CN216161790U - 一种储能系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种储能系统，包括电芯单元、电压采集模块和电压调节模块，利用电压采集模块采集至少一个电芯单元的电池包电压，再通过电压调节模块控制至少一个电芯单元的输出电压满足PCS输入电压范围，仅改变输出电流来控制功率进行放电。本实用新型实施例的储能系统不做主动均衡也不做被动均衡，降低了成本和功耗，并且根据不同电芯模组的容量在充放电时充放不同容量，保证整个电池模组的一致性，既不影响整个电芯模组的转换效率，也能提高电芯的使用寿命。

Description

一种储能系统

技术领域

本申请涉及动力电池领域，具体而言，涉及一种储能系统。

背景技术

随着电动汽车的迅速发展，动力电池作为电动汽车的关键技术之一，其使用寿命和续航里程至关重要。在动力电池中，不仅电池组之间的性能存在差异，电池组中各个电池包也存在差异，因此，目前储能系统电芯控制采用主动或者被动均衡控制。下面分别进行分析：

主动均衡(无损均衡)：能量转移式，将单体容量高的转移到单体能量低的，或用整组补充到单体最低电池，容量以BMS供电电源线作为均衡母线，实现在同一电源系统中任一电池向其它任一电池实现能量转移。但，主动均衡技术复杂，成本高，因需频繁切换均衡电路，对锂电池的伤害大，影响锂电池的寿命。

被动均衡：电阻耗能式，在每颗电池单体并联一个电阻分流，耗能均衡就是将电池中多余的容量消耗掉，实现整组电池电压的均衡。但，被动均衡只能做充电均衡，同时在充电均衡过程中，多余能量是作为热量消耗掉的，使得整个系统的效率低，功耗大。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种储能系统，用以解决现有储能系统电芯控制采用主动或被动均衡控制导致成本高、功耗大的问题。

本实用新型实施例提供的一种储能系统，包括：

至少一个电芯单元；

至少一个电压采集模块，每一电压采集模块连接至少一个电芯单元，并采集至少一个电芯单元的电池包电压；

至少一个电压调节模块，每一电压调节模块连接至少一个电压采集模块，并根据至少一个电芯单元的电池包电压调节电芯单元的输出电压。

上述技术方案中，储能系统包括电芯单元、电压采集模块和电压调节模块，利用电压采集模块采集至少一个电芯单元的电池包电压，再通过电压调节模块控制至少一个电芯单元的输出电压满足PCS输入电压范围，仅改变输出电流来控制功率进行放电。本实用新型实施例的储能系统不做主动均衡也不做被动均衡，降低了成本和功耗，并且根据不同电芯模组的容量在充放电时充放不同容量，保证整个电池模组的一致性，既不影响整个电芯模组的转换效率，也能提高电芯的使用寿命。

在一些可选的实施方式中，还包括：

至少一个温度采集模块，每一温度采集模块连接至少一个电压调节模块，用于采集至少一个电芯单元的温度。

上述技术方案中，温度采集模块即为温度传感器，用于感测至少一个电芯单元的温度以向控制电路输出感测信号，使控制电路能够在检测到温度过高时，进行相关控制动作，避免危险情况的发生。

在一些可选的实施方式中，还包括：

至少一个功率限制器件，功率限制器件连接电压调节模块，以及提高至少一个电芯单元的内部阻抗。

上述技术方案中，温度采集模块和功率限制器件都可以连接电压调节模块，在电压调节模块中获取的温度感测信号中温度过高时，可以控制功率限制器件提高电芯单元的内部阻抗，以便控制串联的电芯单元的放电率，并且防止一个或多个电芯单元达到过放电状态和过流状态之一。

在一些可选的实施方式中，功率限制器件包括正温度系数的有源电阻器。

上述技术方案中，有源电阻器用于提高较低阻抗的电池的阻抗，使较低阻抗电池组(至少一个电芯单元)的总的电池阻抗随着负载改变而动态地或自适应地改变。在电池组的正端设置有源电阻器。有源电阻器可以是正温度系数元件(PTC元件)或包括PTC元件的器件，PTC元件为一种保护元件用于控制需要保护的电路的电流，其电阻值随着过流条件下散热而提高，例如PTC热敏电子，当电路过载时，PTC热敏电子的导电聚合物发热并变为高电阻，以降低电流到安全的情形。更多的，有源电阻器可以是具有限流功能的半导体器件或其他器件或电路，也可以是并列的具有限流功能的至少两个或更多的半导体器件用于形成与一个或多个串联的电芯单元的至少一个串联的并联组合，还可以是用于固定或可编程的阈值执行自动限流的多个半导体(即智能FET)。

在一些可选的实施方式中，包括：

电压调节模块还连接通讯电路，并通过通讯电路连接到BMS系统。

上述技术方案中，可在BMS界面手动设置每一个电芯模组放电比例，也可根据BMS自动算法智能调节每个电芯模组的输出功率。

其中，BMS系统为采用一定的电路和程序，实现对电池运行状态量(电压、电流、温度等)的监测，进而实现对电池状态SOX(SOC/SOE/SOH/SOP/SOS)的计算，在此基础上对电池(电芯/电池模组/电池簇)实现均衡管理、热管理、故障告警、控制、保护及通讯管理的一个系统装置。其目的是确保电池组安全、稳定、可靠、高效、经济运行，是储能系统中极为重要的核心部件。

在一些可选的实施方式中，包括：

电压调节模块为PWM控制器。

在一些可选的实施方式中，每一电芯单元连接一个电压采集模块；

每一电芯单元还连接一个电压调节模块。

上述技术方案中，本实用新型实施例提供储能系统中第一层级的控制，即为以电芯单元为单位，每个电芯单元都有一个控制器(电压调节模块)。

在一些可选的实施方式中，还包括：

至少一个电芯模组，电芯模组包括至少一个电芯单元；

每一电芯模组连接一个电压采集模块；

每一电芯模组还连接一个电压调节模块。

上述技术方案中，本实用新型实施例提供储能系统中第二层级的控制，即以电芯模组为单位，每个电芯模组一个控制器(电压调节模块)。

在一些可选的实施方式中，包括：

至少一个电芯簇，电芯簇包括至少一个电芯模组；

每一电芯簇连接一个电压采集模块；

每一电芯簇还连接一个电压调节模块。

上述技术方案中，本实用新型实施例提供储能系统中第三层级的控制，即以电芯簇为单位，每电芯簇都有一个控制器(电压调节模块)。

本实用新型的一个或多个实施例中，至少具有以下有益效果：

本申请实施例的储能系统包括电芯单元、电压采集模块和电压调节模块，利用电压采集模块采集至少一个电芯单元的电池包电压，再通过电压调节模块控制至少一个电芯单元的输出电压满足PCS输入电压范围，仅改变输出电流来控制功率进行放电。本实用新型实施例的储能系统不做主动均衡也不做被动均衡，降低了成本和功耗，并且根据不同电芯模组的容量在充放电时充放不同容量，保证整个电池模组的一致性，既不影响整个电芯模组的转换效率，也能提高电芯的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种储能系统的结构图；

图2为本申请另一实施例提供的储能系统的结构图。

图标：1-电压调节模块，2-电压采集模块，3-温度采集模块，4-通讯电路，5-功率限制器件。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

请参照图1，图1为本实用新型实施例提供的一种储能系统的结构图，包括：至少一个电芯单元(例如，锂离子、NiCd、NiMH电池组单元电池)；至少一个电压采集模块2，每一电压采集模块2连接至少一个电芯单元，并采集至少一个电芯单元的电池包电压；至少一个电压调节模块1，每一电压调节模块1连接至少一个电压采集模块2，并根据至少一个电芯单元的电池包电压调节电芯单元的输出电压。

请参照图2，图2为本申请另一实施例提供的储能系统的结构图，储能系统包括电芯单元、电压采集模块2和电压调节模块1，利用电压采集模块2采集至少一个电芯单元的电池包电压，再通过电压调节模块1控制至少一个电芯单元的输出电压满足PCS(PowerConversion System，储能变流器，可控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电)输入电压范围，仅改变输出电流来控制功率进行放电。本实用新型实施例的储能系统不做主动均衡也不做被动均衡，降低了成本和功耗，并且根据不同电芯模组的容量在充放电时充放不同容量，保证整个电池模组的一致性，既不影响整个电芯模组的转换效率，也能提高电芯的使用寿命。

在一些可选的实施方式中，储能系统还包括：至少一个温度采集模块3，每一温度采集模块3连接至少一个电压调节模块1，用于采集至少一个电芯单元的温度。本申请实施例中，温度采集模块3即为温度传感器，用于感测至少一个电芯单元的温度以向控制电路输出感测信号，使控制电路能够在检测到温度过高时，进行相关控制动作，避免危险情况的发生。

在一些可选的实施方式中，储能系统还包括：至少一个功率限制器件5，功率限制器件5连接电压调节模块1，以及提高至少一个电芯单元的内部阻抗。本申请实施例中，温度采集模块3和功率限制器件5都可以连接电压调节模块1，在电压调节模块1中获取的温度感测信号中温度过高时，可以控制功率限制器件5提高电芯单元的内部阻抗，以便控制串联的电芯单元的放电率，并且防止一个或多个电芯单元达到过放电状态和过流状态之一。

在一些可选的实施方式中，功率限制器件5包括正温度系数的有源电阻器。本申请实施例中，有源电阻器用于提高较低阻抗的电池的阻抗，使较低阻抗电池组(至少一个电芯单元)的总的电池阻抗随着负载改变而动态地或自适应地改变。在电池组的正端设置有源电阻器。有源电阻器可以是正温度系数元件(PTC元件)或包括PTC元件的器件，PTC元件为一种保护元件用于控制需要保护的电路的电流，其电阻值随着过流条件下散热而提高，例如PTC热敏电子，当电路过载时，PTC热敏电子的导电聚合物发热并变为高电阻，以降低电流到安全的情形。更多的，有源电阻器可以是具有限流功能的半导体器件或其他器件或电路，也可以是并列的具有限流功能的至少两个或更多的半导体器件用于形成与一个或多个串联的电芯单元的至少一个串联的并联组合，还可以是用于固定或可编程的阈值执行自动限流的多个半导体(即智能FET)。

在一些可选的实施方式中，储能系统的电压调节模块1还用于连接通讯电路4，并通过通讯电路4连接到BMS系统。本申请实施例中，可在BMS界面手动设置每一个电芯模组放电比例，也可根据BMS自动算法智能调节每个电芯模组的输出功率。其中，BMS系统为采用一定的电路和程序，实现对电池运行状态量(电压、电流、温度等)的监测，进而实现对电池状态SOX(SOC/SOE/SOH/SOP/SOS)的计算，在此基础上对电池(电芯/电池模组/电池簇)实现均衡管理、热管理、故障告警、控制、保护及通讯管理的一个系统装置。其目的是确保电池组安全、稳定、可靠、高效、经济运行，是储能系统中极为重要的核心部件。BMS系统包括：BSU电池堆管理单元(一级主控模块)，属于三级架构的一级主控模块，对内主要负责对系统所有的电池信息进行数据计算、性能分析、报警处理、信息存储以及环流算法的处理。对外与PCS、EMS或后台服务器之间数据交互。BCU电池簇管理单元(二级主控模块)，模块属于三级架构的二级主控模块，主要负责对本簇所有的电池信息进行数据计算、状态监控、信息存储等。与一级主控模块通讯上传本簇电池信息，执行控制策略。BMU电池模块管理单元(从控模块)，模块属于三级架构的从控模块，模块主要实现电池模组单体电压、温度的采集，均衡策略的执行。并通过CAN总线将数据信息上报给BCU。在实施时，通讯电路4可以包括无线通讯模块(例如蓝牙模块或WiFi模块等)，以无线方式与BMS系统进行通讯。

在一些可选的实施方式中，储能系统的电压调节模块1为PWM(脉冲宽度调整)控制器，脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。

在一些可选的实施方式中，每一电芯单元连接一个电压采集模块2；每一电芯单元还连接一个电压调节模块1。本实用新型实施例提供储能系统中第一层级的控制，即为以电芯单元为单位，每个电芯单元都有一个控制器(电压调节模块1)。

在一些可选的实施方式中，储能系统还包括：至少一个电芯模组，电芯模组包括至少一个电芯单元；每一电芯模组连接一个电压采集模块2；每一电芯模组还连接一个电压调节模块1。本实用新型实施例提供储能系统中第二层级的控制，即以电芯模组为单位，每个电芯模组一个控制器(电压调节模块1)。

在一些可选的实施方式中，储能系统还包括：至少一个电芯簇，电芯簇包括至少一个电芯模组；每一电芯簇连接一个电压采集模块2；每一电芯簇还连接一个电压调节模块1。本实用新型实施例提供储能系统中第三层级的控制，即以电芯簇为单位，每电芯簇都有一个控制器(电压调节模块1)。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种储能系统，其特征在于，包括：

至少一个电芯单元；

至少一个电压采集模块，每一所述电压采集模块连接至少一个所述电芯单元，所述电压采集模块用于采集至少一个所述电芯单元的电池包电压；

至少一个电压调节模块，每一所述电压调节模块连接至少一个所述电压采集模块，所述电压调节模块用于根据至少一个所述电芯单元的电池包电压调节所述电芯单元的输出电压。

2.如权利要求1所述的储能系统，其特征在于，还包括：

至少一个温度采集模块，每一所述温度采集模块连接至少一个所述电压调节模块，所述温度采集模块用于采集至少一个所述电芯单元的温度。

3.如权利要求1所述的储能系统，其特征在于，还包括：

至少一个功率限制器件，所述功率限制器件连接所述电压调节模块。

4.如权利要求3所述的储能系统，其特征在于，

所述功率限制器件包括正温度系数的有源电阻器。

5.如权利要求1所述的储能系统，其特征在于，包括：

所述电压调节模块连接通讯电路，所述通讯电路连接到BMS系统。

6.如权利要求1所述的储能系统，其特征在于，包括：

所述电压调节模块为PWM控制器。

7.如权利要求1-6任一所述的储能系统，其特征在于，

每一所述电芯单元连接一个所述电压采集模块；

每一所述电芯单元连接一个所述电压调节模块。

8.如权利要求7所述的储能系统，其特征在于，还包括：

至少一个电芯模组，所述电芯模组包括至少一个所述电芯单元；

每一所述电芯模组连接一个所述电压采集模块；

每一所述电芯模组连接一个所述电压调节模块。

9.如权利要求8所述的储能系统，其特征在于，包括：

至少一个电芯簇，所述电芯簇包括至少一个所述电芯模组；

每一所述电芯簇连接一个所述电压采集模块；

每一所述电芯簇连接一个所述电压调节模块。

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