CN113489032A - 电池储能电路及电池储能系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电池储能电路及电池储能系统，通过在每一相簇中设置多个并联的储能桥臂，可增大电池储能电路能够承受的额定电流，从而保证在不改变电池储能电路的额定电压的情况下，电池储能电路有足够大的容量。上述扩容方法简单，易于实现，避免了大量储能器件(例如电池)的直接串并联，降低了实现难度，同时，各个相簇中的储能桥臂的数量可以任意设置，可以实现冗余，因此具有较强的扩容可靠性。

Description

电池储能电路及电池储能系统

技术领域

本申请涉及电池储能技术领域，特别是涉及一种电池储能电路及电池储能系统。

背景技术

目前制约大容量电池储能系统发展的主要因素，一个是电池成本高；二是电池管理系统(BMS)的成本较高；三是现有的PCS(储能变流器)单机容量有限。就当下的情况来看，电池与电池管理系统成本的降低正持续进行，作为功率转换与接入装置，也可以通过选择更好的、更合适的储能变流器拓扑结构，为大容量电池储能系统提供更优的解决方案。

目前应用于大容量电池储能系统的储能变流器拓扑结构主要有两电平、三电平和多电平结构。对于两电平和三电平拓扑来说，大容量化的主要手段目前是多重化和并联，多重化结构必须要借助工频变压器实现扩容和升压，虽然工频变压器的接入有利于抑制共模干扰和保护储能系统，但也给大容量储能变流器的效率、体积、成本、噪声、占地和扩容等方面的优化设计带来困难。两电平或三电平储能变流器的并联虽然能够提高储能系统的容量，但是在目前电池系统电压不超过1500V的前提下，两电平和三电平变换器的功率仍然较小，且会使得系统控制的复杂度增加。

而基于多电平变换器拓扑的电池储能系统(Multilevel Modular Converterbased Battery Energy Storage System，MMC-BESS)拓扑结构主要包括两种电池布置的形式，在公共直流母线集中布置和子模块中分散布置。将电池集中布置在公共直流母线上时，若要用在大容量电池储能系统中，电池组内往往含有数以万计的电池单元，一般有低压电池组和高压电池组两种方案。低压电池组由多个电池模块并联，内部存在较大的环流，导致整个电池储能系统的循环效率较低，同时在电网侧必须经过升压变压器接入高压电网，进一步降低了系统效率。而高压电池组方案对电池组的要求非常高，一方面需要有相应的均衡技术来保证电池组内各电池模块间的荷电状态(SOC)均衡，防止过充或过放；另一方面电池组的串联结构使得其可靠性本身较低，需要有相应的短路结构设计，在单个电池模块故障时仍能保证整个电池组的正常工作，但是这两方面的设计都比较困难，会导致电池管理系统的成本过高。

当将电池在子模块中分散布置时，若要用在大容量电池储能系统中，则需要采用多台独立控制的电池储能系统并联运行。但该方法中不同储能系统直接的控制协调性弱，容易发生耦合谐振的问题，存在安全稳定的隐患。因此，传统的电池储能系统存在扩容可靠性差的缺点。

发明内容

基于此，有必要针对传统的电池储能系统扩容可靠性差的问题，提供一种电池储能电路及电池储能系统。

一种电池储能电路，包括：第一相簇，包括多个第一储能桥臂和与所述第一储能桥臂数量相同的第二储能桥臂，各所述第一储能桥臂的第一端相互连接且公共端用于连接直流电网的正端，各所述第一储能桥臂的第二端分别对应连接于所述第二储能桥臂的第一端，且各所述第一储能桥臂的第二端均用于连接三相电网的第一相线，各所述第二储能桥臂的第二端相互连接且公共端用于连接直流电网的负端；第二相簇，包括多个第三储能桥臂和与所述第三储能桥臂数量相同的第四储能桥臂，各所述第三储能桥臂的第一端相互连接且公共端用于连接直流电网的正端，各所述第三储能桥臂的第二端分别对应连接于所述第四储能桥臂的第一端，且各所述第三储能桥臂的第二端均用于连接三相电网的第二相线，各所述第四储能桥臂的第二端相互连接且公共端用于连接直流电网的负端；第三相簇，包括多个第五储能桥臂和与所述第五储能桥臂数量相同的第六储能桥臂，各所述第五储能桥臂的第一端相互连接且公共端用于连接直流电网的正端，各所述第五储能桥臂的第二端分别对应连接于所述第六储能桥臂的第一端，且各所述第五储能桥臂的第二端均用于连接三相电网的第三相线，各所述第六储能桥臂的第二端相互连接且公共端用于连接直流电网的负端。

在一个实施例中，所述第一相簇还包括与所述第一储能桥臂数量相同的第一桥臂电感和与所述第二储能桥臂数量相同的第二桥臂电感，各所述第一储能桥臂的第二端分别对应连接于所述第一桥臂电感的第一端，各所述第一桥臂电感的第二端分别对应连接于所述第二桥臂电感的第一端，且各所述第一桥臂电感的第二端均用于连接三相电网的第一相线，各所述第二桥臂电感的第二端分别对应连接于所述第二储能桥臂的第一端；和/或，所述第二相簇还包括与所述第三储能桥臂数量相同的第三桥臂电感和与所述第四储能桥臂数量相同的第四桥臂电感，各所述第三储能桥臂的第二端分别对应连接于所述第三桥臂电感的第一端，各所述第三桥臂电感的第二端分别对应连接于所述第四桥臂电感的第一端，且各所述第三桥臂电感的第二端均用于连接三相电网的第二相线，各所述第四桥臂电感的第二端分别对应连接于所述第四储能桥臂的第一端；和/或，所述第三相簇还包括与所述第五储能桥臂数量相同的第五桥臂电感和与所述第六储能桥臂数量相同的第六桥臂电感，各所述第五储能桥臂的第二端分别对应连接于所述第五桥臂电感的第一端，各所述第五桥臂电感的第二端分别对应连接于所述第六桥臂电感的第一端，且各所述第五桥臂电感的第二端均用于连接三相电网的第三相线，各所述第六桥臂电感的第二端分别对应连接于所述第六储能桥臂的第一端。

在一个实施例中，各桥臂电感的电感标幺值相等。

在一个实施例中，所述第一储能桥臂的数量、所述第三储能桥臂的数量和所述第五储能桥臂的数量不完全相同。

在一个实施例中，所述第一储能桥臂、所述第二储能桥臂、所述第三储能桥臂、所述第四储能桥臂、所述第五储能桥臂和所述第六储能桥臂均包括多个相同数量且串联的储能单元。

在一个实施例中，所述储能单元包括第一开关器件、第二开关器件、第一续流二极管、第二续流二极管、滤波电容和储能器件，所述第一开关器件的控制端和所述第二开关器件的控制端分别用于连接外部调制功能部件，所述第一开关器件的第一端连接所述第一续流二极管的阴极、所述滤波电容的第一端和所述储能器件的第一端，所述第一开关器件的第二端连接所述第一续流二极管的阳极和所述第二开关器件的第一端，所述第二续流二极管的阴极连接所述第二开关器件的第一端，所述第二开关器件的第二端连接所述第二续流二极管的阳极、所述滤波电容的第二端和所述储能器件的第二端，所述第一开关器件的第二端作为所述储能单元的第一端，所述第二开关器件的第二端作为所述储能单元的第二端。

在一个实施例中，各所述储能单元中储能器件的电压等级相同。

在一个实施例中，各开关器件的开关调制信号通过同一调制功能部件生成，或各开关器件的开关调制信号分别通过不同调制功能部件生成。

在一个实施例中，各所述储能单元的电流标幺值相等。

一种电池储能系统，包括上述的电池储能电路。

上述电池储能电路及电池储能系统，第一相簇中通过第一储能桥臂和第二储能桥臂构成多个桥臂对，且各个第一储能桥臂并联，各个第二储能桥臂之间并联；第二相簇中通过第三储能桥臂和第四储能桥臂构成多个桥臂对，且各个第三储能桥臂并联，各个第四储能桥臂之间并联；同时第三相簇中通过第五储能桥臂和第六储能桥臂也构成多个桥臂对，且各个第五储能桥臂并联，各个第六储能桥臂之间并联。通过在每一相簇中设置多个并联的储能桥臂，可增大电池储能电路能够承受的额定电流，从而保证在不改变电池储能电路的额定电压的情况下，电池储能电路有足够大的容量。上述扩容方法简单，易于实现，避免了大量储能器件(例如电池)的直接串并联，降低了实现难度，同时，各个相簇中的储能桥臂的数量可以任意设置，可以实现冗余，因此具有较强的扩容可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例中电池储能电路结构示意图；

图2为一实施例中电池储能电路结构示意图；

图3为本申请另一实施例中电池储能电路结构示意图；

图4为本申请一实施例中储能单元结构示意图；

图5为本申请又一实施例中电池储能电路结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

请参阅图1，一种电池储能电路，包括：第一相簇100，包括多个第一储能桥臂10和与第一储能桥臂10数量相同的第二储能桥臂20，各第一储能桥臂10的第一端相互连接且公共端用于连接直流电网的正端，各第一储能桥臂10的第二端分别对应连接于第二储能桥臂20的第一端，且各第一储能桥臂10的第二端均用于连接三相电网的第一相线，各第二储能桥臂20的第二端相互连接且公共端用于连接直流电网的负端；第二相簇200，包括多个第三储能桥臂30和与第三储能桥臂30数量相同的第四储能桥臂40，各第三储能桥臂30的第一端相互连接且公共端用于连接直流电网的正端，各第三储能桥臂30的第二端分别对应连接于第四储能桥臂40的第一端，且各第三储能桥臂30的第二端均用于连接三相电网的第二相线，各第四储能桥臂40的第二端相互连接且公共端用于连接直流电网的负端；第三相簇300，包括多个第五储能桥臂50和与第五储能桥臂50数量相同的第六储能桥臂60，各第五储能桥臂50的第一端相互连接且公共端用于连接直流电网的正端，各第五储能桥臂50的第二端分别对应连接于第六储能桥臂60的第一端，且各第五储能桥臂50的第二端均用于连接三相电网的第三相线，各第六储能桥臂60的第二端相互连接且公共端用于连接直流电网的负端。

具体地，储能桥臂即为能够存储电能的桥臂，本实施例的方案中，在第一相簇100中，通过多个并联的第一储能桥臂10以及多个并联的第二储能桥臂20，第二相簇200以及第三相簇300同样采用类似的结构。从而增大电池储能电路能够承受的额定电流，实现在电压不变的情况下，电池储能电路的扩容操作。该方案中，各第一储能桥臂10的第二端分别对应连接于第二储能桥臂20的第一端，也即每一个第一储能桥臂10的第一端，均对应连接有一个第二储能桥臂20，且具体连接到第二储能桥臂20的第一端，其余储能桥臂类似。各第一储能桥臂10的第一端、各第三储能桥臂30的第一端以及各第五储能桥臂50的第一端均连接至直流电网的正端，各第二储能桥臂20的第二端、各第四储能桥臂40的第二端以及各第六储能桥臂60的第二端均连接至直流电网的正端，而各第一储能桥臂10与第二储能桥臂20的公共端、各第三储能桥臂30与第四储能桥臂40的公共端、各第五储能桥臂50与第六储能桥臂60的公共端均连接至三相电网，进而可实现直流电与三相电之间的相互转换。

可以理解，本实施例的方案，可以是在原有单一储能桥臂构成不同相簇的方案中，通过新增储能桥臂的方式实现。请结合参阅图2，该图所示的电池储能电路中，第一相簇100仅包括一个第一储能桥臂10以及一个第二储能桥臂20，第二相簇200仅包括一个第三储能桥臂30和一个第四储能桥臂40，而第三相簇300中则仅包括一个第五储能桥臂50和一个第六储能桥臂60。此时，为了提高电池储能电路的容量，可通过在第一相簇100、第二相簇200以及第三相簇300中增加并联桥臂的数量，也即第一储能桥臂10、第二储能桥臂20、第三储能桥臂30、第四储能桥臂40、第五储能桥臂50以及第六储能桥臂60的数量，实现电压不变情况下的扩容操作。

应当指出的是，在一个实施例中，还可以是在原本已经有多个储能电感进行供电的电池储能电路中，也即同一相簇中，已经具备多对储能桥臂(一个第一储能桥臂10与一个第二储能桥臂20可以看作一对储能桥臂)时，进一步增加所并联的储能桥臂的数量，实现电池储能电路的进一步扩容操作。也即电池储能电路中，各个相簇的桥臂对的数量可以根据实际情况进行增加，同一相簇所包括的桥臂对的数量越多，对应的该电池储能系统的容量也越大。

请结合参阅图3，在一个实施例中，第一相簇100还包括与第一储能桥臂10数量相同的第一桥臂电感L1和与第二储能桥臂20数量相同的第二桥臂电感L2，各第一储能桥臂10的第二端分别对应连接于第一桥臂电感L1的第一端，各第一桥臂电感L1的第二端分别对应连接于第二桥臂电感L2的第一端，且各第一桥臂电感L1的第二端均用于连接三相电网的第一相线，各第二桥臂电感L2的第二端分别对应连接于第二储能桥臂20的第一端；和/或，第二相簇200还包括与第三储能桥臂30数量相同的第三桥臂电感L3和与第四储能桥臂40数量相同的第四桥臂电感L4，各第三储能桥臂30的第二端分别对应连接于第三桥臂电感L3的第一端，各第三桥臂电感L3的第二端分别对应连接于第四桥臂电感L4的第一端，且各第三桥臂电感L3的第二端均用于连接三相电网的第二相线，各第四桥臂电感L4的第二端分别对应连接于第四储能桥臂40的第一端；和/或，第三相簇300还包括与第五储能桥臂50数量相同的第五桥臂电感L5和与第六储能桥臂60数量相同的第六桥臂电感L6，各第五储能桥臂50的第二端分别对应连接于第五桥臂电感L5的第一端，各第五桥臂电感L5的第二端分别对应连接于第六桥臂电感L6的第一端，且各第五桥臂电感L5的第二端均用于连接三相电网的第三相线，各第六桥臂电感L6的第二端分别对应连接于第六储能桥臂60的第一端。

具体地，第一储能桥臂10的第二端分别对应连接于第一桥臂电感L1的第一端，也即每一个第一储能桥臂10的第二端分别连接有一个第一桥臂电感L1，且具体连接到第一桥臂电感L1的第一端，其余桥臂电感的连接关系的描述所表征的实质含义与之类似，不再赘述。本实施例的方案中，在不同的储能桥臂上，还串联有桥臂电感，通过桥臂电感的设置，可以实现滤波以及抑制相间环流的作用，从而提高电池储能电路的工作可靠性。

在一个较为详细的实施例中，请参阅图3，可以是每一储能桥臂均对应串联有一个桥臂电感，也即每一第一储能桥臂10的第二端均连接有一第一桥臂电感L1，每一第二储能桥臂20的第一端均连接有一第二桥臂电感L2，每一第三储能桥臂30的第二端均连接有一第三桥臂电感L3，每一第四储能桥臂40的第一端均连接有一第四桥臂电感L4，每一第五储能桥臂50的第二端均连接有一第五桥臂电感L5，每一第六储能桥臂60的第一端均连接有一第六桥臂电感L6。

可以理解，在一个实施例中，当在单一储能桥臂的基础上增加储能桥臂的数量，实现电池储能电路的扩容操作时，每一增加的储能桥臂处，均对应新增一桥臂电感，以保证每一储能桥臂处均有相应的桥臂电感进行滤波，以及抑制相间环流，保证新增储能桥臂后的电池储能电路的工作可靠性。

在一个实施例中，各桥臂电感的电感标幺值相等。

具体地，标幺值是相对单位制的一种，是电力系统分析和工程计算中常用的数值标记方法，表示各物理量及参数的相对值，单位为pu(也可以认为其无量纲)。在一般的电路计算中，电流、电压、功率和阻抗的单位分别用A，V，W，Ω表示，这种用在实际有名单位表示物理量的方法称为有名单位制。标幺值＝有名值/基准值，标幺值是相对于某一基准值而言的，同一有名值，当基准值选取不同时，其标幺值也不同。

为了进一步保证电池储能电路的工作可靠性，电池储能电路中各个桥臂电感的电感标幺值相等。也即当需要通过增加桥臂对的数量以及桥臂电感的数量来进行扩容时，所增加的桥臂电感的电感标幺值与原有桥臂电感的电感标幺值相同。

在一个实施例中，第一储能桥臂10的数量、第三储能桥臂30的数量和第五储能桥臂50的数量不完全相同。

具体地，由于第一储能桥臂10与第二储能桥臂20的数量相同，且构成桥臂对，第三储能桥臂30与第四储能桥臂40的数量相同，且构成桥臂对，第五储能桥臂50与第六储能桥臂60的数量相同，且构成桥臂对，故第二储能桥臂20、第四储能桥臂40与第六储能桥臂60的数量也不完全相同。本实施例的方案中，将每一相簇中所包含的桥臂对数量设置不相同，可以实现桥臂对的冗余设计，有效提高电池储能电路的工作可靠性。

进一步地，在一个实施例中，还可以是将每一相簇中所包含的桥臂对数设置相同，也即第一储能桥臂10、第二储能桥臂20、第三储能桥臂30、第四储能桥臂40、第五储能桥臂50和第六储能桥臂60的数量相同，通过在各个相簇中设置多个相同数量的储能桥臂，同样可实现电池储能电路的扩容操作。

各个储能桥臂的具体结构并不是唯一的，在一个较为详细的实施例中，第一储能桥臂10、第二储能桥臂20、第三储能桥臂30、第四储能桥臂40、第五储能桥臂50和第六储能桥臂60均包括多个相同数量且串联的储能单元。

具体地，本实施例的方案中，每一储能桥臂所包含的储能单元的数量相同，可使得电池储能电路的扩容方法控制简单，有利于退役储能器件(例如蓄电池)的梯次利用，可有效提高电池储能电路的工作可靠性。同时，本实施例的方案，在进行扩容，增加储能桥臂的数量进行扩容的同时，可增加储能单元的数量，将电池储能电路降低至很低的电压等级，还能有效减小储能器件对应管理系统的压力，进一步提高电池储能电路的工作可靠性。

进一步地，在一个实施例中，还可以是每一桥臂对所包含的储能单元数量相同，也即第一储能桥臂10与第二储能桥臂20所包含的储能单元数量相同，第三储能桥臂30和第四储能桥臂40包含的储能单元数量相同，第五储能桥臂50以及第六储能桥臂60包含的储能单元数量相同。具体各个储能桥臂所包含的储能单元的数量，用户可结合实际使用场景进行不同选择。

进一步地，储能单元的具体结构也并不是唯一的，可以是半桥结构或者全桥结构，储能单元为半桥结构时，其输出正端为半桥中点，输出负端为储能单元负端。在一个较为详细的实施例中，请结合参阅图4，储能单元包括第一开关器件T1、第二开关器件T2、第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、滤波电容C₀和储能器件U，第一开关器件T1的控制端和第二开关器件T2的控制端分别用于连接外部调制功能部件，第一开关器件T1的第一端连接第一续流二极管D1的阴极、滤波电容C₀的第一端和储能器件U的第一端，第一开关器件T1的第二端连接第一续流二极管D1的阳极和第二开关器件T2的第一端，第二续流二极管D2的阴极连接第二开关器件T2的第一端，第二开关器件T2的第二端连接第二续流二极管D2的阳极、滤波电容C₀的第二端和储能器件U的第二端，第一开关器件T1的第二端作为储能单元的第一端，第二开关器件T2的第二端作为储能单元的第二端。

具体地，储能单元的第一端即为储能单元的输出正端，储能单元的第二端即为储能单元的输出负端，与电池串联结构类似，为了实现各个储能单元之间的串联，只需将储能单元的输出正端与另一储能单元的输出负端相连接，即可实现两个储能单元的串联。

储能器件U的具体类型并不是唯一的，在一个实施例中，可直接采用蓄电池实现。进一步，可直接采用钛酸锂电池作为储能器件U。通过该方案，避免了储能器件(也即电池)的直接串并联，以模块的形式隔离了电池的差异，即使各个储能单元中采用不同类型的电池，只要辅以合适的、完善的电池管理系统，甚至电池容量不同也可以在多电平结构的储能系统中混合使用。

应当指出的是，第一开关器件T1与第二开关器件T2的具体类型并不是唯一的，例如，在一个实施例中，第一开关器件T1和第二开关器件T2均为全控型半导体开关器件。

具体地，全控型半导体开关器件又称为自关断器件，是指通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件。门极可关断晶闸管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管等均属于此类。本实施例中第一开关器件T1和第二开关器件T2均采用全控型半导体开关器件，具有较强的控制可靠性，从而提高电池储能电路的工作可靠性。

进一步地，在一个较为详细的实施例中，第一开关器件T1和第二开关器件T2均为金属氧化物半导体场效应管。金属氧化物半导体场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，MOSFET)依照其沟道极性的不同，可分为电子占多数的N沟道型与空穴占多数的P沟道型，通常被称为N型金属氧化物半导体场效应管(NMOSFET)与P型金属氧化物半导体场效应管(PMOSFET)，具体采用何种类型的MOSFET，可由用户结合具体场景进行不同选择。

在一个实施例中，各储能单元中储能器件U的电压等级相同。

具体地，该实施例中，将各个储能器件U的电压等级设置为相同，例如，在一个实施例中，可在各储能单元中均采用额定电压48V、标称容量55Ah的储能器件U。可以理解，在另一个实施例中，不同桥臂对的储能单元中储能器件U的电压等级可以设置不相同。也即第一储能桥臂10中储能器件U的电压等级、第三储能桥臂30中储能器件U的电压等级与第五储能桥臂50中储能器件U的电压等级不相同。

在一个实施例中，各开关器件的开关调制信号通过同一调制功能部件生成，或各开关器件的开关调制信号分别通过不同调制功能部件生成。

具体地，开关调制信号即为用来控制开关器件通断的信号，通过与开关器件相连接的调制功能部件生成调制信号后，通过控制开关器件的导通与关闭，即可实现储能器件U的充放电控制。不同的开关器件，采用相同的调制方式，在进行扩容操作时，既可以通过与原桥臂同样的调制功能部件得到，也可以直接从原系统的调制功能部件获取与原桥臂同样的调制信号。

在一个实施例中，各储能单元的电流标幺值相等。

具体地，与上述电感标幺值相类似，电流标幺值即为储能单元额定电流与基准值的比值。不同储能桥臂中电流标幺值相等，也即在对电池储能电路进行扩容操作时，只需要新增储能桥臂中储能单元的额定电流采用与原储能桥臂相同电流标幺值即可。

为了便于理解本申请电池储能电路中通过增加储能桥臂的数量，对电池储能电路进行扩容的方案，下面结合具体地扩容操作进行解释说明。

在对电池储能电路有扩容需求时，首先根据原有的电池储能电路的容量、交直流侧电压等级、储能单元的储能器件U特性，确定扩容之后的目标容量P_tar，系统原有容量为P_origin。选择电压等级与原有储能器件U一致的储能器件U作为增加的储能桥臂中储能单元的储能器件U，定义一个储能单元的额定功率为：

其中，I_N为储能单元中储能器件U的额定放电电流，U_N为储能单元中储能器件U的额定电压等级。

之后根据目标容量P_tar计算新增储能桥臂中储能单元的储能器件U的额定容量P_B，有如下关系式：

其中，N为一个储能桥臂中包含的储能单元数量，即原储能桥臂中包含的储能单元数量，两者相等。而后进行储能单元中其它器件的选型，以储能单元的具体结构如图4所示为例，此时则需要进行开关器件的选型，要求开关器件的额定耐流值I_{mos_N}满足以下要求：

其中，I^*为原储能桥臂的电流标幺值，U_N为储能单元中储能器件U的额定电压等级，新增储能桥臂中储能单元的储能器件U的额定容量P_B。

进一步地，对于储能桥臂均对应设置有桥臂电感的情况，还需要进一步对桥臂电感进行选型，要求新增桥臂电感的电感值L′与原桥臂电感的电感值L应满足如下关系式：

其中，I′_N为新增储能桥臂中储能单元的储能器件U的额定放电电流，I_N为原储能桥臂中储能单元的储能器件U的额定放电电流。按照上述操作增加桥臂后，对于新增的储能桥臂，其储能单元的调制方式采用与原储能桥臂同样的调制方式，既可以通过新增与原储能桥臂同样的调制功能部件得到，也可以直接从原调制功能部件获取与原储能桥臂同样的调制信号。

例如，在一个较为详细的实施例中，当需要将50kW的模块化多电平电池储能系统扩容为110kW，直流侧电压为750V，交流侧电压为380V，且扩容之前的电池储能电路包含120个储能单元，6个桥臂电感，1个交流侧电感，本实施例中，目标容量为110kW，扩容后的系统包含240个储能单元，12个桥臂电感，3个交流侧电感，按照图5的方式连接构成电池储能电路。

本实施例中的储能单元包括开关器件、电容、储能器件U(即电池)，按照图4所示的结构连接构成储能单元。扩容后的电路中每个相簇中包含2对储能桥臂，每对储能桥臂均包含20个储能单元，且加在每对储能桥臂上的调制电压相同。同时，本实施例中的选取的交流侧电感值为1mH，所采用的储能器件U为标称电压为48V/55AH的钛酸锂电池，采用的功率MOSFET型号为SFG180N10PF。

本实施例中，可以采用功率解耦的控制方法，分别控制交流侧的功率和直流侧的功率，进而间接控制电池的充放电状态。采用载波移相调制方法实现对储能单元的开关控制。

根据前述操作进行系统扩容：系统原有容量P_origin＝50kW，扩容之后的目标容量P_tar＝110kW。选择电压等级为48V的电池模块作为新增储能桥臂中的储能单元的电池。计算新增的储能桥臂中储能单元的电池的额定容量P_B：

电池的额定放电电流为：

储能单元的功率器件(也即开关器件)的额定耐流值应满足下列关系：

其中I_{mos_N}为原储能桥臂的储能单元中功率开关管的额定耐流值，I′_{mos_N}为新增储能桥臂中功率开关管的额定耐流值。代入上述数据，得到：I′_{mos_N}≥136A。为了简单起见，此处选择原储能桥臂中使用的型号为SFG180N10PF的MOSFET作为新增储能桥臂中的功率开关管。之后选取桥臂电感值，新增储能桥臂中的桥臂电感值L′与原储能桥臂中的桥臂电感值L存在如下关系：

代入上述数据可得，L′≈1.3mH，按照上述计算得到的参数及选定的型号，组成新增的储能桥臂，构成扩容后的电池储能电路。

上述电池储能电路，第一相簇100中通过第一储能桥臂10和第二储能桥臂20构成多个桥臂对，且各个第一储能桥臂10并联，各个第二储能桥臂20之间并联；第二相簇200中通过第三储能桥臂30和第四储能桥臂40构成多个桥臂对，且各个第三储能桥臂30并联，各个第四储能桥臂40之间并联；同时第三相簇300中通过第五储能桥臂50和第六储能桥臂60也构成多个桥臂对，且各个第五储能桥臂50并联，各个第六储能桥臂60之间并联。通过在每一相簇中设置多个并联的储能桥臂，可增大电池储能电路能够承受的额定电流，从而保证在不改变电池储能电路的额定电压的情况下，电池储能电路有足够大的容量。上述扩容方法简单，易于实现，避免了大量储能器件U(例如电池)的直接串并联，降低了实现难度，同时，各个相簇中的储能桥臂的数量可以任意设置，可以实现冗余，因此具有较强的扩容可靠性。

一种电池储能系统，包括上述的电池储能电路。

具体地，电池储能电路如上述各个实施例及附图所示，储能桥臂即为能够存储电能的桥臂，本实施例的方案中，在第一相簇100中，通过多个并联的第一储能桥臂10以及多个并联的第二储能桥臂20，第二相簇200以及第三相簇300同样采用类似的结构。从而增大电池储能电路能够承受的额定电流，实现在电压不变的情况下，电池储能电路的扩容操作。该方案中，各第一储能桥臂10的第一端、各第三储能桥臂30的第一端以及各第五储能桥臂50的第一端均连接至直流电网的正端，各第二储能桥臂20的第二端、各第四储能桥臂40的第二端以及各第六储能桥臂60的第二端均连接至直流电网的正端，而各第一储能桥臂10与第二储能桥臂20的公共端、各第三储能桥臂30与第四储能桥臂40的公共端、各第五储能桥臂50与第六储能桥臂60的公共端均连接至三相电网，进而可实现直流电与三相电之间的相互转换。

可以理解，本实施例的方案，可以是在原有单一储能桥臂构成不同相簇的方案中，通过新增储能桥臂的方式实现。请结合参阅图2，该图所示的电池储能电路中，第一相簇100仅包括一个第一储能桥臂10以及一个第二储能桥臂20，第二相簇200仅包括一个第三储能桥臂30和一个第四储能桥臂40，而第三相簇300中则仅包括一个第五储能桥臂50和一个第六储能桥臂60。此时，为了提高电池储能电路的容量，可通过在第一相簇100、第二相簇200以及第三相簇300中增加并联桥臂的数量，也即第一储能桥臂10、第二储能桥臂20、第三储能桥臂30、第四储能桥臂40、第五储能桥臂50以及第六储能桥臂60的数量，实现电压不变情况下的扩容操作。

应当指出的是，在一个实施例中，还可以是在原本已经有多个储能电感进行供电的电池储能电路中，也即同一相簇中，已经具备多对储能桥臂(一个第一储能桥臂10与一个第二储能桥臂20可以看作一对储能桥臂)时，进一步增加所并联的储能桥臂的数量，实现电池储能电路的进一步扩容操作。也即电池储能电路中，各个相簇的桥臂对的数量可以根据实际情况进行增加，同一相簇所包括的桥臂对的数量越多，对应的该电池储能系统的容量也越大。

上述电池储能系统，第一相簇100中通过第一储能桥臂10和第二储能桥臂20构成多个桥臂对，且各个第一储能桥臂10并联，各个第二储能桥臂20之间并联；第二相簇200中通过第三储能桥臂30和第四储能桥臂40构成多个桥臂对，且各个第三储能桥臂30并联，各个第四储能桥臂40之间并联；同时第三相簇300中通过第五储能桥臂50和第六储能桥臂60也构成多个桥臂对，且各个第五储能桥臂50并联，各个第六储能桥臂60之间并联。通过在每一相簇中设置多个并联的储能桥臂，可增大电池储能电路能够承受的额定电流，从而保证在不改变电池储能电路的额定电压的情况下，电池储能电路有足够大的容量。上述扩容方法简单，易于实现，避免了大量储能器件U(例如电池)的直接串并联，降低了实现难度，同时，各个相簇中的储能桥臂的数量可以任意设置，可以实现冗余，因此具有较强的扩容可靠性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电池储能电路，其特征在于，包括：

第一相簇，包括多个第一储能桥臂和与所述第一储能桥臂数量相同的第二储能桥臂，各所述第一储能桥臂的第一端相互连接且公共端用于连接直流电网的正端，各所述第一储能桥臂的第二端分别对应连接于所述第二储能桥臂的第一端，且各所述第一储能桥臂的第二端均用于连接三相电网的第一相线，各所述第二储能桥臂的第二端相互连接且公共端用于连接直流电网的负端；

第二相簇，包括多个第三储能桥臂和与所述第三储能桥臂数量相同的第四储能桥臂，各所述第三储能桥臂的第一端相互连接且公共端用于连接直流电网的正端，各所述第三储能桥臂的第二端分别对应连接于所述第四储能桥臂的第一端，且各所述第三储能桥臂的第二端均用于连接三相电网的第二相线，各所述第四储能桥臂的第二端相互连接且公共端用于连接直流电网的负端；

第三相簇，包括多个第五储能桥臂和与所述第五储能桥臂数量相同的第六储能桥臂，各所述第五储能桥臂的第一端相互连接且公共端用于连接直流电网的正端，各所述第五储能桥臂的第二端分别对应连接于所述第六储能桥臂的第一端，且各所述第五储能桥臂的第二端均用于连接三相电网的第三相线，各所述第六储能桥臂的第二端相互连接且公共端用于连接直流电网的负端。

2.根据权利要求1所述的电池储能电路，其特征在于，所述第一相簇还包括与所述第一储能桥臂数量相同的第一桥臂电感和与所述第二储能桥臂数量相同的第二桥臂电感，各所述第一储能桥臂的第二端分别对应连接于所述第一桥臂电感的第一端，各所述第一桥臂电感的第二端分别对应连接于所述第二桥臂电感的第一端，且各所述第一桥臂电感的第二端均用于连接三相电网的第一相线，各所述第二桥臂电感的第二端分别对应连接于所述第二储能桥臂的第一端；

和/或，所述第二相簇还包括与所述第三储能桥臂数量相同的第三桥臂电感和与所述第四储能桥臂数量相同的第四桥臂电感，各所述第三储能桥臂的第二端分别对应连接于所述第三桥臂电感的第一端，各所述第三桥臂电感的第二端分别对应连接于所述第四桥臂电感的第一端，且各所述第三桥臂电感的第二端均用于连接三相电网的第二相线，各所述第四桥臂电感的第二端分别对应连接于所述第四储能桥臂的第一端；

和/或，所述第三相簇还包括与所述第五储能桥臂数量相同的第五桥臂电感和与所述第六储能桥臂数量相同的第六桥臂电感，各所述第五储能桥臂的第二端分别对应连接于所述第五桥臂电感的第一端，各所述第五桥臂电感的第二端分别对应连接于所述第六桥臂电感的第一端，且各所述第五桥臂电感的第二端均用于连接三相电网的第三相线，各所述第六桥臂电感的第二端分别对应连接于所述第六储能桥臂的第一端。

3.根据权利要求2所述的电池储能电路，其特征在于，各桥臂电感的电感标幺值相等。

4.根据权利要求1所述的电池储能电路，其特征在于，所述第一储能桥臂的数量、所述第三储能桥臂的数量和所述第五储能桥臂的数量不完全相同。

5.根据权利要求1所述的电池储能电路，其特征在于，所述第一储能桥臂、所述第二储能桥臂、所述第三储能桥臂、所述第四储能桥臂、所述第五储能桥臂和所述第六储能桥臂均包括多个相同数量且串联的储能单元。

6.根据权利要求5所述的电池储能电路，其特征在于，所述储能单元包括第一开关器件、第二开关器件、第一续流二极管、第二续流二极管、滤波电容和储能器件，所述第一开关器件的控制端和所述第二开关器件的控制端分别用于连接外部调制功能部件，所述第一开关器件的第一端连接所述第一续流二极管的阴极、所述滤波电容的第一端和所述储能器件的第一端，所述第一开关器件的第二端连接所述第一续流二极管的阳极和所述第二开关器件的第一端，所述第二续流二极管的阴极连接所述第二开关器件的第一端，所述第二开关器件的第二端连接所述第二续流二极管的阳极、所述滤波电容的第二端和所述储能器件的第二端，所述第一开关器件的第二端作为所述储能单元的第一端，所述第二开关器件的第二端作为所述储能单元的第二端。

7.根据权利要求6所述的电池储能电路，其特征在于，各所述储能单元中储能器件的电压等级相同。

8.根据权利要求6所述的电池储能电路，其特征在于，各开关器件的开关调制信号通过同一调制功能部件生成，或各开关器件的开关调制信号分别通过不同调制功能部件生成。

9.根据权利要求5-8任一项所述的电池储能电路，其特征在于，各所述储能单元的电流标幺值相等。

10.一种电池储能系统，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的电池储能电路。

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