CN116191604A - 储能系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种储能系统，包括多个并联的储能单元以及与多个储能单元通信连接的控制器，各个储能单元包括电池组、控制电路，以及变流器，各个储能单元的电池组、控制电路和变流器依次电连接，各个储能单元的控制电路与控制器通信连接；在各个储能单元中，控制电路，用于获取储能单元电池组的电压值，并将电压值发送至控制器；控制器，用于接收多个电池组的电压值，并根据多个电池组的电压值确定待执行环流抑制操作的变流器，并指示控制电路向变流器发送控制信号；待执行环流抑制操作的变流器，用于根据控制信号向电池组执行充电操作或放电操作，使得多个电池组之间的压差满足预设条件。该储能系统能够在系统运行的各个阶段进行环流抑制。

Description

储能系统

技术领域

本发明一般涉及储能技术领域，尤其涉及一种储能系统。

背景技术

能源储存系统通过将多余的热能、动能、电能、位能、化学能等进行储存，并在需要使用的地点或时间进行输出，为人们的生活提供了极大的便利。

现有技术中，电能储存系统(以下简称储能系统)通过在主回路中并联预充继电器和预充电阻组成的预充回路，在系统上电前进行环流抑制。

然而，现有技术的储能系统只能在系统上电前进行环流抑制，当系统各电池簇出现较大压差导致无法上电时，只能将整个系统全部退出运行进行维护。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种储能系统，该储能系统能够在系统运行的各个阶段进行环流抑制。

本发明提供一种储能系统，包括多个并联的储能单元以及与多个储能单元通信连接的控制器，各个储能单元包括电池组、控制电路，以及变流器，各个储能单元的电池组、控制电路和变流器依次电连接，各个储能单元的控制电路与控制器通信连接；在各个储能单元中，控制电路，用于获取电池组的电压值，并将电压值发送至控制器；控制器，用于从多个储能单元的多个控制电路接收多个储能单元的多个电池组的电压值，并根据多个电池组的电压值确定多个储能单元的多个变流器中的待执行环流抑制操作的变流器，并指示待执行环流抑制操作的变流器所属的储能单元的控制电路向变流器发送控制信号；待执行环流抑制操作的变流器，用于根据控制信号向待执行环流抑制操作的变流器所属的储能单元的电池组执行充电操作或放电操作，使得多个电池组之间的压差满足预设条件。

本申请提出的储能系统，在各个储能单元中，通过控制电路获取所属储能单元的电池组的电压值，并将获取到的电压值发送至控制器，控制器根据多个储能单元的电压值，判断储能系统是否会产生环流，若储能系统会产生环流，则通过控制可能引起环流的储能单元的变流器对该储能单元的电池组的电压进行修正，使得储能系统中各个电池组之间的压差均满足预设条件，以抑制储能系统中的环流，保证储能系统的正常工作。

在一种可能的实现方式中，预设条件为多个电池组之间的压差不超过预设阈值。

通过将预设条件设为多个电池组之间的压差不超过预设阈值，使得储能系统中各个电池组之间的压差处于预设值范围内，不易产生环流，保证了储能系统的正常上电、运行和下电等。

在一种可能的实现方式中，控制器用于，根据多个电池组的电压值确定多个变流器中的待执行环流抑制操作的变流器，并向待执行环流抑制操作的变流器所属储能单元的控制电路发送控制指令，待执行环流抑制操作的变流器所属的储能单元的控制电路根据控制指令向待执行环流抑制操作的变流器发送控制信号。

控制器通过向待执行环流抑制操作的变流器所属储能单元的控制电路发送控制指令，使得控制电路能够根据控制指令向待执行环流抑制操作的变流器发送控制信号，以便于变流器执行环流抑制操作。

在一种可能的实现方式中，控制器用于，在第一电压值与第二电压值之间的差值超过预设阈值时，向待执行环流抑制操作的变流器所属的储能单元的控制电路发送控制指令，其中，第一电压值是多个电池组的电压值中的最大值，第二电压值是多个电池组的电压值中的最小值。

通过控制器确定多个电池组的电压值中的最大值和最小值，并在最大值和最小值之间的差值超过预设阈值时，控制器向待执行环流抑制操作的变流器所属的储能单元的控制电路发送控制指令，控制电路根据该控制指令向待执行环流抑制操作的变流器发送控制信号，使得变流器对所述储能单元的电池组进行电压修正，以将第一电压值和第二电压值之间的差值调节至预设阈值范围内。

在一种可能的实现方式中，控制信号用于指示具有第一电压值的电池组所属的储能单元的变流器对电池组执行放电操作；或者控制信号用于指示具有第二电压值的电池组所属的储能单元的变流器对具有第二电压值的电池组所属的储能单元的电池组执行充电操作。

通过放电操作减小了所属储能单元的电池组的电压值，充电操作增大了所属储能单元的电池组的电压值，这样，缩小了两个储能单元之间压差，将两个储能单元之间的压差调整至预设阈值范围内，使得两个储能单元之间不易产生环流。

在一种可能的实现方式中，在各个储能单元中，控制电路包括电池管理器，电池管理器用于获取电池组的电压值，并将电压值发送至控制器，控制器根据多个电池组的电压值确定待执行环流抑制操作的变流器，并向待执行环流抑制操作的变流器所属的储能单元中的电池管理器发送控制指令。

通过电池管理器获取同一储能单元上的电压值，并将该电压值发送给控制器，控制器根据获取到的多个储能单元上的电池组的电压值，确定能够产生环流的储能单元，且确定环流抑制策略，然后向待执行环流抑制操作的变流器的储能单元上的电池管理器发送控制指令，由电池管理器向同一储能单元上的变流器发送控制信号，变流器根据控制信号执行相应操作，以抑制环流。

在一种可能的实现方式中，在各个储能单元中，控制电路还包括断路器，断路器用于在储能单元的电流超过第一阈值电流时进行断路，以控制储能单元为断路状态。

通过使用断路器替代现有技术中的高压继电器和隔离开关实现对储能单元的通断控制，减少了控制电路的元器件数量，降低了生产成本，且降低了元器件之间相互配合的要求。

在一种可能的实现方式中，在各个储能单元中，控制电路还包括熔断器，熔断器用于在储能单元的电流超过第二阈值电流时进行熔断，以控制储能单元为断路状态，其中第二阈值电流大于第一阈值电流。

通过在各个储能单元的控制电路中设置熔断器，使得当储能单元的电流超过第二阈值时，能够通过熔断，断开储能单元的回路，对储能单元进行保护，由于第二阈值大于第一阈值，因此，熔断器能够在更大的电流范围对储能单元进行保护。

在一种可能的实现方式中，在各个储能单元中，控制电路还包括电池管理器，电池管理器用于获取储能单元的电流值，并在储能单元的电流超过第一阈值电流时向断路器发送控制信号。

通过电池管理器获取储能单元的电流值，并在储能单元的电流超过第一阈值电流时向断路器发送控制信号，从而避免储能单元的电流超过第一阈值电流，提高了储能单元的运行安全。

在一种可能的实现方式中，断路器还用于，根据控制信号进行断路，以控制储能单元为断路状态，从而实现对储能单元的超过第一阈值电流的保护。

在一种可能的实现方式中，在各个储能单元中，断路器的正极上口连接变流器的直流侧的正极，断路器的正极下口连接熔断器的一端，熔断器的另一端连接电池组的正极，电池组的负极连接断路器的负极下口，断路器的负极上口连接变流器的直流侧的负极，以将控制电路的断路器和熔断器与变流器和电池组进行串联连接，使得储能单元在充电时，电流的流动路径依次为变流器的直流侧的正极、断路器的正极、熔断器、电池组的正极、电池组的负极、断路器的负极以及变流器的直流侧的负极。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本申请实施例提供的储能系统的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例即实施例的特征可以互相结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

下面参考附图描述根据发明实施例的控制电路及储能系统。

根据本发明实施例的储能系统，如图1所示，包括多个并联的储能单元以及与多个储能单元通信连接的控制器，储能单元包括电池组、控制电路，以及变流器(PCS)，各个储能单元的电池组、控制电路和变流器依次电连接，各个储能单元的控制电路与控制器通信连接；在各个储能单元中，控制电路，用于获取电池组的电压值，并将电压值发送至控制器；控制器，用从多个储能单元的多个控制电路接收多个储能单元的多个电池组的电压值，并于根据多个电池组的电压值确定多个储能单元的多个变流器中的待执行环流抑制操作的变流器，并指示待执行环流抑制操作的变流器所属的储能单元的控制电路向变流器发送控制信号；待执行环流抑制操作的变流器，用于根据控制信号向待执行环流抑制操作的变流器所属的储能单元的电池组执行充电操作或放电操作，使得多个电池组之间的压差满足预设条件。

具体的，在各个储能单元中，电池组用于储存电能或释放电能。控制电路用于向变流器发送控制信号。变流器用于对电池组进行充电操作或者放电操作。电池组、控制电路和变流器依次电连接，使得经过电池组、控制电路和变流器的电流值均相同。

控制电路用于获取控制电路所属储能单元的电池组的电压值，并将获取到的电压值发送至控制器，控制器根据多个控制电路发送的电压值，判断储能系统是否会产生环流，并确定可能产生环流的储能单元，然后确定待执行环流抑制操作的变流器，并通过待执行环流抑制操作的变流器所属储能单元的控制电路向待执行环流抑制操作的变流器发送控制信号，待执行环流抑制操作的变流器根据控制信号向其所属储能单元上的电池组执行充电操作或放电操作，使得储能系统中各个电池组的压差满足预设条件，即，使得储能系统中各个电池组的压差均处于不会产生环流的范围内，从而抑制环流的产生，这样，储能系统就能够正常运行。

由此，根据本发明的储能系统，在各个储能单元中，通过控制电路获取所属储能单元的电池组的电压值，并将获取到的电压值发送至控制器，控制器根据多个储能单元的电压值，判断储能系统是否会产生环流，若储能系统可能产生环流，则通过控制可能引起环流的储能单元的变流器对该储能单元的电池组的电压进行修正，使得储能系统中各个电池组之间的压差均满足预设条件，以抑制储能系统中的环流，保证储能系统的正常工作。

在一些实施例中，储能单元的电池组两端连接电压检测设备，控制电路与电压检测设备连接，以得到电池组两端的电压值。

在本发明的一些实施例中，预设条件为多个电池组之间的压差不超过预设阈值。

通过将预设条件设为多个电池组之间的压差不超过预设阈值，使得储能系统中各个电池组之间的压差处于预设值范围内，不易产生环流，保证了储能系统的正常上电、运行和下电等。

示例性的，若预设阈值为10V，那么，当储能系统中各个电池组之间的压差小于10V时，储能系统能够正常工作；当压差大于10V时，可以通过变流器的环流抑制操作对电池组的电压值进行修正，以将压差缩小至10V以内。例如，当压差为10V-20V时，通过变流器的环流抑制操作对电池组的电压值进行修正；当压差大于20V时，可能需要申请人工维护介入。

在本发明的一些实施例中，控制器用于，根据多个电池组的电压值确定多个变流器中的待执行环流抑制操作的变流器，并向待执行环流抑制操作的变流器所属储能单元的控制电路发送控制指令，待执行环流抑制操作的变流器所属的储能单元的控制电路根据控制指令向变流器发送控制信号。通过同一储能单元的控制电路向待执行环流抑制操作的变流器发送控制信号。

控制器通过向待执行环流抑制操作的变流器所属储能单元的控制电路发送控制指令，使得控制电路能够根据控制指令向待执行环流抑制操作的变流器发送控制信号，以便于变流器执行环流抑制操作。

在本发明的一些实施例中，控制器用于，在第一电压值与第二电压值之间的差值超过预设阈值时，向待执行环流抑制操作的变流器所属的储能单元的控制电路发送控制指令，其中，第一电压值是多个电池组的电压值中的最大值，第二电压值是多个电池组的电压值中的最小值。通过控制器确定多个电池组的电压值中的最大值和最小值，并在最大值和最小值之间的差值超过预设阈值时，控制器向待执行环流抑制操作的变流器所属的储能单元的控制电路发送控制指令，控制电路根据该控制指令向待执行环流抑制操作的变流器发送控制信号，使得变流器对所述储能单元的电池组进行电压修正，以将第一电压值和第二电压值之间的差值调节至预设阈值范围内。。

在一些实施例中，当经过一次电压修正后，储能系统中的中还存在能够产生环流的压差时，重复上述操作，直至储能系统中的最大电压值与最小电压值的差值始终小于预设阈值。

在本发明的一些实施例中，控制信号用于指示具有第一电压值的电池组所属的储能单元的变流器对电池组执行放电操作，或者控制信号用于指示具有第二电压值的电池组所属的储能单元的变流器对具有第二电压值的电池组所属的储能单元的电池组执行充电操作。

通过放电操作减小了所属储能单元的电池组的电压值，充电操作增大了所属储能单元的电池组的电压值，这样，缩小了两个储能单元之间压差，将两个储能单元之间的压差调整至预设阈值范围内，使得两个储能单元之间不会产生环流。

在一些实施例中，充电操作增大的电压和放电操作减小的电压可以相同，也可以不同。

在一些实施例中，也可以单独向第一电压值所属的储能单元的变流器发送控制信号，或者单独向第二电压值所属的储能单元的变流器发送控制信号，只要将第一电压值和第二电压值之间的压差减小至预设阈值之内即可。

例如，若第一电压值远大于储能系统中的多个储能单元上的电压值的平均值，而第二电压值接近平均值，则单独向第一电压值所属的储能单元的变流器发送指示变流器对电池组执行放电操作信号；若第一电压值接近储能系统中的多个储能单元上的电压值的平均值，而第二电压值远小于平均值，则单独向第而电压值所属的储能单元的变流器发送指示变流器对电池组执行充电操作信号。

在本发明的一些实施例中，在各个储能单元中，控制电路包括电池管理器(BMS)，BMS用于获取控制电路所属储能单元的电池组的电压值，并将电压值发送至控制器，控制器根据多个电池组的电压值确定待执行环流抑制操作的变流器，并向待执行环流抑制操作的变流器所属的储能单元中的电池管理器发送控制指令。

通过电池管理器获取同一储能单元上的电压值，并将该电压值发送给控制器，控制器根据获取到的多个储能单元上的电池组的电压值，确定能够产生环流的储能单元，且确定环流抑制策略，然后向待执行环流抑制操作的变流器的储能单元上的电池管理器发送控制指令，由电池管理器向同一储能单元上的变流器发送控制信号，变流器根据控制信号执行相应操作，以抑制环流。

在一些实施例中，可以将电压检测元件集成在电池管理器上，通过电压检测元件检测电池组两端的电压值。

在本发明的一些实施例中，在各个储能单元中，控制电路还包括断路器，断路器用于在控制电路所属储能单元的电流超过第一阈值电流时进行断路，以控制储能单元为断路状态。

通过使用断路器替代现有技术中的高压继电器和隔离开关实现对储能单元的通断控制，减少了控制电路的元器件数量，降低了生产成本，且降低了元器件之间相互配合的要求。

在一些实施例中，第一阈值电流为过流保护电流，通过将第一阈值电流设为过流保护电流，使得断路器能够对储能单元进行过流保护，对储能系统中的各储能单元上的元器件进行保护，延长了元器件的使用寿命。

在本发明的一些实施例中，在各个储能单元中，控制电路还包括熔断器，熔断器用于在储能单元的电流超过第二阈值电流时进行熔断，以控制储能单元为断路状态，其中第二阈值电流大于第一阈值电流。

通过在控制电路中设置熔断器，使得当储能单元的电流超过第二阈值时，能够通过熔断，断开储能单元的回路，对储能单元进行保护，提高了储能单元的运行安全，由于第二阈值大于第一阈值，因此，熔断器能够在更大的电流范围对储能单元进行保护。

在一些实施例中，第二阈值电流为短路保护电流，通过将第二阈值电流设为短路保护电流，使得熔断器能够对储能单元进行短路保护，对储能系统中的各储能单元上的元器件进行保护，延长了元器件的使用寿命。

在本发明的一些实施例中，在各个储能单元中，控制电路还包括电池管理器，电池管理器用于获取储能单元的电流值，并在储能单元的电流超过第一阈值电流时向断路器发送控制信号。

通过电池管理器获取储能单元的电流值，并在储能单元的电流超过第一阈值电流时向断路器发送控制信号，从而避免储能单元的电流超过第一阈值电流，提高了储能单元的运行安全。

在一些实施例中，储能单元上设置有电流检测装置，例如分流器或电流传感器等。电池管理器与电流检测装置连接，以获得电流信号。电池管理器还与断路器连接，以将控制信号传送给断路器。

可以理解的是，也可以将电流检测元件集成在电池管理器上。

在本发明的一些实施例中，断路器还用于，根据控制信号进行断路，以控制储能单元为断路状态，从而实现对储能单元的超过第一阈值电流的保护，使得储能单元上的电流始终小于第一阈值电流值，提高了储能单元的运行安全。

在本发明的一些实施例中，在各个储能单元中，断路器的正极上口连接变流器的直流侧的正极，断路器的正极下口连接熔断器的一端，熔断器的另一端连接电池组的正极，电池组的负极连接断路器的负极下口，断路器的负极上口连接变流器的直流侧的负极，以将控制电路的熔断器和断路器与变流器和电池组进行串联连接，使得储能单元在充电时，电流的流动路径依次为变流器的直流侧的正极、断路器的正极、熔断器、电池组的正极、电池组的负极、断路器的负极以及变流器的直流侧的负极。

在一些实施例中，熔断器还可以一端与断路器的负极下口连接，另一端与电池组的负极连接。

以下对储能系统的各个阶段的控制策略进行说明：

系统上电时，变流器(PCS)待机，断路器合闸后由电池管理器(BMS)将各储能单元上的电压值发送给控制器，控制器对各储能单元上的压差进行判断，若压差满足预设条件，则所有变流器启动运行，若压差超过预设条件，则单独启动电压最小的电池组的储能单元上的变流器进行小功率补电、或单独启动电压最大的电池组的储能单元上的变流器进行小功率放电、或同时启动电压最小和最大的电池组的储能单元上的变流器分别进行小功率补电和放电，以使储能系统中的压差均满足预设条件，然后所有变流器启动运行。

系统运行时，控制器根据实时获得的各储能单元上的电压值，判断储能系统出现可能产生环流的压差，则单独启动可能产生环流的储能单元上的变流器，通过变流器的充电或放电使得压差满足预设条件，保证系统的正常运行。

系统待机时，控制器根据实时获得的各储能单元上的电压值，判断储能系统中的压差是否满足预设条件，若压差超过预设条件，则单独启动该储能单元上的变流器，通过变流器的充电或放电使得压差满足预设条件。

系统下电时，变流器将功率至0且待机后，断路器分闸。

系统故障时，通过电池管理器控制断路器进行分闸，以断开储能单元。

系统维护时，断路器分闸为储能单元提供可靠断口，以保证运行维护人员的人身安全。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其他技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (11)

1.一种储能系统，其特征在于，包括多个并联的储能单元以及与所述多个储能单元通信连接的控制器，各个所述储能单元包括电池组、控制电路，以及变流器，各个所述储能单元的所述电池组、所述控制电路和所述变流器依次电连接，各个所述储能单元的控制电路与所述控制器通信连接；

在各个所述储能单元中，所述控制电路，用于获取所述电池组的电压值，并将所述电压值发送至所述控制器；

所述控制器，用于从所述多个储能单元的多个控制电路接收所述多个储能单元的多个电池组的电压值，并根据所述多个电池组的电压值确定所述多个储能单元的多个变流器中的待执行环流抑制操作的变流器，并指示所述待执行环流抑制操作的变流器所属的所述储能单元的所述控制电路向所述待执行环流抑制操作的变流器发送控制信号；

所述待执行环流抑制操作的变流器，用于根据所述控制信号向所述待执行环流抑制操作的变流器所属的所述储能单元的所述电池组执行充电操作或放电操作，使得所述多个电池组之间的压差满足预设条件。

2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述预设条件为所述多个电池组之间的压差不超过预设阈值。

3.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述控制器用于根据所述多个电池组的电压值确定所述多个变流器中的所述待执行环流抑制操作的变流器，并向所述待执行环流抑制操作的变流器所属的所述储能单元的所述控制电路发送控制指令，所述待执行环流抑制操作的变流器所属的所述储能单元的所述控制电路根据所述控制指令向所述待执行环流抑制操作的变流器发送控制信号。

4.根据权利要求3所述的储能系统，其特征在于，所述控制器用于在第一电压值与第二电压值之间的差值超过所述预设阈值时，向所述待执行环流抑制操作的变流器所属的所述储能单元的所述控制电路发送所述控制指令；

其中，所述第一电压值是所述多个电池组的电压值中的最大值，所述第二电压值是所述多个电池组的电压值中的最小值。

5.根据权利要求4所述的储能系统，其特征在于，所述控制信号用于指示具有所述第一电压值的所述电池组所属的所述储能单元的所述变流器对具有所述第一电压值的所述电池组所属的所述储能单元的所述电池组执行放电操作；或者

所述控制信号用于指示具有所述第二电压值的所述电池组所属的所述储能单元的所述变流器对具有所述第二电压值的所述电池组所属的所述储能单元的所述电池组执行充电操作。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的储能系统，其特征在于，在各个所述储能单元中，所述控制电路包括电池管理器，所述电池管理器用于获取所述电池组的电压值，并将所述电压值发送至所述控制器；

所述控制器根据所述多个电池组的电压值确定所述待执行环流抑制操作的变流器，并向所述待执行环流抑制操作的变流器所属的储能单元中的电池管理器发送控制指令。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的储能系统，其特征在于，在各个所述储能单元中，所述控制电路还包括断路器，所述断路器用于在所述储能单元的电流超过第一阈值电流时进行断路，以控制所述储能单元为断路状态。

8.根据权利要求7所述的储能系统，其特征在于，在各个所述储能单元中，所述控制电路还包括熔断器，所述熔断器用于在所述储能单元的电流超过第二阈值电流时进行熔断，以控制所述储能单元为断路状态，其中，所述第二阈值电流大于所述第一阈值电流。

9.根据权利要求7所述的储能系统，其特征在于，在各个所述储能单元中，所述控制电路还包括电池管理器，所述电池管理器用于获取所述储能单元的电流值，并在所述储能单元的电流超过所述第一阈值电流时向所述断路器发送控制信号。

10.根据权利要求9所述的储能系统，其特征在于，所述断路器还用于根据所述控制信号进行断路，以控制所述储能单元为断路状态。

11.根据权利要求8所述的储能系统，其特征在于，在各个所述储能单元中，所述断路器的正极上口连接所述变流器的直流侧的正极，所述断路器的正极下口连接所述熔断器的一端，所述熔断器的另一端连接所述电池组的正极，所述电池组的负极连接所述断路器的负极下口，所述断路器的负极上口连接所述变流器的直流侧的负极。

Images