CN208445340U - 一种锂电储能备电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂电储能备电系统，设置在直流母线与负载之间，包括锂电电池组、电池管理单元BMS、继电器K1、继电器K2、继电器K3、继电器K4、预充电阻R、防反元器件，所述继电器K3和预充电阻R组成预充回路，所述继电器K4组成主正充放电回路，所述继电器K1组成主负充放电回路，所述继电器K2和防反元器件组成放电回路。本实用新型能有效的解决锂电储能备电系统长期处于浮充状态后易导致单体电池过压和欠压的问题，从而导致备电时间能够达到设计要求。

Description

一种锂电储能备电系统

技术领域

本实用新型涉及锂电池储能技术领域，尤其涉及一种锂电储能备电系统。

背景技术

随着我国低碳、绿色能源战略的推进，新一轮电力体制改革配套政策的落实，储能的应用价值得到了市场的认可，成为推进我国能源变革和能源结构调整的技术亮点。储能应用前景广阔，未来将为我国经济增长、绿色能源发展创造巨大的价值，但作为一个新兴的技术产业，现阶段发展仍然面临一些问题。技术经济性的提升、应用市场机制和定价体系的完善都是未来的工作重点，而最亟待解决的是需要各方合力为储能产业探索和挖掘多个可实现商业盈利的市场，实现产业健康、持续的发展。从技术发展看，锂离子电池、铅炭电池、液流电池、钠硫电池、超临界压缩空气储能、超级电容等主流储能技术的成本已经有了大幅降低。根据CNESA的分析数据，到2016年底，大部分技术的建设成本在人民币2000元/kWh-3000元/kWh之间，较2013 年，平均降幅超过50％；预计到2020年，主流技术的成本区间将降低到人民币1000元/kWh-1500元/kWh左右；建设成本的大幅下降将为储能未来的广泛应用奠定基础。

基于上述市场现状，锂电储能系统将逐步替代传统铅酸备电系统，目标应用领域为通信基站、数据中心机房、电力站点的备电系统等，应用前景非常广阔。然而存在以下不足之处：因锂电储能系统长期处于浮充状态时，当电池系统进行大电流充放电时，很容易出现单体电池过压和欠压，从而导致系统备电时间大大缩短，影响系统的正常使用。目前的锂电储能系统，通常采用在锂电系统和输出母线之间放置电池充放电控制器的方法来解决锂电系统长期处于浮充状态后易导致单体电池过压和欠压问题。该电池充放电控制器具有充电限流，放电过流/短路功能，输入过欠压保护等功能。然而此类方法需要单独配置电池充放电控制器，不仅增加系统体积，而且成本高昂，不利于锂电系统的大范围推广应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种锂电储能备电系统，具备能有效的解决锂电储能备电系统长期处于浮充状态后易导致单体电池过压和欠压的问题，从而导致备电时间能够达到设计要求的优点，解决了现有需要单独配置电池充放电控制器，不仅增加系统体积，而且成本高昂，不利于锂电系统的大范围推广应用的问题。

根据本实用新型实施例的一种锂电储能备电系统，设置在直流母线与负载之间，包括锂电电池组、电池管理单元BMS、继电器K1、继电器K2、继电器K3、继电器K4、预充电阻R、防反元器件，所述继电器K3和预充电阻R组成预充回路，所述继电器K4组成主正充放电回路，所述继电器K1组成主负充放电回路，所述继电器K2和防反元器件组成放电回路。

进一步的，所述电池管理单元BMS与锂电电池组配套。

进一步的，所述预充回路中的预充电阻R的一端与锂电电池组的正极相连，所述预充电阻R的另一端与继电器K3的动触点相连，所述继电器K3的控制线圈静触点与电池管理单元BMS相连，所述继电器K3的常开静触点分别与直流母线的正极、继电器K2的常开静触点、继电器K4的常开静触点相连。

进一步的，所述主正充放电回路中的继电器K4的动触点与锂电电池组的正极相连，所述继电器K4的控制线圈静触点与电池管理单元BMS连接。

进一步的，所述主负充放电回路中的继电器K1的动触点与锂电电池组的负极相连，所述继电器K1的控制线圈静触点与电池管理单元BMS连接，所述继电器K1的常开静触点与直流母线的负极相连。

进一步的，所述放电回路中的防反元器件的一端与锂电电池组的正极相连，所述防反元器件的另一端与继电器K2的动触点相连，所述继电器K2的控制线圈静触点与电池管理单元BMS连接。

进一步的，所述防反元器件为功率二极管D1。

进一步的，所述防反元器件为可控硅器件D2。

本实用新型与现有技术相比具有的有益效果是：

1、通过K2继电器、防反元器件和K1继电器组成单向放电回路，以及K3继电器、K4继电器、预充电阻R的组合，再配合电池管理单元BMS的控制策略，能有效的解决锂电储能备电系统长期处于浮充状态时，单体电池易出现过欠压告警的问题，同时当直流母线停电时，电池系统无需切换时间就能为负载供电；通过K3继电器和预充电阻 R组成预充回路配合，能够有效缩短来电时大电流充电对电池系统的冲击，通过K4继电器能够有效缩短防反元器件的工作时间，降低了故障率；

2、本装置能够针对通信基站48V直流系统、电力电源直流系统、 IDC机房高压直流系统等直流母线备电系统，通过电池管理单元BMS 能够降低系统复杂度。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型提出的一种锂电储能备电系统的实施例1的系统拓扑图；

图2为本实用新型提出的一种锂电储能备电系统的实施例2的系统拓扑图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

参照图1，一种锂电储能备电系统，设置在直流母线与负载之间，包括锂电电池组、电池管理单元BMS、继电器K1、继电器K2、继电器K3、继电器K4、预充电阻R、防反元器件，继电器K3和预充电阻 R组成预充回路，继电器K4组成主正充放电回路，继电器K1组成主负充放电回路，继电器K2和防反元器件组成放电回路。

电池管理单元BMS与锂电电池组配套，电池管理单元BMS负责整个锂电储能备电系统的控制和管理，主要包括单体电池电压采集，电池温度采集，电池总压采集，电池充放电电流采集，继电器控制；预充回路中的预充电阻R的一端与锂电电池组的正极相连，预充电阻R 的另一端与继电器K3的动触点相连，继电器K3的控制线圈静触点与电池管理单元BMS相连，继电器K3的常开静触点分别与直流母线的正极、继电器K2的常开静触点、继电器K4的常开静触点相连；主正充放电回路中的继电器K4的动触点与锂电电池组的正极相连，继电器K4的控制线圈静触点与电池管理单元BMS连接；主负充放电回路中的继电器K1的动触点与锂电电池组的负极相连，继电器K1的控制线圈静触点与电池管理单元BMS连接，继电器K1的常开静触点与直流母线的负极相连；放电回路中的防反元器件的一端与锂电电池组的正极相连，防反元器件的另一端与继电器K2的动触点相连，继电器 K2的控制线圈静触点与电池管理单元BMS连接；防反元器件为功率二极管D1，其最大正向压差为U_D1；直流母线电压为U_bus，锂电电池组的电池总压为U_bat。

本系统分三个工作状态：充电工作状态、待机工作状态和放电工作状态。

一、充电工作状态时，充电工作状态分首次上电充电和直流母线停电恢复充电两种情况。

首次上电充电过程如下：

第一步，当电池需要充电且U_bus>U_bat时，闭合K1和K3进行锂电储能备电系统的预充，当U_bus-U_bat<Δ₁(Δ₁为常数，单位为V，该值通过整定确定)时，闭合K4和断开K3，完成锂电储能备电系统的预充过程；

第二步，完成预充后，继续进行充电，直到锂电储能备电系统充满电，即SOC为100％；

第三步，先闭合K2，再断开K4，让锂电储能备电系统处于自放电状态(比如U_bus略大于U_bat)。

直流母线停电恢复充电过程如下：

第一步，停电恢复后，因K1和K4处于闭合状态，故充电电流较大，为了避免长时间大电流充电，BMS需在T₁时间(T₁为常数，单位为秒，该值通过整定确定)内闭合K3，断开K4，让系统进入预充状态，当U_bus-U_bat<Δ₁(Δ₁为常数，单位为V，该值通过整定确定)时，闭合K4和断开K3，完成锂电储能备电系统的预充过程；

第二步，完成预充后，继续进行充电，直到锂电储能备电系统充满电，即SOC为100％；

第三步，先闭合K2，再断开K4，让锂电储能备电系统处于自放电状态(比如U_bus略大于U_bat)。

二、待机工作状态时，本系统从刚进入自放电状态时，即进入待机工作状态；当U_bus<(U_bat-U_D1)(包括直流母线停电)时，系统离开待机工作状态，进入放电工作状态；系统长期处于自放电状态时，其电池总压会慢慢下降，当U_bus<(U_bat-U_D1)时，系统离开待机工作状态，进入放电工作状态；另外，当直流母线停电时，系统立即离开待机工作状态，进入放电工作状态。

三、放电工作状态时，当U_bus<U_bat-U_D1成立(包括直流母线停电) 时，本系统进入放电工作状态；此时K1和K2是闭合状态，电池管理单元BMS需要在T₂时间(T₂为常数，单位为秒，该值通过整定确定) 内闭合K4，然后断开K2，避免D1长时间工作而损坏；在设计备电时间内，直流母线来电时，本系统进入直流母线停电恢复充电工作状态。

实施例2

参照图2，一种锂电储能备电系统，防反元器件为可控硅器件D2，可控硅器件D2的最大正向压差为U_D2，其余设置与实施例1相同，具体工作步骤与实施例1也相同。

本实用新型未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种锂电储能备电系统，设置在直流母线与负载之间，其特征在于：包括锂电电池组、电池管理单元BMS、继电器K1、继电器K2、继电器K3、继电器K4、预充电阻R、防反元器件，所述继电器K3和预充电阻R组成预充回路，所述继电器K4组成主正充放电回路，所述继电器K1组成主负充放电回路，所述继电器K2和防反元器件组成放电回路。

2.根据权利要求1所述的一种锂电储能备电系统，其特征在于：所述电池管理单元BMS与锂电电池组配套。

3.根据权利要求1所述的一种锂电储能备电系统，其特征在于：所述预充回路中的预充电阻R的一端与锂电电池组的正极相连，所述预充电阻R的另一端与继电器K3的动触点相连，所述继电器K3的控制线圈静触点与电池管理单元BMS相连，所述继电器K3的常开静触点分别与直流母线的正极、继电器K2的常开静触点、继电器K4的常开静触点相连。

4.根据权利要求1所述的一种锂电储能备电系统，其特征在于：所述主正充放电回路中的继电器K4的动触点与锂电电池组的正极相连，所述继电器K4的控制线圈静触点与电池管理单元BMS连接。

5.根据权利要求1所述的一种锂电储能备电系统，其特征在于：所述主负充放电回路中的继电器K1的动触点与锂电电池组的负极相连，所述继电器K1的控制线圈静触点与电池管理单元BMS连接，所述继电器K1的常开静触点与直流母线的负极相连。

6.根据权利要求1所述的一种锂电储能备电系统，其特征在于：所述放电回路中的防反元器件的一端与锂电电池组的正极相连，所述防反元器件的另一端与继电器K2的动触点相连，所述继电器K2的控制线圈静触点与电池管理单元BMS连接。

7.根据权利要求6所述的一种锂电储能备电系统，其特征在于：所述防反元器件为功率二极管D1。

8.根据权利要求6所述的一种锂电储能备电系统，其特征在于：所述防反元器件为可控硅器件D2。