CN209823434U - 一种储能电池组高压控制电路及控制箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种储能电池组高压控制电路及控制箱，高压控制电路包括充放电电路，与充放电电路串联的断路器，电池组控制模块；控制箱包括箱体，设置在箱体前板左上角的第一通信和电源接口，设置在所述箱体前板右侧的电池组负极接口、电池组正极接口、断路器、PCS负极接口以及PCS正极接口，设置在箱体前板右上角的第二通信和电源接口，设置在所述箱体内部左侧的电池组控制模块，设置在箱体内部右前侧、主控右侧、内部支撑板上的负极接触器，设置在负极接触器右侧、内部支撑板上的分流器，设置在分流器后侧、内部支撑板上的熔断器，设置在箱体内部右后侧、熔断器后侧的正极接触器以及预充接触器，设置在箱体内部后侧、正极接触器后侧的预充电阻。

Description

一种储能电池组高压控制电路及控制箱

技术领域

本实用新型涉及电池储能技术领域，具体涉及一种储能电池组高压控制电路及控制箱。

背景技术

随着光伏、风能等清洁能源发电规模的逐步扩大，同时电池技术也在不断进步，使得新能源电池储能技术的开发和应用得到了快速发展。目前电池储能技术已推广到电能的输、发、配、用每个环节，广泛用于电网调峰、调频、微电网、用户侧储能等领域。

高压控制箱为储能电池组的安全可靠运行提供保障，其主要功能包括：提供电池组安全可靠的充放电电气回路；实时检测电池组的电压、电流、电气回路状态、电池绝缘电阻以及环境温度；根据需要及时而准确地控制各个电气回路的断开或接通。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供了一种储能电池组高压控制电路及控制箱，控制电池组充电和放电，在电池组出现异常时实施保护。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：一种高压控制电路，包括：充放电电路，与所述充放电电路串联的断路器，电池组控制模块；

充放电电路包括并联设置的正极支路和负极支路；

正极支路包括正极接触器和熔断器，正极接触器的输入端接入PCS直流侧正极，正极接触器的输出端接入电池组正极，

正极接触器高压部分第一高压端连接断路器第一输出端，正极接触器高压部分第二高压端连接熔断器第一端；正极接触器低压部分用于接入电池组控制模块第一控制端，

在所述正极接触器两端并联有预充回路，预充回路包括预充接触器和预充电阻，预充接触器的高压部分第一高压端连接断路器，第二高压端连接预充电阻第一端；预充接触器的低压部分用于接入电池组控制模块第三控制端；预充电阻第一端连接预充接触器，第二端连接熔断器；

负极支路包括负极接触器和分流器，负极接触器的输入端接入电池组负极，负极接触器的输出端接入PCS直流侧负极，

负极接触器高压部分第一端连接断路器第二输出端，负极接触器高压部分第二端连接分流器正端；负极接触器低压部分用于接入电池组控制模块第二控制端。

电池组控制模块包括控制器以及与所述控制器电性连接的参数检测单元、控制单元、通信单元和供电单元，

参数检测单元通过检测接口检测电池组电压、充放电电流以及环境温度模拟量，检测接口包括电池组电压检测接口、电流检测接口、温度检测接口，电池组电压检测接口与正极接触器第二高压端和分流器负端相连，电流检测接口与分流器正、负端分别相连，温度检测接口与温度传感器相连，

控制单元检测接触器状态，根据控制指令发出模拟信号，控制所有接触器断开和闭合，是控制命令的执行结构，

通信单元连接控制器与外部模块，

供电单元为电池组控制模块供电，供电单元输入端接入系统供电总线，供电单元输出端连接控制器，

控制单元具有输入接口DI1、输入接口DI2，输出接口DO1、输出接口DO2、输出接口DO3，正极接触器KM1的反馈电路输出端与电池组控制模块DI1连接，正极接触器KM1的低压部分输入端与电池组控制模块DO1连接；负极接触器KM2的反馈电路输出端与电池组控制模块DI2连接，负极接触器KM2的低压电路输入端与电池组控制模块DO2连接；预充接触器KM3的低压电路输入端与电池组控制模块DO3连接。

包括箱体，设置在箱体前板左上角的第一通信和电源接口，设置在所述箱体前板右侧的电池组负极接口、电池组正极接口、断路器、PCS负极接口以及PCS正极接口，设置在箱体前板右上角的第二通信和电源接口，设置在所述箱体内部左侧的电池组控制模块，设置在箱体内部右前侧、主控右侧、内部支撑板上的负极接触器，设置在负极接触器右侧、内部支撑板上的分流器，设置在分流器后侧、内部支撑板上的熔断器，设置在箱体内部右后侧、熔断器后侧的正极接触器以及预充接触器，设置在箱体内部后侧、正极接触器后侧的预充电阻。

电池组负极接口用于连接电池组的负极与分流器的负端；电池组正极接口用于连接电池组的正极与熔断器的第二端；PCS负极接口用于连接PCS的直流侧负极端与断路器的第二端；PCS正极接口用于连接PCS的直流侧正极端与正极接触器；第一通信和电源接口用于连接电池组控制模块与BMS中单体电池监控模块，与该模块通信获取单体电池的电压、温度信息；第二通信和电源接口用于连接电池组控制模块与BMS中电池堆监控系统，将单体及电池组的电压、电流以及环境温度发送给上一级系统，并接受其指令。

负极接触器与分流器平行设置；正极接触器与预充接触器平行设置；分流器负端与电池组负极接口的位置对应；熔断器与电池组正极接口的位置对应，与负极接触器和分流器的连线垂直，且位于正极接触器右前侧；正极接触器与负极接触器前后位置对应，且和预充接触器的连线垂直于熔断器；预充电阻与箱体后侧板平行，且位于后侧中央位置。

箱体的左右侧板上设置有栅格孔，用于通风、散热；前面板设置有断路器容置孔，用于使断路器的操作手柄露在箱体外部。

箱体内部电池组正极接口、熔断器、正极接触器、预充接触器、断路器和PCS正极接口都用铜排连接；箱体内部电池组负极接口、分流器、负极接触器、断路器和PCS负极接口同样都用铜排连接；电池组控制模块、正极接触器、负极接触器、预充接触器、分流器、第一通信和电源接口及第二通信和电源接口，都用铜芯电缆连接，并加装线槽固定。

本实用新型的有益效果是：

1、储能系统高压控制电路和控制箱，将电池组充电电路和放电电路合二为一，通过电池组控制模块和直流接触器控制，结构简单，成本低，可靠性好。

、该高压控制电路和控制箱通用性强，可以应用于不同类型电池组、不同拓扑结构的储能系统。

、本发明优点在于为储能电池组充放电提供了一种高压控制电路和高压控制箱，不仅能采集电池组电压、电流、环境温度等参数，还能实时控制电路断开和闭合，确保电池组安全；

4、该高压控制电路和高压控制箱结构简单，通用性强，既能用于多组并联电池集中控制，也能用于单组电池独立控制，还能应用于不同类型电池组成的电池组。

附图说明

附图1 高压控制电路电气连接图；

附图2电池组控制模块控制原理图；

附图3高压控制箱装配图；

附图4高压控制箱内部布局图；

附图5高压控制箱去除顶板装配图。

图中：1-箱体；2-第一通信和电源接口；3-电池组负极接口；4-电池组正极接口；5-断路器；6- PCS负极接口；7- PCS正极接口；8-第二通信和电源接口；9-电池组控制模块；10-负极接触器；11-分流器；12-熔断器；13-正极接触器；14-预充接触器；15-预充电阻；16-栅格孔；17-断路器容置孔；18、19、20、21-正极支路连接铜排；22、23、24、25-负极支路连接铜排；26-线槽。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

需要理解的是，“中心”、“纵向”、“横向”、“上端”、“下端”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语，在本实用新型的描述中，是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，出现的如“安装”、“相连”、“连接”的术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

一种高压控制电路，包括充放电电路、电池组控制模块和控制电路。

充放电电路由正极支路和负极支路组成，电气连接图见图1；电池组控制模块具备采集电路元件模拟信号和控制充放电电路接通和断开功能；控制电路主要由采集电路、反馈电路和控制回路组成。

断路器QF作为手动控制开关串联接入充放电电路，第一输入端连接储能变流器(PCS)直流侧正极PCS+，第二输入端连接PCS直流侧负极PCS-，第一输出端连接正极接触器KM1第一高压端，第二输出端连接负极接触器KM2第一高压端。

正极支路主要包括断路器QF、正极接触器KM1和熔断器FU，输入端接入PCS直流侧正极PCS+，输出端接入电池组正极BAT+。

（1）正极接触器KM1高压部分第一高压端连接断路器QF第一输出端，第二高压端连接熔断器FU第一端；低压部分接入电池组控制模块第一控制端；正极接触器KM1是用低压小电流控制高压大电流的电气元件，具有反馈电路通断状态的功能，是控制正极支路断开和闭合的关键元件。

（2）在正极接触器KM1两端还并联了预充回路，包括预充接触器KM3和预充电阻R1。预充接触器KM3的高压部分第一高压端连接断路器QF第一输出端，第二高压端连接预充电阻R1第一端；预充接触器KM3的低压部分接入电池组控制模块第三控制端；预充电阻R1第一端连接预充接触器，第二端连接熔断器FU。

在闭合正极接触器KM1前先将预充接触`器KM3闭合，再闭合正极接触器KM1，然后断开预充接触器KM3。预充电路有限流作用，允许通过的电流值远低于正极接触器KM1，从而保护正极接触器KM1免受大电流冲击而损坏。预充电阻R1不能长时间工作，否则会因温度过高而损坏，进而失去保护正极接触器KM1的作用。

（3）熔断器FU第一端连接正极接触器KM1第二高压端，第二端连接电池组正极BAT+；在电流超过限制时熔断器FU及时自动断开正极支路，防止电流过大烧毁其他电路元件。

负极支路主要包括断路器QF、负极接触器KM2和分流器FL，输入端接入电池组负极BAT-，输出端接入PCS直流侧负极PCS-。

（1）负极接触器KM2高压部分第一端连接断路器QF第二输出端，第二端连接分流器FL正端；低压部分接入电池组控制模块第二控制端；是用低压小电流控制高压大电流的电气元件，具有反馈电路通断状态的功能，负极接触器KM2是控制负极支路断开和闭合的关键元件。

（2）分流器FL正端连接负极接触器KM2第二高压端，负端连接电池组负极BAT-，能精确采集充放电电路中的电流，用于电池组状态评估。

电池组控制模块

电池组控制模块控制原理图见图2，包括控制器、参数检测单元、控制单元、通信单元、供电单元、检测接口和输入/输出接口。

（1）控制器是电池组控制模块的核心，主要负责转换和计算参数检测单元采集的模拟量、处理控制信号和与外部模块通信。

（2）参数检测单元通过检测接口分别检测电池组电压、充放电电流以及环境温度模拟量，电池组电压检测接口与正极接触器KM1第二高压端和分流器FL负端相连，电流检测接口与分流器FL正、负端分别相连，温度检测接口与温度传感器相连。

（3）控制单元通过输入接口检测接触器KM1、KM2及KM3状态，根据控制指令从输出接口发出模拟信号，控制所有接触器断开和闭合，是控制命令的执行结构。

（4）通信单元连接控制器与外部模块，实现二者实时相互传输采集数据和控制指令。

（5）供电单元负责为电池组控制模块供电，输入端接入系统供电总线，输出端为该模块其他单元供电。

控制电路

控制电路是连接电池组控制模块和各个接触器的电路，主要由电池组控制模块输入接口DI1、DI2，输出接口DO1、DO2、DO3，接触器的反馈电路，接触器的控制电路组成，通过低压直流功率控制高压直流功率。

正极接触器KM1的反馈电路输出端与电池组控制模块DI1连接，正极接触器KM1的低压电路输入端与电池组控制模块DO1连接；负极接触器KM2的反馈电路输出端与电池组控制模块DI2连接，负极接触器KM2的低压电路输入端与电池组控制模块DO2连接；预充接触器KM3的低压电路输入端与电池组控制模块DO3连接。

本发明还设计了高压控制箱，具体为：

高压控制箱采用上述高压控制电路，见高压控制箱装配图3、图4和图5，高压控制箱包括箱体1，设置在箱体前板左上角的第一通信和电源接口2，从左往右依次设置在所述箱体前板右侧的电池组负极接口3、电池组正极接口4、断路器5、PCS负极接口6以及PCS正极接口7，设置在箱体前板右上角的第二通信和电源接口8，设置在所述箱体内部左侧的电池组控制模块9，设置在箱体内部右前侧、主控右侧、内部支撑板上的负极接触器10，设置在负极接触器右侧、内部支撑板上的分流器11，设置在分流器后侧、内部支撑板上的熔断器12，设置在箱体内部右后侧、熔断器后侧的正极接触器13以及预充接触器14，设置在箱体内部后侧、正极接触器后侧的预充电阻15。

电池组负极接口3用于连接电池组的负极与分流器11的负端；电池组正极接口4用于连接电池组的正极与熔断器12的第二端；PCS负极接口6用于连接PCS的直流侧负极端与断路器5的第二端；PCS正极接口7用于连接PCS的直流侧正极端与正极接触器13；第一通信和电源接口2用于连接电池组控制模块9与BMS中单体电池监控模块，与该模块通信获取单体电池的电压、温度信息；第二通信和电源接口8用于连接电池组控制模块9与BMS中电池堆监控系统，将单体及电池组的电压、电流以及环境温度发送给上一级系统，并接受其指令。

负极接触器10与分流器11平行设置；正极接触器13与预充接触器14平行设置；分流器11负端与电池组负极接口3的位置对应；熔断器12与电池组正极接口4的位置对应，与负极接触器10和分流器11的连线垂直，且位于正极接触器13右前侧；正极接触器13与负极接触器10前后位置对应，且和预充接触器14的连线垂直于熔断器12；预充电阻15与箱体1后侧板平行，且位于后侧中央位置。

箱体1的左右侧板上设置有栅格孔16，用于通风、散热；前面板设置有断路器容置孔17，用于使断路器的操作手柄露在箱体外部。

高压控制箱内部电池组正极接口4与熔断器12用铜排18连接，正极接触器13、熔断器12与预充接触器14用铜排19连接，正极接触器13与断路器5用铜排20连接，断路器5和PCS正极接口7用铜排21连接；箱体内部电池组负极接口3与分流器11用铜排22连接，分流器11与负极接触器10用铜排23连接，负极接触器10与断路器5用铜排24连接，断路器5与PCS负极接口6用铜排25连接；电池组控制模块9、正极接触器13、负极接触器10、预充接触器14、分流器11、第一通信和电源接口2及第二通信和电源接口8之间的连接电缆，加装线槽26固定。

实施例：

根据系统拓扑结构不同，可以分为以下两种控制方式。

（1）电池系统为多组电池并联

以总电压672V、总容量250kWh磷酸铁锂电池储能系统为例，电池串联数为210串，电池组为4组并联。此时每组电池需配备高压控制箱，采集电池组电压，量程为0～1000V；采集电池组电流，量程为0～200A，配置250A熔断器。若配置系统工作电压范围为525V～765V，电流工作范围为0～150A，环境温度工作范围为-20℃～45℃，则电池组电压、电流、环境温度超过上述范围，则电池组控制模块将及时断开正极接触器及负极接触器，保护电池组发生危险，进而提高系统安全性。若主电路发生短路，熔断器将因过流而断开电路。

（2）电池系统为单组串联

以总电压668V、总容量800kWh铅碳电池储能系统为例，电池串联数为334串，电池组为单组串联。此时每组电池需配备高压控制箱，采集电池组电压，量程为0～1000V；采集电池组电流，量程为0～600A，配置650A熔断器。若配置系统工作电压范围为617V～784V，电流工作范围为0～500A，环境温度工作范围为0℃～40℃，则电池组电压、电流、环境温度超过上述范围，则电池组控制模块将及时断开正极接触器及负极接触器，保护电池组发生危险，进而提高系统安全性。若主电路发生短路，熔断器将因过流而断开电路。

对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高压控制电路，其特征在于，包括：充放电电路，与所述充放电电路串联的断路器，电池组控制模块；

充放电电路包括并联设置的正极支路和负极支路；

正极支路包括正极接触器和熔断器，正极接触器的输入端接入PCS直流侧正极，正极接触器的输出端接入电池组正极，

正极接触器高压部分第一高压端连接断路器第一输出端，正极接触器高压部分第二高压端连接熔断器第一端；正极接触器低压部分用于接入电池组控制模块第一控制端，

在所述正极接触器两端并联有预充回路，预充回路包括预充接触器和预充电阻，预充接触器的高压部分第一高压端连接断路器，第二高压端连接预充电阻第一端；预充接触器的低压部分用于接入电池组控制模块第三控制端；预充电阻第一端连接预充接触器，第二端连接熔断器；

负极支路包括负极接触器和分流器，负极接触器的输入端接入电池组负极，负极接触器的输出端接入PCS直流侧负极，

负极接触器高压部分第一端连接断路器第二输出端，负极接触器高压部分第二端连接分流器正端；负极接触器低压部分用于接入电池组控制模块第二控制端。

2.如权利要求1所述的高压控制电路，其特征在于，电池组控制模块包括控制器以及与所述控制器电性连接的参数检测单元、控制单元、通信单元和供电单元，

参数检测单元通过检测接口检测电池组电压、充放电电流以及环境温度模拟量，检测接口包括电池组电压检测接口、电流检测接口、温度检测接口，电池组电压检测接口与正极接触器第二高压端和分流器负端相连，电流检测接口与分流器正、负端分别相连，温度检测接口与温度传感器相连，

控制单元检测接触器状态，根据控制指令发出模拟信号，控制所有接触器断开和闭合，是控制命令的执行结构，

通信单元连接控制器与外部模块，

供电单元为电池组控制模块供电，供电单元输入端接入系统供电总线，供电单元输出端连接控制器，

控制单元具有输入接口DI1、输入接口DI2，输出接口DO1、输出接口DO2、输出接口DO3，正极接触器KM1的反馈电路输出端与电池组控制模块DI1连接，正极接触器KM1的低压部分输入端与电池组控制模块DO1连接；负极接触器KM2的反馈电路输出端与电池组控制模块DI2连接，负极接触器KM2的低压电路输入端与电池组控制模块DO2连接；预充接触器KM3的低压电路输入端与电池组控制模块DO3连接。

3.一种采用权利要求1或2所述的高压控制电路的高压控制箱，其特征在于，包括箱体，设置在箱体前板左上角的第一通信和电源接口，设置在所述箱体前板右侧的电池组负极接口、电池组正极接口、断路器、PCS负极接口以及PCS正极接口，设置在箱体前板右上角的第二通信和电源接口，设置在所述箱体内部左侧的电池组控制模块，设置在箱体内部右前侧、主控右侧、内部支撑板上的负极接触器，设置在负极接触器右侧、内部支撑板上的分流器，设置在分流器后侧、内部支撑板上的熔断器，设置在箱体内部右后侧、熔断器后侧的正极接触器以及预充接触器，设置在箱体内部后侧、正极接触器后侧的预充电阻。

4.如权利要求3所述的高压控制箱，其特征在于，电池组负极接口用于连接电池组的负极与分流器的负端；电池组正极接口用于连接电池组的正极与熔断器的第二端；PCS负极接口用于连接PCS的直流侧负极端与断路器的第二端；PCS正极接口用于连接PCS的直流侧正极端与正极接触器；第一通信和电源接口用于连接电池组控制模块与BMS中单体电池监控模块，与该模块通信获取单体电池的电压、温度信息；第二通信和电源接口用于连接电池组控制模块与BMS中电池堆监控系统，将单体及电池组的电压、电流以及环境温度发送给上一级系统，并接受其指令。

5.如权利要求3所述的高压控制箱，其特征在于，负极接触器与分流器平行设置；正极接触器与预充接触器平行设置；分流器负端与电池组负极接口的位置对应；熔断器与电池组正极接口的位置对应，与负极接触器和分流器的连线垂直，且位于正极接触器右前侧；正极接触器与负极接触器前后位置对应，且和预充接触器的连线垂直于熔断器；预充电阻与箱体后侧板平行，且位于后侧中央位置。

6.如权利要求3所述的高压控制箱，其特征在于，箱体的左右侧板上设置有栅格孔，用于通风、散热；前面板设置有断路器容置孔，用于使断路器的操作手柄露在箱体外部。

7.如权利要求3所述的高压控制箱，其特征在于，箱体内部电池组正极接口、熔断器、正极接触器、预充接触器、断路器和PCS正极接口都用铜排连接；箱体内部电池组负极接口、分流器、负极接触器、断路器和PCS负极接口同样都用铜排连接；电池组控制模块、正极接触器、负极接触器、预充接触器、分流器、第一通信和电源接口及第二通信和电源接口，都用铜芯电缆连接，并加装线槽固定。