CN112803554A - 储能系统及应用其的用电装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种储能系统，包括电池管理系统和至少两个电池模组，还包括：辅助电源，包括至少两个并联的子模块，所述子模块与电池管理系统电连接，用于为所述电池管理系统供电。本申请还提供应用所述储能系统的用电装置。本申请的辅助电源独立于电池管理系统和电池模组外部，降低了单个电池模组对单个子模块的可靠性的过度依赖；且，将所述辅助电源设置为多个并联的子模块，即使多个子模块中的部分无法正常工作，储能系统依然可以正常工作。

Description

储能系统及应用其的用电装置

技术领域

本申请涉及能源技术领域，尤其涉及一种储能系统及应用其的用电装置。

背景技术

储能系统常见于生活中，尤其可以作为工商业储能平台进行广泛应用。常规的储能系统通常配备有辅助电源，辅助电源可用于将将交流电转换为直流电或将直流电转换为直流电，作为储能系统中不可缺少的部分，辅助电源的可靠性直接影响储能系统的可靠性，即辅助电源无法正常工作时，储能系统也无法正常工作。

现有的电池管理系统通常存在两种辅助电源结构，第一种是为每个电池模组或子电池管理系统配备一个独立的辅助电源，这使得低压电源的可靠性过度依赖于单个独立的辅助电源的可靠性，总体成本较高，可靠性较低且可靠性提升较困难；第二种是为整个储能系统配备一个集中式的辅助电源，使得整个储能系统的可靠性与该集中式的电源辅助系统高度关联，而该集中式的电源辅助系统往往具备较高的功率，成本也较高。

如何解决上述问题，是本领域技术人员需要考虑的。

发明内容

本申请通过提供一种储能系统辅助电源架构，解决现有技术中储能系统辅助电源可靠性低且可靠性提升成本较高的问题。

本申请实施例提供了一种储能系统，包括电池管理系统和至少两个电池模组，还包括：辅助电源，包括至少两个并联的子模块，所述子模块与电池管理系统电连接，用于为所述电池管理系统供电。在该实施例中，辅助电源独立于电池管理系统和电池模组外部，降低了单个电池模组对单个子模块的可靠性的过度依赖；且，将所述辅助电源设置为多个并联的子模块，即使多个子模块中的部分无法正常工作，储能系统依然可以正常工作。

在一种可能的实施方式中，所述辅助电源的输出功率大于所述电池管理系统的输入功率。在该实施例中，电池管理系统与多个并联的子模块同时电连接，即使多个子模块中的部分无法正常工作，储能系统依然可以正常工作。

在一种可能的实施方式中，所述子模块的数量为N，其中M个子模块的输出功率之和大于或等于所述电池管理系统的输入功率，其中，N大于1，且M小于N。

在一种可能的实施方式中，在K个子模块损坏的情形下，至少所述N-K个其他子模块处于正常工作状态，至少所述N-K个其他子模块输出功率之和大于或等于所述电池管理系统的输入功率，K大于1。在该实施例中，M个子模块可为用于与多个电池模组电连接的辅助模块，N-M个子模块可为当M个子模块中的至少一个所述子模块无法正常工作后继续与所述电池管理系统电连接的辅助部分，在部分子模块无法正常工作后保证所述辅助电源依然可以正常工作。

在一种可能的实施方式中，根据子模块的可靠性期限和所述一子模块的失效概率，确定所述K。

在一种可能的实施方式中，在N-K个子模块输出功率相同的情形下，根据所述电池管理系统的输入功率与任一个子模块输出功率的比值，确定所述N-K。在该实施例中，所述N-K个子模块可保证辅助电源的正常工作。

在一种可能的实施方式中，在所述电池管理系统的输入功率与任一个子模块输出功率的比值为整数的情形下，所述整数为N-K；在所述电池管理系统的输入功率与任一个子模块输出功率的比值为小数的情形下，将所述小数的整数部分加1后得到的整数为所述N-K。

在一种可能的实施方式中，在其他N-K个子模块中，在至少一个子模块与其他子模块输出功率不统一的情形下，所述N个子模块的可靠性大于或等于预设的可靠性目标，且所述N-K个子模块的可靠性小于预设的可靠性目标。

在一种可能的实施方式中，所述电池管理系统包括电池管理单元、消防单元、照明单元或环境监测单元中的至少一个。

在一种可能的实施方式中，还包括连接模块，所述连接模块分别与所述辅助电源及多个所述电池模组电连接。在该实施例中，通过一个连接模块将所述辅助电源转出的直流电分流给多个不同的电池模组，可以提升稳定性。

本申请实施例还提供了一种用电装置，包括用电单元及储能系统，所述储能系统与所述用电单元电连接，所述储能系统为前述的储能系统。

相比于现有技术，本申请的储能系统，辅助电源独立于单个电池模组外部，降低了单个电池模组对单个子模块的可靠性的过度依赖；且，将所述辅助电源设置为多个并联的子模块，并使所述子模块的总功率大于所述电池管理系统的总功率，电池管理系统与多个并联的子模块同时电连接，即使多个子模块中的部分无法正常工作，储能系统依然可以正常工作；且，小功率的子模块的单个成本普遍低于大功率的子模块的，通过增加(备份)并联的子模块的数量可以大幅提升辅助电源的可靠性，且其成本相较于一次备份一个完整的辅助电源具有更低的成本。

附图说明

图1为本申请实施例的储能系统的辅助电源的示意图。

图2为本申请实施例的储能系统的示意图。

图3为本申请实施例的用电装置的示意图。

主要元件符号说明

用电装置 1

储能系统 10

电池管理系统 11

电池模组 110

辅助电源 12

子模块 120

连接模块 13

用电单元 15

交流电源 16

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。

具体实施方式

以下描述将参考附图以更全面地描述本申请内容。附图中所示为本申请的示例性实施例。然而，本申请可以以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于在此阐述的示例性实施例。提供这些示例性实施例是为了使本申请透彻和完整，并且将本申请的范围充分地传达给本领域技术人员。类似的附图标记表示相同或类似的组件。

本文使用的术语仅用于描述特定示例性实施例的目的，而不意图限制本申请。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式。此外，当在本文中使用时，“包括”和/或“包含”和/或“具有”，整数，步骤，操作，组件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征，区域，整数，步骤，操作，组件，组件和/或其群组。

除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本申请所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。此外，除非文中明确定义，诸如在通用字典中定义的那些术语应该被解释为具有与其在相关技术和本申请内容中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化或过于正式的含义。

以下内容将结合附图对示例性实施例进行描述。须注意的是，参考附图中所描绘的组件不一定按比例显示；而相同或类似的组件将被赋予相同或相似的附图标记表示或类似的技术用语。

下面参照附图，对本申请的具体实施方式作进一步的详细描述。

如图1所示，为本申请提供的一种辅助电源12；如图2所示，为本申请提供的一种储能系统10，该储能系统10包括图1所示的辅助电源12。

储能系统10包括电池管理系统11、至少两个电池模组110以及辅助电源12。其中，电池模组110用于接收、储存及释放电能；辅助电源12用于将交流电转换为直流电并传递至电池管理系统11，辅助电源12包括至少两个并联的子模块120，子模块120与电池管理系统11电连接，用于为电池管理系统11供电。电池管理系统11可以包括电池管理单元，及消防单元、或照明单元、或环境监测单元中的至少一个。

辅助电源12的输出功率大于电池管理系统11的输入功率。电池管理系统11与多个并联的子模块120同时电连接，即使多个子模块120中的部分无法正常工作，储能系统依然可以正常工作。

子模块120的数量为N，其中M个子模块120的输出功率之和大于或等于电池管理系统11的输入功率，其中，N大于1，且M小于N。可以理解的，M个子模块120正常工作的情况下可保证辅助电源12及电池管理系统11正常工作。

在K个子模块120损坏的情形下，至少所述N-K个其他子模块120处于正常工作状态，至少N-K个其他子模块120输出功率之和大于或等于电池管理系统11的输入功率，K大于1。可以理解的，为提升辅助电源12的可靠性，当多个并联的子模块120中部分损坏(K个子模块120损坏)的情况下，满足N-K个其他子模块120输出功率之和大于或等于电池管理系统11的输入功率可保证电池管理系统11正常工作。

根据子模块120的可靠性期限和子模块120的失效概率，确定所述K。例如，定义子模块120在5年其可靠性期限内的失效概率为10％(对应的可靠性为90％)，则并联10个(N＝10)子模块120的辅助电源12在5年使用期限内可能发生损坏的子模块120的数量为1个，即，K＝1。

在N-K个子模块120输出功率相同的情形下，根据电池管理系统11的输入功率与任一个子模块120输出功率的比值，确定所述N-K。例如，定义子模块120在5年可靠性期限内的失效概率为10％(对应的可靠性为90％)，1个子模块120的输出功率为100KW，电池管理系统11的输入功率为900KW，则N-K至少应为9。

在电池管理系统11的输入功率与任一个子模块120输出功率的比值为整数的情形下，所述整数为N-K；在电池管理系统11的输入功率与任一个子模块120输出功率的比值为小数的情形下，将所述小数的整数部分加1后得到的整数为所述N-K。即，N-K个子模块120的总输出功率应大于或等于电池管理系统11的输入功率以保证储能系统10的正常工作。

在其他N-K个子模块120中，在至少一个子模块120与其他子模块120输出功率不统一的情形下，N个子模块120的可靠性大于或等于预设的可靠性目标，且N-K个子模块的可靠性小于预设的可靠性目标。

在该实施例中，辅助电源12独立于单个电池模组110外部，降低了单个电池模组110对单个子模块120的可靠性的过度依赖；且，将辅助电源12设置为多个并联的子模块120，电池管理系统11与多个并联的子模块120同时电连接，即使多个子模块120中的部分无法正常工作，电池管理系统11依然可以正常工作；且，小功率的子模块120的单个成本普遍低于大功率的辅助电源的成本，通过增加(备份)并联的子模块120的数量可以大幅提升辅助电源的可靠性，且其成本相较于一次备份一个完整的辅助电源具有更低的成本。

例如，单个辅助电源12总功率为1000KW，其成本为M，其5年故障率为10％，对该辅助电源12进行备份，其5年故障率为10％乘以10％，为1％；而，若将一个辅助电源12拆分为5个并联的子模块120，每个子模块120的功率为200KW，其5年故障率为10％，则并联有多个子模块120的辅助电源12在具备1000KW总功率的情况下，其5年故障率可为10％的五次方，即0.001％。可以理解，将一个辅助电源12分为多个并联的子模块120，可在控制成本的情况下有效降低故障率并提升可靠性。且，若需要进一步提升辅助电源12的可靠性，通过提升并联的子模块120的数量即可实现低成本下辅助电源系统的大幅提升。

于一实施例中，一个子模块120的功率小于电池管理系统11的总功率。在该实施例中，单个子模块120的功率小于电池管理系统11的总功率，因此，需多个子模块120并联以支持一个电池管理系统11，使用小功率的子模块120并联便于在控制成本的情况下提升辅助电源12的可靠性。

于一实施例中，多个子模块120由多个所述基础辅助模块及所述备份辅助模块组成，多个所述基础辅助模块及所述备份辅助模块并联。其中，所述基础辅助模块及所述备份辅助模块实际可以为具备相同结构及功率的功能模块，所述基础辅助模块可为用于与多个电池模组110电连接的辅助模块(即M子模块120)，所述备份辅助模块可为当一个所述基础辅助模块无法正常工作后继续与电池模组110电连接的辅助模块(即N-M子模块120)，在所述基础辅助模块无法正常工作后保证辅助电源12依然可以正常工作(剩余总功率大于电池管理系统11的总功率)，其中，所述基础辅助模块及所述备份辅助模块可同时接入与电池管理系统11电连接的电路中，所述备份辅助模块亦可为当对应数量或功率的所述基础辅助模块无法正常工作后接入与电池管理系统11电连接的电路中，使辅助电源12以总功率大于电池管理系统11总功率的饱和供给确保电池管理系统11的可靠性。

于一实施例中，多个所述基础辅助模块的总功率大于或等于电池管理系统11的总功率。在该实施例中，多个所述基础辅助模块至少用于为电池管理系统11供电。

于一实施例中，多个所述基础辅助模块的总功率以及至少一个所述备份辅助模块的功率之和大于电池管理系统11的总功率。在该实施例中，在部分所述基础辅助模块无法正常工作后，保证辅助电源12依然可以正常工作以保证储能系统10的可靠性。

于一实施例中，任一所述备份辅助模块的功率大于任一所述基础辅助模块的功率。在该实施例中，在任一所述基础辅助模块无法正常工作后，任一所述备份辅助模块继续给电池管理系统11供电，以保证辅助电源12依然可以正常工作。

于一实施例中，多个子模块120中的每个子模块120的功率相同，在该实施例中，可选用多个功率相同的子模块120进行并联，可便于设计辅助电源12的电路，并便于控制辅助电源12的可靠性。在其他实施例中，多个子模块120的功率不完全相同。

于一实施例中，储能系统10还包括连接模块13，连接模块13分别与辅助电源12及多个电池模组110电连接。在该实施例中，通过一个连接模块13将辅助电源12转出的直流电分流给多个不同的电池模组110，可以提升稳定性。

如图3所示，本申请还提供一种用电装置1，包括用电单元15及储能系统10，储能系统10与用电单元15电连接，储能系统10为前述的储能系统。储能系统10与用电单元15连接用于输出电能供给用电单元15，储能系统10还可与交流电源16电连接，交流电源16将电能传递给储能系统10以储存电能。

在本实施例中，用电装置1可以为工商业储能平台，交流电源16可以为220V低压交流电源，用电单元15可以为商场照明单元或逆变器模块，发电单元(风力发电、太阳能发电等)或高压线路上富余的电源可存储于储能系统10，储能系统10将电能直接供给于使用直流电的用电模块，或通过逆变器或直流、交流转换单元转换为交流电后重新输入电网中。在其他实施例中，用电装置1还可以为电动车、混动交通工具、无人机或逆变系统等。

上文中，参照附图描述了本申请的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本申请的精神和范围的情况下，还可以对本申请的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本申请所限定的范围内。

Claims (11)

1.一种储能系统，包括电池管理系统和至少两个电池模组，其特征在于，还包括：

辅助电源，包括至少两个并联的子模块，所述子模块与所述电池管理系统电连接，用于为所述电池管理系统供电。

2.如权利要求1所述的储能系统，其特征在于，

所述辅助电源的输出功率大于所述电池管理系统的输入功率。

3.如权利要求1或2所述的储能系统，其特征在于，

所述子模块的数量为N，其中M个子模块的输出功率之和大于或等于所述电池管理系统的输入功率，其中，N大于1，且M小于N。

4.如权利要求3所述的储能系统，其特征在于，

在K个子模块损坏的情形下，至少所述N-K个其他子模块处于正常工作状态，至少所述N-K个其他子模块输出功率之和大于或等于所述电池管理系统的输入功率，K大于1。

5.如权利要求4所述的储能系统，其特征在于，

根据子模块的可靠性期限和所述一子模块的失效概率，确定所述K。

6.如权利要求4所述的储能系统，其特征在于，

在N-K个子模块输出功率相同的情形下，根据所述电池管理系统的输入功率与任一个子模块输出功率的比值，确定所述N-K。

7.如权利要求6所述的储能系统，其特征在于，

在所述电池管理系统的输入功率与任一个子模块输出功率的比值为整数的情形下，所述整数为N-K；

在所述电池管理系统的输入功率与任一个子模块输出功率的比值为小数的情形下，将所述小数的整数部分加1后得到的整数为所述N-K。

8.如权利要求4所述的储能系统，其特征在于，

在其他N-K个子模块中，在至少一个子模块与其他子模块输出功率不统一的情形下，所述N个子模块的可靠性大于或等于预设的可靠性目标，且所述N-K个子模块的可靠性小于预设的可靠性目标。

9.如权利要求3所述的储能系统，其特征在于，所述电池管理系统包括电池管理单元、消防单元、照明单元或环境监测单元中的至少一个。

10.如权利要求1所述的储能系统，其特征在于，还包括连接模块，所述连接模块分别与所述辅助电源及多个所述电池模组电连接。

11.一种用电装置，其特征在于，包括用电单元及权利要求1至2及4至9任意一项所述的储能系统，所述储能系统与所述用电单元电连接，用于为所述用电单元供电。

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