CN209250292U - 一种高压锂电池系统供电回路 - Google Patents

一种高压锂电池系统供电回路 Download PDF

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周鹏
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Abstract

本实用新型公开一种高压锂电池系统供电回路，包括：多个标准电池模块、高压控制箱和储能变流器；多个所述标准电池模块之间串联连接；多个所述标准电池模块与所述高压控制箱和所述储能变流器串联连接构成主回路；所述高压控制箱包括联锁保护电路、预充电电路、联锁控制电路以及控制模块；所述联锁保护电路串联于所述主回路上；所述预充电电路并联于所述主回路上；所述控制模块通过所述联锁控制电路控制所述主回路的通断。该高压锂电池系统供电回路通过设置联锁保护电路对高压锂电池系统供电回路进行保护，并且通过设置联锁控制电路对高压锂电池系统供电回路的通断进行控制，实现了高压锂电池系统供电回路的长久安全使用。

Description

一种高压锂电池系统供电回路
技术领域
本实用新型涉及高压锂电池系统供电技术领域，特别是涉及一种高压锂电池系统供电回路。
背景技术
目前，现有的高压锂电池储能系统供电回路，主要由预充电回路、主接触器回路和控制单元组成。现有的高压锂电池储能系统，由多个标准电池模块串联，同时配置一个高压控制箱对电池供电回路进行控制及保护。储能系统在现场安装时，将多个电池模块串联后，连接至高压控制箱正负极输入端，高压箱的正负极输出端连接至PCS(储能变流器)。高压控制箱通过接收上电指令，首先预充电回路工作，然后闭合主接触器回路，断开预充电回路，使高压锂电池储能系统供电回路导通，对外供电。
现有的高压锂电池储能系统供电回路的缺点主要表现为：
1.多个电池串联后，连接至高压控制箱输入端，此时高压控制箱输入端已具有几百伏的直流高压(>700V DC)。若操作不当，安装人员有被电击的危险。
2.由于高压控制箱输入端一直存在高压直流电，在后期系统维护时，维护人员有被电击的危险。
3.若主接触器回路充放电电流大于电池模块可承受的范围，此时控制模块对主接触器进行断开操作。若主接触器的触点电压接近系统的总电压(>700V DC)，在此高压大电流的状态下断开操作大大降低主接触器寿命。
4.主接触器在触点粘连的情况下，主供电回路无法断开，电池产生过充和过放，造成危险。
5.控制模块收到下电指令，控制单元执行失效，造成主回路无法断开，电池产生过充和过放，造成危险。
综上，现有的高压锂电池储能系统供电回路使用寿命及安全性能均较低，无法实现长久安全的使用。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种高压锂电池系统供电回路，从而取代现有的高压锂电池储能系统供电回路，实现长久安全的使用。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
一种高压锂电池系统供电回路，包括：多个标准电池模块、高压控制箱和储能变流器；
多个所述标准电池模块之间串联连接；多个所述标准电池模块与所述高压控制箱和所述储能变流器串联连接构成主回路；
所述高压控制箱包括联锁保护电路、预充电电路、联锁控制电路以及控制模块；所述联锁保护电路串联于所述主回路上；所述预充电电路并联于所述主回路上；所述控制模块通过所述联锁控制电路控制所述主回路的通断。
可选的，所述多个所述标准电池模块包括第一标准电池模块(module1)、第二标准电池模块(module2)、第三标准电池模块(module3)、第四标准电池模块(module4)、第五标准电池模块(module5)、第六标准电池模块(module6)、第七标准电池模块(module7)、第八标准电池模块(module8)、第九标准电池模块(module9)、第十标准电池模块(module10)、第十一标准电池模块(module11)、第十二标准电池模块(module12)、第十三标准电池模块(module13)和第十四标准电池模块(module14)；
所述第一标准电池模块(module1)、所述第二标准电池模块(module2)、所述第三标准电池模块(module3)、所述第四标准电池模块(module4)、所述第五标准电池模块(module5)、所述第六标准电池模块(module6)、所述第七标准电池模块(module7)、所述第八标准电池模块(module8)、所述第九标准电池模块(module9)、所述第十标准电池模块(module10)、所述第十一标准电池模块(module11)、所述第十二标准电池模块(module12)、所述第十三标准电池模块(module13)和所述第十四标准电池模块(module14)串联连接。
可选的，所述联锁保护电路包括三极开关塑壳直流断路器(QF1)和主接触器(K1)；
所述三极开关塑壳直流断路器(QF1)包括第一极开关(1，2)、第二极开关(3，4)以及第三极开关(5，6)；
所述第一极开关(1，2)的一端连接所述第十四标准电池模块(module14)的正极，另一端作为所述第十四标准电池模块(module14)的正极输出端；所述第二极开关(3，4)的一端连接所述第七标准电池模块(module7)的正极(Mid+)，另一端与所述主接触器(K1)以及所述预充电电路连接；所述第三极开关(5，6)的一端连接所述第一标准电池模块(module1)的负极，另一端作为所述第一标准电池模块(module1)的负极输出端。
可选的，所述预充电电路包括电阻(R1)和继电器(K2)；
所述预充电电路与所述主接触器(K1)的两端并联；所述主接触器(K1)的一端连接所述第二极开关(3，4)，另一端连接所述第八标准电池模块(module8)的负极(Mid-)。
可选的，所述联锁控制电路包括第一电子开关(Q1)、第二电子开关(Q2)、第三电子开关(Q3)、第四电子开关(Q4)、第一继电器(K3)、第二继电器(K4)、第三继电器(K5)、急停开关(QF2)、辅助触点和分励脱扣器；
所述第一电子开关(Q1)、所述第二电子开关(Q2)和所述第四电子开关(Q4)分别连接所述控制模块，由所述控制模块进行控制；所述第一继电器(K3)控制所述主接触器(K1)，所述第二继电器(K4)控制所述继电器(K2)，所述第三继电器(K5)控制所述分励脱扣器；所述辅助触点与电源(VCC_24V)连接；所述辅助触点还与所述第一继电器(K3)和所述第二继电器(K4)连接；所述急停开关(QF2)控制所述第三电子开关(Q3)。
可选的，所述标准电池模块为锂电池模块；所述锂电池模块包括多个串联的锂电池电芯或多个并联的锂电池电芯。
根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：本实用新型公开的一种高压锂电池系统供电回路，包括：多个标准电池模块、高压控制箱和储能变流器；多个所述标准电池模块之间串联连接；多个所述标准电池模块与所述高压控制箱和所述储能变流器串联连接构成主回路；所述高压控制箱包括联锁保护电路、预充电电路、联锁控制电路以及控制模块；所述联锁保护电路串联于所述主回路上；所述预充电电路并联于所述主回路上；所述控制模块通过所述联锁控制电路控制所述主回路的通断。该高压锂电池系统供电回路通过设置联锁保护电路对高压锂电池系统供电回路进行保护，并且通过设置联锁控制电路对高压锂电池系统供电回路的通断进行控制，实现了高压锂电池系统供电回路的长久安全使用。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中高压锂电池储能系统供电回路的结构图；
图2为本实用新型高压锂电池系统供电回路实施例的结构图。
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。
本实用新型的目的是提供一种高压锂电池系统供电回路，从而取代现有的高压锂电池储能系统供电回路，实现长久安全的使用。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。
图1为现有技术中高压锂电池储能系统供电回路的结构图。参见图1，该高压锂电池储能系统供电回路(即高压锂电池系统，由若干锂电池模块通过串并联而组成的锂电池模块，例如使用10个51.2V锂电池模块串联成512V高压锂电池系统)，由14个标准电池模块module1、module2、module3、module4、module5、module6、module7、module8、module9、module10、module11、module12、module13和module14，以及高压控制箱和储能变流器PCS组成。图1中仅示出module1、module7、module8和module14。14个标准电池模块module1～module14之间串联连接；标准电池模块是由若干锂电池电芯通过串并联而组成的锂电池模块，例如使用16个3.2V电芯串联成51.2V锂电池模块。串联连接的14个标准电池模块module1～module14与高压控制箱和储能变流器PCS串联连接构成主回路。高压控制箱主要由预充电回路、主接触器回路和控制单元组成，预充电回路主要由预充电电阻R1、继电器K2及其控制电路组成，主接触器回路主要由接触器K1及其控制电路组成，控制单元主要由电压监控单元、电流监控单元、温度监控单元和通讯单元组成。高压控制箱对电池供电回路(由锂电池模块串联成的高压储能系统，系统的正极和负极与储能变流器PCS输入端相连的供电电路)进行控制及保护，储能系统在现场安装时，将多个电池模块串联后，连接至高压控制箱正负极输入端，高压箱的正负极输出端连接至储能变流器PCS。高压控制箱通过接收上电指令(现场控制单元或储能变流器PCS通过通讯给高压控制箱发送接通供电回路的命令，从而使储能变流器PCS输入端供电)，首先预充电回路工作，然后闭合主接触器回路，断开预充电回路，使高压锂电池储能系统供电回路导通，对外供电。
该高压锂电池储能系统供电回路存在诸多缺点，如多个电池串联后，连接至高压控制箱输入端，此时高压控制箱输入端已具有几百伏的直流高压(>700V DC)，若操作不当，安装人员有被电击的危险。由于高压控制箱输入端一直存在高压直流电，在后期系统维护时，维护人员有被电击的危险。若主接触器回路充放电电流大于电池模块可承受的范围，此时控制模块对主接触器进行断开操作。若主接触器的触点电压接近系统的总电压(>700VDC)，在此高压大电流的状态下断开操作大大降低主接触器寿命。主接触器在触点粘连的情况下，主供电回路无法断开，电池产生过充和过放，造成危险。控制模块收到下电指令(现场控制单元或储能变流器PCS通过通讯给高压控制箱发送断开供电回路的命令，从而使储能变流器PCS输入端断电)，控制单元执行失效，造成主回路无法断开，电池产生过充和过放，造成危险。因此，该高压锂电池储能系统供电回路使用寿命及安全性能均较低，无法实现长久安全的使用。
图2为本实用新型高压锂电池系统供电回路实施例的结构图。参见图2，该高压锂电池系统供电回路，包括：多个标准电池模块101、高压控制箱102和储能变流器PCS。
所述标准电池模块101为锂电池模块；所述锂电池模块包括多个串联的锂电池电芯或多个并联的锂电池电芯。所述多个所述标准电池模块101包括第一标准电池模块module1、第二标准电池模块module2、第三标准电池模块module3、第四标准电池模块module4、第五标准电池模块module5、第六标准电池模块module6、第七标准电池模块module7、第八标准电池模块module8、第九标准电池模块module9、第十标准电池模块module10、第十一标准电池模块module11、第十二标准电池模块module12、第十三标准电池模块module13和第十四标准电池模块module14；所述第一标准电池模块module1、所述第二标准电池模块module2、所述第三标准电池模块module3、所述第四标准电池模块module4、所述第五标准电池模块module5、所述第六标准电池模块module6、所述第七标准电池模块module7、所述第八标准电池模块module8、所述第九标准电池模块module9、所述第十标准电池模块module10、所述第十一标准电池模块module11、所述第十二标准电池模块module12、所述第十三标准电池模块module13和所述第十四标准电池模块module14串联连接。图2中仅示出module1、module7、module8和module14。
多个所述标准电池模块101之间串联连接，多个所述标准电池模块101与所述高压控制箱102和所述储能变流器PCS串联连接构成主回路。
所述高压控制箱102包括联锁保护电路(图中未示出)、预充电电路(图中未示出)、联锁控制电路(图中未示出)以及控制模块103。所述联锁保护电路串联于所述主回路上；所述预充电电路并联于所述主回路上；所述控制模块103通过所述联锁控制电路控制所述主回路的通断。
所述联锁保护电路包括三极开关塑壳直流断路器QF1和主接触器K1；所述三极开关塑壳直流断路器QF1包括第一极开关1和2、第二极开关3和4以及第三极开关5和6；所述第一极开关1和2的一端连接所述第十四标准电池模块module14的正极，另一端作为所述第十四标准电池模块module14的正极输出端；所述第二极开关3和4的一端连接所述第七标准电池模块module7的正极Mid+，另一端与所述主接触器K1以及所述预充电电路连接；所述第三极开关5和6的一端连接所述第一标准电池模块module1的负极，另一端作为所述第一标准电池模块module1的负极输出端。
所述预充电电路包括电阻R1和继电器K2；所述预充电电路与所述主接触器K1的两端并联；所述主接触器K1的一端连接所述第二极开关3和4，另一端连接所述第八标准电池模块module8的负极Mid-。
所述联锁控制电路包括第一电子开关Q1、第二电子开关Q2、第三电子开关Q3、第四电子开关Q4、第一继电器K3、第二继电器K4、第三继电器K5、急停开关QF2、辅助触点(直流断路器的附件)和分励脱扣器(直流断路器的附件)；所述第一电子开关Q1、所述第二电子开关Q2和所述第四电子开关Q4分别连接所述控制模块103，由所述控制模块103进行控制；所述第一继电器K3控制所述主接触器K1，所述第二继电器K4控制所述继电器K2，所述第三继电器K5控制所述分励脱扣器；所述辅助触点与电源VCC_24V连接；所述辅助触点还与所述第一继电器K3和所述第二继电器K4连接；所述急停开关QF2控制所述第三电子开关Q3。
所述联锁保护电路和所述联锁控制电路安装于所述高压控制箱102内，作为高压锂电池系统供电的主回路。高压锂电池系统供电回路主要由所述联锁保护电路与所述联锁控制电路两部分组成。所述联锁保护电路和所述联锁控制电路设置有三极开关塑壳直流断路器QF1(含有辅助触点及分励脱扣器)，电子开关Q1、Q2、Q3和Q4，继电器K3、K4和K5以及急停开关QF2。上电时，所述标准电池模块101按照要求连接完成后，首先闭合所述三极开关塑壳直流断路器QF1(所述辅助触点同时闭合，所述第一继电器K3、所述第二继电器K4线圈正极供电)，此时所述主接触器K1未闭合，所述高压控制箱102输入端总正负电压为0V。接收到上电指令(现场控制单元或储能变流器PCS通过通讯给高压控制箱发送接通供电回路的命令，从而使储能变流器PCS输入端供电)后，控制单元控制所述第二电子开关Q2，所述第二继电器K4闭合，使所述继电器K2(预充电继电器)闭合，所述预充电电路工作。预充电成功后，控制单元控制所述第一电子开关Q1，所述第一继电器K3闭合，所述主接触器K1(主继电器)闭合，所述预充电电路断开。系统供电主回路工作。下电时，在正常下电的情况下，所述控制模块103接收到下电指令(现场控制单元或储能变流器PCS通过通讯给高压控制箱发送断开供电回路的命令，从而使储能变流器PCS输入端断电)，控制单元控制所述第一电子开关Q1，所述第一继电器K3断开，以及所述主接触器K1断开，系统主回路断开供电。在非正常下电情况下，手动关闭所述三极开关塑壳直流断路器QF1(所述辅助触点断开，所述第一继电器K3断开，所述主接触器K1断开)，供电主回路断开。手动按压所述急停开关QF2，所述第三电子开关Q3工作，所述第三继电器K5闭合，所述分励脱扣器动作，所述三极开关塑壳直流断路器QF1脱扣，供电主回路断开(所述辅助触点断开，所述第一继电器K3断开，所述主接触器K1断开)。控制模块103接收到下电指令，控制单元正常控制所述第一电子开关Q1失效，此时控制所述第四电子开关Q4，所述第三继电器K5闭合，所述分励脱扣器动作，所述三极开关塑壳直流断路器QF1，供电主回路断开。
本实用新型高压锂电池系统供电回路设置联锁保护电路和联锁控制电路，通过增加三极开关塑壳直流断路器QF1(含有辅助触点及分励脱扣器)，电子开关Q1、Q2、Q3和Q4，继电器K3、K4和K5以及急停开关QF2，提高了主接触器K1在大电流通断下的使用寿命，由于三极开关塑壳直流断路器QF1与主接触器K1串联高压联锁，提高了供电回路工作的安全性，并且断开供电回路后，高压控制箱总正极输入电压为0，提高了安装维护人员的安全性；由辅助触点与软件开关组成的串联低压联锁，提高了系统运行的可靠性及安全性，避免了维护软件过程中，由于电子开关误操作而导致的接触器频繁吸合与断开情况；由急停电子开关与软件开关组成的并联低压联锁，提高了紧急状态下系统安全的可操作性。该高压锂电池系统供电回路通过设置所述联锁保护电路对高压锂电池系统供电回路进行保护，并且通过设置所述联锁控制电路对高压锂电池系统供电回路的通断进行控制，实现了高压锂电池系统供电回路的长久安全使用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的系统及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (6)

1.一种高压锂电池系统供电回路，其特征在于，包括：多个标准电池模块、高压控制箱和储能变流器；
多个所述标准电池模块之间串联连接；多个所述标准电池模块与所述高压控制箱和所述储能变流器串联连接构成主回路；
所述高压控制箱包括联锁保护电路、预充电电路、联锁控制电路以及控制模块；所述联锁保护电路串联于所述主回路上；所述预充电电路并联于所述主回路上；所述控制模块通过所述联锁控制电路控制所述主回路的通断。
2.根据权利要求1所述的高压锂电池系统供电回路，其特征在于，所述多个所述标准电池模块包括第一标准电池模块(module1)、第二标准电池模块(module2)、第三标准电池模块(module3)、第四标准电池模块(module4)、第五标准电池模块(module5)、第六标准电池模块(module6)、第七标准电池模块(module7)、第八标准电池模块(module8)、第九标准电池模块(module9)、第十标准电池模块(module10)、第十一标准电池模块(module11)、第十二标准电池模块(module12)、第十三标准电池模块(module13)和第十四标准电池模块(module14)；
所述第一标准电池模块(module1)、所述第二标准电池模块(module2)、所述第三标准电池模块(module3)、所述第四标准电池模块(module4)、所述第五标准电池模块(module5)、所述第六标准电池模块(module6)、所述第七标准电池模块(module7)、所述第八标准电池模块(module8)、所述第九标准电池模块(module9)、所述第十标准电池模块(module10)、所述第十一标准电池模块(module11)、所述第十二标准电池模块(module12)、所述第十三标准电池模块(module13)和所述第十四标准电池模块(module14)串联连接。
3.根据权利要求2所述的高压锂电池系统供电回路，其特征在于，所述联锁保护电路包括三极开关塑壳直流断路器(QF1)和主接触器(K1)；
所述三极开关塑壳直流断路器(QF1)包括第一极开关(1，2)、第二极开关(3，4)以及第三极开关(5，6)；
所述第一极开关(1，2)的一端连接所述第十四标准电池模块(module14)的正极，另一端作为所述第十四标准电池模块(module14)的正极输出端；所述第二极开关(3，4)的一端连接所述第七标准电池模块(module7)的正极(Mid+)，另一端与所述主接触器(K1)以及所述预充电电路连接；所述第三极开关(5，6)的一端连接所述第一标准电池模块(module1)的负极，另一端作为所述第一标准电池模块(module1)的负极输出端。
4.根据权利要求3所述的高压锂电池系统供电回路，其特征在于，所述预充电电路包括电阻(R1)和继电器(K2)；
所述预充电电路与所述主接触器(K1)的两端并联；所述主接触器(K1)的一端连接所述第二极开关(3，4)，另一端连接所述第八标准电池模块(module8)的负极(Mid-)。
5.根据权利要求3所述的高压锂电池系统供电回路，其特征在于，所述联锁控制电路包括第一电子开关(Q1)、第二电子开关(Q2)、第三电子开关(Q3)、第四电子开关(Q4)、第一继电器(K3)、第二继电器(K4)、第三继电器(K5)、急停开关(QF2)、辅助触点和分励脱扣器；
所述第一电子开关(Q1)、所述第二电子开关(Q2)和所述第四电子开关(Q4)分别连接所述控制模块，由所述控制模块进行控制；所述第一继电器(K3)控制所述主接触器(K1)，所述第二继电器(K4)控制所述继电器(K2)，所述第三继电器(K5)控制所述分励脱扣器；所述辅助触点与电源(VCC_24V)连接；所述辅助触点还与所述第一继电器(K3)和所述第二继电器(K4)连接；所述急停开关(QF2)控制所述第三电子开关(Q3)。
6.根据权利要求2所述的高压锂电池系统供电回路，其特征在于，所述标准电池模块为锂电池模块；所述锂电池模块包括多个串联的锂电池电芯或多个并联的锂电池电芯。
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