CN210092925U - 一种储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种储能系统，其设置有电池监测模块、逻辑判断控制模块和故障隔离模块，当检测到系统中存在故障电池模块时，对故障进行分级处理。既可将故障电池模块退出，冗余电池模块在线投入，从而保证系统在不降低自身能力的前提下继续运行；也可在冗余超限的情况下将故障电池直接在线隔离，仍保证系统的正常运行。且所述故障隔离模块中设计有续流回路，在故障隔离开关进行动作或切换时，可以对系统进行续流，防止故障隔离开关切换时间及切换死区造成的上下电池模块之间的断流，实现系统的在线故障隔离，降低了系统维护成本、提高了系统维护效率、减少了经济损失。

Description

一种储能系统

技术领域

本实用新型涉及电能储存技术领域，特别涉及一种储能系统。

背景技术

近年来，储能技术的研究和发展一直受到各国重视，特别是随着智能电网的构建、5G技术的发展，对储能的需求日益增长。锂电池作为能源存储设备在储能系统中发挥重要作用，为了保证系统安全稳定运行，对锂电池故障的实时诊断及处理具有重要的意义和工程应用价值。

目前的储能系统中电池采用“级联式”连接，一旦某一个单体出现故障必须整组甚至整个系统停止运行，等待人工排查故障更换电池。而故障排查处理过程耗时久、系统处于瘫痪状态，经济损失严重。因此，目前的储能系统存在因电池发生故障而导致的“牵一发而动全身”、维护及时性要求高、维护成本高、经济损失大等问题。

因此，提供一种降低维护成本、提高维护及时性的储能系统是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种储能系统，其系统中某一个单体出现故障时，不需要整组甚至整个系统停止运行，降低了系统维护成本、提高了系统维护的及时性。

本实用新型的解决方案是这样实现的：一种储能系统，包括若干电池模块，以及，

电池监测模块，与所述电池模块连接，用于监测所述电池模块的参数信息；

逻辑判断控制模块，与所述电池监测模块连接，用于接收所述电池监测模块监测的电池模块参数信息，并对这些参数信息进行逻辑分析，判断电池模块是否发生故障，当判断结果为是时，对电池监测模块发送控制信号；

故障隔离模块，与所述电池模块连接，包括故障隔离开关和续流回路，所述故障隔离开关根据所述逻辑判断控制模块给电池监测模块发送的控制信号进行动作，将故障电池模块与储能系统隔离；所述续流回路用于在故障隔离开关动作时进行续流。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述电池模块包括一个或一个以上串联和/或并联的单体电池、电池组和/或电池模组。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述电池监测模块包括电流采集模块、电压采集模块、温度采集模块、电池内阻采集模块中的至少一种。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述电池监测模块还包括通信模块，用于与所述逻辑判断控制模块进行通信。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述逻辑判断控制模块包括电流数据分析判断模块、电压数据分析判断模块、温度数据分析判断模块、电池内阻数据分析判断模块中的至少一种。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述逻辑判断控制模块还包括SOC估算模块、逻辑保护判断模块、故障隔离逻辑判断模块中的至少一种。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述故障隔离开关包括主路开关和旁路开关，所述续流回路与所述旁路开关并联连接，

正常状态下，所述主路开关关闭，旁路开关断开，电池模块接入储能系统；

故障状态下，所述主路开关断开，旁路开关关闭，电池模块与储能系统隔离。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述续流回路由续流电力或功率半导体器件组成。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述储能系统还包括自愈电池模块，当储能系统中有电池模块出现故障时，所述自愈电池模块投入系统使用。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述自愈电池模块包括一个或一个以上串联和/或并联的单体电池、电池组和/或电池模组。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述自愈电池模块包括自愈切换开关，正常状态下，所述自愈切换开关断开，所述自愈电池模块与储能系统隔离；

当储能系统中有电池模块出现故障时，所述自愈切换开关关闭，所述自愈电池模块接入储能系统。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述储能系统包括一个或一个以上的自愈电池模块，当储能系统中有电池模块出现故障时，所述一个或一个以上的自愈电池模块按逻辑判断控制模块的指令选择性接入储能系统。

从以上技术方案可以看出，本实用新型所述的技术方案具有以下优点：

在本实用新型提供一种储能系统，其设置有电池监测模块、逻辑判断控制模块和故障隔离模块，当检测到系统中存在故障电池模块时，可以通过故障隔离模块将故障电池模块隔离。且所述故障隔离模块中设计有续流回路，在故障隔离开关进行动作或切换时，可以对系统进行续流，防止故障隔离开关切换时间及切换死区造成的上下电池模块之间的断流，实现系统的在线故障隔离，降低了系统维护成本，不需要急于维护。进一步地，所述储能系统还可以对故障进行分级处理。既可将故障电池模块退出，冗余电池模块在线投入，从而保证系统在不降低自身能力的前提下继续运行；也可在冗余超限的情况下将故障电池直接在线隔离，仍保证系统的正常运行，提高了系统维护效率、减少了经济损失。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型一种实施方式中储能系统的结构框图；

图2为本实用新型一种实施方式中储能系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本实用新型的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本实用新型的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。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，术语“相连”、“连接”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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

本实用新型实施例如下，如图1和图2所示，一种储能系统，包括若干电池模块，以及，

电池监测模块，与所述电池模块连接，用于监测所述电池模块的参数信息；

逻辑判断控制模块，与所述电池监测模块连接，用于接收所述电池监测模块监测的电池模块参数信息，并与预设参数进行对比和/或者对这些参数信息进行逻辑分析，判断电池模块是否发生故障，当判断结果为是时，对电池监测模块发送控制信号；

故障隔离模块，与所述电池模块连接，包括故障隔离开关和续流回路，所述故障隔离开关根据所述逻辑判断控制模块给电池监测模块发送的控制信号进行动作，将故障电池模块与储能系统隔离；所述续流回路用于在故障隔离开关动作时进行续流。

本实用新型的另一实施例在于在上述基础之上，所述电池模块包括一个或一个以上串联和/或并联的单体电池、电池组和/或电池模组。所述单体电池、电池组和/或电池模组，可以相同，也可以根据需要设置不同电压、电阻等参数。

本实用新型的另一实施例在于在上述基础之上，所述电池监测模块包括电流采集模块、电压采集模块、温度采集模块、电池内阻采集模块中的至少一种。

本实用新型的另一实施例在于在上述基础之上，所述电池监测模块还包括通信模块，用于与所述逻辑判断控制模块进行通信。所述电池监测模块主要用于实时监测电池模块电压运行工况等，并实时上传电池模块的电压信息、温度信息、内阻信息等相关信息给逻辑判断控制模块，并接收逻辑判断控制模块发送的控制指令，进而控制故障隔离模块进行相应的动作响应。电池监测模块完成对电池模块的实时监测，是上传下达的中间机构。

本实用新型的另一实施例在于在上述基础之上，所述逻辑判断控制模块包括电流数据分析判断模块、电压数据分析判断模块、温度数据分析判断模块、电池内阻数据分析判断模块中的至少一种。

本实用新型的另一实施例在于在上述基础之上，所述逻辑判断控制模块还包括SOC估算模块、逻辑保护判断模块、故障隔离逻辑判断模块中的至少一种。所述逻辑判断控制模块，根据电池监测模块采集的信息，对数据进行逻辑分析判断，是一种储能系统的大脑。

本实用新型的另一实施例在于在上述基础之上，所述故障隔离开关由电力电子器件或接触器、继电器等机械或电子开关组成，包括主路开关和旁路开关，所述续流回路与所述旁路开关并联连接，

正常状态下，所述主路开关关闭，旁路开关断开，电池模块接入储能系统；

故障状态下，所述主路开关断开，旁路开关关闭，电池模块与储能系统隔离。

本实用新型的另一实施例在于在上述基础之上，所述续流回路由续流电力或功率半导体器件组成。

本实用新型的另一实施例在于在上述基础之上，所述储能系统还包括自愈电池模块，当储能系统中有电池模块出现故障时，所述自愈电池模块选择性投入系统使用。

本实用新型的另一实施例在于在上述基础之上，所述自愈电池模块包括一个或一个以上串联和/或并联的单体电池、电池组和/或电池模组。

本实用新型的另一实施例在于在上述基础之上，所述自愈电池模块包括自愈切换开关，正常状态下，所述自愈切换开关断开，所述自愈电池模块与储能系统隔离；

当储能系统中有电池模块出现故障时，所述自愈切换开关关闭，所述自愈电池模块接入储能系统。

本实用新型的另一实施例在于在上述基础之上，所述储能系统包括一个或一个以上的自愈电池模块，当储能系统中有电池模块出现故障时，所述一个或一个以上的自愈电池模块按逻辑判断控制模块的指令选择性接入储能系统。

本实用新型的另一实施例在于在上述基础之上，所述自愈电池模块可以是储能系统中的任意一个电池模块，可根据逻辑判断控制模块的逻辑判断对系统中的电池模块进行自由组合。自愈电池组正常情况下不投入使用，在系统中的有电池模块出现故障时，将故障电池模块隔离，自愈电池模块投入使用。

本实用新型的另一实施例在于在上述基础之上，所述自愈电池模块包括自愈开关和续流回路，所述自愈开关包括自愈主路开关和自愈旁路开关，所述续流回路与所述自愈旁路开关并联连接，

正常状态下，所述自愈主路开关断开，自愈旁路开关关闭，自愈电池模块不投入系统使用；

故障状态下，所述自愈主路开关关闭，自愈旁路开关断开，自愈电池模块接入储能系统投入使用。

需要说明的是，本专利技术方案中所述的故障隔离模块可以是一切起到开关作用的器件；所述续流回路可以是一切有续流作用的电力或半导体器件；所述自愈电池组可以是系统中的任意一个电池组，决定某个电池组是否为自愈电池组是由逻辑判断控制模块根据系统状况确定。

如图2所示，是以3个3S2P的电池模组组成的电池簇为示意图，其中第3个电池模组预设为自愈模组。需要说明的是，图2中以3个3S2P的电池模组组成的电池簇为例进行说明仅是示意性的，本发明中对电池模组中单体电池的串并数量并无限制，可以为电池单体也可以为多个电池单体串并联组成。本发明对自愈电池模组的位置并无限制，电池簇中的任意一个模组都可以作为自愈电池模组，因此对自愈电池模组的数量也并无限制。本发明中对电池模组之间的串联数量也并无限制，以3个3S2P的电池模组组成的电池簇为例仅是为了清楚起见，并不对本专利保护范围起任何限制或缩小的作用。

如图2所示，故障隔离模块包括两组开关以及续流回路，故障隔离模块1#的主开关K10连接于电池模组1#的总负与电池模组2#的总正之间，旁路开关K11连接于电池模组1#的总正与电池模组2#的总正之间，续流回路与K11并联连接；故障隔离模块2#的主开关K20连接于电池模组2#的总负与自愈电池模组1#的总正之间，旁路开关K21连接于电池模组2#的总正与自愈电池模组1#的总正之间，续流回路与K21并联连接；故障隔离模块Z1#的主开关KZ10连接于自愈电池模组1#的总负与整个电池簇的总负之间，旁路开关KZ11连接于自愈电池模组1#的总正与整个电池簇的总负之间；

电池监测模块1-1#通过采集信号线，采集电池模组1#中串联单体的电压及温度信息，经过初步运算处理后通过通信线上传给逻辑判断控制模块1#；同时，接收逻辑判断模块的控制指令，并按照指令通过控制信号线控制故障隔离模块进行相应操作；此外，电池监测模块1-1#可对电池单体进行均衡处理。电池监测模块1-2#及电池监测模块1-3#功能与电池监测模块1-1#相同。

逻辑判断控制模块1#通过与电池监测模块1-1#、1-2#、1-3#通讯获取整簇电池簇中所有电池单体的信息并进行分析判断，若判断电池需要保护或出现故障则发送相应指令给对应的电池监测模块，电池监测模块接收到指令进行处理。

下面以电池模组2#中某一节单体故障为例进行详细说明。

系统运行过程中电池模组2#存在故障的情况：

(1)电池监测模块1-1#、1-2#、1-3#实时采集并上传所有电池单体的信息给逻辑判断控制模块1#；

(2)逻辑判断控制模块1#汇总所有单体信息并对单体信息进行分析，如与电池保护阈值进行比较，判断是否出现过充、过放、压差过大等问题，具体判断阈值可以根据需要，预先设置。判断方法，可以采用现有技术中的常规方法，在次不再赘述。

(3)逻辑判断控制模块1#通过分析判断发现电池模组2#中有某一节单体出现异常，故障电池数量加一。

(4)判断故障电池组数量为1，系统预设的自愈电池组数量为1，故障电池组数量等于自愈电池组数据，可以进行一级故障处理，将故障电池模块隔离，且将自愈电池模块接入储能系统。

(5)逻辑判断控制模块1#下发控制指令给电池监测模块1-2#，要求电池监测模块1-2#断开故障隔离模块2#主开关K20，闭合旁路开关K21；

(6)逻辑判断控制模块1#下发控制指令给电池监测模块1-3#，要求电池监测模块1-3#闭合自愈投切模块1#主开关KZ10，断开自愈投切模块1#旁路开关KZ11；

(7)此时，电池模组2#退出整簇电池簇，自愈电池模组投入运行，整个系统总电压及结构不变，故障隔离后整簇电池簇可继续正常运行。

从以上技术方案可以看出，本实用新型所述的技术方案具有以下优点：

在本实用新型提供一种储能系统，其设置有电池监测模块、逻辑判断控制模块和故障隔离模块，当检测到系统中存在故障电池模块时，可定位故障电池模块并通过故障隔离模块将故障电池模块单独隔离，而不影响整簇电池组的运行从而做到故障在线隔离。且所述故障隔离模块中设计有续流回路，在故障隔离开关进行动作或切换时，可以对系统进行续流，防止故障隔离开关切换时间及切换死区造成的上下电池模块之间的断流，实现系统的在线故障隔离，降低了系统维护成本，不需要急于维护。进一步地，所述储能系统可以对故障进行分级处理。既可将故障电池模块退出，冗余电池模块在线投入，从而保证系统在不降低自身能力的前提下继续运行；也可在冗余超限的情况下将故障电池直接在线隔离，仍保证系统的正常运行，这样，极大的降低了故障电池维护的及时性要求，提高维护效率、节省运维成本，减少经济损失。

本技术方案的基本思路是通过开关器件(各类开关，比如电子开关或机械开关)的动作实现多个电池串并联成组时的拓扑动态调整，上述具体实例说明中所举例为多个电池串联时，通过旁路开关跳过某个电池以实现故障电池隔离，运用本技术方案思路，还可以考虑多个电池并联时，通过断开某一电池的主路开关以实现故障电池隔离，甚至是同时存在串联和并联的电池网络中，通过故障隔离模块中主路开关和旁路开关的组合动作实现的故障电池隔离，其本质思路是与本技术方案一致的，都应为本专利的保护范围。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种储能系统，包括若干电池模块，其特征在于，还包括：

电池监测模块，与所述电池模块连接，用于监测所述电池模块的参数信息；

逻辑判断控制模块，与所述电池监测模块连接，用于接收所述电池监测模块监测的电池模块参数信息，并对这些参数信息进行逻辑分析，判断电池模块是否发生故障，当判断结果为是时，对电池监测模块发送控制信号；

故障隔离模块，与所述电池模块连接，包括故障隔离开关和续流回路，所述故障隔离开关根据所述逻辑判断控制模块给电池监测模块发送的控制信号进行动作，将故障电池模块与储能系统隔离；所述续流回路用于在故障隔离开关动作时进行续流。

2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述电池模块包括一个或一个以上串联和/或并联的单体电池、电池组和/或电池模组。

3.根据权利要求2所述的储能系统，其特征在于，所述电池监测模块包括电流采集模块、电压采集模块、温度采集模块、电池内阻采集模块中的至少一种；或者，所述电池监测模块还包括通信模块，用于与所述逻辑判断控制模块进行通信。

4.根据权利要求2所述的储能系统，其特征在于，所述逻辑判断控制模块包括电流数据分析判断模块、电压数据分析判断模块、温度数据分析判断模块、电池内阻数据分析判断模块中的至少一种；或者所述逻辑判断控制模块还包括SOC估算模块、逻辑保护判断模块、故障隔离逻辑判断模块中的至少一种。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的储能系统，其特征在于，所述故障隔离开关包括主路开关和旁路开关，所述续流回路与所述旁路开关并联连接，

正常状态下，所述主路开关关闭，旁路开关断开，电池模块接入储能系统；

故障状态下，所述主路开关断开，旁路开关关闭，电池模块与储能系统隔离。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的储能系统，其特征在于，所述续流回路由续流电力或功率半导体器件组成。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的储能系统，其特征在于，所述储能系统还包括自愈电池模块，当储能系统中有电池模块出现故障时，所述自愈电池模块投入系统使用。

8.根据权利要求7所述的储能系统，其特征在于，所述自愈电池模块包括一个或一个以上串联和/或并联的单体电池、电池组和/或电池模组。

9.根据权利要求7所述的储能系统，其特征在于，所述自愈电池模块包括自愈切换开关，正常状态下，所述自愈切换开关断开，所述自愈电池模块与储能系统隔离；

当储能系统中有电池模块出现故障时，所述自愈切换开关关闭，所述自愈电池模块接入储能系统。

10.根据权利要求9所述的储能系统，其特征在于，所述储能系统包括一个或一个以上的自愈电池模块，当储能系统中有电池模块出现故障时，所述一个或一个以上的自愈电池模块按逻辑判断控制模块的指令选择性接入储能系统。

Images