CN115191068A - 配置成与能量管理系统一起使用的存储系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种被配置成与能量管理系统一起使用的存储系统，该存储系统包括：单相AC耦合电池或三相AC耦合电池；多个微型逆变器，其配置为连接到形成本地电网的一个或多个电池单体芯组；以及控制器，其被配置为检测何时对单相AC耦合电池或三相AC耦合电池进行充电或放电，以便在能量充足时能够将能量存储在其中，而在能量不足时能够使用能量。

Description

配置成与能量管理系统一起使用的存储系统
技术领域
本公开的实施例总体上涉及电力系统，并且更具体地涉及被配置成与能量管理系统一起使用的存储系统。
背景技术
并网太阳能光伏(PV)系统是连接(或结合)到公用电网并且在电网可用时运行的太阳能系统。在停电期间，并网PV系统停止发电，并保持关闭状态，直到电网电力可用。
家庭通常构建有主面板，主面板的尺寸适合连接到特定数量的资源负载和公用设施连接。该特定数量由国家电气规范(NEC)的NEC第705节确定，该节防止安装超出主面板能力的资源。在现有家庭中添加新的PV电路或电池存储系统可能会导致其中连接到面板的资源总量超过主面板的限制的情况。处理主面板这种限制的常规方法有时包括：(1)安装PV电路和存储到主面板的最大限制，这可能是非常严格的；以及(2)将主面板升级为更大尺寸的面板，其可以接受更多的PV和存储，这可能会导致额外的支出。
发明内容
根据本公开的一些方面，被配置成与能量管理系统一起使用的存储系统包括：单相AC耦合电池或三相AC耦合电池；多个微型逆变器，其被配置成用于连接；以及控制器，其被配置成检测何时对单相AC耦合电池或三相AC耦合电池进行充电或放电，以便在能量充足时能够将能量存储在其中，而在能量不足时能够使用能量。
根据本公开的一些方面，被配置成与能量管理系统一起使用的存储系统包括：单相AC耦合电池或三相AC耦合电池；多个微型逆变器，其被配置成用于连接；以及控制器，其被配置成检测何时对单相AC耦合电池或三相AC耦合电池进行充电或放电，以便在能量充足时能够将能量存储在其中，而在能量不足时能够使用能量。
附图说明
为了能够详细理解本公开的上述特征的方式，可以通过参考实施例来获得上文简要概括的本公开的更具体的描述，其中一些实施例在附图中进行了图示。然而，要注意，附图仅图示了本公开的典型实施例，因此不应被认为是对其范围的限制，因为本公开可以允许其他同等有效的实施例。
图1是根据本公开的至少一些实施例的由能量管理系统支持的备用配置的图。
图2是根据本公开的至少一些实施例的能量管理系统的单相AC耦合电池(SP)和三相AC耦合电池(3P电池)的透视图。
图3是根据本公开的至少一些实施例的包括集成DC断路开关的SP电池的局部透视图。
图4A和图4B分别是根据本公开的至少一些实施例的用于SP电池的壁装支架的前视图和透视图。
图5A和图5B分别是根据本公开的至少一些实施例的用于3P电池的壁装支架的前视图和透视图。
图6是根据本公开的至少一些实施例的滚道的透视图。
图7是根据本公开的至少一些实施例的安装在相邻SP电池上的图6的滚道的图。
图8是根据本公开的至少一些实施例的SP电池的局部透视图。
图9是根据本公开的至少一些实施例的没有盖以及安装有盖的3P电池的透视图。
图10是根据本公开的至少一些实施例的具有各自覆盖物的SP电池和3P电池的图。
图11是根据本公开的至少一些实施例的与能量管理系统一起使用的云接口的屏幕截图的图。
图12是根据本公开的至少一些实施例的包括能量管理系统的网关的组合器的图。
图13是根据本公开的至少一些实施例的能量管理系统的智能交换机的各种视图。
图14包括根据本公开的至少一些实施例的用于智能交换机的断路器安装设施、主断路器位置处的接线片和安装在主断路器位置处的断路器的图。
图15A-15D是根据本公开的至少一些实施例的包括智能交换机的电气细节的配电盘的图。
图16是根据本公开的至少一些实施例的用于安装智能交换机的底座的图。
图17是根据本公开的至少一些实施例的支架的图。
图18是根据本公开的至少一些实施例的使用图16的底座和图17的支架安装在安装表面上的智能交换机的图。
图19是根据本公开的至少一些实施例的由能量管理系统支持的备用配置的图。
图20是根据本公开的至少一些实施例的由能量管理系统支持的备用配置的图。
图21是根据本公开的至少一些实施例的由能量管理系统支持的备用配置的图。
图22是根据本公开的至少一些实施例的由能量管理系统支持的备用配置的图。
具体实施方式
根据本公开，能量管理系统通过将附加的PV和(多个)存储系统连接到智能交换机(微电网互连装置(MID))，例如，而不是主面板，来为人控面板升级(MPU)提供创新的解决方案，从而避免了整个家庭和子面板备份系统的MPU。对于整个家庭的备份，智能交换机连接在电表和主面板之间，带有过流保护装置，该过流保护装置限制可以流向主面板的电流量，从而避免了MPU。对于子面板备份，安装者可以将尽可能多的负载电路从主面板移动到子面板。
能量管理系统的智能交换机内的所有断路器被配置为打开以不对整个能量管理系统供给能量，例如，能量管理系统将关闭。
将在电网中断期间备份的负载电路在能量管理系统的安装期间被预先选择。如果使用者选择有子面板备份，使用者可以在安装能量管理系统的过程中选择他们想要备份的电路。在这种情况下，只有选定的负载电路将被备份，而其他非必要的负载将不会在断电期间通电。在这种情况下，如果使用者(例如房主)选择子面板备份选项，则无需手动打开断路器。
如果使用者选择整个家庭备份选项，那么将备份房屋的所有电路。如果使用者希望在停电期间限制备用电路，则使用者可能需要不使用这些特定器具或手动打开特定电路的断路器。
在至少一些实施例中，能量管理系统可以被配置用于三相应用。在至少一些实施例中，包括硬件和软件能力的发生器可以集成到能量管理系统中。
当能量管理系统被配置为备用系统时，将能量管理系统从电网断开不会关闭房屋(例如住宅或场所)的电力，例如，因为在停电期间能量管理系统向家庭提供电力。例如，单相AC耦合电池(SP电池)和三相AC耦合电池(3P电池)是能量管理系统的电网形成元件，可以与能量管理系统隔离或被关闭以不给场所供给能量。
在至少一些实施例中，至少四个3P电池或十二个SP电池(例如，加起来高达40kWh)可以连接到智能交换机。此外，最多可将两个3P电池以菊花链方式连接并直接连接到智能交换机。对于更多电池，可以使用外部子面板来组合电路并将它们连接到智能交换机。
本文描述了一种存储系统，该存储系统被配置为与能量管理系统一起使用，例如可从
Figure BDA0003810695490000051
获得的
Figure BDA0003810695490000052
能量管理系统。
图1是根据本公开的至少一些实施例的由能量管理系统100支持的备用配置的图。能量管理系统100与一个或多个微型逆变器兼容，既用于现有安装也用于新安装。能量管理系统100可以被配置用于与M系列或S系列微型逆变器系统向后兼容。在至少一些实施例中，能量管理系统100可以被配置为提供每面板监控特征和实时监控特征。
能量管理系统100可以作为套件提供。例如，仅对于并网PV、对于并网PV和存储、和/或对于与电网无关的能量管理系统，可以在套件中提供PV、SP电池、3P电池、智能交换机、组合器/网关、Q电缆和/或Q附件中的一个或多个。此外，还可以在套件中提供用于智能交换机的电源侧和负载侧连接的两个主断路器，以及用于连接PV和存储系统的断路器。
继续图1，在至少一些实施例中，能量管理系统100包括：存储系统108、智能交换机110(例如，转换交换机)；包括无线适配器的组合器107，无线适配器可以是连接到通信网关的USB加密狗；一个或多个光伏(PV)106；以及三级控制器112(例如，使用应用程序编程接口(API)的基于云的三级控制器)，其可以提供无线固件升级。组合器107可以通过无线连接(或有线连接，例如AC电源线)与智能交换机110和存储系统108连接/通信，并通过Wi-Fi或蜂窝连接与因特网和/或云连接/通信。例如，组合器107包括通信网关(图12)，无线适配器连接到该通信网关并与智能交换机110、存储系统108和因特网和/或云通信。组合器107连接到PV106并且可以通过AC电源线经由电力线通信(PLC)与PV 106通信，并且能量管理系统100的其他组件可以通过AC电源线相互连接。适合与能量管理系统100一起使用的组合器是可从加利福尼亚州帕塔鲁马(Petaluma)的Enphase Energy公司获得的
Figure BDA0003810695490000053
组合器系列。
在至少一些实施例中，图1的能量管理系统100可以被配置为整个家庭备份(或部分家庭备份和子面板备份)，其中能量管理系统100的智能交换机110位于服务入口处(例如，连接到仪表105，该仪表105连接到公用电网101)。使用者可以备份连接到一个或多个负载103(例如，关键或备用负载)的主负载面板104(例如，西门子MC3010B1200SECW或MC1224B1125SEC、GE 200Amp 20/40等)。在这样的实施例中，智能交换机110可以支持用于连接到组合器107(例如，PV组合器，(太阳能))的PV 106的高达80A的断路器和用于电池存储电路(例如，用于存储系统108)的高达80A断路器。当现有的组合器107连接到主负载面板104时，使用者可以保持组合器107连接到主负载面板104，仅将存储系统108连接到智能交换机110，并且智能交换机110中用于组合器107的空间可以空置并用于额外的电池存储。
存储系统108是能量管理系统100的一部分并且被配置为参与电网服务，例如容量和需求响应。存储系统108是耐久的NEMA类型3R户外额定。存储系统108被配置为具有使用时间(ToU)和备用能力的模块化AC耦合电池存储系统，这允许易于安装。
存储系统108连接到智能交换机110和组合器107并且被配置为在安装在家中或现场时提供备用电力。存储系统108包括SP电池(120V)或3P电池(240V)(例如，三个相互连接的SP电池，以下简称3P电池)中的一个或多个，其包括相应的内部微型逆变器，内部微型逆变器连接到PV106(或与PV 106集成在一起)。存储系统108可以被配置为检测何时对SP电池和/或3P电池充电或放电是最佳的，从而当能量充足时能量可以存储在其中并且在稀缺时使用能量。
存储系统108被配置为针对电池组的低充电状态(例如，<1％)或保持在极低警告区域中的电池电压进行自我保护。例如，存储系统108被配置为在需要时关闭AC总线和/或DC总线以防止SP电池和/或3P电池的单元放电。
此外，存储系统108被配置为经由例如组合器107向使用者发送通知警报。例如，通知可以是指示SP电池或3P电池的单体(cell)的充电状态低的合适的文本，例如电池单体的充电状态非常低。也可以使用其他文本来提醒使用者。使用者和/或技术人员或客户服务代表也可以使用警报，以启用主动适当的预防措施，以避免损坏SP电池和/或3P电池。此外，存储系统108包括适当的能量储备以自我保护，以防止SP电池和/或3P电池的电池单体由于存储系统的自放电损失而导致的极低充电状态，例如在向使用者、技术人员和/或客户服务代表发送通知之后至少七天。在至少一些实施例中，存储系统108被配置为允许使用者设置每天的剩余充电状态。
图2分别是根据本公开的至少一些实施例的SP电池200和3P电池202的背面的图。在至少一些实施例中，SP电池200和3P电池202是锂离子电池，例如磷酸亚铁锂(LFP)电池，可以配置为用于被动冷却，可以配置为用于室内和/或室外安装，可以配置为用于无线通信(例如，Zigbee、Wi-Fi、蓝牙等，如下面更详细描述的)，并且可以配置为具有模块化和可扩展的功率和能量等级。被动冷却特征消除了任何移动部件(例如，机械风扇、冷却剂等)的存在，从而使存储系统108不易发生故障。
SP电池200和3P电池202可以与微型逆变器AC耦合或集成，并且可以支持备用操作和黑启动。SP电池200具有3.36kWh容量和1.28kVA额定连续输出功率。3P电池202包括三个SP电池200并且具有10.08kWh和3.84kVA的额定连续输出功率。模块化允许使用者在初始安装能量管理系统100之后安装尽可能多的SP电池200或3P电池202，从而允许能量管理系统100无缝运行。
SP电池200被配置为连接到一个或多个微型逆变器。例如，在至少一些实施例中，SP电池200被配置为连接多达四个微型逆变器204，所述微型逆变器204连接到SP电池的一个或多个电池单体芯组并且当公用电网出现故障时形成使用者房屋中的电网(例如，本地电网)。同样，3P电池202是三个SP电池200，被配置为连接到多达12个微型逆变器，所述微型逆变器也连接到3P电池的一个或多个电池单体芯组并且当公用电网出现故障时形成使用者房屋中的电网(例如，本地电网)。在至少一些实施例中，微型逆变器204对于SP电池200和/或3P电池202都是现场可更换的(field swappable)。也就是说，被配置为与SP电池200一起使用的微型逆变器204也被配置为与3P电池202一起使用。另外，在至少一些实施例中，用于SP电池200的电池单体组(未示出)不可更换或配置为与3P电池202一起使用，反之亦然。可替代地，SP电池200的电池单体组可配置为与3P电池202一起使用，反之亦然。类似地，电池控制器113(图1)、电池管理单元(BMU)和/或AC接口板(均未显示)不可更换或配置为与3P电池202一起使用，反之亦然，但在至少一些实施例中，它们可以是可更换或配置为与3P电池202一起使用的。
SP电池200和3P电池202被配置为响应所命令的以给定的C速率(例如，充电/放电速率)充电或放电，并且接受或接收预定的每小时、每天和每月以不同的C速率进行充电和放电的时间表。如果SP电池200或3P电池202中的一个微型逆变器发生故障(能量管理系统100的DPPM值小于1000)，则存储系统108将继续运行并为剩余的微型逆变器提供备份；可以轻松地更换有故障的微型逆变器。此外，在具有10.08kWh的可用能量容量的3P电池202中，如果一个3.36kWh SP电池200发生故障，存储系统108将继续运行并为其剩余的基本单元提供备用电源。
SP电池200可用于PV自消耗、PV非出口和其他并网应用。SP电池200也可用于增加备用系统中的3P电池202单元并提供与PV配对所需的超出3P电池限制的尽可能多的SP电池。每个SP电池200可用于启用具有相对较小的PV系统的备份，例如尺寸小于1.9kWac。对于更大的PV系统尺寸，可以添加更多的SP电池或3P电池。使用每个SP电池200可支持高达1.9kWac的PV进行备份。高达5.7kWac PV可与一个3P电池202配对以进行备份。如果配对PV的大小大于此值，则可以安装额外的电池。
除上述之外，存储系统108提供备份(离网)能力，例如，使用SP电池200或3P电池202，支持无缝传输(例如，<100ms)的备份，并提供与PV模块安装的兼容性。例如，存储系统108可以配置用于新的PV安装、改造、高达200A的全屋备份操作、高达200A的子面板备份操作、并网操作：ToU、自消耗和/或日常骑行和不带PV模块的独立安装。
图3是包括集成DC断路开关300的SP电池200的局部透视图，其被配置为与SP电池200或3P电池202配置一起使用。在至少一些实施例中，在安装SP电池200和/或3P电池202期间，DC断路开关300可以处于锁定或关闭配置以防止电击，并且在安装SP电池200和/或3P电池202之后，DC断路开关300可以移动到解锁或开启配置。
图4A和图4B是用于SP电池的壁装支架400的前视图和透视图。图5A和图5B是用于3P电池的壁装支架500的前视图和透视图。为了安装SP电池200或3P电池202，使用者可以将它们正面朝上放置在平坦的安装表面上。在至少一些实施例中，SP电池200和3P电池202可以位于最靠近主电源的位置。接着，使用者在从下方支撑SP电池200或3P电池202的同时，可以将SP电池200或3P电池202提起并保持在一定角度，使得SP电池200或3P电池202的顶部沉落入相应的壁装支架400、500的顶部中。一旦SP电池200或3P电池202的顶部与壁装支架400和壁装支架500的顶部凸片402、502接合，使用者可以保持电池相对垂直，以确保SP电池200或3P电池202与它们各自的壁装支架齐平，并且可以降低SP电池200或3P电池202直到完全就位在各自的壁装支架搁板404、504上。接下来，使用者可以通过将SP电池200或3P电池202的顶部处的螺孔302(图3)与壁装支架400和壁装支架500的顶部处的对应的螺孔406、506对齐，来将SP电池200或3P电池202附接到安装支架。在至少一些实施例中，可以在壁装支架400和壁装支架500上提供多个安装孔408、508，用于将壁装支架400和壁装支架500固定到安装面。
图6是根据本公开的至少一些实施例的在安装3P电池202(例如，三个SP电池200)时可以使用的一种类型的滚道600的透视图。图7是根据本公开的至少一些实施例的显示安装在相邻SP电池上的滚道600的图。当安装3P电池202时，可以使用一个或多个滚道600。例如，为了安装滚道600，使用者可以面向3P电池202的正面(例如，三个SP电池200的正面)，并通过右侧单元的左侧导管开口700从现场接线隔间702内插入滚道600(参见例如，图8)，滚道600的臂602向上。接下来，使用者可以推动滚道600的主体604穿过左侧导管开口700并进入三个SP电池200中相邻的一个的左侧单元的右侧导管开口704(未明确示出)，直到滚道600上的一个或多个卡扣特征件606(例如，一对卡扣特征件，如图示出一个)接合左侧单元的外壳。一旦完全插入，使用者可以旋转臂602(例如，朝向使用者或向下)直到臂602停止。在至少一些实施例中，臂602可以包括C形槽口610，该槽口610被配置为接合对应的突起(未示出)以将臂602锁定在固定或锁定配置中。三个SP电池202中的每一个的左侧导管开口700具有平坦表面，没有附加特征。滚道600上的相对较大的密封件构造成与左侧导管开口700配合。一对O形环608设置在臂602和卡扣特征件606之间。例如，右侧导管开口704在孔周围具有凹槽以配合滚道600的O形环608，左侧导管开口700在孔周围具有凹槽以配合滚道600的另一个O形环608。O形环608被捕获在3P电池202外壳和与O形环608相邻的滚道600法兰612之间的凹槽中(例如参见图7)。
图8是根据本公开的至少一些实施例的SP电池200的局部透视图。使用导体和一个或多个合适的导管，使用者可以将AC断开器(未示出)连接到SP电池200。使用者可以使用导管开口800来连接导管并将电线穿过它们。在某些实施例中，如果智能交换机110在视线内，则断路器可以用作AC断开器。接下来，使用者可以将现场接线隔间702中的端子块802中的每条电线连接到它们对应的导体(例如，线路和地线)；每个端子接受两个12-8AWG导体(11mm/7/16英寸剥线长度)，并且可以拧紧到14英寸磅。如果安装3P电池202，电线可以从一个SP电池200通过滚道600布线到相邻的SP电池200。端子块802中的每条线路和接地有两个位置以允许菊花链式连接。如果需要连接额外的SP电池或3P电池，使用者可以使用额外的导管和额外的一组电线连接现场接线隔间。
图9是根据本公开的至少一些实施例的没有盖900以及安装有盖900(外壳)的3P电池202的透视图。使用者可以将盖900放在3P电池202(例如，三个SP电池)上并将盖900滑动到3P电池202上，使得盖900的内部引导件(未示出)容易地在3P电池202上的引导件(未示出)上滑动。接下来，使用者可以检查盖900顶部的螺孔是否与3P电池上对应的螺孔(例如，螺孔302)对齐，然后可以使用一个或多个合适的螺钉将盖连接到3P电池。类似的过程可以用于将盖连接到SP电池200。
图10是根据本公开的至少一些实施例的具有盖1000和盖900的SP电池200和3P电池202的示意图。SP电池200和3P电池202显示为完全组装的配置，包括分别配置为保持NEM完整性的覆盖物1000(例如，第一覆盖物)、900(例如，第二覆盖物)。如上所述，SP电池200可配置为3.36kWh/1.28kW运行，并且覆盖物1000的重量约为45.3kg(100磅)，尺寸约为26.1英寸x 14.4英寸x12.5英寸(高x长x深)。如上所述，3P电池202可配置为10.08kWh/3.84kW运行，并且覆盖物1002的重量约为3x45.3kg(136kg，300磅)，尺寸约为26.1英寸x 42.1英寸x12.5英寸(高x长x深)。
在至少一些实施例中，LED显示器1003或多个LED 1004或其他合适的装置可以以使用者或技术人员可见的方式定位。例如，LED显示器1003和多个LED 1004可以定位成通过盖900和盖1000的前表面可见(例如参见图10)。在至少一些实施例中，LED显示器1003和多个LED 1004中的每一个被配置为显示信息。例如，在至少一些实施例中，LED显示器1003和多个LED 1004被配置为显示性能信息、单相AC耦合电池和三相AC耦合电池的单体信息、微型逆变器状态信息、给技术人员的指导，例如用于调试，以及单相AC耦合电池和三相AC耦合电池的状态信息，包括电池故障、微型逆变器故障或固件升级。在至少一些实施例中，可以在例如技术手册中提供解码LED信令的指令，并且呈现过程流程和状态。
例如，在盖1000连接到SP电池200和/或盖900连接到3P电池202并且能量管理系统100的存储系统108被通电(例如，启动过程)之后，LED 1004可以被配置为在启动过程的持续时间内闪烁一种或多种合适的颜色，例如黄色、红色、绿色等。在至少一些实施例中，存储系统108可以被配置为使得在启动期间LED不闪烁一种或多种颜色可以是故障的指示。在SP电池200和3P电池202被通电并且网关检测到SP电池200和3P电池202之后，可以以如下地配置LED1004。在至少一些实施例中，LED 1004可以在SP电池200和3P电池202中的每一个启动时闪烁黄色(或其他合适的颜色)。在至少一些实施例中，如果LED 1004快速闪烁绿色(或其他合适的颜色)超过两分钟(或其他合适的时间范围)，这可以指示SP电池200和3P电池202处于涓流充电模式并且将一直保持这种状态，直到SP电池200和3P电池203达到最低充电状态(例如，长达30分钟或其他合适的时间范围)。在启动SP电池200和3P电池202之后，LED1004可以被配置为根据充电水平变成蓝色或绿色(或其他合适的颜色)。如果LED 1004在一小时(或其他合适的时间范围)后闪烁黄色(或其他合适的颜色)或变为闪烁的红色状态(或其他合适的颜色)，这可以是故障的指示。表1是适用于与存储系统108一起使用的各种LED操作的示例。
表1
Figure BDA0003810695490000121
微型逆变器204被配置为经由电力线通信(PLC)进行通信。例如，PLC被配置用于存储系统108的电池控制器113和SP电池200和3P电池202中的每一个内部的微型逆变器204之间的内部通信。另外，包括SP电池200或3P电池202中的每一个的存储系统108的电池控制器113被配置为支持无线通信以与例如网关通信，例如2.4GHz和900MHz。无线通信接口可以通过运行在ZigBee上的IEEE 802.15.4(运行在ZigBee上的MODBUS或SEP2.0)或其他合适的无线通信接口，例如Wi-Fi、蓝牙等。在至少一些实施例中，SP电池200或3P电池202可以被配置为通过在Zigbee之上运行的一个或多个更高级别的协议进行通信。SP电池200或3P电池202被配置为通过软件升级而更新到新协议。存储系统108中包括的所有软件和固件组件可远程升级，例如，使用者无需从服务器下载。电池控制器113被配置为在向网关发送业务之前转换/限制/聚合从微型逆变器204接收的消息，例如，在网关和PV 106之间转换消息并从每一侧发送适当的选定消息。例如，存储系统108的电池控制器113被配置为选择(使用)多个预定义参数(和/或事件)以与网关通信。
包括SP电池200或3P电池202的存储系统108被配置为支持现有的并网运行模式和特征并支持在并网和离网模式下的功能，包括但不限于并网模式下的自消耗、并网模式下的ToU优化、并网模式下的需求费用减少、并网模式下的需求管理和/或离网模式下的范围扩展。
最小的AC电源可以约为3.36kWh，并且由于存储系统108是模块化和可扩展的，因此使用者可以安装与所需数量一样多的存储系统108，来为使用者想要的器具供电，最大为十二个SP电池200或四个3P电池202。能量管理系统100使得使用者能够完全或部分备份家庭，达到40kWh的额定能量容量和超过15kW的额定功率，为使用者提供最大的灵活性。
存储系统108包括远程监控系统。例如，在至少一些实施例中，存储系统108包括云接口或其他基于服务器的系统(例如，三级控制112)，其被配置为传输SP电池200和/或3P电池202的极低充电状态(例如，<0.5％)的通知警报。远程监控系统被配置为基于存储系统108的自放电率和来自存储系统108的信息提供充电状态估计，以启用发送通知，例如，当存储系统未经由组合器/网关进行通信时。能量管理系统100及其组件使用行业标准的加密消息传递和认证来相互通信，并与云接口通信。
图11是根据本公开的至少一些实施例的与能量管理系统100一起使用的云接口(例如，三级控制112)的屏幕截图1100的图。如屏幕截图1100所示，远程监控系统的云接口提供具有本地电网连接状态和控制的实时电力流，提供可配置的单相AC耦合电池和三相AC耦合电池简档以优化自消耗或使用时间中的至少一种，并且为房主提供用于存储系统尺寸确定和光伏尺寸确定的估算工具，或提供故障排除能力以识别和修复能量管理系统100的问题。
图12是根据本公开的至少一些实施例的组合器107的示意图，包括网关1200和无线通信套件1202(例如，可从加利福尼亚州Petaluma的Enphase Energy公司获得的
Figure BDA0003810695490000141
系列通信套件)。网关1200被配置为测量PV生产和家庭能源消耗。网关1200还包括网关控制器1204，该网关控制器1204耦合到总线并与例如功率调节器(例如，经由PLC)和/或其他类型的有线和/或无线技术(例如，2.4GHz和900MHz)进行通信，如上所述。网关控制器1204(和电池控制器112)包括收发器、支持电路和存储器，每个都耦合到CPU(未示出)。CPU可以包括一个或多个常规可用的微处理器或微控制器；可替代地，CPU可以包括一个或多个专用集成电路(ASIC)。网关控制器1204可以向功率调节器中的一个或多个发送命令和控制信号和/或从功率调节器中的一个或多个接收数据(例如，状态信息、性能数据等)。在一些实施例中，网关控制器1204可以是网关，其进一步通过无线和/或有线技术经由通信网络(例如，因特网)耦合到主控制器，用于将数据传送到主控制器/从主控制器接收数据(例如，性能信息等)。在至少一些实施例中，网关控制器1204可以被配置为用作存储系统108的电池控制器113。
组合器107或网关1200被配置为支持再一个电路。例如，在至少一些实施例中，网关1200可以使用例如一个或多个母线(例如，伊顿母线)、断路器(例如，BR断路器、10A网关断路器等)支持多达四个电路(例如，用于太阳能和存储配置)。
组合器107或网关1200为存储系统提供频率和电压值(例如，下垂控制)作为从SP电池200和3P电池202充电和放电多少能量的指南。例如，网关1200可以将频率(F)和电压(V)值(偏置)发送到存储系统108的电池控制器113以控制SP电池200和/或3P电池202中的微型逆变器204。F值和V值被发送到电池控制器113进行二次控制，这可以在几秒钟内发生，并且电池控制器113可以确定SP电池200和/或3P电池202的充电和放电功率。此外，PV模块被配置为在本地测量它们自己的F和V并在备份操作期间控制它们，例如大约每隔几毫秒。
网关1200设置在外壳(例如，耐用的NEMA类型3R外壳，类似于SP电池200或3P电池202的外壳或覆盖物)中，该外壳被配置用于单螺柱安装，这简化了安装，接受沿外壳侧面、底部和/或背面的导管入口。
图13示出了根据本公开的至少一些实施例的智能交换机110的各种视图。智能交换机110包括可靠、耐用的NEMA类型3R外壳。智能交换机110可以包括具有前盖1301的壳体1300，前盖1301具有大约19.7英寸的宽度和大约36英寸的高度。智能交换机110可以包括主外壳1302，其具有约18.8英寸的宽度、约33.8英寸的高度、约7.2英寸的深度，并且主外壳1302的后表面1304与前盖1301的前表面1303之间的距离约为9.7英寸。
智能交换机110被配置为通过为使用者(例如住宅使用者)提供一致的预接线解决方案将互连设备整合到单个外壳中并简化PV 106和电池存储安装设施的独立于电网的能力。除了智能交换机110的功能之外，智能交换机110还包括PV 106、存储系统108和发电机109输入电路。智能交换机110包括被配置为连接到服务入口处的仪表105或主负载面板104中的一个的输入。
适用于能量管理系统100的智能交换机可以是可从加利福尼亚州Petaluma的Enphase Energy公司获得的
Figure BDA0003810695490000151
系列智能交换机。智能交换机110可以使用壁装支架安装并且可以按照国家和地方电气规范和标准进行安装，如下面更详细描述的。
智能交换机110是MID(例如，根据NEC部分705)，并且可以配置用于100A、150A或200A断开电流容量以用于备份，并且在公用电网中断期间提供到备份的无缝过渡。智能交换机110包括支持120V/240V备用负载的自耦变压器，支持SP电池200和3P电池202、组合器107(AC)和备用负载面板的互连。智能交换机110支持整个家庭和子面板备份，包括室内和室外安装设施的外壳，可支持2.4GHz和900MHz无线通信，并支持发电机集成。
智能交换机110被配置为提供到公用电网101的安全控制连接性，自动检测公用电网101断电，并提供到备用的无缝过渡。智能交换机110可以连接到一个或多个负载103或主负载面板104(图1)的服务入口侧，包括中心安装支架以支持安装到一个或多个安装表面，支持从底部、左下侧和/或右下侧的导管入口，支持整个家庭、部分家庭备份和子面板备份，可提供高达200A的主断路器支持，并包括用于分相120/240V备份操作的中性形成变压器。智能交换机110简化了PV 106和存储系统108安装设施的独立于电网的能力。
图14包括根据本公开的至少一些实施例的用于智能交换机110的断路器安装设施、主断路器位置处的接线片和安装在主断路器位置处的断路器的示意图。智能交换机110包括后表面1400，该后表面1400被配置为支撑智能交换机110的电气部件并暴露主断路器1402(例如，200A)。主断路器1402连接到主接线片壳体1404，该主接线片壳体1404包括连接区域1406，主断路器1402连接到该连接区域1406。主接线片壳体1404被支撑在后表面1400上。主断路器1402包括开关1408和两个电连接区域1410，该两个电连接区域1410被配置为接收相应的电线(未示出)。智能交换机110将互连设备整合到单个外壳中，并通过为使用者提供一致的预接线解决方案来简化PV 106和存储安装设施的独立于电网的能力。除了上述功能之外，智能交换机110可以被配置为包括PV、存储系统和发电机输入电路。
图15A-15D是根据本公开的至少一些实施例的包括智能交换机110的电气细节的配电盘1500的图。图15A示出了部分覆盖智能交换机110的配电盘1500的后盖1502。后盖1502包括覆盖控制PCBA 1506(图15B)和自耦变压器(未示出)的门1504。后盖1502包括开口，一个或多个断路器、伊顿断路器、继电器、MID继电器、连接器、母线和配电盘1500的其他电气部件延伸穿过该开口(图15A)。例如，配电盘1500可以包括AC组合断路器1508、电池存储系统断路器1510、自耦变压器断路器1512、发电机断路器1514、主断路器1402、主继电器(例如，200A)、用于服务断开的主断路器1518、I/O连接器1520和用于组合器107、存储系统108和发电机109的一个或多个连接器1522(图15A和图15C)。来自配电盘1500的接线可以从智能交换机110馈送到能量管理系统100的各种部件(例如，组合器107、存储系统108、发电机109等)或连接到能量管理系统100的部件，例如主负载面板104(图15D)。
根据本公开的至少一些实施例，图16是用于安装能量管理系统100的智能交换机110的壁架1600的示意图，图17是智能交换机110的支架1700的示意图，图18是显示安装在安装表面1800上的智能交换机110的示意图。壁架1600包括多个孔1602。孔1602被配置为接收一个或多个从中穿过的紧固件，用于将壁架1600安装到安装表面1800。支架1700被配置为连接到智能交换机110的背面以及壁架1600。例如，在至少一些实施例中，支架1700包括被配置为接合智能交换机110的侧表面的锁定凸片1702(例如，通常为L形)。在安装期间，使用者将支架1700的多个孔1704与壁架1600的多个孔1602对齐并且驱动一个或多个紧固件(例如，螺栓、螺钉等，未示出)穿过孔1602和孔1704并进入安装表面1800，例如，单柱、木头、砖或混凝土墙等。接下来，使用者可以通过将智能交换机110压入支架1700直到锁定凸片1702接合智能交换机110的壳体1300的侧表面，来将智能交换机110附接/连接到支架1700。
智能交换机110被配置为提供允许家庭与电网隔离的MID功能，从而启用独立于电网的功能。智能交换机110还配置为提供连接，以便更容易地集成存储系统、PV模块和发电机集成到使用者的家庭能源系统中。智能交换机110还可以被配置为管理使用者家中的负载不平衡。例如，智能交换机110可包括可用于驱动外部装置的通用继电器，例如，用于控制负载和负载子面板、控制加热和空调恒温器、热水器、充电器和其他电气负载的电源接触器和继电器。在至少一些实施例中，智能交换机110包括2个常开和2个常闭通用继电器I/O，以及一个发电机控制继电器I/O。发电机I/O可用于远程启动和停止发电机和其他资源，例如燃料电池和其他发电和存储装置。
微电网系统可以被定义为具有发电、能量存储和(多个)负载或其任何组合的场所布线系统，其包括与主电源断开连接和与主电源并联的能力。这种系统也被称为有意孤岛系统。
根据本发明，智能交换机110可以符合以下要求：(1)微电网系统和主电源之间的任何连接所需要的；(2)针对应用所列出或现场标记的；以及(3)有设置为提供来自所有来源的过流保护的足够数量的过流装置。
多个智能交换机(多个MID)可以被配置为支持单独的200A负载面板。在这样的实施例中，每个智能交换机将需要相应的组合器/网关并且可以设置为备用模式中的独立系统。在备用操作期间，智能交换机可以与相关联的负载面板形成单独的孤岛。在至少一些实施例中，这些岛在备用操作期间不需要相互连接，并且每个岛内的负载、存储系统和PV模块可以通过每个智能交换机与能量管理系统的其余部分分离。
智能交换机110通过一个或多个合适的无线接口(例如，使用IEEE802.15.4规范，以创建需要低数据传输率、能量效率和安全联网的个域网)与网关1200通信。为此，可以将无线适配器(USB加密狗)配置为连接到位于组合器/网关上(例如，位于组合器/网关外壳内)的USB端口。在至少一些实施例中，无线适配器可以被配置为故障保护机制。在这样的实施例中，无线适配器可以被配置为在两个或更多个频带中操作，例如，2.4GHz和915MHz；前者为主要通信频段，若主要通信失败，则智能交换机与后者建立通信。
除了图1的安装配置之外，能量管理系统100可以安装在其他配置中。例如，图19说明了整个家庭备份，其中能量管理系统100在服务入口处，组合器107(或网关1200)连接到主负载面板104。当使用者备份主负载面板104时，组合器107中的组合器电路的大小为可以为80A左右，智能交换机110中的组合器107连接空间可以空置。因此，当现有组合器连接到主负载面板104时，使用者可以将包括SP电池200和/或3P电池202的附加存储系统添加到能量管理系统100，使用者可以保持组合器连接到主负载面板104，并将存储系统108和/或额外的SP电池和3P电池连接到智能交换机110。
图20是根据本公开的至少一些实施例的由能量管理系统100支持的备用配置的图。能量管理系统100可以被配置用于部分家庭备份，为负载103(例如，关键或备用负载)使用子面板2000备份，具有主负载面板104，其连接到服务入口处的其他负载111(例如，非关键/非必要负载)，和连接到子面板2000的组合器107，例如，当PV 106电路超过80A时。能量管理系统100的智能交换机110中可用于组合器107连接的空间可以是空置的。
图21是根据本公开的至少一些实施例的由能量管理系统100支持的备用配置的图。能量管理系统100可以被配置为使用子面板2000(例如，关键负载)备份来进行部分家庭备份，其中主负载面板104在服务入口处，并且组合器107连接到能量管理系统100的智能交换机110，例如，当PV 106电路和存储系统108小于80A时。
图22是根据本公开的至少一些实施例的由能量管理系统100支持的备用配置的图。在至少一些实施例中，能量管理系统100可以被配置为用于自消耗，例如，没有智能交换机。在这样的配置中，当添加包括SP电池200和/或3P电池202的存储系统108和组合器107以在并网应用中自消耗时，例如，在断电期间没有备用选项的情况下，当电网不可用时，组合器107和存储系统108将不运行。
在至少一些实施例中，用于部分备份的能量管理系统100可以配置有不同的实用断路器降级。例如，对于200A主面板母线(例如，240A的120％容量)，200A实用断路器的断路器降级可以使用可用于PV和存储的240A-200A＝40A的总容量来进行计算，以及对于用于150A实用断路器的断路器降级，可以使用可用于PV和存储的240A-150A＝90A的总容量来进行计算。其他计算也可用于确定实用断路器降级。
在至少一些实施例中，当能量管理系统100被配置为用于整体备份时，由于PV 106和存储系统108在主负载面板104的实用侧连接到智能交换机110，因此不需要主面板升级，并且主负载面板104仍然受到在连接PV 106和存储系统108之前保护主负载面板104的主负载面板104主断路器的保护，例如，不违反120％规则。类似地，当能量管理系统100被配置用于部分备份时，例如，通过缩小主负载面板104中的实用断路器的尺寸，也可以避免MPU。例如，对于200A主负载面板，通过将200A断路器缩小到150A，PV 106和存储系统1008的90A容量将在没有MPU的情况下可用。
能量管理系统100的一些优点可以包括但不限于：可靠性，包括经过验证的高可靠性IQ系列微控制器、分布式AC架构与串逆变器和DC耦合解决方案的单点故障、被动冷却(没有高故障率的活动部件、风扇和泵)，以及满足所有客户需求的单一可靠合作伙伴：安装、监控、客户服务和保修；可扩展性，包括用于新安装和改造安装的灵活PV和存储解决方案、3.36kWh/1.28kW的电池存储增量，以及AC耦合以及未来易于扩展的特性；智能化，包括简单易用的设计和安装以及集成控制、无缝过渡到备份和无线通信；和安全性，包括AC电压的安全性、LFP单体的安全性以及电池存储的一流安全性：UN38.3、UL1973、UL1998、UL991、9540、9540A。
尽管前述内容针对本公开的实施例，但是可以设计本公开的其他和进一步的实施例而不背离其基本范围，并且其范围由所附权利要求确定。

Claims (20)

1.一种被配置成与能量管理系统一起使用的存储系统，包括：
单相AC耦合电池或三相AC耦合电池；
多个微型逆变器，所述多个微型逆变器被配置成用于连接；以及
控制器，所述控制器被配置成用于检测何时对所述单相AC耦合电池或所述三相AC耦合电池进行充电或放电，以便在能量充足时能够将能量存储在其中，而在能量不足时能够使用能量。
2.根据权利要求1所述的存储系统，其中，所述多个微型逆变器是现场可更换的，使得被配置成与所述单相AC耦合电池一起使用的所述多个微型逆变器还被配置成与所述三相AC耦合电池一起使用。
3.根据权利要求1所述的存储系统，其中，所述单相AC耦合电池或所述三相AC耦合电池被配置成对于所命令的以给定的C速率充电或放电进行响应，并接收用于以不同的C速率充电和放电的预定义的每小时、每天和每月的时间表中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的存储系统，其中，所述单相AC耦合电池和所述三相AC耦合电池是包括磷酸亚铁锂电池的锂离子电池。
5.根据权利要求1所述的存储系统，其中，所述单相AC耦合电池具有3.36kWh容量和1.28kVA额定连续输出功率，并且
其中，所述三相AC耦合电池包括三个单相AC耦合电池，并且具有10.08kWh和3.84kVA额定连续输出功率。
6.根据权利要求5所述的存储系统，其中，所述三个单相AC耦合电池中的相邻电池经由滚道相互连接。
7.根据权利要求6所述的存储系统，其中，所述滚道包括主体、臂、卡扣特征件以及设置在所述卡扣特征件与所述臂之间的一对O形环。
8.根据权利要求1所述的存储系统，其中，所述单相AC耦合电池和所述三相AC耦合电池包括集成的DC断路开关。
9.根据权利要求1所述的存储系统，还包括被配置成包围所述单相AC耦合电池的第一覆盖物或被配置成包围所述三相AC耦合电池的第二覆盖物。
10.根据权利要求1所述的存储系统，还包括：第一安装件，其被配置成连接到所述单相AC耦合电池以用于安装所述单相AC耦合电池，或者第二安装件，其被配置成连接到所述三相AC耦合电池以用于安装所述三相AC耦合电池。
11.根据权利要求10所述的存储系统，其中，所述第一安装件和所述第二安装件中的每一个都包括顶部凸片、支架搁板和与所述单相AC耦合电池和所述三相AC耦合电池顶部上的对应螺孔对齐的螺孔。
12.根据权利要求1所述的存储系统，其中，所述单相AC耦合电池和所述三相AC耦合电池中的每一个包括LED显示器或多个LED中的至少一个。
13.根据权利要求12所述的存储系统，其中，所述LED显示器和所述多个LED中的每一个被配置成显示性能信息、所述单相AC耦合电池和所述三相AC耦合电池的单体信息、微型逆变器状态信息、对技术人员的指导以及所述单相AC耦合电池和所述三相AC耦合电池的状态信息，包括电池故障、微型逆变器故障或固件升级。
14.根据权利要求1所述的存储系统，其中，所述多个微型逆变器被配置成经由电力线通信彼此通信并与所述控制器通信。
15.根据权利要求1所述的存储系统，其中，包括所述单相AC耦合电池和所述三相AC耦合电池中的每一个的所述控制器被配置成支持无线通信以与所述能量管理系统的网关通信。
16.根据权利要求15所述的存储系统，其中，所述控制器被配置成从所述网关接收频率和电压值，以控制所述多个微型逆变器并确定所述单相AC耦合电池和所述三相AC耦合电池中的每一个的充电和放电功率。
17.根据权利要求1所述的存储系统，还包括三级控制，所述三级控制被配置成提供云接口，该云接口被配置成提供以下中的至少一项：
具有本地电网连接性状态的实时电力流；
能配置的单相AC耦合电池和三相AC耦合电池简档，以用于优化自消耗或使用时间中的至少一项；
用于存储系统尺寸和光伏组件尺寸的确定的估算工具；或者
用于识别和修复所述能量管理系统的问题的故障排除功能。
18.一种能量管理系统，包括：
智能交换机，所述智能交换机包括被配置成连接到服务入口处的仪表或主负载面板中的一个的输入端，其中，所述智能交换机被配置成支持整个家庭备份、部分家庭备份和子面板备份中的一个；
与所述智能交换机连接的存储系统，其中，所述存储系统包括：
单相AC耦合电池或三相AC耦合电池；
多个微型逆变器，所述多个微型逆变器被配置成连接到形成本地电网的一个或多个电池单体芯组；以及
控制器，所述控制器被配置用于检测何时对所述单相AC耦合电池或所述三相AC耦合电池进行充电或放电，以便在能量充足时能够将能量存储在其中，而在能量不足时能够使用能量；以及
组合器，所述组合器连接到所述智能交换机或所述主负载面板和一个或多个光伏组件中的一个。
19.根据权利要求18所述的能量管理系统，其中，所述多个微型逆变器是现场可更换的，使得被配置成与所述单相AC耦合电池一起使用的所述多个微型逆变器还被配置成与所述三相AC耦合电池一起使用。
20.根据权利要求18所述的能量管理系统，其中，所述单相AC耦合电池或所述三相AC耦合电池被配置成对于所命令的以给定的C速率充电或放电进行响应，并接收用于以不同的C速率充电和放电的预定义的每小时、每天和每月的时间表中的至少一个。
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