CN116094013A - 一种电池储能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池储能装置，包括：电池组、电池桥接单元、电网桥接单元和逆变单元；电池组包括若干个电池单元，用于输出直流电；电池桥接单元和电网桥接单元，用于控制电池组进行充电模式与放电模式的切换；逆变单元包括最佳功率控制单元，用于将直流电转换为交流电；最佳功率控制单元，用于检测电池组输出的直流电对应的第一电力参数，并根据逆变单元输出至外部电网的第二电力参数的变化情况而调整第一电力参数对应的第一输出功率值，从而获得第二输出功率值，以使逆变单元向外部电网输出与第二输出功率值相对应的交流电。本发明根据电池组输出的直流电的第一电力参数，实时调整逆变单元的第二输出功率值，以保障电池储能装置的稳定输出。

Description

一种电池储能装置

技术领域

本发明涉及电池储能技术领域，尤其涉及一种电池储能装置。

背景技术

随着科技的进步，电动车等新能源交通工具已逐渐取代传统燃油车，故需发展大规模储能技术以应用在输电、发电、配电、用电等领域。单体电池无法满足大规模储能系统所需的功率和总电压要求，会将单体电池藉由不同的串并联连接来提高其电池组的整体电压等级和功率水准。然而，多个单体电池通过串并联组成电池模组，不仅电池组的能量低于单体电池的总和，电池组的寿命也明显低于单体电池的水准；电池模组的串并联不平衡会造成电池爆炸与寿命缩短等问题。传统解决方案会使用电池管理系统对电池组的运行进行多种参数的监控，但是传统电池管理系统着重在单体电池间的平衡，并无法对异常单体电池进行主动干预，无法发挥真正的管理作用。

发明内容

本发明提供了一种电池储能装置，保障电池储能装置的稳定输出，并维护储能系统的安全性。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电池储能装置，包括：电池组、充电单元、充电管理单元、电池桥接单元、电网桥接单元和逆变单元；

其中，所述电池组，包括若干个电池单元，用于输出直流电；

所述充电单元，与外部电网连接，用于对所述电池组进行充电；

所述充电管理单元，与所述充电单元连接，用于控制所述充电单元；

所述电池桥接单元，分别与所述电池组和所述充电管理单元连接，用于控制所述电池组进行模式切换；

所述电网桥接单元，分别与所述充电单元和外部电网连接，用于控制所述电池组进行模式切换；

其中，所述电池组的模式包括充电模式和放电模式；

所述逆变单元，分别与所述电池桥接单元、所述电网桥接单元和所述外部电网连接，用于将所述电池组输出的直流电转换为交流电，所述逆变单元包括最佳功率控制单元；

其中，所述最佳功率控制单元与所述电池桥接单元连接，用于检测所述电池组输出的直流电对应的第一电力参数，并实时获取所述第一电力参数对应的第一输出功率值，然后根据当前时刻的电力参数变化值，对当前时刻的所述第一输出功率值进行调整，以获得对应的第二输出功率值，并将所述第二输出功率值传输至所述逆变单元，以使所述逆变单元向所述外部电网输出与所述第二输出功率值相对应的交流电；其中，所述当前时刻的电力参数变化值是指，所述逆变单元在当前时刻传输至所述外部电网的第二电力参数与所述逆变单元在上一时刻传输至所述外部电网的第二电力参数的差值。

实施本发明实施例，利用若干个电池单元构成电池组，并通过逆变单元中的最佳功率控制单元，实时检测电池组输出的直流电对应的第一电力参数，并根据逆变单元在当前时刻传输至外部电网的第二电力参数与逆变单元在上一时刻传输至外部电网的第二电力参数的差值，对当前时刻的第一电力参数对应的第一输出功率值进行调整而获得第二输出功率值，以使逆变单元能够向外部电网输出与第二输出功率值相对应的交流电，实现电池储能装置的稳定输出，为外部电网提供稳定的交流电，而无需执行电池单元之间的平衡管理，避免因电池特性不一致而发生电池爆炸或燃烧，维护系统安全性并保障电池使用寿命。

作为优选方案，所述电池组是采用串联连接方式对所有所述电池单元进行连接而组成的。

实施本发明实施例的优选方案，采用串联连接方式，将若干个电池单元连接组成电池组，以便对异常的单体电池单元进行主动干预。

作为优选方案，所述的一种电池储能装置，还包括：

所述充电单元，用于将所述外部电网输出的交流电转换为直流电，以对所述电池组进行充电；

所述充电管理单元，用于控制所述充电单元进行状态切换，并控制调整第三电力参数；

其中，所述充电单元的状态包括开机状态和关机状态，所述第三电力参数包括所述充电单元的输出电压与输出电流。

实施本发明实施例的优选方案，将外部电网提供的交流电进行转换，以获得适用于电池组的直流电，避免直接利用交流电对电池组进行充电而对电池组造成损耗，优化电池组的稳定性，以延长电池组的使用寿命。此外，通过充电管理单元控制充电单元的开机状态和关机状态的切换，并控制调整充电单元的输出电压与输出电流等第三电力参数，从而实现电池组的充电模式的开启与关闭的精确且稳定切换。

作为优选方案，所述电池桥接单元，用于监控所述电池组的工作状态，并预测所述电池组的电池容量，以进行电池管理。

实施本发明实施例的优选方案，通过电池桥接单元，监控电池组的工作状态，并预测电池组的电池容量，能够避免电池储能裝置出现过度充电、过度放电和温度过高等异常问题。

作为优选方案，所述逆变单元，包括：主逆变电路、放电控制电路和辅助电路；

其中，所述主逆变电路，用于进行直流电和交流电的转换；

所述放电控制电路，用于提供控制脉冲；其中，所述控制脉冲用于调节所述主逆变电路的导通与开关；

所述辅助电路，用于调整直流电的输入电压，以使直流电的输入电压适于所述放电控制电路。

实施本发明实施例的优选方案，通过放电控制电路输出的控制脉冲，调节主逆变电路中的各个逆变开关元件，从而实现直流电和交流电的转换，以便为外部电网提供稳定的交流电。另外地，通过调整直流电的输入电压，能够提升放电控制电路对主逆变电路的控制精度，从而进一步优化电池储能装置的性能。

作为优选方案，所述逆变单元，包括：保护电路；

其中，所述保护电路，用于调节所述放电控制电路以保护所述主逆变电路。

实施本发明实施例的优选方案，通过设置保护电路以调节放电控制电路，实现输入过压、输出过压、久压保护、超载保护、过流保护、短路保护、接反保护与过热保护等功能，以维护电池储能装置的整体安全性。

作为优选方案，所述最佳功率控制单元，用于对所述外部电网进行相位同步追踪与频率同步追踪，以控制所述逆变单元输出与所述外部电网相同且同步的所述第二电力参数。

实施本发明实施例的优选方案，基于最佳功率控制单元，对外部电网进行相位同步追踪与频率同步追踪，以输出与外部电网具有相同频率、电压、相位、相序和/或波形等电力参数且同步的交流电。

作为优选方案，所述最佳功率控制单元，用于分析所述外部电网的负载需求，以分配所述电池储能装置与另一个所述电池储能装置的输出权重；

其中，所述电池储能装置与另一个所述电池储能装置并联。

实施本发明实施例的优选方案，利用最佳功率控制单元，去协调多个电池储能装置之间的输出与输入电能分配，不仅能够最佳化整体的充放电效益，还可以避免电池单元之间因电池特性不一致而降低安全性能，以最大限度地利用电池单元的储电能力和循环寿命。此外，由多个并联的电池储能装置构成的储能系统具备热插拔特性，因此电池储能装置的电池组可在储能系统进行运转时任意抽换，不会中断储能系统的整体供电作用。

作为优选方案，所述最佳功率控制单元，包括：检测电路和最佳功率调节电路；

其中，所述检测电路，用于检测所述电池组输出的直流电对应的所述第一电力参数、以及所述外部电网的电网参数；

所述最佳功率调节电路，用于根据所述检测电路的检测结果，实时获取所述电池组对应的所述第一输出功率值，然后根据所述逆变单元的输出结果，实时调整所述第一输出功率值，以使所述电池储能装置实现最大功率提取。

实施本发明实施例的优选方案，利用检测电路，检测电池组输出的直流电对应的第一电力参数和外部电网的电网参数，能够为最佳功率控制单元进行相位同步追踪与频率同步追踪提供实时的数据支撑。进一步地，在最佳功率控制单元中采用最佳功率调节电路，根据逆变单元的输出结果，实时调整电池组输出的直流电对应的第一输出功率值，能够实现逆变单元的输出功率的最佳优化，从而令电池储能裝置持续输出具备最佳功率值的交流电给外部电网。

作为优选方案，所述最佳功率控制单元，包括：控制电路；

其中，所述控制电路，用于根据所述最佳功率调节电路经由所述检测电路获取的所述第一电力参数和所述电网参数，控制所述逆变单元输出与所述外部电网相同且同步的所述第一电力参数。

实施本发明实施例的优选方案，控制电路针对外部电网执行相位同步追踪与频率同步追踪，能够促使电池储能装置作用在最佳功率点，确保电池储能装置能从电池组提取最大功率，从而减少发电量的损失。

附图说明

图1：为本发明实施例一提供的一种电池储能装置的结构示意图；

图2：为本发明实施例一提供的一种电池储能装置的充电管理单元、逆变单元和最佳功率控制单元的结构示意图；

图3：为本发明实施例一提供的由多个电池储能装置构成的电池储能系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

请参照图1，为本发明实施例提供的一种电池储能装置的结构示意图。该电池储能装置包括：电池组12、充电单元14、充电管理单元16、电池桥接单元18、电网桥接单元19和逆变单元20。其中，该电池储能装置的各个组成的具体连接关系与功能分别如下：

电池组12，包括若干个电池单元，用于输出直流电。

其中，电池组输出的直流电可以为电池组处于充电模式时所存储的电能。

在本实施例中，优选地，电池组12是采用串联连接方式对所有电池单元进行连接而组成的。

需要说明的是，电池单元可以是充电式电池。充电式电池可以为磷酸锂铁电池，但亦可以使用锂电池、铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、钠基电池，然实际变化不限于前揭范例，端视设计需求而定。

充电单元14，与外部电网24或者其它电能产生装置连接，用于对电池组12进行充电。其中，电能产生装置可以是能够提供直流电或者交流电的太阳发电装置、水力发电装置或风力发电装置等，端视设计需求而定。

在本实施例中，优选地，充电单元14，用于将外部电网24输出的交流电转换为直流电，以对电池组12进行充电。

需要说明的是，若外部电网24或电能产生装置提供直流电，充电单元14可直接对电池组12进行充电；若外部电网24或电能产生装置提供交流电，充电单元14可包含交流直流转换电路，用来将交流电转换为直流电以对电池组12进行充电。

充电管理单元16，分别与充电单元14和电池桥接单元18连接，用于控制充电单元14。

在本实施例中，优选地，充电管理单元16，用于控制充电单元14进行状态切换，并控制调整第三电力参数；其中，充电单元14的状态包括开机状态和关机状态，第三电力参数包括充电单元14的输出电压与输出电流。

作为一种举例，请参照图2，充电管理单元16可选择性具有辅助模组38，用于检查及驱动充电单元14的各个电路元件能正常运作。充电管理单元16还可选择性具有保护模组40和监控模组42。保护模组40是确保电池储能装置10在充电过程能稳定运作，监控模组42则可提供充电过程中的相关资讯，并通过显示介面让使用者观察。

电池桥接单元18，分别与电池组12、充电管理单元16、逆变单元20和最佳功率控制单元22连接，用于控制电池组12配合充电管理单元16切换为充电模式，也用于控制电池组12配合最佳功率控制单元22切换为放电模式，实现电池组12的模式切换。

需要说明的是，电池桥接单元18可包含各种类型的切换开关、驱动机构、过电流保护电路以及电源侦测电路灯模组。

在本实施例中，优选地，电池桥接单元18，用于监控电池组12的工作状态，比如电压、电流与温度值，并预测电池组12的电池容量，以进行电池管理，以避免出现过度充电、过度放电和温度过高等问题。

电网桥接单元19，分别与充电单元14、逆变单元20和外部电网24连接，用于控制电池组12进行模式切换。其中，电池组12的模式包括充电模式和放电模式。

逆变单元20，分别与电池桥接单元18、电网桥接单元19和外部电网24连接，用于将电池组12输出的直流电转换为交流电，并将交流电向外传输至外部电网24为之供电、或者是将逆变单元与其它的电池储能装置进行并联。其中，逆变单元20包括最佳功率控制单元22。

在本实施例中，请参照图2，逆变单元20，可以优选地包括：输入电路26、输出电路28、主逆变电路30、放电控制电路32、辅助电路34以及保护电路36。

其中，各个电路具体如下：

输入电路26是通过电池桥接单元18接收来自电池组12的直流电。

主逆变电路30，可连接在输入电路26与输出电路28之间，用于将直流电转换为交流电，并将交流电传输至输出电路28以提供至外部电网24。

放电控制电路32，可连接主逆变电路30，用于为主逆变电路30提供其所需的控制脉冲，从而基于控制脉冲调节主逆变电路30的各个逆变开关元件，以配合主逆变电路30完成逆变功能，输出与外部电网24具有相同频率、电压、相位、相序和/或波形等电力参数的交流电。

辅助电路34，可与输入电路26和放电控制电路32连接，用于将来自输入电路26的直流电的输入电压转换为适合放电控制电路32运作的操作电压。

在本实施例中，辅助电路34还可选择性包括监视模组、讯号传输模组以及显示模组。其中，监视模组是用于监视电池组12的储电量或其它资讯。讯号传输模组是连接于监视模组与讯号传输模组，用于将监视模组所取得之储电量或其它资讯发送至显示模组。显示模组除了可以显示储电量让使用者随时观察电池组12的充电与放电状态，还可以进一步显示直流输入电压和电流及交流输入电压和电流的测量值、以及逆变单元20处于正确运作、故障或停机等工作状态。

保护电路36，可与输入电路26和放电控制电路32连接，用于调节放电控制电路32以保护主逆变电路30，例如提供输入过压、输出过压、久压保护、超载保护、过流保护、短路保护、接反保护与过热保护等功能。

需要说明的是，保护电路36所提供的各类型保护功能不限于上揭范例，端视设计需求而定，于此不再对其它可能变化详加说明。

最佳功率控制单元22，与电池桥接单元18连接，用于针对外部电网24执行相位同步追踪与频率同步追踪，以控制逆变单元20输出与外部电网24相同且同步的相位、频率与电压等第二电力参数的交流电，使得电池储能装置10可作用在最佳功率点，确保电池储能装置10能从电池组12提取最大功率，从而减少发电量的损失。其控制流程具体为：检测电池组12输出的直流电对应的第一电力参数，并实时获取第一电力参数对应的第一输出功率值，然后根据当前时刻的电力参数变化值，对当前时刻的第一输出功率值进行调整，以获得对应的第二输出功率值，并将第二输出功率值传输至逆变单元20，以使逆变单元20向外部电网24输出与第二输出功率值相对应的交流电；其中，当前时刻的电力参数变化值是指，逆变单元20在当前时刻传输至外部电网24的第二电力参数与逆变单元20在上一时刻传输至外部电网24的第二电力参数的差值。即，最佳功率控制单元22在获取到电池储能装置10和外部电网24随时间流逝的电力参数变化的时候，依据此变化改变直流电的电压和/或电流，从而实时地调整电池组12对应的第一输出功率值，并将调整后的第一输出功率值记为第二输出功率值，然后将第二输出功率值提供给逆变单元20，使得电池储能装置的逆变单元20能够根据第二输出功率值进行相应调整而输出最佳功率值的交流电给外部电网24。

需要说明的是，第一电力参数和第二电力参数均可以指功率值、电压值和/或电流值，端视设计需求而定。

在本实施例中，请参照图2，最佳功率控制单元22可以优选地包括：检测电路44、最佳功率调节电路46以及控制电路48。其中，各个电路具体如下：

检测电路44，用于检测电池组12输出的直流电对应的第一电力参数、以及追踪外部电网24的电网相位角与电网频率等电网参数。

最佳功率调节电路46，用于根据检测电路44的检测结果，实时获取电池组12对应的第一输出功率值，再分别测量逆变单元20在当前时间点和先前时间点的输出结果，将当前时间点对应的输出结果记为当前第二电力参数，将先前时间点对应的输出结果记为先前第二电力参数，并对比当前第二电力参数和先前第二电力参数的差异，然后根据其差异调节电池组12输出的直流电的电压和/或电流，以使逆变单元20能够输出具备最佳功率值的交流电到外部电网24，令电池储能装置实现最大功率提取。

控制电路48，用于根据最佳功率调节电路46经由检测电路44获取的电压与电流等第一电力参数、以及电网相位角与电网频率等电网参数，控制逆变单元20输出的交流电的第一电力参数与外部电网24的电网参数相同且同步。

在本实施例中，电池储能装置可以单独连接外部电网24进行充放电，也可以连接多个电池储能装置10后再连接外部电网24进行充放电。

在本实施例中，优选地，最佳功率控制单元22，用于分析外部电网24的负载需求，以分配电池储能装置与另一个电池储能装置的输出权重；其中，电池储能装置与另一个电池储能装置并联。

请参照图3，可以由多个电池储能装置10进行并联而构成电池储能系统。其中，多个电池储能装置10之间可利用各自的最佳功率控制单元22进行沟通，并根据外部电网24的负载需求分配不同电池组12的输出权重，使不同电池储能装置10之间可达稳定平衡。特殊地，若外部电网24的负载需求较低，电池储能系统可通过最佳功率控制单元22之间的沟通分析，决定由部分的电池储能装置10提供电能，其它电池储能装置10则停止供电或进行充电，而不会中断储能系统的整体供电作用。

需要说明的是，在由多个电池储能装置10并联构成的电池储能系统中，各个电池储能装置10的电池组12中需使用相同种类的电池单元，而不同电池储能装置10的电池组12则能分别采用不同种类的电池单元。并联后的电池储能装置10还能够根据实际设计需求，选择性连结其它工具单元，例如具有监控、通信、防雷、并网、环控和安防等功能的工具单元。

相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

本发明提供了一种电池储能装置，利用若干个电池单元构成电池组，并通过逆变单元中的最佳功率控制单元，实时检测电池组输出的直流电对应的第一电力参数，然后根据逆变单元在当前时刻传输至外部电网的第二电力参数与逆变单元在上一时刻传输至外部电网的第二电力参数的差值，即第二电力参数的实时变化情况，对当前时刻的第一电力参数对应的第一输出功率值进行实时调整而获得第二输出功率值，以使逆变单元能够向外部电网输出与第二输出功率值相对应的交流电，实现电池储能装置的稳定输出，为外部电网提供稳定的交流电，而无需执行电池单元之间的平衡管理，避免因电池特性不一致而发生电池爆炸或燃烧，维护系统安全性并优化电池组的稳定性，以延长电池组的使用寿命，具有低成本的优势。

进一步地，利用最佳功率控制单元，去协调多个电池储能装置之间的输出与输入电能分配，不仅能够最佳化整体的充放电效益，还可以避免电池单元之间因电池特性不一致的异常情况，从而最大限度地利用电池单元的储电能力和循环寿命。此外，将产生交流电的多个电池储能装置进行并联而构成储能系统，能够提供充足的总电压与总电流，并且由多个并联的电池储能装置构成的储能系统具备热插拔特性，因此电池储能装置的电池组可在储能系统进行运转时任意抽换，不会中断储能系统的整体供电作用。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池储能装置，其特征在于，包括：电池组、充电单元、充电管理单元、电池桥接单元、电网桥接单元和逆变单元；

其中，所述电池组，包括若干个电池单元，用于输出直流电；

所述充电单元，与外部电网连接，用于对所述电池组进行充电；

所述充电管理单元，与所述充电单元连接，用于控制所述充电单元；

所述电池桥接单元，分别与所述电池组和所述充电管理单元连接，用于控制所述电池组进行模式切换；

所述电网桥接单元，分别与所述充电单元和外部电网连接，用于控制所述电池组进行模式切换；

其中，所述电池组的模式包括充电模式和放电模式；

所述逆变单元，分别与所述电池桥接单元、所述电网桥接单元和所述外部电网连接，用于将所述电池组输出的直流电转换为交流电，所述逆变单元包括最佳功率控制单元；

其中，所述最佳功率控制单元与所述电池桥接单元连接，用于检测所述电池组输出的直流电对应的第一电力参数，并实时获取所述第一电力参数对应的第一输出功率值，然后根据当前时刻的电力参数变化值，对当前时刻的所述第一输出功率值进行调整，以获得对应的第二输出功率值，并将所述第二输出功率值传输至所述逆变单元，以使所述逆变单元向所述外部电网输出与所述第二输出功率值相对应的交流电；其中，所述当前时刻的电力参数变化值是指，所述逆变单元在当前时刻传输至所述外部电网的第二电力参数与所述逆变单元在上一时刻传输至所述外部电网的第二电力参数的差值。

2.如权利要求1所述的一种电池储能装置，其特征在于，所述电池组是采用串联连接方式对所有所述电池单元进行连接而组成的。

3.如权利要求1所述的一种电池储能装置，其特征在于，还包括：

所述充电单元，用于将所述外部电网输出的交流电转换为直流电，以对所述电池组进行充电；

所述充电管理单元，用于控制所述充电单元进行状态切换，并控制调整第三电力参数；

其中，所述充电单元的状态包括开机状态和关机状态，所述第三电力参数包括所述充电单元的输出电压与输出电流。

4.如权利要求1所述的一种电池储能装置，其特征在于，所述电池桥接单元，用于监控所述电池组的工作状态，并预测所述电池组的电池容量，以进行电池管理。

5.如权利要求1所述的一种电池储能装置，其特征在于，所述逆变单元，包括：主逆变电路、放电控制电路和辅助电路；

其中，所述主逆变电路，用于进行直流电和交流电的转换；

所述放电控制电路，用于提供控制脉冲；其中，所述控制脉冲用于调节所述主逆变电路的导通与开关；

所述辅助电路，用于调整直流电的输入电压，以使直流电的输入电压适于所述放电控制电路。

6.如权利要求5所述的一种电池储能装置，其特征在于，所述逆变单元，包括：保护电路；

其中，所述保护电路，用于调节所述放电控制电路以保护所述主逆变电路。

7.如权利要求1所述的一种电池储能装置，其特征在于，所述最佳功率控制单元，用于对所述外部电网进行相位同步追踪与频率同步追踪，以控制所述逆变单元输出与所述外部电网相同且同步的所述第二电力参数。

8.如权利要求1所述的一种电池储能装置，其特征在于，所述最佳功率控制单元，用于分析所述外部电网的负载需求，以分配所述电池储能装置与另一个所述电池储能装置的输出权重；

其中，所述电池储能装置与另一个所述电池储能装置并联。

9.如权利要求1所述的一种电池储能装置，其特征在于，所述最佳功率控制单元，包括：检测电路和最佳功率调节电路；

其中，所述检测电路，用于检测所述电池组输出的直流电对应的所述第一电力参数、以及所述外部电网的电网参数；

所述最佳功率调节电路，用于根据所述检测电路的检测结果，实时获取所述电池组对应的所述第一输出功率值，然后根据所述逆变单元的输出结果，实时调整所述第一输出功率值，以使所述电池储能装置实现最大功率提取。

10.如权利要求9所述的一种电池储能装置，其特征在于，所述最佳功率控制单元，包括：控制电路；

其中，所述控制电路，用于根据所述最佳功率调节电路经由所述检测电路获取的所述第一电力参数和所述电网参数，控制所述逆变单元输出与所述外部电网相同且同步的所述第一电力参数。

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