CN215681894U - 一种一体机式储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一体机式储能系统，包括储能柜，储能柜内安装有双向逆变模块、储能模块、能源管理模块、转换开关，储能模块通过第一直流变换器与双向逆变模块电连接，双向逆变模块输入端外接光伏电池，双向逆变模块输出端分别连接至电网和负载，电网与负载之间设有与双向逆变模块电连接的转换开关，能源管理模块与储能模块、第一直流变换器及双向逆变模块电连接。通过能源管理模块使能量在储能模块、光伏电池、电网及负载之间相互转换，实现光伏电池给储能模块充电，光伏电池给电网或负载送电，储能模块给电网或负载充放电，最大限度利用能源，使用场景广泛；通过切换转换开关，在需要维修或更换对应模块时，通过电网直接对负载提供不间断供电。

Description

一种一体机式储能系统

技术领域

本实用新型涉及储能设备技术领域，具体涉及一种一体机式储能系统。

背景技术

随着目前社会能源、环保等问题的日益突出，中国正在大范围普及民用光伏发电，而户用储能系统更是成为近年来的发展趋势。

传统的解决方案主要有以下几种：

1)一体化并网逆变器，采用光伏组件与逆变模块结合，通过光伏组件侧的直流电逆变成交流电，通过站内的交流母线并入电网，具有结构简单、逆变效率高，能实现清洁能源的高效利用的优点。但是由于未设置能量存储单元，导致多余的发电量无法进行存储，不能对能量进行实时管理，会浪费直流侧的输入能量。

2)一体化交流耦合储能机，采用储能模块与逆变模块结合，一般配合并网逆变器使用，电网正常时，储能模块向电网侧获取能量或存储能量，当电网断电时，储能模块可将电能直接提供给家用负载提供能量，能实现清洁能源利用，适用于电网不稳定的地区及已安装光伏系统的用户，主要作为备用储能装置，稳定家庭用电，灵活构筑储能；但这种方案适用于特定的应用场景，且系统集成度低，时间响应慢，可靠性低，不能直接接入光伏组件。

3)分体式储能机，采用储能模块与逆变器单元分体结构的结合，实现光伏组件通过逆变器给电池充电，电池给电网充放电，可存储能量，实现光伏组件、储能模块、电网之间的灵活控制；但需要设置逆变器，结构较为复杂，可靠性低，安装费时，售后成本高。

实用新型内容

为解决上述技术缺陷，本实用新型采用的技术方案在于，提供一种一体机式储能系统，包括储能柜，所述储能柜内安装有双向逆变模块、储能模块、能源管理模块、转换开关，所述储能模块通过第一直流变换器与双向逆变模块电连接，所述双向逆变模块电连接的输入端外接光伏电池，所述双向逆变模块的输出端分别连接至电网和负载，所述电网与负载之间设有与双向逆变模块电连接的转换开关，所述能源管理模块分别与储能模块、第一直流变换器及双向逆变模块电连接。

进一步地，所述储能模块包括电池包及电池管理模块，所述电池包通过电池管理模块与能源管理模块电连接，所述电池包与第一直流变换器电连接。

进一步地，所述储能柜内还安装有第二直流变换器，所述第二直流变换器分别与第一直流变换器、双向逆变模块及能源管理模块电连接。

进一步地，所述储能柜内还安装有DC/AC转换器，所述DC/AC转换器分别与第一直流变换器、第二直流变换器、双向逆变模块及能源管理模块电连接。

进一步地，所述储能模块与第一直流变换器之间设有电池保护开关，所述第二直流变换器与光伏电池之间设有光伏保护开关，所述双向逆变模块与电网、负载之间分别设有系统保护开关，所述系统保护开关均分别与转换开关电连接，所述电池保护开关、光伏保护开关及系统保护开关分别与能源管理模块电连接。

进一步地，所述第一直流变换器与DC/AC转换器之间设有第一保护开关，所述第二直流变换器与DC/AC转换器之间设有第二保护开关，所述第一保护开关、第二保护开关分别与能源管理模块电连接。

进一步地，所述储能柜内安装有散热装置，所述散热装置与能源管理模块电连接。

进一步地，所述第二直流变换器、双向逆变模块、储能模块、第一直流变换器中至少一个设有多个，且多个相同的模块之间相互并联。

进一步地，所述储能柜内设有电气仓和电池仓，所述第二直流变换器、第一直流变换器、双向逆变模块可拆卸安装于电气仓内，所述转换开关安装于电气仓内，所述储能模块可拆卸安装于电池仓内，所述能源管理模块安装于电气仓或电池仓内。

进一步地，所述电气仓与电池仓之间设有隔热层。

与现有技术比较本实用新型技术方案的有益效果为：

本实用新型提供的一种一体机式储能系统，通过能源管理模块使得能量在储能模块、光伏电池、电网及负载之间相互转换，通过第二直流变换器对光伏电池内存储的太阳能进行转换利用，实现光伏电池给储能模块充电，光伏电池给电网或负载送电，储能模块给电网或负载充电，电网对储能模块放电，能实现能量的实时管理和最大限度的利用新能源，使用场景较为广泛；并且通过设置转换开关，在需要维修或更换对应模块时，通过切换转换开关，使电网对负载提供不间断供电，保证负载运行的安全可靠，系统集成度高，简化了结构，一体化封装设计，无分段拆封，运输、安装、维修都比较方便，节约了人力成本，尤其适合户用储能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种一体机式储能系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种一体机式储能系统的结构原理框图；

图3是本实用新型实施例提供的转换开关的电气原理图；

图4是本实用新型实施例提供的一种一体机式储能系统的能量转换原理图。

附图标记如下：

1、储能柜，1a、电气仓，1b、电池仓，2、第二直流变换器，3、双向逆变模块，4、储能模块，41、电池包，42、电池管理模块，5、能源管理模块，6、转换开关，7、第一直流变换器，8、光伏电池，9、电网，10、负载，11、DC/AC转换器，12、电池保护开关，13、光伏保护开关，14、系统保护开关，15、第一保护开关，16、第二保护开关，17、散热装置，18、隔热层，19、电扇控制开关。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1

请参阅图1-4所示，本实用新型提供的一种一体机式储能系统，包括储能柜1，储能柜1内安装有双向逆变模块3、储能模块4、能源管理模块5、转换开关6，储能模块4通过第一直流变换器7与双向逆变模块3电连接，双向逆变模块3的输入端外接光伏电池8，双向逆变模块3的输出端分别连接至电网9和负载10，电网9与负载10之间设有与双向逆变模块3电连接的转换开关6，能源管理模块5分别与储能模块4、第一直流变换器7及双向逆变模块3电连接。储能模块4连接第一直流变换器7后与光伏电池8共母线，一体机式储能系统通过电源线与外部电源连接。

具体的，储能模块4包括电池包41及电池管理模块42，电池包41通过电池管理模块42与能源管理模块5电连接，电池包41与第一直流变换器7电连接。电池管理模块42对电池包41的信息进行实时检测并发送给能源管理模块5。

本实施例中，电池包41包括若干串接的锂电池。

能量在储能模块4、光伏电池8、电网9及负载10之间相互转换，实现光伏电池8通过直流变换给电池包41充电，光伏电池8通过交流逆变给电网9或负载10送电，电池包41通过逆变给电网9或负载10充电，电网9通过整流给电池包41放电，利用电池包41存续电能，并根据需要通过电池包41对负载10进行放电，以降低负载10对电网9中电能的获取，缓解电网9在用电高峰期的供电压力，以提高供电质量。

能量管理模块5对各模块的运行状态进行实时监测，并根据用户设置的控制指令控制各模块运行，及上报出现异常情况对应模块的信息并主动断开对应的异常模块，以适应更加复杂的电力场景及售后处理。

通过手动控制转换开关6，在离网侧与电网9旁路的负载10之间切换，改变负载10的供电模式，灵活维护储能系统，使得在更换第二直流变换器2、双向逆变模块3和储能模块4等电气模块时，保证维修人员的人身安全，且不中断对负载10的供电，兼具配电盘功能，给予客户更好的体验。

优选地，储能柜1内还安装有第二直流变换器2，第二直流变换器2分别与第一直流变换器7、双向逆变模块3及能源管理模块5电连接。

具体的，第二直流变换器2、双向逆变模块3、储能模块4、第一直流变换器7中至少一个设有多个，且多个相同的模块之间相互并联。系统构建灵活，第二直流变换器2和双向逆变模块3均可根据需求任意搭配，任意一个支路损坏，可及时选择另一条支路继续运行，选择性强。

优选地，储能柜1内还安装有DC/AC转换器11，DC/AC转换器11分别与第一直流变换器7、第二直流变换器2、双向逆变模块3及能源管理模块5电连接。

本实施例中，DC/AC转换器12集成于双向逆变模块3上。

优选地，储能模块4与第一直流变换器7之间设有电池保护开关12，第二直流变换器2与光伏电池8之间设有光伏保护开关13，双向逆变模块3与电网9、负载10之间分别设有系统保护开关14，系统保护开关14均分别与转换开关6电连接，电池保护开关12、光伏保护开关13及系统保护开关14分别与能源管理模块5电连接。

具体的，第一直流变换器7与DC/AC转换器11之间设有第一保护开关15，第二直流变换器2与DC/AC转换器11之间设有第二保护开关16，第一保护开关15、第二保护开关16分别与能源管理模块5电连接。

能量管理模块5实时监测各模块，一旦发现异常就控制对应的保护开关断开，实现对储能模块4、光伏电池8及电网9、负载10的保护控制。

电池管理模块42将电池包41实时检测的信息发送给能源管理模块5，当能量管理模块5监测到电池包41出现异常情况时告警，并控制电池保护开关12断开；当能量管理模块5监测到第二直流变换器2出现异常情况时告警，并控制光伏保护开关13、第二保护开关16断开；当能量管理模块5监测到第一直流变换器7出现异常情况时告警，并控制第一保护开关15断开；当能量管理模块5监测到双向逆变模块3出现异常情况时告警，并控制系统保护开关14断开；当能量管理模块5监测到系统出现紧急情况时告警，并控制所有模块断开。紧急情况为例如储能柜1内温度达到极限、储能柜1内起火、储能柜1被雷击等等，储能柜1内设有温度传感器、烟雾传感器及大电流传感器，以对以上紧急情况对应的参数进行检测。

具体的，系统保护开关14设置在双向逆变模块3与转换开关6之间。

本实施例中，当电池包41、光伏电池8均设有多个时，电池保护开关12、光伏保护开关13对应设有多个，通过以上保护开关分别控制多个电池包41及多个光伏电池8的接通与断开。

优选地，储能柜1内安装有散热装置17，散热装置17与能源管理模块5之间电连接。

本实施例中，散热装置17为风扇，风扇与能源管理模块5之间设有电扇控制开关19，当储能柜1内温度升高到设定温度时，使电扇控制开关19闭合，控制风扇开启对储能柜1内部进行散热，当温度达到极限时，系统会切断所有模块，对储能柜1内的温度进行独立控制。

具体的，储能柜1上设有外部接口，储能柜1内设有通讯模块，外部接口、通讯模块分别与能源管理模块5电连接。

如图1所示，优选地，储能柜1内设有电气仓1a和电池仓1b，第二直流变换器2、第一直流变换器7、双向逆变模块3可拆卸安装于电气仓1a内，转换开关6安装于电气仓1a内，储能模块4可拆卸安装于电池仓1b内，能源管理模块5安装于电气仓1a或电池仓1b内。分仓设计及硬件电气模块化布局，电池仓1b内可同时兼容多种锂电池系统，适配多款电池型号及容量，匹配不同厂商，双向逆变模块3中的功率单元扩容方便，安装便捷，外形美观。

具体的，电气仓1a与电池仓1b之间设有隔热层18。电气仓1a及电池仓1b之间隔热保护良好，保证电池运行温度环境更加稳定。

本实施例中，电池仓1b位于电气仓1a的下方，电气仓1a内的左侧沿水平由下至上依次设有多个第一隔层，每个第一隔层内由左至右依次通过导轨组件滑动安装第二直流变换器2、第一直流变换器7及双向逆变模块3，可直接拆卸抽出更换，电气仓1a内的右侧设置转换开关6，还可兼容多个功率段的第二直流变换器2、第一直流变换器7及DC/AC转换器11，给予客户更多的选择。

本实施例中，电池仓1b内设有电池盒，电池盒内沿竖向由左至右依次间隔设有多个第二隔层，每个第二隔层内安装有导轨组件，锂电池安装于导轨组件上，方便进行更换，大大降低安装及维护时间、成本。

由于电气仓1a内的模块较多，相比而言，电池仓1b内的产热量小于电气仓1a，故将电池管理模块42、能源管理模块5设置在电池仓1b内，风扇设置在电气仓1a或电池仓1b，或在电气仓1a、电池仓1b分别设置。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种一体机式储能系统，其特征在于：包括储能柜(1)，所述储能柜(1)内安装有双向逆变模块(3)、储能模块(4)、能源管理模块(5)、转换开关(6)，所述储能模块(4)通过第一直流变换器(7)与双向逆变模块(3)电连接，所述双向逆变模块(3)的输入端外接光伏电池(8)，所述双向逆变模块(3)的输出端分别连接至电网(9)和负载(10)，所述电网(9)与负载(10)之间设有与双向逆变模块(3)电连接的转换开关(6)，所述能源管理模块(5)分别与储能模块(4)、第一直流变换器(7)及双向逆变模块(3)电连接。

2.如权利要求1所述的一体机式储能系统，其特征在于：所述储能模块(4)包括电池包(41)及电池管理模块(42)，所述电池包(41)通过电池管理模块(42)与能源管理模块(5)电连接，所述电池包(41)与第一直流变换器(7)电连接。

3.如权利要求2所述的一体机式储能系统，其特征在于：所述储能柜(1)内还安装有第二直流变换器(2)，所述第二直流变换器(2)分别与第一直流变换器(7)、双向逆变模块(3)及能源管理模块(5)电连接。

4.如权利要求3所述的一体机式储能系统，其特征在于：所述储能柜(1)内还安装有DC/AC转换器(11)，所述DC/AC转换器(11)分别与第一直流变换器(7)、第二直流变换器(2)、双向逆变模块(3)及能源管理模块(5)电连接。

5.如权利要求4所述的一体机式储能系统，其特征在于：所述储能模块(4)与第一直流变换器(7)之间设有电池保护开关(12)，所述第二直流变换器(2)与光伏电池(8)之间设有光伏保护开关(13)，所述双向逆变模块(3)与电网(9)、负载(10)之间分别设有系统保护开关(14)，所述系统保护开关(14)均分别与转换开关(6)电连接，所述电池保护开关(12)、光伏保护开关(13)及系统保护开关(14)分别与能源管理模块(5)电连接。

6.如权利要求4或5所述的一体机式储能系统，其特征在于：所述第一直流变换器(7)与DC/AC转换器(11)之间设有第一保护开关(15)，所述第二直流变换器(2)与DC/AC转换器(11)之间设有第二保护开关(16)，所述第一保护开关(15)、第二保护开关(16)分别与能源管理模块(5)电连接。

7.如权利要求1或2所述的一体机式储能系统，其特征在于：所述储能柜(1)内安装有散热装置(17)，所述散热装置(17)与能源管理模块(5)电连接。

8.如权利要求3所述的一体机式储能系统，其特征在于：所述第二直流变换器(2)、双向逆变模块(3)、储能模块(4)、第一直流变换器(7)中至少一个设有多个，且多个相同的模块之间相互并联。

9.如权利要求3或8所述的一体机式储能系统，其特征在于：所述储能柜(1)内设有电气仓(1a)和电池仓(1b)，所述第二直流变换器(2)、第一直流变换器(7)、双向逆变模块(3)可拆卸安装于电气仓(1a)内，所述转换开关(6)安装于电气仓(1a)内，所述储能模块(4)可拆卸安装于电池仓(1b)内，所述能源管理模块(5)安装于电气仓(1a)或电池仓(1b)内。

10.如权利要求9所述的一体机式储能系统，其特征在于：所述电气仓(1a)与电池仓(1b)之间设有隔热层(18)。

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