CN208209541U - 一种储能电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种储能电池系统，包括储能电池、储能双向逆变器、电池管理系统，其中，储能双向逆变器与储能电池电连接，所述双向储能逆变器还设有电网连接端子；所述电池管理系统与储能电池通信连接。本申请所公开的电池储能系统，通过设置若干个储能变流装置，对所述储能电池进行充放电操作，从而对电网的输出功率根据实际负荷情况实时进行调节，具有反应速度快，能源浪费低，容错能力强的优点，极大地帮助了维持电网负荷的平衡。

Description

一种储能电池系统

技术领域

本实用新型涉及电源装置技术领域，尤其涉及一种可用于分布式电池的储能电池系统。

背景技术

在当今社会中，电能作为清洁能源，需求越来越高，可是，现在电能的生产还是基本依赖化石能源等传统能源，这些化学能源在发电厂的使用就已经产生了很大的环境问题。故而，现在电能的清洁度还是不够。

随着环保的深入，人们已经在使用绿色能源，包括太阳能、风能、海洋能等可再生能源，来转换生成电能。但是，这些绿色能源发电的最大问题是，其输出的能量并不稳定，例如，太阳能会随着昼夜节律，天气变化，季节轮回而变化。风能更是具有季节性和随机性，而海洋能也同样存在周期性的变化，故而这些能源用于发电时，所产生的电能的功率也具有明显的波动性和间歇性。另外，正常情况下，电网的负荷本身也具有不稳定性，例如，昼峰夜谷的特性，因为夜间用电大大减少，就使得昼夜的电费单价差很大。但是，例如风力发电，往往在夜间才是处于最佳的发电运行状态，而却因为昼峰夜谷的用电情况，常常被迫从电网中脱离，这就造成了严重的资源浪费。

对于这种因为用电负荷不平衡而造成的能源浪费，现在已经有一些对策，例如在用电低谷时候将所产生的电能通过各种方法存储起来，而等到用电高峰时候，再提取所储存的电能，并加入电网使用。所述对策包括抽水蓄能，飞轮蓄能等将多余的电能转换为机械能，而在需要用电的时候，再将机械能转换回电能的方式。

但是，分布式电池储能电源系统往往是远程管理，如何及时的进行电池管理是非常重要的。

实用新型内容

鉴于上述的通过将电网中多余的电能转换为机械能来储存电能，再在需要时候转换回电能的方式的缺陷，本实用新型的目的在于，提供一种储能电池系统，以解决现有的分布式储能电池不能及时管理的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种储能电池系统，其中，包括储能电池、储能双向逆变器(或：双向储能逆变器、PCS)、电池管理系统，其中，储能双向逆变器与储能电池电连接，所述双向储能逆变器还设有电网连接端子；所述电池管理系统与储能电池通信连接。

在一种优选实施例中，所述储能双向逆变器采用三相全桥逆变电路；三相全桥逆变电路直流侧通过直流EMI滤波器连接储能电池，交流侧依次通过LC滤波器、三相变压器、交流EMI滤波器连接电网连接端子。

在一种优选实施例中，所述直流EMI滤波器与储能电池之间设有并联的第一直流接触器支路、第二直流接触器支路，第二直流接触器支路上串联有直流缓冲电路。

在一种优选实施例中，所述三相变压器与交流EMI滤波器之间并联有第一交流接触器支路、第二交流接触器支路，第二交流接触器支路上串联有缓冲电阻。

在一种优选实施例中，所述交流EMI滤波器与电网连接端子之间串联有交流断路器。

在一种优选实施例中，交流EMI滤波器与电网连接端子之间连接防雷器。

在一种优选实施例中，所述储能双向逆变器包括外壳体，外壳体设有储能电池连接端子，所述储能电池连接端子与所述第一直流接触器支路、第二直流接触器支路电连接；所述电网连接端子位于壳体表面。

在一种优选实施例中，所述壳体内设有风机，其中，所述风机可以是风扇、吸风机或鼓风机等。所述壳体设有进风口和出风口，所述风机与储能电池连接端子之间电连接。

在一种优选实施例中，所述电池管理系统包括电池信息采集装置，所述电池信息采集装置包括温度传感器、电流和电压监测器；电池管理系统还包括处理器，所述信息采集装置连接并发送信息至所述处理器；所述处理器与储能电池通信连接。

在更优选实施例中，所述处理器通过通讯接口连接人机交互平台。

在一种优选实施例中，所述电流和电压监测器包括电压采样电路、电流采样电路、电流电压调节单元，电流采样电路串联在电流电压调节单元与电池阴阳极连接点之间，所述电压采样电路与电池阴阳极连接点一起并联接入电流电压调节单元，电流电压调节单元包括可调电阻。

在一种优选实施例中，所述电压采样电路、电流采样电路均连接并发送信息至所述处理器。在另一种优选实施例中，所述电压采样电路、电流采样电路连接一控制芯片，所述控制芯片与所述处理器之间通信连接。

在更优选实施例中，所述电流电压调节单元包括发光器，所述可调电阻为光敏电阻。更优选地，所述处理器向PWM控制器发送指令；或者所述控制芯片连接并发送指令给PWM控制器。

在一种优选实施例中，所述处理器或控制芯片连接并发送指令给报警装置。

在一种优选实施例中，所述储能双向逆变器还包括控制监控系统，所述控制监控系统包括定时器和信号接受装置，更优选地，所述信号接受装置接受远程监控系统发送的数据，并根据接收数据控制所述储能双向变流装置的工作状态。

所述的储能电池系统，其中，所述数据还用于控制所述定时器工作。

在一种更优选实施例中，所述储能双向逆变器壳体上设有显示器，所述电池管理系统将储能电池电压、电流、电量中的一种或几种信息通信发送给显示器进行显示。

在一种优选实施例中，所述电池管理系统还包括：

制冷系统，向电池提供传热介质，所述制冷系统包括制冷控制器和传热介质提供设备，所述处理器向制冷控制器发送指令，所述制冷控制器驱动冷源提供设备工作；

电池开关装置，所述电池开关装置接收处理器的指令来控制电池的工作状态。

在一种优选实施例中，所述电池管理系统包括传热介质流通通道，所述传热介质流通通道包括管道，所述传热介质与电池通过所述管道进行换热。

在更优选实施例中，所述管道壁设有内陷凹槽，内陷凹槽内设有储能电池安装座，储能电池连接座与内陷凹槽壁之间通过嵌合的凸凹结构卡接。

更优选地，所述内陷凹槽壁上设有滑槽，所述储能电池安装座侧边设有滑块，所述滑块嵌入滑槽内。

更优选地，所述内陷凹槽设有旋转封盖将内陷凹槽封盖，旋转封盖设有穿孔，所述内陷凹槽周边设有螺纹柱，螺纹柱穿过所述穿孔后用套置螺母。

所述旋转封盖可以是将内陷凹槽全部封盖，或者仅封盖部分，并优选为仅封盖部分。

所述的储能电池系统，其中，所述储能电池为高功率磷酸铁锂电池。

所述的储能电池系统，其中，所述储能电池为铅碳电池。

本实用新型所公开的储能电池系统，通过电池管理系统及时对电池进行监控和管理，具有反应速度快，能源浪费低，容错能力强的优点。

附图说明

图1是一种分布式电池储能电源系统的整体结构示意图；

图2是控制监控系统的结构示意图；

图3是本实用新型的储能双向逆变器原理示意图；

图4是本实用新型的电池管理系统工作原理示意图；

图5是本实用新型的电流/电压检测装置原理示意图；

图6是本实用新型流体管道内陷凹槽示意图。

图中：1.电网、2.电力传输线路、3.通讯线路、4.储能双向逆变器、5.储能电池、 6.远程管理系统、7.电池管理系统、8.负载、20.处理器、21.电流采集单元、22. 电压采集单元、23.光敏电阻、24.发光二极管、25.PWM控制器、26报警器、 41.三相全桥逆变电路、42.直流EMI滤波器、43.交流EMI滤波器、44.LC滤波器、45.三相变压器、46.防雷器、47.断路器、481.第一直流接触器、482.第二直流接触器、483.直流缓冲电路、491.第一交流接触器、492.第二交流接触器、493. 缓冲电阻、40.控制监控系统、401.定时器、402.信号接受装置、9.流体管道、 91.内陷凹槽、92.滑槽、93.电池安装座、94.滑块、95.安装孔、96.旋转封盖、97.穿孔、98.螺纹柱

具体实施方式

本实用新型提供了一种用于分布式电池储能电源系统的储能电池系统，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

本实用新型的一个较佳的实施例中，所述分布式电池储能电源系统的结构如图1所示，外部电网1通过电力输送电路2连接各个负载8，并且，所述电力输送电路2还连接有若干个分布式的本实用新型所述的储能电池系统，每个所述储能电池系统包括一个储能双向逆变器(PCS，Power Control System)4和至少一个储能电池5，所述储能双向逆变器4包括DC/AC双向变流电路和控制监控系统40，每个所述DC/AC双向变流电路都连接有至少一个所述储能电池5。所述储能电池5可以多个串联后再相互并联。所述DC/AC双向变流电路用于将电网1的交流电AC转换为直流电DC，以给所述储能电池5充电，并且，在负载 8过大时，根据所述电网1的需要，还用于将所述储能电池5输出的直流电DC 逆变换为电网1的交流电AC，以补充入电网1。

所述控制监控系统40，如图2所示，包括定时器401和信号接受装置402，其中，所述信号接受装置402直接连接至所述电网1，并通过所述电网1接受从一远程管理系统6发送来的数据，所述数据包括用于控制所述储能电池5工作的指令和用于控制所述定时器401工作的指令。

所述储能电池5优选为高功率磷酸铁锂电池，以充分利用其高反应速度，其动态技术非常快，在100微秒的时候就可以对控制信号做出响应，效率非常高，故而特别适用于对电网1的动态调节上。

在本申请的另一个较佳的实施例中，所述储能电池5还可选择为铅碳电池，铅碳电池作为一种电容型的铅酸电池，既发挥了超级电容瞬间大容量充电的优点，也发挥了铅酸电池的比能量优势，且拥有非常好的充放电性能，90分钟就可充满电。故而也特别适用于分布式电池储能电源系统的应用。

本申请的储能电池系统，在运作时，所述远程管理系统6，一般设置存放于供电部门，根据电网1的当前负荷情况，通过电路电线2发送数据至所述信号接受装置402，所述信号接受装置402翻译识别接收到的所述数据后，根据数据的指示，控制所述储能电池5工作，或充电储能，或放电供能。同时，考虑到电网 1的昼峰夜谷的用电情况，所述远程管理系统6还可以通过通信线路3发送相应的控制数据至所述定时器401，设定所述定时器401的缺省工作时间，从而实现所述储能电池5每天根据时间，自动进行充放电运作。当然，所设定的所述缺省工作时间是可以被所述远程管理系统6发送来的新的设定所改变的。以进一步提供整个分布式电池储能电源系统的适应性和灵活性。

在本实用新型的一个更佳的实施例中，储能电池5与远程管理系统6之间，还设有一电池管理系统7，远程管理系统6通过通信线路3与电池管理系统7叫换数据，电池管理系统7与所述储能电池5交换数据，从而管理和监控每个储能电池5的工作情况。当然，所述电池管理系统7也可以设置为通过无线传输的方式，与每个储能电池5交换数据。从而可以及时地发现问题电池而加以置换维修。

综上所述，本实用新型所公开的储能电池系统，通过在电网1上设置若干个储能双向逆变器4，每个所述储能双向逆变器4都连接多个储能电池5至电网1，在一远程管理系统6的数据控制下，对所述储能电池5进行充放电操作，从而对电网1的输出功率根据实际负荷情况实时进行调节，具有反应速度快，能源浪费低，容错能力强的优点，极大地帮助了维持电网负荷的平衡。

实施例2

本实施例中，储能双向逆变器4包括壳体和电路板，电路板上设置所述 DC/AC双向变流电路，壳体上设置储能电池连接端子用于连接储能电池5、电网连接端子用于连接外部电网。

参照图3，DC/AC双向变流电路包括三相全桥逆变电路41、与三相全桥逆变电路41的直流侧连接的直流EMI滤波器42、与三相全桥逆变电路41的交流侧连接的交流EMI滤波器43，直流EMI滤波器42与储能电池连接端子电连接，交流EMI滤波器43与电网连接端子电连接。

其中，直流EMI滤波器42与储能电池连接端子之间并联有第一直流接触器 481、第二直流接触器482，第二直流接触器482支路上串联有直流缓冲电路 483。

交流EMI滤波器43与电网连接端子之间串联有断路器47，电网连接端子与断路器47之间连接一支路，该支路上连接防雷器46。三相全桥逆变电路41 与交流EMI滤波器43之间依次串联LC滤波器44、三相变压器45。三相变压器45与交流EMI滤波器43之间并联有第一交流接触器491、第二交流接触器 492，第二交流接触器492支路上串联有交流缓冲电阻493。

壳体内还设有风机，对电路板进行降温，壳体设有出风口和进风口。风机的电机和控制器可以与储能电池连接端子电连接，由储能电池5进行供电。

实施例3

参照图4，电池管理系统7包括控制芯片(处理器)、数据采集单元、电池故障诊断单元、以及电池工作开关控制单元。

数据采集单元将储能电池5的电流、电压、温度、气流等参数进行检测，并发送给处理器，处理器根据相关参数判断电池故障、散热、以及其他安全状况。处理器通过接口与外部通信，如可以与实施例1的壳体上的显示器进行通信，或者也可以与远程管理系统6通信。处理器根据电池状态可以是控制所述蓄电池2 启动工作，进行充放电，或者停止工作并从电网中移除等的相关控制操作。

电流和电压检测可以合并到电量监测单元中，如图5所示，包括电流电压调节单元，电流电压调节单元包括一个可调电阻，本实施例中，可调电阻为光敏电阻23，电流电压调节单元还包括发光二极管24，处理器6控制PWM控制器25，来调节发光二极管24的发光强度，从而改变光敏电阻23的电阻值，光敏电阻 23也可以是光敏开关。

电流采集单元21串联于储能电池5与电流电压调节单元的光敏电阻23之间，电压采集单元22与电流电压调节单元的光敏电阻23一起并联在储能电池5 两端。

电流采集单元21、电压采集单元22均与处理器20连接，并将采集的电流和电压发送给处理器20，处理器20将电流和电压值通过接口发送给显示器。

或者处理器20将电流和电压数据相乘换算成放电功率，并根据预存的剩余电量-放电功率曲线获得剩余电量值。当处理器20计算得到的剩余电量值低于预设阈值，则向报警器26(如声、光报警器)发送指令，报警器报警或者发送报警信号给远程监控系统6；或者处理器20控制开关工作将电池移出工作状态。

尤其是，本实施例中，电池管理系统还包括电池热量管理单元，电池热量管理单元根据储能电池5的温度控制散热系统工作。

热量管理可以是通过风扇进行温度调节，也可以是通过冷凝水进行温度调节。参照图6，本实用新型电池热管理系统包括流体管道9，流体通道9壁上设有多个内陷凹槽91，用于放置蓄电池2。内陷凹槽将蓄电池2环绕，增加蓄电池2与流体管道9的接触面积，即增加蓄电池2与冷却流体的换热接触面积。

蓄电池安装座93位于内陷凹槽91内，即使蓄电池2尺寸不同，但是依然通过蓄电池安装座93进行统一设置，蓄电池安装座93与内陷凹槽91尺寸相当，可避免蓄电池安装座93的松动以及蓄电池2的晃动。

安装时，将蓄电池2通过安装孔95固定在蓄电池安装座93上，内陷凹槽 91壁上设有滑槽92，蓄电池安装座93两端设有滑块94，滑块94插入滑槽92，并沿滑槽92下降至内陷凹槽91的底部，将蓄电池2固定在内陷凹槽91内内陷凹槽91顶部设有旋转封盖96，旋转封盖96能够封盖内陷凹槽的一部分，只需要将蓄电池2卡住即可，尽量减少散热阻碍。内陷凹槽91两侧设有螺纹柱98，螺纹柱98穿过旋转封盖96的穿孔97，通过螺母进行固定。处理器6根据检测的温度来控制流体的温度和流动速度。

以上对本实用新型的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本实用新型并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。

Claims (10)

1.一种储能电池系统，其特征在于，包括储能电池、储能双向逆变器、电池管理系统，其中，储能双向逆变器与储能电池电连接，所述双向储能逆变器还设有电网连接端子；所述电池管理系统与储能电池通信连接。

2.根据权利要求1所述的储能电池系统，其特征在于，所述储能双向逆变器采用三相全桥逆变电路；三相全桥逆变电路直流侧通过直流EMI滤波器连接储能电池，交流侧依次通过LC滤波器、三相变压器、交流EMI滤波器连接电网连接端子。

3.根据权利要求2所述的储能电池系统，其特征在于，所述直流EMI滤波器与储能电池之间设有并联的第一直流接触器支路、第二直流接触器支路，第二直流接触器支路上串联有直流缓冲电路。

4.根据权利要求3所述的储能电池系统，其特征在于，所述储能双向逆变器包括外壳体，外壳体设有储能电池连接端子，所述储能电池连接端子与所述第一直流接触器支路、第二直流接触器支路电连接；所述电网连接端子位于壳体表面。

5.根据权利要求4所述的储能电池系统，其特征在于，所述壳体内设有风机，所述壳体设有进风口和出风口，所述风机与储能电池连接端子之间电连接。

6.根据权利要求1所述的储能电池系统，其特征在于，所述电池管理系统包括：电池信息采集装置，所述电池信息采集装置包括温度传感器、电流和电压监测器；处理器，所述信息采集装置连接并发送信息至所述处理器；所述处理器与储能电池通信连接。

7.根据权利要求6所述的储能电池系统，其特征在于，所述电流和电压监测器包括电压采样电路、电流采样电路、电流电压调节单元，电流采样电路串联在电流电压调节单元与电池阴阳极连接点之间，所述电压采样电路与电池阴阳极连接点一起并联接入电流电压调节单元，电流电压调节单元包括可调电阻。

8.根据权利要求7所述的储能电池系统，其特征在于，所述电流电压调节单元包括发光器，所述可调电阻为光敏电阻。

9.根据权利要求6所述的储能电池系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括：

制冷系统，向电池提供传热介质，所述制冷系统包括制冷控制器和传热介质提供设备，所述处理器向制冷控制器发送指令，所述制冷控制器驱动冷源提供设备工作；

电池开关装置，所述电池开关装置接收处理器的指令来控制电池的工作状态。

10.根据权利要求9所述的储能电池系统，其特征在于，所述电池管理系统包括传热介质流通通道，所述传热介质流通通道包括管道，所述传热介质与电池通过所述管道进行换热；所述管道壁设有内陷凹槽，内陷凹槽内设有储能电池安装座，储能电池连接座与内陷凹槽壁之间通过嵌合的凸凹结构卡接。