CN217183035U - 一种级联式储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种级联式储能系统，涉及化学储能技术领域，包括：储能模块、滤波器、过流保护模块；所述储能模块包括通过星形接法连接的三个电池模块，用于提供稳定交流电源，所述电池模块包括多个串联连接的交流电箱，所述交流电箱内包含功率转换电路和串联电池组，所述功率转换电路与所述串联电池组串联连接，所述功率转换电路用于将直流转换为交流，以及在所述串联电池组故障时，对所述串联电池组进行旁路处理；所述滤波器串联连接于所述储能模块的并网母线，用于滤除所述并网母线中特定频率的频点或特定频点以外的频率；所述过流保护模块连接于所述滤波器，用于防止所述三个电池模块三相并网后短路电流对所述储能模块或电网造成冲击损害。

Description

一种级联式储能系统

技术领域

本实用新型涉及化学储能技术领域，尤其涉及到一种级联式储能系统。

背景技术

在电网供电系统中，电能输出曲线基本保持稳定输出，而实际用电需求存在峰谷波动，使得供电系统供需难以匹配；近些年随着传统化石的弊端逐渐体现，光伏、风力发电等清洁发电技术得到了快速发展，然而新能源的不稳定性与电网安全性矛盾凸显，因此发展储能成为解决电力能源供需匹配问题的关键。

目前在化学储能技术领域，直流储能系统广泛应用。直流储能系统一般将多个直流电箱或簇串并联形成直流储能模块，然后进行集中进行电力变换。电池系统是整个储能系统的核心，而电池系统的串联容量取决于容量最小的单体电池，电池系统由成百上千个单体电池串并联组成，由于电池的不一致性或者电池组电压的不均衡性会导致可用容量损失，制约电池系统其他单体电池或电池组的充放电能力。时间越久单节电池的差异就越大，这种电池或电池组间的回流现象就越明显，从而导致整个储能系统储能效率的快速下降并且加速电池寿命衰减。此外，多个电池单元串并联产生高压、大电流直流电输出接入变流器，在储能系统的运行过程中，高压直流电可能会存在弧闪危险，且不会自动熄灭，会损坏电气设备，严重时会造成火灾等不安全事故。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种级联式储能系统，主要解决电池不一致性导致储能系统容量损失以及回流问题，且存在安全隐患的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种级联式储能系统，包括：

所述储能模块包括通过星形接法连接的三个电池模块，用于提供稳定交流电源，所述电池模块包括多个串联连接的交流电箱，所述交流电箱内包含功率转换电路和串联电池组，所述功率转换电路与所述串联电池组串联连接，所述功率转换电路用于将直流转换为交流，以及在所述串联电池组故障时，对所述串联电池组进行旁路处理；

所述滤波器串联连接于所述储能模块的并网母线，用于滤除所述并网母线中特定频率的频点或特定频点以外的频率；

所述过流保护模块连接于所述滤波器，用于防止所述三个电池模块三相并网后短路电流对所述储能模块或电网造成冲击损害。

可选地，所述交流电箱内包括控制单元，所述控制单元与所述串联电池组采样连接，所述控制单元与所述功率转换电路控制连接；

所述控制单元用于采集所述串联电池组的电池参数，并根据所述电池参数分析所述串联电池组的工作状态，在判断所述串联电池组的工作状态异常时，向所述功率转换电路发送控制信号，以使所述功率转换电路响应于所述控制信号对所述串联电池组进行旁路处理。

可选地，所述控制单元为电池管理从控单元BMU，用于对包含电池电压、电池温度的电池参数数据进行采集和预处理，分析得到所述串联电池组的工作状态。

可选地，所述功率转换电路为单相全桥逆变电路，包括一个电容、五个开关管电路，所述开关管电路包括绝缘栅双极型晶体管IGBT和续流二极管，所述续流二极管连接于所述绝缘栅双极型晶体管IGBT的集电极和发射极之间，用于在所述绝缘栅双极型晶体管IGBT关断时为感性负载的电动势提供击穿通路从而避免所述绝缘栅双极型晶体管IGBT被击穿损坏；

所述电容连接于所述串联电池组两端；

所述五个开关管电路中的第一开关管电路、第二开关管电路组成一对桥臂，通过串联第五开关管电路连接于所述电容两端；

所述五个开关管电路中的第三开关管电路、第四开关管电路组成另一对桥臂，通过串联第五开关管电路连接于所述电容两端。

可选地，所述储能模块的三个电池模块绕组三相末端接在一起成为公共点，三相首端为电源端，用于输出频率相同、幅值相等而相位依次相差120°的交流电。

可选地，所述储能模块输出为通过基波与正弦波调制得到的方波信号，所述滤波器用于滤除所述方波信号中的谐波，得到波形平滑的正弦交流电。

可选地，所述过流保护模块包括并网电抗器、并网开关、熔断器；

所述并网电抗器串联连接于所述滤波器，用于对所述储能模块的并网输出进行限流和滤波处理；所述并网开关串联连接于所述并网电抗器，用于控制所述并网母线的通断；所述熔断器串联连接于所述并网开关，用于对所述并网母线形成过流保护。

通过上述技术方案，区别于直流储能系统，在本实用新型中，将电池系统分为三串，采用星形接法。每串内分为若干电池组，每个电池组搭配变流模块，可实现交流输出，组合成为一个交流电箱。交流电箱串并联汇流后，由于交流电源的电压过零特性，即使交流电产生电弧也会自行熄灭，其安全性要优于直流电箱。由于每个交流电箱搭配变流模块，因此其输出交流电压的电压值和相位可调，电流可控。此外，当单个电池组中某节电池发生故障或容量严重下降，每个交流电箱通过其功率单元可控制旁路该交流电箱的输出，实现故障分离，由此可以减小整个电池系统容量损失以及维持其他交流电箱安全运行。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本地申请的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的一种级联式储能系统的电路拓扑图；

图2为本实用新型实施例提供的一种交流电箱的电路拓扑图；

图中：

1-储能模块，11-交流电箱，111-第一开关管电路，112-第二开关管电路，113-第三开关管电路，114-第四开关管电路，115-第五开关管电路，116-电容，117-串联电池组；

2、滤波器；

3、过流保护模块，31、并网电抗器，32、并网开关，33、熔断器。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，为一种级联式储能系统，包括：储能模块1、滤波器2、过流保护模块3；储能模块1包括通过星形接法连接的三个电池模块，用于提供稳定交流电源，电池模块包括多个串联连接的交流电箱11，交流电箱11内包含功率转换电路和串联电池组117，功率转换电路与串联电池组117串联连接，功率转换电路用于将直流转换为交流，以及在串联电池组117故障时，对串联电池组117进行旁路处理；滤波器2串联连接于储能模块1的并网母线，用于滤除并网母线中特定频率的频点或特定频点以外的频率；过流保护模块3连接于滤波器2，用于防止三个电池模块三相并网后短路电流对储能模块1或电网造成冲击损害。对于本实施例，通过将储能模块分为三串采用星形接法连接的电池模块，每串电池模块内包括多个串联连接且由功率转换电路和串联电池组117构成的交流电箱，通过在交流电箱内为每个串联电池组117搭配功率转换电路，可实现交流输出。

相应的，交流电箱内还包括控制单元，控制单元与串联电池组117采样连接，控制单元与功率转换电路控制连接；控制单元用于采集串联电池组117的电池参数，并根据电池参数分析串联电池组117的工作状态，在判断串联电池组117的工作状态异常时，向功率转换电路发送控制信号，以使功率转换电路响应于控制信号对串联电池组进行旁路处理。在具体的应用场景中，控制单元可为电池管理从控单元BMU，用于对包含电池电压、电池温度的电池参数数据进行采集和预处理，分析得到串联电池组的工作状态。此外，为实现对串联电池组的输入功率以及充电功率的智能化控制，控制单元还可根据所述各个交流电箱的电池容量，智能分配其在放电阶段的输入功率以及充电阶段的充电功率的大小。通过此种电路连接，可在当单个电池组中某节电池发生故障或容量严重下降时，每个交流电箱通过控制功率转换电路旁路该交流电箱的输出，实现故障分离，延长电池使用寿命，同时可以减小整个电池系统容量损失以及维持其他交流电箱的安全运行。

在具体的应用场景中，如图2所示，功率转换电路为单相全桥逆变电路，包括一个电容116、五个开关管电路，五个开关管电路具体可包括第一开关管电路111、第二开关管电路112、第三开关管电路113、第四开关管电路114、第五开关管电路115；上述五个开关管电路分别包括绝缘栅双极型晶体管IGBT和续流二极管，续流二极管连接于绝缘栅双极型晶体管IGBT的集电极和发射极之间，用于在绝缘栅双极型晶体管IGBT关断时为感性负载的电动势提供击穿通路从而避免绝缘栅双极型晶体管IGBT被击穿损坏；电容连接于串联电池组两端；五个开关管电路中的第一开关管电路111、第二开关管电路112组成一对桥臂，通过串联第五开关管电路115连接于电容116两端；五个开关管电路中的第三开关管电路113、第四开关管电路114组成一对桥臂，通过串联第五开关管电路115连接于电容116两端。在单相全桥逆变电路工作时第一开关管电路111和第二开关管电路112通断互补，第三开关管电路113和第四开关管电路114通断也互补。

相应的，在功率转换电路响应于控制信号对串联电池组进行旁路处理时，可响应于控制单元发送的用于控制第五开关管电路115导通，第一开关管电路111和第三开关管电路113导通，第二开关管电路112和第四开关管电路114关断的控制信号，进一步实现对交流电箱的正向旁路处理；此外，还可响应于控制单元发送的用于控制第五开关管电路115导通，第一开关管电路111和第三开关管电路113关断，第二开关管电路112和第四开关管电路114导通的控制信号，进一步实现对交流电箱的反向旁路处理；另一方面，还可响应于控制单元发送的用于控制第五开关管电路115关断，以及第一开关管电路111、第二开关管电路112、第三开关管电路113和第四开关管电路114同时开通的控制信号，进一步实现对交流电箱的旁路处理。

在具体的应用场景中，对于本实施例，储能模块的三个电池模块绕组三相末端接在一起成为公共点，三相首端为电源端，用于输出频率相同、幅值相等而相位依次相差120°的交流电。鉴于三个电池模块都是由若干个交流电箱串联，每一串其输出电能的电压、相位、电流依旧可控，因此可保证三串电池组输出交流功率平衡且相位相差120°。

在具体的应用场景中，储能模块输出为通过基波与正弦波调制得到的方波信号，滤波器用于滤除方波信号中的谐波，得到波形平滑，存在较少谐波的正弦交流电。

在具体的应用场景中，过流保护模块3包括并网电抗器31、并网开关32、熔断器33；并网电抗器31串联连接于滤波器2，用于对储能模块1的并网输出进行限流和滤波处理；并网开关32串联连接于并网电抗器31，用于控制并网母线的通断；熔断器串联连接于并网开关32，用于对并网母线形成过流保护。

本实用新型提供的一种槽型工业光电传感器具有以下有益效果：将电池系统分为三串，采用星形接法。每串内分为若干电池组，每个电池组搭配变流模块，可实现交流输出，组合成为一个交流电箱。交流电箱串并联汇流后，由于交流电源的电压过零特性，即使交流电产生电弧也会自行熄灭，其安全性要优于直流电箱。由于每个交流电箱搭配变流模块，因此其输出交流电压的电压值和相位可调，电流可控。储能集中控制系统根据各个交流电箱的电池容量，智能分配其在放电阶段的输入功率以及充电阶段的充电功率的大小。当单个电池组中某节电池发生故障或容量严重下降，每个交流电箱通过其功率单元可控制旁路该交流电箱的输出，实现故障分离，由此可以减小整个电池系统容量损失以及维持其他交流电箱安全运行。

可以理解的是，图中示出的电路结构并不构成对具体电路的限定，可以包括比图示更多或更少的电路元器件，或者组合某些电路元器件，或者不同的电路元器件部署。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种级联式储能系统，其特征在于，包括：储能模块、滤波器、过流保护模块；

所述储能模块包括通过星形接法连接的三个电池模块，用于提供稳定交流电源，所述电池模块包括多个串联连接的交流电箱，所述交流电箱内包含功率转换电路和串联电池组，所述功率转换电路与所述串联电池组串联连接，所述功率转换电路用于将直流转换为交流，以及在所述串联电池组故障时，对所述串联电池组进行旁路处理；

所述滤波器串联连接于所述储能模块的并网母线，用于滤除所述并网母线中特定频率的频点或特定频点以外的频率；

所述过流保护模块连接于所述滤波器，用于防止所述三个电池模块三相并网后短路电流对所述储能模块或电网造成冲击损害。

2.根据权利要求1所述的级联式储能系统，其特征在于，所述交流电箱内包括控制单元，所述控制单元与所述串联电池组采样连接，所述控制单元与所述功率转换电路控制连接；

所述控制单元用于采集所述串联电池组的电池参数，并根据所述电池参数分析所述串联电池组的工作状态，在判断所述串联电池组的工作状态异常时，向所述功率转换电路发送控制信号，以使所述功率转换电路响应于所述控制信号对所述串联电池组进行旁路处理；

所述控制单元还用于根据所述串联电池组的电池容量，智能分配其在放电阶段的输入功率以及充电阶段的充电功率的大小。

3.根据权利要求2所述的级联式储能系统，其特征在于，所述控制单元为电池管理从控单元BMU，用于对包含电池电压、电池温度的电池参数数据进行采集和预处理，分析得到所述串联电池组的工作状态。

4.根据权利要求1所述的级联式储能系统，其特征在于，所述功率转换电路为单相全桥逆变电路，包括一个电容、五个开关管电路，所述开关管电路包括绝缘栅双极型晶体管IGBT和续流二极管，所述续流二极管连接于所述绝缘栅双极型晶体管IGBT的集电极和发射极之间，用于在所述绝缘栅双极型晶体管IGBT关断时为感性负载的电动势提供击穿通路从而避免所述绝缘栅双极型晶体管IGBT被击穿损坏；

所述电容连接于所述串联电池组两端；

所述五个开关管电路中的第一开关管电路、第二开关管电路组成一对桥臂，通过串联第五开关管电路连接于所述电容两端；

所述五个开关管电路中的第三开关管电路、第四开关管电路组成另一对桥臂，通过串联第五开关管电路连接于所述电容两端。

5.根据权利要求1所述的级联式储能系统，其特征在于，所述储能模块的三个电池模块绕组三相末端接在一起成为公共点，三相首端为电源端，用于输出频率相同、幅值相等而相位依次相差120°的交流电。

6.根据权利要求1所述的级联式储能系统，其特征在于，所述储能模块输出为通过基波与正弦波调制得到的方波信号，所述滤波器用于滤除所述方波信号中的谐波，得到波形平滑的正弦交流电。

7.根据权利要求1所述的级联式储能系统，其特征在于，所述过流保护模块包括并网电抗器、并网开关、熔断器；

所述并网电抗器串联连接于所述滤波器，用于对所述储能模块的并网输出进行限流和滤波处理；所述并网开关串联连接于所述并网电抗器，用于控制所述并网母线的通断；所述熔断器串联连接于所述并网开关，用于对所述并网母线形成过流保护。

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