CN212992033U - 一种基于多箱电池组的储能电源设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于多箱电池组的储能电源设备，包括与逆变器连接的电池箱，电池箱有多个，且互相并联；电池箱包括蓄电池、电容C1、二极管D1、电感L1、电子开关Q1、电子开关Q2以及电子开关Q3，电子开关Q1的一端与电感L1的一端连接，电子开关Q1的另一端以及电子开关Q3的一端均与逆变器连接，电子开关Q2的一端与蓄电池连接，其另一端与Q3的另一端均与电感L1的另一端连接；二极管D1的负极与电子开关Q1上与电感L1连接的一端连接，二极管D1正极接地。本实用新型所设计的储能电源设备，可在任意情况下进行失效电池组的更换；还能保持每个电池组电池电压基本一致，从而保证了系统工作的连续性，继而保证备用电源系统的可靠性。

Description

一种基于多箱电池组的储能电源设备

技术领域

本实用新型涉及锂电池技术领域，具体涉及一种基于多箱电池组的储能电源设备。

背景技术

在当前电力水平发达的时代，停电已经很少发生，但也会存在因为不可控的事故导致停电，这种不可控的突发导致停电对医院、银行、消防、通讯等特殊领域有至关重要的影响，因此储能应急设备应运而生。储能应急设备，即储能电源系统，简称为“UPS”，是一种含有储能装置，以逆变器(PCS)为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。其主要用于调峰调频电力辅助服务、可再生能源并网和微电网等领域，用于给用电设备提供不间断的电力供应。

在突发事故或电网奔溃倒停电时，储能电源系统将即使充当不间断电源(应急电源)，在电网恢复前持续工作，避免扩大损失。但是现有的储能电源系统中，只采用一个储能电源系统(UPS)+逆变器(PCS)组成一个微电网，如图1所示。当电网正常工作时，电网交流电通过PCS将交流电转换成直流电对电池充电，保持电池一直处于满电状态；而当电网突然崩溃时，PCS在极短的时间内将电池直流电装换成交流电输送给电网，以给用电设备供电，确保电网的用电的不间断行。

由于现有储能电源系统方案中，只配备一组锂电池作为电源。储能电源系统正常工作时，闭合继电器(relay)，锂电池组对外放电。而当锂电池自身出现故障时，需要断开relay 停止对外放电，然后对锂电池进行拆卸、维修或者直接更换。这种方式缺点在于，若是在在电网断电时，这组锂电池组失效，则需要对其进行断电维护，此时作为备用电源的锂电池组无法即使提供电能，从而无法保障不能断电的特殊设备的用电。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供了一种基于多箱电池组的储能电源设备，解决了电网断电同时，有一组锂电池失效时，储能电源系统仍旧能正常对电网供电，保障不能断电的特殊设备正常用电。本实用新型中，更换失效电池组的电池组可在任意情况下进行更换，最重要的是，即使各个电池组的电压不同，在一端时间后，也能保持每个电池组电池电压基本一致，从而保证了系统工作的连续性，继而保证备用电源系统的可靠性。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种基于多箱电池组的储能电源设备，包括与逆变器连接的电池箱，所述电池箱有多个，且互相并联；

电池箱包括蓄电池、二极管D1、电感L1、电容C1、由PWM控制器驱动的电子开关 Q1、由驱动器1驱动的电子开关Q2以及由驱动器2驱动的电子开关Q3，所述电子开关 Q1的一端与电感L1的一端连接，电子开关Q1的另一端以及电子开关Q3的一端均与逆变器连接，所述电子开关Q2的一端与蓄电池连接，其另一端与Q3的另一端均与电感L1的另一端连接；

所述二极管D1的负极与电子开关Q1上与电感L1连接的一端连接，二极管D1正极接地；

所述电容C1的两端分别与二极管D1正极以及电子开关Q1与电感L1连接的一端连接。

进一步地，所述电子开关为场效应管，电子开关Q1、电子开关Q2以及电子开关Q3分别为场效应管Q1、场效应管Q2以及场效应管Q3，其中，场效应管Q2的漏极与蓄电池连接，场效应管Q2和场效应管Q3的源极均与电感L1的一端连接，所述电感L1的另一端与场效应管Q1的源极连接，所述场效应管Q1的漏极与场效应管Q3的漏极均与逆变器连接，所述二极管D1的负极与场效应管Q1的源极连接，其正极接地。

进一步地，所述场效应管为MOS管。

进一步地，所述电池箱还包括自动调节系统，所述自动调节系统包括控制器、电压采集模块和霍尔电流传感器，所述电压采集模块、霍尔电流传感器、PWM控制器、驱动器1 以及驱动器2均与控制器信号连接，所述控制器通过CAN总线互相信号连接，其中，

所述霍尔电流传感器接入电池箱中用于采集其电流大小，并将采集到的信息发送给控制器；

所述电压采集模块采集蓄电池的电压信息，并将其发送给控制器；

所述控制器接收来自霍尔电流传感器和电压采集模块的信息，并将其发送给其他控制器，各个控制器接收其他控制器发送的信息，并控制PWM控制器、驱动器1以及驱动器2的工作状态。

由于采用了本技术方案，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型一种基于多箱电池组的储能电源设备，本实用新型所设计的储能电源设备，可在任意情况下，进行失效电池组的更换；并且，即使各个电池组的电压不同，在工作一端时间后，也能保持每个电池组电池电压基本一致，从而保证了系统工作的连续性，继而保证备用电源系统的可靠性；

2.在给电网供电过程中，遇到蓄电池故障时，无需停电更换蓄电池，保证了特殊设备不断电用电的要求，能有效地保证储能电源设备工作的不间断性，提升了其可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，本说明书附图中的各个部件的比例关系不代表实际选材设计时的比例关系，其仅仅为结构或者位置的示意图，其中：

图1是本实用新型正常工作时的电气原理图；

图2是电池箱之间压差过大的原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即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。

下面结合图1至图2对本实用新型作详细说明。

实施例1

一种基于多箱电池组的储能电源设备，如图1所示，其包括与逆变器连接的电池箱，所述电池箱有多个，且互相并联；

电池箱包括蓄电池、二极管D1、电感L1、电容C1、由PWM控制器驱动的电子开关 Q1、由驱动器1驱动的电子开关Q2以及由驱动器2驱动的电子开关Q3，所述电子开关 Q1的一端与电感L1的一端连接，电子开关Q1的另一端以及电子开关Q3的一端均与逆变器连接，所述电子开关Q2的一端与蓄电池连接，其另一端与Q3的另一端均与电感L1的另一端连接；

所述二极管D1的负极与电子开关Q1上与电感L1连接的一端连接，二极管D1正极接地；

所述电容C1的两端分别与二极管D1正极以及电子开关Q1与电感L1连接的一端连接。

电子开关可以采用场效应管、双极型晶体管或者功率晶体管，本实施例中，电子开关优选地采用场效应管，具体如下：

电子开关Q1、电子开关Q2以及电子开关Q3分别为场效应管Q1、场效应管Q2以及场效应管Q3，其中，场效应管Q2的漏极与蓄电池连接，场效应管Q2和场效应管Q3的源极均与电感L1的一端以及电容的一端连接，所述电感L1的另一端与场效应管Q1的源极连接，所述场效应管Q1的漏极与场效应管Q3的漏极均与逆变器连接，所述二极管D1的负极与场效应管Q1的源极连接，其正极接地。

优选地，场效应管为MOS管。

当电网给蓄电池充电时，电子开关Q3关闭，电子开关Q1经由PWM控制器打开，电子开关Q2经由驱动器1打开，电流从电网依次经过逆变器、电子开关Q1、电感L1以及电子开关Q3后给各个蓄电池充电。

当本实用新型给对外供电时，电子开关Q1关闭，电子开关Q2以及电子开关Q3打开，电流从蓄电池依次经过电子开关Q2、电子开关Q3以及逆变器后给负载供电。

当其中一个或者多个蓄电池出现故障，需要对其进行更换时，将故障蓄电池从对应的电池箱中拆卸下，并将新的蓄电池安装到对应的电池箱中。由于新的蓄电池与本身就接入电路中的蓄电池工作情况不一致，导致各个蓄电池的电压不一致。此时，高压蓄电池(通常为新电池)给已经工作一段时间后的蓄电池进行充电，且高压蓄电池还同时对外供电。此时操作具体举例说明如下：

如图2所示，第一箱电池箱为高压，第二箱蓄电池为低压，此时需要第一箱电池箱给第二箱充电电池箱：第一箱电池箱中，电子开关Q1关闭，电子开关Q2以及电子开关Q3 打开；第二箱电池箱中，电子开关Q3关闭，电子开关Q1经由PWM控制器打开，电子开关Q2经由驱动器1打开，第一箱电池箱的一部分电能通过自身的电子开关Q2、电子开关 Q3以及逆变器后给负载供电，另一部份电能通过自身的电子开关Q2、电子开关Q3后流到第二箱电池箱的电子开关Q1、电子开关Q2后给第二箱电池箱的蓄电池充电。

完成充电后，第二箱电池箱中，电子开关Q3打开，电子开关Q1关闭，其连通第一箱电池箱一同向外供电。

综上，本实用新型所设计的储能电源设备，可在任意情况下，例如不给电网断电的基础上，进行失效电池组的更换；并且，即使各个电池组的电压不同，在工作一端时间后，也能保持每个电池组电池电压基本一致，从而保证了系统工作的连续性，继而保证备用电源系统的可靠性。

最重要的是，本实用新型所设计的这种储能电源设备，在给电网供电过程中，遇到蓄电池故障时，无需停电更换蓄电池，保证了特殊设备不断电用电的要求，能有效地保证储能电源设备工作的不间断性，提升了其可靠性。

同时，本实用新型中，还基于电感L1、二极管D1、电子开关Q1以及电容C1组成BUCK电路，即降压式变换电路，这样通过改变Q1的开关频率可以改变输出电压大小，从而通过高压电池组给低压电池组充电。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上，对本实用新型做出进一步地优化说明。

如图1和图2所示，本实用新型中，所述电池箱还包括自动调节系统，所述自动调节系统包括控制器、电压采集模块和霍尔电流传感器，所述电压采集模块、霍尔电流传感器、PWM控制器、驱动器1以及驱动器2均与控制器信号连接，所述控制器通过CAN总线互相信号连接，其中，

所述霍尔电流传感器接入电池箱中用于采集其电流大小，并将采集到的信息发送给控制器；

所述电压采集模块采集蓄电池的电压信息，并将其发送给控制器；

所述控制器接收来自霍尔电流传感器和电压采集模块的信息，并将其发送给其他控制器，各个控制器接收其他控制器发送的信息，并控制PWM控制器、驱动器1以及驱动器2的工作状态。

系统启动时，电池箱之间可以互相通讯。例如当为两箱电池箱时，第一箱电池箱作为主电池箱，第二箱电池箱作为辅电池箱；当开机时，两箱电池箱之间互相通讯：控制器将采集到电压的信息发送给其他控制器，接着各个电池箱的控制器自行判断自身电压是否高于另一箱电池，如果高于另一箱电池则闭合电子开关Q2、电子开关Q3；如果自身低于另一箱电池则闭合电子开关Q2、打开PWM控制器。

当有三组以上的电池箱需要电流比对时，优选地通过设定值进行各个电子开关的控制。具体地，控制器通过采集霍尔电流传感器输出计算出当前电流值，如果电流值大或小于设定值，则调整PWM控制器的占空比来调整充电电流大小，即通过调整PWM来调整BUCK 电路输出电压大小，从而达到调整充电电流的目的。

同时，本系统中，还可以基于电压采集模块的采集信息进行各个电池箱的电压比对，此时设定定值为电压，如果电池箱的电压值大或小于设定值，则通过控制器调整PWM控制器的占空比来调整充电，即通过调整PWM来调整BUCK电路输出电压大小，从而达到调整充电目的。

本实施例中，控制器优选地采用单片机，例如型号为S9S12XET256的单片机；霍尔电流传感器可以采用型号为ACS772LCB-100B-PFF-T的霍尔电流传感器。本实用新型中，控制器等的信号接收、发送、处理所涉及的程序均为现有技术。

Claims (4)

1.一种基于多箱电池组的储能电源设备，包括与逆变器连接的电池箱，其特征在于：所述电池箱有多个，且互相并联；

电池箱包括蓄电池、二极管D1、电感L1、电容C1、由PWM控制器驱动的电子开关Q1、由驱动器1驱动的电子开关Q2以及由驱动器2驱动的电子开关Q3，所述电子开关Q1的一端与电感L1的一端连接，电子开关Q1的另一端以及电子开关Q3的一端均与逆变器连接，所述电子开关Q2的一端与蓄电池连接，其另一端与Q3的另一端均与电感L1的另一端连接；

所述二极管D1的负极与电子开关Q1上与电感L1连接的一端连接，二极管D1正极接地；

所述电容C1的两端分别与二极管D1正极以及电子开关Q1与电感L1连接的一端连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于多箱电池组的储能电源设备，其特征在于：所述电子开关为场效应管，电子开关Q1、电子开关Q2以及电子开关Q3分别为场效应管Q1、场效应管Q2以及场效应管Q3，其中，场效应管Q2的漏极与蓄电池连接，场效应管Q2和场效应管Q3的源极均与电感L1的一端连接，所述电感L1的另一端与场效应管Q1的源极连接，所述场效应管Q1的漏极与场效应管Q3的漏极均与逆变器连接，所述二极管D1的负极与场效应管Q1的源极连接，其正极接地。

3.根据权利要求2所述的一种基于多箱电池组的储能电源设备，其特征在于：所述场效应管为MOS管。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的一种基于多箱电池组的储能电源设备，其特征在于：所述电池箱还包括自动调节系统，所述自动调节系统包括控制器、电压采集模块和霍尔电流传感器，所述电压采集模块、霍尔电流传感器、PWM控制器、驱动器1以及驱动器2均与控制器信号连接，所述控制器通过CAN总线互相信号连接，其中，

所述霍尔电流传感器接入电池箱中用于采集其电流大小，并将采集到的信息发送给控制器；

所述电压采集模块采集蓄电池的电压信息，并将其发送给控制器；

所述控制器接收来自霍尔电流传感器和电压采集模块的信息，并将其发送给其他控制器，各个控制器接收其他控制器发送的信息，并控制PWM控制器、驱动器1以及驱动器2的工作状态。

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