够实现各个电池支路的并联、储能电池箱的放电控制和整个系统的控制。并且,在此实施例中,由于子控制器在每个支路上都有配置,这样增加了控制器的冗余,更为精确地对电池系统进行控制,虽然会相应增加成本和控制策略,但是整个储能系统可以达到更高的可靠性。
本领域技术人员应当可以理解上时,上述所描述的关于各个接触器的关/断状态,其中“关状态”对应于接触器导通、电路导通的状态,“断状态”对应于将接触器打开、电路断路的状态。
可以理解的是,虽然在图1-图4中均示出储能系统包括多于两组的独立电池系统,但是为了实现系统的冗余性,只要至少保证储能系统包括储能电池箱001、002以及其对应的磁保持接触器、控制器,图中所示意的储能电池箱00N以及其对应的磁保持接触器、控制器并非必要存在。当然,随着对动力电源需求的增加,本领域技术人员仍然可以根据实际系统的需要增设多阻电池系统。
进一步的,虽然本发明所提供的储能系统中仅提及了储能电池箱输出供电至负载的情况,可以理解的是,实际上,可以根据整车的需要,增加其他多于的放电支路,不仅限于负载100。
根据本发明所提供的储能系统,不仅能够借助冗余的电池系统保证储能系统向外供电的可靠性,并且冗余的电池系统是通过磁保持接触器并联后耦接至负载供电。借由磁保持接触器,能够解决冗余的电池系统形成并联回路时的环流现象,从而能够提高电池系统的使用寿命,进一步提高储能系统向外供电的可靠性。
本发明所提供的储能系统提供了多种实施例中,在不同的实施例中,通过设置不同的控制器,能够有效地对储能系统的状态进行监控,并且控制各个储能电池箱的工作状态,从而能够有效地保证整个储能系统的使用寿命、安全性能以及可靠性。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的,且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此,本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计,而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
Claims (10)
1.一种储能系统,其特征在于,包括至少两组独立的电池系统,所述至少两组独立的电池系统并联供电至负载,每组电池系统包含独立的储能电池箱以及磁保持接触器,所述储能电池箱通过所述磁保持接触器耦接至所述负载。
2.如权利要求1所述的储能系统,其特征在于,每组电池系统的磁保持接触器包括主正磁保持接触器和主负磁保持接触器,所述储能电池箱的正极通过所述主正磁保持接触器耦接至所述负载,所述储能电池箱的负极通过所述主负磁保持接触器耦接至所述负载。
3.如权利要求2所述的储能系统,其特征在于,所述储能系统还包括主正放电接触器和主负放电接触器,各组电池系统的主正磁保持接触器并联至所述主正放电接触器后耦接至所述负载,各组电池系统的主负磁保持接触器并联至所述主负放电接触器后耦接至所述负载。
4.如权利要求3所述的储能系统,其特征在于,所述储能系统还包括主控制器,用以至少控制所述主正放电接触器和所述主负放电接触器的关/断状态。
5.如权利要求4所述的储能系统,其特征在于,所述主控制器还用以控制各组电池系统的磁保持接触器的关/断状态。
6.如权利要求5所述的储能系统,其特征在于,所述主控制器根据各组电池系统的储能电池箱的电压、温度和/或绝缘状态控制对应的磁保持接触器的关/断状态。
7.如权利要求4所述的储能系统,其特征在于,所述储能系统还包括对应电池系统数量的至少两个子控制器,每个所述子控制器控制对应电池系统的磁保持接触器的关/断状态。
8.如权利要求7所述的储能系统,其特征在于,各个子控制器根据对应电池系统的储能电池箱的电压、温度和/或绝缘状态控制对应的磁保持接触器的关/断状态。
9.如权利要求1所述的储能系统,其特征在于,各组电池系统中所包含的储能电池箱具有相同规格。
10.如权利要求9所述的储能系统,其特征在于,所述相同规格包括所述储能电池箱的额定电池容量、额定输出电压、额定输出电流、内阻。
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