CN117293955A - 储能直流切断系统以及储能直流切断方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及储能控制技术领域，提供了一种储能直流切断系统以及储能直流切断方法，前者包括电池簇、变流器、分断开关组和采集控制模块；电池簇具有正极电路和负极电路；变流器分别通过正极电路、负极电路与电池簇电连接；分断开关组包括分别设置于正极电路和负极电路的多个开关；采集控制模块分别与变流器及多个开关电连接；采集控制模块能够采集电池簇的电流信息，并根据电流信息的大小对应调控变流器及多个开关通断状态；多个开关中至少具有两种不同的分断能力。后者能够适用前者，该储能直流切断系统能够避免大分断能力开关频繁启动过快损坏，从而起到提高大分断能力开关的使用年限的有益效果。

Description

储能直流切断系统以及储能直流切断方法
技术领域
本公开涉及储能控制技术领域，尤其涉及一种储能直流切断系统以及储能直流切断方法。
背景技术
在储能系统的电池管理系统中，储能系电池簇的直流侧高压侧都设置有切断开关。但是受制于切断开关的分断能力，当直流侧高压侧的电流过大时，如果出现异常要保护时，直接切断开关(例如断路器、接触器或者继电器)时，受到拉弧效应，导致开关部件的触点粘连或者接触不良，尤其是开关多次连续通断后非常容易出现损坏的问题。
目前常用的解决方法是，采用高分断能力的开关，提高消弧能力。但是这样做一方面增大了成本造价。另一方面，高分断能力的开关超过额定的使用寿命次数后还是会出现开关损坏的问题。例如，250A电流的高分断开关，在100A的电流下切断，那么开关次数在50次左右就有可能损坏。
有鉴于此，市面上亟需一种应用于储能系统直流侧高压的切断开关系统，用于解决现有技术中储能系统直流侧高压的高分断开关超出额定使用次数后易出现开关损坏的问题。
发明内容
本公开实施例提供了一种储能直流切断系统以及储能直流切断方法，为了解决现有技术中储能系统直流侧高压的高分断开关超出额定使用次数后易出现开关损坏的问题。
本公开实施例提供的储能装置直流切断系统包括电池簇、变流器、分断开关组和采集控制模块；
所述电池簇具有正极电路和负极电路；
所述变流器分别通过所述正极电路、所述负极电路与所述电池簇电连接；
所述分断开关组包括分别设置于所述正极电路和所述负极电路的多个开关；
所述采集控制模块分别与所述变流器及多个所述开关电连接；
其中，所述采集控制模块能够采集所述电池簇的电流信息，并根据所述电流信息的大小对应调控所述变流器及多个所述开关通断状态；
多个所述开关中至少具有两种不同的分断能力。
在一可实施方式中，所述分断开关组包括：
第一分断开关组，包括分断能力相同，且对应设置于所述正极电路的第一开关、设置于所述负极电路的第二开关；
第二分断开关组，包括分断能力相同，且对应设置于所述正极电路的第三开关、设置于所述负极电路的第四开关；
其中，所述第二分断开关组的分断能力大于所述第一分断开关组的分断能力。
在一可实施方式中，所述采集控制模块包括控制器和电流采集器；
所述电流采集器串联设置于所述正极电路或所述负极电路；
其中，所述电流采集器与所述控制器电连接，用于采集所述正极电路或所述负极电路中的电流信息，并输送给所述控制器。
在一可实施方式中，所述电流采集器为霍尔电流传感器。
另外，本公开实施例还提供了一种储能装置直流切断方法，能够适用于上述的储能装置直流切断系统，其包括以下步骤：
检测判定出电池簇出现异常模式，控制器向变流器发送禁止充放电指令；
第一判断步骤，判断所述电池簇的实际过流I是否超过第一阈值I1；
若实际过流I小于第一阈值I1，则依次断开第一开关和第二开关；
若实际过流I大于第一阈值I1，则进入第二判断步骤；
第二判断步骤，判断所述电池簇的实际过流I是否超过第二阈值I2；
若实际过流I小于第二阈值I2，则依次断开所述第一开关和所述第二开关，并且延迟第一时段T1之后再依次断开第三开关和第四开关；
若实际过流I大于第二阈值I2，则同时断开所述第一开关和所述第二开关，并且延迟第二时段T2之后再同时断开所述第三开关和所述第四开关；
其中，I1小于I2。
在一可实施方式中，所述第一阈值I1的取值范围为80A～120A；
所述第二阈值I2的取值范围为230A～270A。
在一可实施方式中，所述第一时段T1的取值范围为80ms～120ms；
所述第二时段T2的取值范围为3ms～8ms。
在一可实施方式中，所述储能装置直流切断方法还包括在所述第二判断步骤之后重复控制步骤；
所述重复控制步骤，重复所述控制器向变流器发送禁止充放电指令。
在一可实施方式中，所述储能装置直流切断方法还包括在所述重复控制步骤之后，将所述电池簇切换进入现场维护模式。
在一可实施方式中，所述第一判断步骤中在依次断开所述第一开关和所述第二开关后，将所述电池簇切换进入远程维护模式。
本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本公开实施例提供的储能装置直流切断系统能够根据直流系统中异常过流的大小进行不同的分级切断方式，使不同分断能力大小的开关均能够合适的发挥电路断开功能，不完全依赖大分断能力的开关，又确保大分断能力的开关能够出现异常大过流时发挥作用，从而可以高效利用大分断能力开关的有效分断寿命次数，避免大分断能力开关频繁启动过快损坏，从而起到提高大分断能力开关的使用年限的有益效果。
本公开实施例提供的储能装置直流切断方法，能够适用于上述的储能装置直流切断系统，能够高效快速地断开电路，同时可以避免大分断能力开关频繁启动过快损坏，提高大分断能力开关的使用寿命的有益效果。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，其中：
在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
图1示出了本公开实施例提供的储能直流切断系统的示意图；
图2示出了本公开实施例提供的储能直流切断方法的流程。
图中标号说明：1、电池簇；2、变流器；3、电流采集器；4、第一开关；5、第二开关；6、第三开关；7、第四开关；8、控制器。
具体实施方式
为使本公开的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而非全部实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
下面将结合附图详细地说明本公开的实施例。
结合图1所示，本公开实施例提供了一种储能装置直流切断系统，其包括电池簇1、变流器、分断开关组和采集控制模块；电池簇1具有正极电路和负极电路；变流器2分别通过正极电路、负极电路与电池簇1电连接；分断开关组包括分别设置于正极电路和负极电路的多个开关；采集控制模块分别与变流器2及多个开关电连接；其中，采集控制模块能够采集电池簇1的电流信息，并根据电流信息的大小对应调控变流器2及多个开关通断状态；多个开关中至少具有两种不同的分断能力。
该储能装置直流切断系统可以具体但不限于应用于车载动力电池模组中，以此为例进行实例说明。
该储能装置直流切断系统在具体使用时，当动力电池模组充放电过程中出现异常模式(例如温度过高或温度过低导致电流突变等)，此时，采集控制模块便能够采集电池簇1的异常电流信息，并对应向变流器发送禁止充放电指令，并且采集控制模块对应根据异常电流信息的具体大小来对应控制不同分断能力的开关进行先后通断，例如但不限于，当采集电池簇1出现的异常过流小于100A时，采集控制模块依次先控制多个开关中分断能力较小的开关断开、再控制多个开关中分断能力较大的开关断开；当采集电池簇1出现的异常过流大于100A且小于250A时，采集控制模块依次先控制多个开关中分断能力较小的开关断开、然后延迟一个时段后再控制多个开关中分断能力较大的开关断开；当采集电池簇1出现的异常过流大于250A时，采集控制模块同时控制多个开关中的所有开关断开。
这样能够使得分断开关组中的多个开关能够进行分级切断的方式：出现较小的异常过流时，分断能力较小的开关先断开，并且分断能力较大的开关后续断开起到二次保险的作用，此时分断能力较大的开关不会出现拉弧效应、即使断开也不会影响自身的正常使用寿命次数；出现中等的异常过流时，分断能力较小的开关先断开，然后延迟一个时段后再控制多个开关中分断能力较大的开关断开；这样先尝试用分断能力较小的开关断开，如果能够正常断开，则大分断能力的开关后续断开时则依旧不会影响自身的正常使用寿命次数，如果分断能力较小的开关不能够正常断开，则大分断能力的开关确保后续断开功能；出现较大的异常过流时，分断开关组中的多个开关同时断开，这样以分断能力小、分断能力大的开关同时发挥作用，高效快速地断开电路。
综上所述。本公开实施例提供的储能装置直流切断系统能够根据直流系统中异常过流的大小进行不同的分级切断方式，使不同分断能力大小的开关均能够合适的发挥电路断开功能，不完全依赖大分断能力的开关，又确保大分断能力的开关能够出现异常大过流时发挥作用，从而可以高效利用大分断能力开关的有效分断寿命次数，避免大分断能力开关频繁启动过快损坏，从而起到提高大分断能力开关的使用年限的有益效果。
在一可实施方式中，分断开关组包括第一分断开关组和第二分断开关组；第一分断开关组包括分断能力相同，且对应设置于正极电路的第一开关4、设置于负极电路的第二开关5；第二分断开关组包括分断能力相同，且对应设置于正极电路的第三开关6、设置于负极电路的第四开关7；其中，第二分断开关组的分断能力大于第一分断开关组的分断能力。
具体的，结合图1进一步详细的说明，将分断开关组具体设置成第一分断开关组和第二分断开关组，且第一分断开关组包括分断能力相同，并应设置于正极电路的第一开关4、设置于负极电路的第二开关5、第二分断开关组包括分断能力相同，并应设置于正极电路的第三开关6、设置于负极电路的第四开关7，这样第一分断开关组的实质作用就相对于上述“分断能力较小的开关”、第二分断开关组的实质作用就相对于上述分断能力较大的开关”、而且分别在正极电路、负极电路中各设置一个，以充分确保使用的安全可靠系数。
在一可实施方式中，采集控制模块包括控制器8和电流采集器3；电流采集器3串联设置于正极电路或负极电路；其中，电流采集器3与控制器8电连接，用于采集正极电路或负极电路中的电流信息，并输送给控制器8。
具体的，结合图1进一步详细的说明，将采集控制模块具体设置成控制器8和电流采集器3，控制器8可以具体但不限于设置成PLC，通过接收处理电流采集器3采集的异常过流大小信息，来对应调控上述第一分断开关组和第二分断开关组的通断状态及通断顺序，确保可以自动有效实现该储能装置直流切断系统的分级切断功能。
在一可实施方式中，电流采集器7为霍尔电流传感器。
霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理，能够实现电－磁－电的绝缘隔离转换，不会被电池簇1中正极电路或负极电路的异常电流直接影响，而且电流采集的输出结果具有良好的线性关系。
结合图1所示，本公开实施例还提供了一种储能装置直流切断方法，能够适用于上述的储能装置直流切断系统，其包括以下步骤：
检测判定出电池簇出现异常模式，控制器向变流器发送禁止充放电指令；
第一判断步骤，判断电池簇的实际过流I是否超过第一阈值I1；
若实际过流I小于第一阈值I1，则依次断开第一开关和第二开关；
若实际过流I大于第一阈值I1，则进入第二判断步骤；
第二判断步骤，判断电池簇的实际过流I是否超过第二阈值I2；
若实际过流I小于第二阈值I2，则依次断开第一开关和第二开关，并且延迟第一时段T1之后再依次断开第三开关和第四开关；
若实际过流I大于第二阈值I2，则同时断开第一开关和第二开关，并且延迟第二时段T2之后再同时断开第三开关和第四开关；
其中，I1小于I2。
结合图2进一步具体的说明，该储能装置直流切断方法的能够适用于上述本公开实施例提供的储能装置直流切断系统，但并不仅限于通过上述的储能装置直流切断系统实现。而且其中的检测判定出电池簇出现异常模式中，异常模式包括但不限于上述的温度过高或温度过低导致电流突变、电池簇出现外力碰撞挤压导致电流突变等异常模式。
而且，该储能装置直流切断方法中，第一阈值I1、第二阈值I2的具体设定大小可以根据电池簇的实际功率进行适当的增大或适当的减小设置。
该储能装置直流切断方法，能够有效根据电池簇中异常过流的大小进行不同判断处理，使不同分断能力的开关能够对异常过流进行分级切断处理，高效快速地断开电路同时，可以避免大分断能力开关频繁启动过快损坏，进而提高大分断能力开关的使用寿命。
在一可实施方式中，第一阈值I1的取值范围为80A～120A；第二阈值I2的取值范围为230A～270A。
具体的，可以但不限于将第一阈值I1选设为100A，将第二阈值I2选设为250A，这样可以形成小于100A、大于100A而小于250A、大于250A的三个范围适中的判断梯度，恰当适配对应分断能力较小开关、对应分断能力较大开关的启动条件。
在一可实施方式中，第一时段T1的取值范围为80ms～120ms；第二时段T2的取值范围为3ms～8ms。
具体的，第一时段T1可以具体设置为100ms，这样在实际过流I大于第一阈值I1而小于第二阈值I2时，100ms的延迟时段大小适中，正好适配第一开关、第二开关断开后的第三开关、第四开关响应；第二时段T2可以具体设置为5ms，这样在实际过流I大于第二阈值I2时，5ms的延迟时段迅速，几乎使第一开关、第二开关断开后的第三开关、第四开关立刻随之断开，适配实际过流I过大的实际情况。
在一可实施方式中，该储能装置直流切断方法还包括在第二判断步骤之后重复控制步骤；重复控制步骤，重复控制器向变流器发送禁止充放电指令。
该重复控制步骤可以通过控制器向变流器重复发送禁止充放电指令，确保变流器及时有效的暂停工作。
在一可实施方式中，该储能装置直流切断方法还包括在重复控制步骤之后，将电池簇切换进入现场维护模式。
由于重复控制步骤是在第二判断步骤之后，也就说明实际过流I至少大于第一阈值I1，仅通过远程维护模式可能无法有效解决电池簇出现异常模式，因此切换进入现场维护模式，以便于进行实际操作的现场维护。
在一可实施方式中，第一判断步骤中在依次断开第一开关和第二开关后，将电池簇切换进入远程维护模式。
在第一判断步骤中依次断开第一开关和第二开关后，则说明实际过流I小于第一阈值I1，电池簇异常模式导致的实际过流I相对较小、可以通过远程维护模式尝试解决电池簇出现异常模式。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种储能装置直流切断系统，其特征在于，包括：
电池簇(1)，具有正极电路和负极电路；
变流器(2)，分别通过所述正极电路、所述负极电路与所述电池簇(1)电连接；
分断开关组，包括分别设置于所述正极电路和所述负极电路的多个开关；
采集控制模块，分别与所述变流器(2)及多个所述开关电连接；
其中，所述采集控制模块能够采集所述电池簇(1)的电流信息，并根据所述电流信息的大小对应调控所述变流器(2)及多个所述开关通断状态；
多个所述开关中至少具有两种不同的分断能力。
2.根据权利要求1所述的储能装置直流切断系统，其特征在于，所述分断开关组包括：
第一分断开关组，包括分断能力相同，且对应设置于所述正极电路的第一开关(4)、设置于所述负极电路的第二开关(5)；
第二分断开关组，包括分断能力相同，且对应设置于所述正极电路的第三开关(6)、设置于所述负极电路的第四开关(7)；
其中，所述第二分断开关组的分断能力大于所述第一分断开关组的分断能力。
3.根据权利要求1所述的储能装置直流切断系统，其特征在于，所述采集控制模块包括控制器(8)和电流采集器(3)；
所述电流采集器(3)串联设置于所述正极电路或所述负极电路；
其中，所述电流采集器(3)与所述控制器(8)电连接，用于采集所述正极电路或所述负极电路中的电流信息，并输送给所述控制器(8)。
4.根据权利要求3所述的储能装置直流切断系统，其特征在于，所述电流采集器(7)为霍尔电流传感器。
5.一种储能装置直流切断方法，能够适用于权利要求2～4中任一项所述的储能装置直流切断系统，其特征在于，包括以下步骤：
检测判定出电池簇出现异常模式，控制器向变流器发送禁止充放电指令；
第一判断步骤，判断所述电池簇的实际过流I是否超过第一阈值I1；
若实际过流I小于第一阈值I1，则依次断开第一开关和第二开关；
若实际过流I大于第一阈值I1，则进入第二判断步骤；
第二判断步骤，判断所述电池簇的实际过流I是否超过第二阈值I2；
若实际过流I小于第二阈值I2，则依次断开所述第一开关和所述第二开关，并且延迟第一时段T1之后再依次断开第三开关和第四开关；
若实际过流I大于第二阈值I2，则同时断开所述第一开关和所述第二开关，并且延迟第二时段T2之后再同时断开所述第三开关和所述第四开关；
其中，I1小于I2。
6.根据权利要求5所述的储能装置直流切断方法，其特征在于，所述第一阈值I1的取值范围为80A～120A；
所述第二阈值I2的取值范围为230A～270A。
7.根据权利要求5所述的储能装置直流切断方法，其特征在于，所述第一时段T1的取值范围为80ms～120ms；
所述第二时段T2的取值范围为3ms～8ms。
8.根据权利要求5所述的储能装置直流切断方法，其特征在于，还包括在所述第二判断步骤之后重复控制步骤；
所述重复控制步骤，重复所述控制器向变流器发送禁止充放电指令。
9.根据权利要求8所述的储能装置直流切断方法，其特征在于，还包括在所述重复控制步骤之后，将所述电池簇切换进入现场维护模式。
10.根据权利要求5所述的储能装置直流切断方法，其特征在于，所述第一判断步骤中在依次断开所述第一开关和所述第二开关后，将所述电池簇切换进入远程维护模式。
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