CN116345702A - 能量存储系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能量存储系统(10)，该能量存储系统包括串联连接的多个电模块组(12)，每个电模块组(12)具有正极端子和负极端子，每个电模块组(12)的端子处的电压等于该组(12)的正极端子和负极端子之间的电位差，系统(10)的端子处的电压等于所连接的电模块组(12)的电压之和，每个电模块组(12)由框架(20)支撑，每个框架(20)设置在参考电位，其中，每个框架(20)的参考电位大致介于由框架支撑的电模块组(12)的正极端子的电位和负极端子的电位之间。

Description

能量存储系统
技术领域
本发明涉及一种能量存储系统。
背景技术
市售的能量存储系统大多是低压系统，包括串联连接以形成电池组的多个电池。能量存储系统的端电压是系统的正极端子和负极端子之间的电位差。特别地，图1示出了提供大约1500伏(V)的最大电压的低压能量存储系统的示例。
此类系统中的电池组由连接到地面(还称为地或0V参考)的框架支撑。为了满足绝缘要求，一方面，正极端子与地之间的电压应远低于系统的绝缘电压，且另一方面，负极端子与地之间的电压应远低于系统的绝缘电压。绝缘电压通常定义为一分钟内的rms(RMS-1分钟)，即最大电压的两倍加1000V。在图1的情况下，绝缘电压为4000V，因此正极端子与地之间的电压为+750V，负极端子与地之间的电压为-750V。因此，即使在其中一个端子上存在短路，另一个端子与地之间的电压的绝对值最多为1500V，且保持远低于4000V的绝缘电压。
如果目的是增加这种能量存储系统的电压(增加系统的正极端子和负极端子之间的电压)，则自然地串联连接多个存储系统，即串联连接多个电池组。这样的构造如图2所示，其中对应于图1中的电池组的两个电池组已经串联连接。系统达到的最大电压是3000V。
然而，在正常操作中，对于图2中的构造，每个系统端子与地之间的电压达到最大电压，即1500V。此外，对于图2，在其中一个端子上存在短路的情况下，另一个端子与地之间的电压的绝对值达到最大电压，即3000V，因此超过了给单个组系统设计的绝缘电压。
因此，需要一种能量存储系统，该能量存储系统能够在遵守绝缘约束的同时增加市售的存储系统中的电压。
发明内容
为此，本发明涉及一种能量存储系统，该能量存储系统包括串联连接的多个电模块组，每个电模块组具有正极端子和负极端子，每个电模块组的端子处的电压等于该组的正极端子和负极端子之间的电位差，系统的端电压等于所连接的电模块组的电压之和，每个电池组由框架支撑，每个框架设置在参考电位，每个框架的参考电位大致在由框架支撑的电模块组的正极端子的电位和负极端子的电位之间。
在特定实施例中，系统单独地或以任何技术上可能的组合包括以下特征中的一个或多个特征：
-每个电模块是电池；
-每个电模块是电解槽模块或燃料电池模块；
-一方面的每个组的每个端子的电位与另一方面的支撑该组的框架的电位之间的电位差的绝对值等于0伏或等于该组的端电压；
-框架中的至少一个框架的参考电位不同于地电位；
-每个框架包括导电屏蔽，参考电位施加到导电屏蔽；
-每个框架包括附加端子，对应于参考电位的电压施加到附加端子，以将框架设置为参考电位；
-每个框架连接到相应的电模块组的正极或负极，以将框架设置为参考电位；
-系统包括封装多个电模块组的壳体；
-壳体由塑料制成；
-壳体是金属壳体并接地，壳体还通过至少一个绝缘体连接到每个框架；
-电模块组的端子处的电压相同，例如等于1500V；
-系统的端子处的电压严格地大于1500V，优选地大于或等于3000V。
附图说明
本发明的其它特征和优点将从以下对本发明的实施例的描述中变得显而易见，实施例仅以示例的方式并参考附图给出，附图包括：
图1是现有技术的由电池组形成的能量存储系统的示例的示意图，
图2是通过连接图1的两个电池组来实现电压增加的能量存储系统的示例的示意图，与这种系统相关的问题已经在说明书的引言部分中阐述，
图3是解决在说明书的引言部分中概述的问题的能量存储系统的示例，
图4是解决在说明书的引言部分中概述的问题的能量存储系统的另一示例，以及
图5是解决在说明书的引言部分中概述的问题的能量存储系统的又一示例。
具体实施方式
下面描述一种能量存储系统10，能量存储系统10在满足绝缘约束的同时实现比引言中描述的市售的存储系统更高的电压，图3至图5是这种系统10的示例，且将在说明书中在适当的时候详细描述。
特别地，系统10旨在集成在执行能量存储动作的装置中，此类装置例如太阳能光伏发电厂。
系统10包括串联连接的多个电池组12。该连接通常通过将一个组12的正极端子与另一个组12的负极端子连接在一起来实现，依此类推，取决于组12的数量。
多个电池组12理解为意味着至少两个电池组12串联连接。在图3至图5的示例中，四个电池组12串联连接。然而，串联连接的电池组12的数量不限于四个，而是根据要达到的最终电压，大于或小于四个。
每个电池组12通常是低电压电池组，例如市售的标准电池组。例如，这种电池组的最大端电压是1500V或更低。
每个电池组12包括串联连接的多个电池14(在图3至5中仅示出了电池组12中的一个电池组，以避免淹没附图)。例如，电池是锂离子电池。
每个电池组12具有正极端子和负极端子，分别形成存储系统10的正极中间端子16和负极中间端子18。每个电池组12的端电压等于组12的正极端子和负极端子之间的电位差。在图3至图5的示例中，每个组12的端电压是1500V。
电池组12通常以连接顺序彼此连接。按照连接顺序，第一电池组12的负极端子是系统10的负极端子。按照连接顺序，最后一个电池组12的正极端子是系统10的正极端子。因此，存储系统10的端电压等于所连接的电池组12的电压之和。因此，系统10的端电压通常严格地大于1500V，优选地大于或等于3000V。在图3至图5的示例中，四个1500V的电池组12串联连接，因此系统10的电压为6000V。从图中最低的电池组12到图中最高的电池组12进行连接。
每个电池组12由框架20支撑，框架20还称为支架或机架。
每个框架20设置为参考电位。每个框架20的参考电位大致介于相应电池组12的正极端子的电位和负极端子的电位之间。因此，框架20的电位的设定例如通过将框架20连接到电池组12中包含的电池之一来实现。
在优选的实施例中，每个框架20的参考电位等于相应电池组12的正极端子或负极端子的电位。这有助于存储系统10的设计。
因此，在该优选模式下，在正常操作中(即，在没有短路的情况下)，一方面的每个组12的端子的电位(等于参考电位)与另一方面的对应的参考电位之间的电位差(电压)为零。此外，每个组12的另一个端子的电位与参考电位之间的电位差的绝对值等于组12的电压。因此，即使在系统10的一个端子上存在短路的情况下，组12的另一个端子与参考电位之间的电压的绝对值至多等于组12的电压，该电压与绝缘电压保持一致。
在图3至图5的示例中，每个框架20的参考电位等于由框架20支撑的组12的正极端子的电位，即对于第一框架20，参考电位为1500V，对于第二框架20，参考电位为3000V，对于第三框架20，参考电位为4500V，以及对于第四框架20，参考电位为6000V。因此，每个组12的正极端子和相应的参考电位之间的电位差等于0V。每个组12的负极端子和相应的参考电位之间的电位差等于-1500V(1500V是组的电压)。
应注意，在这些示例中，如果每个框架20的参考电位是相应组12的负极端子的电位，则每个组12的正极端子和相应参考电位之间的电位差将等于+1500V。每个组12的负极端子和相应参考电位之间的电位差将是0V。
通常，当系统10包括串联连接的至少两个电池组12时，组12中的一个组的框架20设置为不同于接地电位(即，0V电位)的参考电位。因此，框架20的参考电位随着组12的连接而增加。
有利地，每个框架20包括导电屏蔽，参考电位施加到导电屏蔽。
在一个实施例中，每个框架20包括附加端子，对应于参考电位的电压施加到该附加端子，以将框架20设置为参考电位。例如，附加终端从框架20突出。
在另一个实施例中，每个框架20连接到相应电池组12的正极或负极，以将框架20设置为参考电位。该连接例如由电位设置连接器30(例如金属编织物)形成。这种连接如图3至图5所示。
可选地，系统10包括封装多个电池组12的壳体40。壳体40适于保护电池组12，并提供裸露部件不带电的系统10。
在图4所示的示例中，壳体40由塑料制成。
在图5所示的示例中，壳体40是金属壳体，且通过至少一个绝缘体42连接到每个框架20。在这种情况下，壳体40连接到地44。绝缘体是由绝缘材料制成的电工部件。金属壳体的优点是比塑料壳体更耐用。
现在，将描述系统10的设计的示例。
最初，获得多个(至少两个)电池组12以进行连接，每个组12由框架20支撑。
将组12中的一个组作为要连接的第一组。然后，第一组12的框架20的参考电位设置为大致介于第一组12的正极端子的电位和负极端子的电位之间的电位。优选地，第一组12的框架20的参考电位等于第一组12的正极端子的电位或负极端子的电位。
然后，例如通过将第二组12的负极端子连接到第一组12的正极端子，而将第二组12连接到第一组12。然后，第二组12的框架20的参考电位设置为大致介于第二组12的正极端子的电位和负极端子的电位之间的电位。优选地，第二组12的框架20的参考电位等于第二组12的正极端子的电位或负极端子的电位。然后对要连接的另外每个组12如此重复。
以这种方式，能量存储系统10使得诸如市场上的那些低电压存储系统能够实现电压增加，同时遵守绝缘约束，但不会引入增强绝缘。实际上，绝缘由每个电池组的框架20支持。特别地，根据相应的组固定框架20的电位(广义上介于正极端子的电位和负极端子的电位之间的电位)，使得即使在短路的情况下也不可能超过绝缘电压。
这样的系统10还消除了正共模电位。维护也方便(接地)。
本领域技术人员应理解，上述实施例和变体可以组合以形成新的实施例，前提是它们在技术上兼容。
应注意，在图3至图5的示例中，电池组12的端电压相同(等于1500V)。然而，本发明还适用于不同电压的电池组12的情况，例如，适用于将具有大约1500V的最大电压的电池组12连接到具有大约500V的最大电压的电池组12。
此外，要强调，已经使用电池组作为示例来描述本发明。然而，本发明的原理适用于所有类型的电模块，尤其还适用于电解槽模块或燃料电池模块。事实上，在电化学反应器例如电解槽或燃料电池的情况下，大量的组件会产生安全和绝缘问题，而所提出的存储系统能够解决这些问题。因此，可通过将术语“电池”替换为术语“电模块”，更具体地替换为“电解槽模块”或“燃料电池模块”来阅读本说明书。

Claims (13)

1.能量存储系统(10)，包括串联连接的多个电模块组(12)，每个电模块组(12)具有正极端子和负极端子，每个电模块组(12)的端子处的电压等于所述组(12)的正极端子和负极端子之间的电位差，所述系统(10)的端子处的电压等于所连接的电模块组(12)的电压之和，每个电模块组(12)由框架(20)支撑，每个框架(20)设置在参考电位，其特征在于，每个框架(20)的所述参考电位大致介于由所述框架支撑的所述电模块组(12)的正极端子的电位和负极端子的电位之间。
2.根据权利要求1所述的系统(10)，其中，每个电模块是电池。
3.根据权利要求1所述的系统(10)，其中，每个电模块是电解槽模块或燃料电池模块。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统(10)，其中，一方面的每个组(12)的每个端子的电位与另一方面的支撑所述组(12)的所述框架的电位之间的电位差的绝对值等于0伏或等于所述组(12)的端子处的电压。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的系统(10)，其中，所述框架(20)中的至少一个框架的参考电位不同于地电位。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的系统(10)，其中，每个框架(20)包括导电屏蔽，所述参考电位施加到所述导电屏蔽。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的系统(10)，其中，每个框架(20)包括附加端子，对应于所述参考电位的电压施加到所述附加端子，以将所述框架(20)设置为所述参考电位。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的系统(10)，其中，每个框架(20)连接到相应的电模块组(12)的正极或负极，以将所述框架(20)设置为所述参考电位。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的系统(10)，其中，所述系统(10)包括封装所述多个电模块组(12)的壳体(40)。
10.根据权利要求9所述的系统(10)，其中，所述壳体(40)由塑料制成。
11.根据权利要求9所述的系统(10)，其中，所述壳体(40)是金属壳体并接地(44)，所述壳体(40)还通过至少一个绝缘体(42)连接到每个框架(20)。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的系统(10)，其中，所述电模块组(12)的端子处的电压相同。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的系统(10)，其中，所述系统(10)的端子处的电压严格地大于1500伏。
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