CN217427736U - 一种调压电池单元受控重构的储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种调压电池单元受控重构的储能系统，针对电池储能系统由于电池本身不一致性的先天缺陷，以及在运行过程中，需要多个电池或电池包串联并满足储能变流器直流侧工作电压要求；采用可调压电池模块控制器监测到DC/DC双向变换器异常故障时，控制可调压电池模块开关K3断开，控制维修旁路开关K4导通；特别是在可重构电池模块组串簇中任何异常及故障的电池或电池包切出时，调节DC/DC双向变换器的次级端电压，保持重构电池模块组串簇满足储能变流器直流侧工作电压要求，并保持各组串簇的电压一致性；克服了现有技术的缺陷与不足，确保电池运行在安全、健康、高效的状态，为电池储能系统提供了一个安全、便捷、有效的解决方案。

Description

一种调压电池单元受控重构的储能系统

技术领域

本实用新型属于电池储能技术领域，具体涉及一种调压电池单元受控重构的储能系统。

背景技术

电池储能系统是由众多的小电量电池，通过串并联构成电池单元或电池组串，并通过储能变流器接入电网进行充放电。由于电池单体本身不一致性的缺陷，特别是电池储能系统中电池安装方式与物理位置不同，并且连接摆放相对固定，对电池充放电的电量产生不一致性影响进一步增加，不仅造成电池储能系统充放电产生整体效率下降的短板效应，而且容易产生个别电池电压及电量偏差过大，造成电池过充或过放乃至燃爆的不安全风险。因此，需要对电池组进行灵活调节及动态维护，保障电池及电池组串充放电的电池电压及电量一致性在可控范围内，避免电池过充、过放和短板效应，提高电池储能系统的安全性和利用率以及投资收益。

为此，业界工程技术人员不断研发与实践，提出了一些解决方案，如：国家知识产权局公布的发明专利《一种电池单元、储能系统及电池单元故障保护方法》专利号为CN113193628，该技术方案公布和提出的电池单元、储能系统及电池单元故障保护方法，以及其系统设计与系统架构；根据该方案的权利要求1、权利要求2和权利要求13、权利要求14以及说明书相应的内容，结合附图1至附图4可以看出，其实质是将异常故障的电池单元通过旁路电力线及开关，以及在电池单元组串相应的电池单元连接端设置一个从电池单元组串中隔离断开故障电池单元的开关，该方案核心的特征就是用旁路电力线短接替代产生故障的电池单元；其说明书第40段至第45段内容，给出技术方案的设计构思与系统部件的关系和作用，以及相应控制规则与方法；不难看出该技术方案存在明显的缺陷：

由于该技术方案系统架构采用对电池单元直接通过第二可控开关闭合，进行旁路导通的系统架构，“在检测到本电池单元出现故障时：触发本电池单元内的第一可控开关断开，从而将本电池单元与其他电池单元相串联构成的电路开路；以及触发本电池单元内的第二可控开关闭合，从而将本电池单元旁路”；由此可知，在检测到本电池单元出现故障并切出后，造成电池组串的端电压降低，电池储能系统将产生电池组串工作电压范围不能满足储能变流器的直流侧工作电压要求造成储能系统故障，以及产生电池组串电压的不一致性，造成回流及不安全风险。

发明内容

为了克服现有技术方案的缺陷，有效解决上述技术难点与问题。本实用新型提出一种调压电池单元受控重构的储能系统，其特征在于，电池单元控制模块及控制模块通信连接端子，通过电池单元开关控制线分别连接电池旁路可控开关K1和电池串联可控开关K2，以及通过电池监测通信线连接电池或电池包，构成受控重构电池单元；由可调压电池模块控制器通过投切开关控制线连接可调压电池模块开关K3，可调压电池模块控制器通过可调节电池模块控制线分别连接电池或电池包和DC/DC双向变换器，构成可调压电池模块；

其特征还在于，由多个受控重构电池单元串联，并串联接入至少一个可调压电池模块，构成可重构电池模块组串簇，并由至少一个可重构电池模块组串簇连接储能变流器，同时由储能系统控制单元EMS通过储能系统控制总线分别连接各电池单元控制模块和可调压电池模块控制器及储能变流器，构成储能系统控制路径及电池单元受控重构的储能系统。

所述一种调压电池单元受控重构的储能系统，由多个受控重构电池单元串联并串联接入至少一个可调压电池模块，构成各电池或电池包受控动态投切的可重构电池模块组串簇；其特征在于，在受控重构电池单元异常切出相应电池或电池包时，可调压电池模块调节次级端电压，保持可重构电池模块组串簇的电压满足储能变流器直流侧工作电压范围，并满足电池模块组串簇之间的电压一致性要求；其特征还在于，当DC/DC双向变换器出现故障切出时，通过控制电池正极连接开关K4和电池负极连接开关K5闭合，将相应电池或电池包串联接入可重构电池模块组串簇中，弥补DC/DC双向变换器切出后电压的缺失。

所述一种调压电池单元受控重构的储能系统，受控重构电池单元，由电池或电池包与电池串联可控开关K2串联，并在串联后两端并接电池旁路可控开关K1，构成具有串并连开关结构的电池或电池包；其特征在于，电池单元控制模块的控制模块通信连接端子，通过电池监测通信线连接电池或电池包，在电池或电池包异常时，通过电池单元开关控制线分别控制电池串联可控开关K2断开，以及控制电池旁路可控开关K1闭合，将异常电池或电池包切出。

所述一种调压电池单元受控重构的储能系统，其特征在于，所述可调压电池模块由电池或电池包并接在DC/DC双向变换器的初级，DC/DC双向变换器的次级的一端串接可调压电池模块开关K3；同时可调压电池模块控制器通过可调节电池模块控制线分别连接电池或电池包以及通过投切开关控制线连接可调压电池模块开关K3、电池正极连接开关K4、电池负极连接开关K5，在电池或电池包异常时，控制DC/DC双向变换器旁路导通，隔离异常的电池或电池包；在DC/DC双向变换器异常时，控制可调压电池模块开关K3断开，并控制电池正极连接开关K4和电池负极连接开关K5闭合导通。

所述一种调压电池单元受控重构的储能系统，其特征在于，所述各电池或电池包由多个电池单体串联连接，每一个电池单体均与电池管理模块连接，实时监测电池单体的电压及温度参数，并与相应的电池单元控制模块及可调压电池模块控制器连接与通信。

所述一种调压电池单元受控重构的储能系统，其特征在于，所述DC/DC双向变换器的电压变比大于2，以及DC/DC双向变换器次级电压受控调节，并且DC/DC双向变换器中次级设置受控旁路开关。

本实用新型一种调压电池单元受控重构的储能系统，针对电池储能系统由于电池本身不一致性的先天缺陷，以及在连接和运行过程中，需要多个电池或电池包串联并满足储能变流器直流侧工作电压要求，在电池异常或故障时，采用电池单元控制模块分别控制电池串联可控开关K2断开，以及控制电池旁路可控开关K1闭合，将异常电池或电池包隔离或切出；采用可调压电池模块控制器监测到电池或电池包的电池异常故障时，控制DC/DC双向变换器中受控旁路开关导通，隔离异常的电池或电池包，监测到DC/DC双向变换器异常故障时，控制可调压电池模块开关K3断开，控制维修旁路开关K4导通；特别是在异常电池或电池包切出时，调节DC/DC双向变换器的端电压，保持组串簇电压的一致性；克服了现有技术的缺陷与不足，确保电池运行在安全、健康、高效的状态，为电池储能系统提供了一个安全、便捷、有效的解决方案。

附图说明

图1是一种调压电池单元受控重构的储能系统的原理示意框图。

图2是同一可重构电池模块组串簇的原理示意框图。

图3是同一受控重构电池单元的原理示意框图。

图4是同一可调压电池模块的原理示意框图。

具体实施方式

作为实施例子，结合附图对一种调压电池单元受控重构的储能系统给予说明，但是，所描述的实施例是本实用新型应用于一种调压电池单元受控重构的储能系统的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围；本实用新型的技术与方案不限于本实施例子给出的内容。

如图1所示，一种调压电池单元受控重构的储能系统，其特征在于，电池单元控制模块(23)及控制模块通信连接端子(T1)，通过电池单元开关控制线(24)分别连接电池旁路可控开关K1和电池串联可控开关K2，以及通过电池监测通信线(22)连接电池或电池包(21)，构成受控重构电池单元(200)；由可调压电池模块控制器(13)通过投切开关控制线(14)连接可调压电池模块开关K3，可调压电池模块控制器(13)通过可调节电池模块控制线(12)分别连接电池或电池包(21)和DC/DC双向变换器(11)，构成可调压电池模块(100)；其特征还在于，由多个受控重构电池单元(200)串联，并串联接入至少一个可调压电池模块(100)，构成可重构电池模块组串簇(300)，并由至少一个可重构电池模块组串簇(300)连接储能变流器(310)，同时由储能系统控制单元EMS(320)通过储能系统控制总线(330)分别连接各电池单元控制模块(23)和可调压电池模块控制器(13)及储能变流器(310)，构成储能系统控制路径及电池单元受控重构的储能系统。

如图2所示，所述一种调压电池单元受控重构的储能系统，由多个受控重构电池单元(200)串联并串联接入至少一个可调压电池模块(100)，构成各电池或电池包(21)受控动态投切的可重构电池模块组串簇(300)；其特征在于，在受控重构电池单元(200)异常切出相应电池或电池包(21)时，可调压电池模块(100)调节次级端电压，保持可重构电池模块组串簇(300)的电压满足储能变流器(310)直流侧工作电压范围，并满足电池模块组串簇之间的电压一致性要求；特别是当DC/DC双向变换器(11)出现故障切出时，可重构电池模块组串簇(300)的端电压降低，不能满足储能变流器的直流侧工作电压要求，造成储能系统故障停机的风险，通过控制电池正极连接开关K4和电池负极连接开关K5闭合，将相应电池或电池包(21)串联接入可重构电池模块组串簇(300)中，弥补DC/DC双向变换器(11)切出后电压的缺失。

如图3所示，所述一种调压电池单元受控重构的储能系统，受控重构电池单元(200)，由电池或电池包(21)与电池串联可控开关K2串联，并在串联后两端并接电池旁路可控开关K1，构成具有串并连开关结构的电池或电池包(21)；其特征在于，电池单元控制模块(23)的控制模块通信连接端子(T1)，通过电池监测通信线(22)连接电池或电池包(21)，在电池或电池包(21)异常时，通过电池单元开关控制线(24)分别控制电池串联可控开关K2断开，以及控制电池旁路可控开关K1闭合，将异常电池或电池包(21)切出。

如图4所示，所述一种调压电池单元受控重构的储能系统，其特征在于，所述可调压电池模块(100)由电池或电池包(21)并接在DC/DC双向变换器(11)的初级，DC/DC双向变换器(11)的次级的一端串接可调压电池模块开关K3；同时可调压电池模块控制器(13)通过可调节电池模块控制线(12)分别连接电池或电池包(21)以及通过投切开关控制线(14)连接可调压电池模块开关K3、电池正极连接开关K4、电池负极连接开关K5，在电池或电池包(21)异常时，控制DC/DC双向变换器(11)旁路导通，隔离异常的电池或电池包(21)；在DC/DC双向变换器(11)异常时，控制可调压电池模块开关K3断开，并控制电池正极连接开关K4和电池负极连接开关K5闭合导通。

所述一种调压电池单元受控重构的储能系统，其特征在于，所述各电池或电池包(21)由多个电池单体串联连接，每一个电池单体均与电池管理模块连接，实时监测电池单体的电压及温度参数，并与相应的电池单元控制模块(23)及可调压电池模块控制器(13)连接与通信。

所述一种调压电池单元受控重构的储能系统，其特征在于，所述DC/DC双向变换器(11)的电压变比大于2，及DC/DC双向变换器(11)次级电压受控调节，并且DC/DC双向变换器(11)内次级设置受控旁路开关。

所述一种调压电池单元受控重构的储能系统，其特征在于，储能系统的电池单元的受控重构运行控制方式为：

1)电池单元控制模块(23)监测到电池或电池包(21)的电池异常故障时，直接控制切出电池或电池包(21)；可调压电池模块控制器(13)监测到电池或电池包(21)的电池异常故障时，控制DC/DC双向变换器(11)中受控旁路开关导通，隔离异常的电池或电池包(21)；可调压电池模块控制器(13)监测到DC/DC双向变换器(11)异常故障时，控制可调压电池模块开关K3断开，控制维修旁路开关K4导通。

2)储能系统控制装置(320)通过采集各电池单元实时控制模块(23)和可调压电池模块控制器(13)实时监测各电池或电池包(21)电压、温度、电量参数，发现偏差超过设定的控制阈值时，控制电力变换器(310)的功率，或发送调控指令至相应电池单元实时控制模块(23)或可调压电池模块控制器(13)，切出相应的电池或电池包(21)及调节DC/DC双向变换器(11)的次级电压，使得可重构电池模块组串簇(300)满足运行的工作电压要求；并在电池或电池包(21)参数恢复正常时，发送调控指令至相应电池单元实时控制模块(23)或可调压电池模块控制器(13)，投入相应的电池或电池包(21)。

本实用新型一种调压电池单元受控重构的储能系统，针对电池储能系统由于电池本身不一致性的先天缺陷，以及在运行过程中，需要多个电池或电池包串联并满足储能变流器直流侧工作电压要求；采用可调压电池模块控制器监测到DC/DC双向变换器异常故障时，控制可调压电池模块开关K3断开，控制维修旁路开关K4导通；特别是在可重构电池模块组串簇中任何异常及故障的电池或电池包切出时，调节DC/DC双向变换器的次级端电压，保持重构电池模块组串簇满足储能变流器直流侧工作电压要求，并保持各组串簇的电压一致性；克服了现有技术的缺陷与不足，确保电池运行在安全、健康、高效的状态，为电池储能系统提供了一个安全、便捷、有效的解决方案。

以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。对本领域普通技术人员而言，根据本实用新型的技术方案，设计出各种变形的组配、公式、参数并不需要花费创造性劳动，在不脱离本实用新型的原理和构思架构的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种调压电池单元受控重构的储能系统，其特征在于，电池单元控制模块及控制模块通信连接端子，通过电池单元开关控制线分别连接电池旁路可控开关K1和电池串联可控开关K2，以及通过电池监测通信线连接电池或电池包，构成受控重构电池单元；由可调压电池模块控制器通过投切开关控制线连接可调压电池模块开关K3，可调压电池模块控制器通过可调节电池模块控制线分别连接电池或电池包和DC/DC双向变换器，构成可调压电池模块；

其特征还在于，由多个受控重构电池单元串联，并串联接入至少一个可调压电池模块，构成可重构电池模块组串簇，并由至少一个可重构电池模块组串簇连接储能变流器，同时由储能系统控制单元EMS通过储能系统控制总线分别连接各电池单元控制模块和可调压电池模块控制器及储能变流器，构成储能系统控制路径及电池单元受控重构的储能系统。

2.根据权利要求1所述一种调压电池单元受控重构的储能系统，由多个受控重构电池单元串联并串联接入至少一个可调压电池模块，构成各电池或电池包受控动态投切的可重构电池模块组串簇；其特征在于，在受控重构电池单元异常切出相应电池或电池包时，可调压电池模块调节次级端电压，保持可重构电池模块组串簇的电压满足储能变流器直流侧工作电压范围，并满足电池模块组串簇之间的电压一致性要求；其特征还在于，当DC/DC双向变换器出现故障切出时，通过控制电池正极连接开关K4和电池负极连接开关K5闭合，将相应电池或电池包串联接入可重构电池模块组串簇中，弥补DC/DC双向变换器切出后电压的缺失。

3.根据权利要求1所述一种调压电池单元受控重构的储能系统，受控重构电池单元，由电池或电池包与电池串联可控开关K2串联，并在串联后两端并接电池旁路可控开关K1，构成具有串并连开关结构的电池或电池包；其特征在于，电池单元控制模块的控制模块通信连接端子，通过电池监测通信线连接电池或电池包，在电池或电池包异常时，通过电池单元开关控制线分别控制电池串联可控开关K2断开，以及控制电池旁路可控开关K1闭合，将异常电池或电池包切出。

4.根据权利要求1所述一种调压电池单元受控重构的储能系统，其特征在于，所述可调压电池模块由电池或电池包并接在DC/DC双向变换器的初级，DC/DC双向变换器的次级的一端串接可调压电池模块开关K3；同时可调压电池模块控制器通过可调节电池模块控制线分别连接电池或电池包以及通过投切开关控制线连接可调压电池模块开关K3、电池正极连接开关K4、电池负极连接开关K5，在电池或电池包异常时，控制DC/DC双向变换器旁路导通，隔离异常的电池或电池包；在DC/DC双向变换器异常时，控制可调压电池模块开关K3断开，并控制电池正极连接开关K4和电池负极连接开关K5闭合导通。

5.根据权利要求1所述一种调压电池单元受控重构的储能系统，其特征在于，所述各电池或电池包由多个电池单体串联连接，每一个电池单体均与电池管理模块连接，实时监测电池单体的电压及温度参数，并与相应的电池单元控制模块及可调压电池模块控制器连接与通信。

6.根据权利要求1所述一种调压电池单元受控重构的储能系统，其特征在于，所述DC/DC双向变换器的电压变比大于2，以及DC/DC双向变换器次级电压受控调节，并且DC/DC双向变换器中次级设置受控旁路开关。

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