CN220754426U - 一种储能系统及储能装置 - Google Patents

Abstract

本申请属于储能系统技术领域，具体涉及一种储能系统及储能装置。所述储能系统包括：直流母线；电能管理模块，交流输入端用于与交流充电桩/电网连接，输电端与直流母线连接；后备电源，第一输入/输出端与直流母线连接，使能端通过第一开关单元与电能管理模块的第一辅助输电端连接；功率输出模块，输入端与直流母线连接，输出端用于和外部的负载连接；其中，电能管理模块与后备电源和功率输出模块通讯连接；通过切换第一开关单元的工作状态：在后备电源的电量高于临界值时通过第一输入/输出端向直流母线输电，以及在后备电源的电量低于或等于临界值时通过第一输入/输出端从直流母线补电。

Description

一种储能系统及储能装置

技术领域

本申请属于储能系统技术领域，具体涉及一种储能系统及储能装置。

背景技术

储能系统作为电力系统中的能源枢纽，可以实现对需求侧的管理，以及电能输出，能够在户外作业过程中为其它电动工具提供长时间续航，例如在园林工具领域，当附近正在使用的园林工具电量耗尽时，能够通过储能系统进行充电。

然而，目前大多储能系统在离网下运行，且内部线束复杂，系统损耗高。同时，因容量有限，可连接的负载数量，以及总功率输出易受到限制。即使储能系统并网连接，也无法有效地进行补电，从而影响储能系统的工作效率。

此外，一般储能系统的交流输出端口类似于插座，无功率限制，易受到交流负载的影响，从而导致交流负载无限制获取电能，使储能系统的直流输出端口无法正常供应。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种新的储能系统的架构，可以在并网或离网下运行，且在并网下能够及时根据电量进行补电，以确保系统足量的电能输出，满足直流负载和交流负载的电能需求。同时，限制交流输出功率，避免对储能系统的直流输出造成影响。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种储能系统，包括：直流母线；电能管理模块，包括交流输入端、输电端、和第一辅助输电端，所述交流输入端用于与交流充电桩/电网连接，所述输电端与所述直流母线连接，所述电能管理模块用于将交流充电桩/电网的交流电转换为直流电；后备电源，包括第一输入/输出端、使能端及第一开关单元，所述第一输入/输出端与所述直流母线连接，所述使能端通过所述第一开关单元与所述第一辅助输电端连接；功率输出模块，其输入端与所述直流母线连接，其输出端用于和外部的负载连接；其中，所述电能管理模块与所述后备电源和所述功率输出模块通讯连接；通过切换所述第一开关单元的工作状态：在所述后备电源的电量高于临界值时通过所述第一输入/输出端向所述直流母线输电，以及在所述后备电源的电量低于或等于临界值时通过所述第一输入/输出端从所述直流母线补电。

根据本申请一具体实施例，所述后备电源包括：储能单元，其第二输入/输出端与所述第一输入/输出端连接，且所述储能单元的电量作为所述后备电源的电量；第二开关单元，串联在所述第一输入/输出端和所述第二输入/输出端之间；DC/DC变换器，其输入端与所述第二输入/输出端连接；电池管理单元，其电源端分别与所述DC/DC变换器的输出端，以及所述使能端连接；其中，在所述储能单元的电量低于或等于临界值时，所述电池管理单元用于检测所述DC/DC变换器的输出端上的电压，并在电压低于预设电压阈值且所述第一开关单元为闭合状态下，控制所述第二开关单元闭合，通过所述直流母线对所述储能单元补电。

根据本申请一具体实施例，所述后备电源还包括：第三开关单元，串联在所述DC/DC变换器的输入端上，所述第三开关单元作为所述储能系统的启动开关，与所述第一开关单元不同时闭合设置；其中，所述电池管理单元还用于监测所述第三开关单元的工作状态：当所述第三开关单元闭合时，向所述电能管理模块发送启动信号。

根据本申请一具体实施例，所述DC/DC变换器的输出端与所述后备电源的使能端之间串联有第一二极管，且所述第一二极管的阳极与所述DC/DC变换器的输出端连接，其阴极与所述后备电源的使能端；所述第一开关单元和所述后备电源的使能端之间串联有第二二极管，且所述第二二极管的阳极与所述第一开关单元的一端连接，其阴极与所述后备电源的使能端连接。

根据本申请一具体实施例，所述电池管理单元通过数字信号端口与所述电能管理模块连接，用于将所述后备电源的紧急故障状态信号反馈给所述电能管理模块。

根据本申请一具体实施例，所述电能管理模块还包括光伏输入端，与光伏电源连接，所述电能管理模块还用于将光伏电源的直流电转换后通过所述输电端和所述第一辅助输电端输出。

根据本申请一具体实施例，所述电能管理模块还包括：AC/DC变换器，其输入端作为所述交流输入端，所述AC/DC变换器用于将交流充电桩/电网的交流电转换为直流电输出；光伏接口，其输入端作为所述光伏输入端，所述光伏接口用于将光伏电源的直流电转换后输出；能源管理单元，用于控制所述AC/DC变换器、所述光伏接口、所述功率输出模块工作，以及与所述后备电源的电池管理单元通讯交互。

根据本申请一具体实施例，还包括：充电桩检测模块，分别与所述电能管理模块，以及交流充电桩通讯连接，用于识别交流充电桩的输出功率；其中，所述能源管理单元还用于根据所述AC/DC变换器的最大允许电流和交流充电桩/电网的最大输出电流来确定所述AC/DC变换器的交流输入功率。

根据本申请一具体实施例，还包括辅助电源母线；所述电能管理模块还包括第二辅助输电端，与所述辅助电源母线连接。

根据本申请一具体实施例，所述功率输出模块包括：DC/AC变换器，其输入端与所述直流母线连接，其输出端用于和外部的交流负载连接；第四开关单元，所述DC/AC变换器的使能端通过所述第四开关单元与所述辅助电源母线连接；其中，所述电能管理模块还用于在所述DC/AC变换器输出的交流功率超过预设功率阈值时，控制所述第四开关单元切断所述DC/AC变换器的交流输出。

根据本申请一具体实施例，还包括：人机交互模块，与所述电能管理模块通讯连接，用于显示所述后备电源的补电信息、系统与负载的充电信息、系统的并网/离网信息、系统的故障信息、系统的4G信号以及系统的GPS信号中的至少一个。

一种储能装置，包括：本体及设置于所述本体上的直流母线、电能管理模块、后备电源及功率输出模块；所述电能管理模块包括交流输入端、输电端、和第一辅助输电端，所述交流输入端用于与交流充电桩/电网连接，所述输电端与所述直流母线连接，所述电能管理模块用于将交流充电桩/电网的交流电转换为直流电；所述后备电源包括第一输入/输出端、使能端及第一开关单元，所述第一输入/输出端与所述直流母线连接，所述使能端通过所述第一开关单元与所述第一辅助输电端连接；所述功率输出模块的输入端与所述直流母线连接，输出端用于和外部的负载连接；其中，所述电能管理模块与所述后备电源和所述功率输出模块通讯连接；通过切换所述第一开关单元的工作状态：在所述后备电源的电量高于临界值时通过所述第一输入/输出端向所述直流母线输电，以及在所述后备电源的电量低于或等于临界值时通过所述第一输入/输出端从所述直流母线补电。

本申请提供一种采用新型的储能系统架构的储能系统，可以自由选择在并网或离网下运行，向负载输送电能。同时，在并网运行下可以对系统中的后备电源及时补电，避免系统离网运行时电能不足，无法正常工作。进一步，系统内总成有直流母线，辅助电源母线，以及通讯母线，简化了线路结构，大大提升了系统的工作效率，减小了损耗。此外，系统限制了交流输出功率，避免交流负载的无限制索取，使系统根据直流负载和交流负载合理分配可用功率。

本申请的储能系统与用户之间的交互更加智能化，能够有效显示系统的不同信息，响应系统的不同状态，便利了用户的操作。

因此，本申请的储能系统稳定性好，可靠性高，可以根据相应的控制策略实现不同的送电方式，具有重大意义。

附图说明

图1为本申请所提供的一种储能系统一具体实施例的结构示意图；

图2为本申请所提供的一种储能系统中电能管理模块一具体实施例的电路图；

图3为本申请所提供的一种储能系统中后备电源一具体实施例的电路图；

图4为本申请所提供的一种储能系统中功率输出模块一具体实施例的电路图；

图5为本申请所提供的一种储能系统中人机交互模块一具体实施例的电路图；

图6为本申请所提供的一种储能系统的控制方法一具体实施例的流程示意图；

图7为本申请所提供的一种储能系统的控制方法一具体实施例的第一逻辑图；

图8为本申请所提供的一种储能系统的控制方法一具体实施例的第二逻辑图；

图9为本申请所提供的一种储能系统的控制方法一具体实施例的第三逻辑图；

图10为本申请所提供的一种储能系统的控制方法中补电策略一具体实施例的第一逻辑图；

图11为本申请所提供的一种储能系统的控制方法中补电策略一具体实施例的第二逻辑图；

图12为本申请所提供的一种储能系统的控制方法一具体实施例的流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，遂图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

首先需要说明的是，为了使本技术领域的人员能够更好地理解本申请方案，对本申请相关的技术背景做一些相关介绍。

并网，指的是独立发电系统或小电力系统与相邻电力系统发生电气连接，进行功率交换的行为。例如，储能系统与电网连接，获取交流输入功率的行为可称之为并网。

离网，指的是独立发电系统或小电力系统独立运行，未通过与其他电力系统连接发生功率交换的行为。例如，独立光伏发电系统或独立的储能系统对外输电。

请参见图1所示，本实施提供一种储能系统，包括直流母线10，电能管理模块20，后备电源30及功率输出模块40。

电能管理模块20作为储能系统的总控模块，其分别与后备电源30、功率输出模块通讯连接。电能管理模块20包括交流输入端、输电端及第一辅助输电端1#；交流输入端用于与交流充电桩/电网连接，输电端与直流母线10连接。电能管理模块20用于将交流充电桩/电网输入的交流电转换为直流电，并通过输电端输送至直流母线10，同时电能管理模块20还能通过第一辅助输电端1#向后备电源30的使能端供电，使后备电源30的电池管理单元35工作。

后备电源30作为可切换模块，包括第一输入/输出端、使能端及第一开关单元31。第一输入/输出端与直流母线10连接，后备电源30可通过第一输入/输出端向直流母线10输电或从直流母线10上补电。使能端通过第一开关单元31与电能管理模块20的第一辅助输电端1#连接，通过切换第一开关单元31的工作状态，在后备电源30的电量高于临界值时通过第一输入/输出端向直流母线10输电，以及在后备电源30的电量低于或等于临界值时通过第一输入/输出端从直流母线10补电。

功率输出模块40的输入端挂载于直流母线10上，功率输出模块40的输出端连接外部负载，功率输出模块40可按照负载的功率需求从直流母线10获取可用功率并分配给负载。

在一实施例中，储能系统还包括辅助电源母线50，用于为功率输出模块40、充电桩检测模块60、人机交互模块70等模块单元提供过工作电源，确保系统的相应模块能够正常工作。电能管理模块20还包括第二辅助输电端，与辅助电源母线50连接；后备电源30上也可设置第三辅助输电端，与辅助电源母线50连接，从而可通过电能管理模块20或后备电源30向辅助电源母线50输出电能。

具体的，在实际应用中，当系统并网运行时，由电能管理模块20通过其第二辅助输电端2#将电能输送到辅助电源母线50上，维持系统其他模块单元的正常运行；后备电源30的电能可用于为负载供电，而不向辅助电源母线50输出电能。当系统离网运行时，需要依靠后备电源30通过其第三辅助输电端将电能输送到辅助电源母线50上，再利用剩余的电能向直流母线10输电，供给负载。通过合理分配电能管理模块20的输出功率和后备电源30的输出功率，以使系统无论并网/离网运行均能完成上电，正常工作。

在本实施例中，储能系统通过设置一条直流母线10和一条辅助电源母线50用于传输电能，系统内的模块单元可直接挂载在直流母线10和辅助电源母线50上，线路连接方式更为简单，线束阻抗相应减小，系统的损耗也有所改善，大大提高了电能转换效率。

如图2所示，电能管理模块20为一个集成件，包括AC/DC变换器，光伏接口及能源管理单元，能源管理单元与AC/DC变换器及光伏接口连接。

AC/DC变换器的输入端作为电能管理模块20的交流输入端，与交流充电桩/电网连接，用于将交流充电桩/电网的交流电转换为直流电后通过电能管理模块20的输电端、第一辅助输电端1#以及第二辅助输电端2#输出。

光伏接口，输入端作为电能管理模块20的光伏输入端PV+/PV-，用于与光伏电源连接，并将光伏电源的直流电进行转换，并通过电能管理模块20的输电端、第一辅助输电端1#及第二辅助输电端2#输出。

当系统并网运行时，可优先通过外部充电桩或电网的交流输入功率维持系统的正常运转，且光伏接口的输出功率可作为补充电能直接输送到直流母线10上，供给至负载。当系统离网运行时，光伏接口将转换后的直流电优先通过第二辅助输电端2#输送到辅助电源母线50上，再将剩余的电能输送到直流母线10上，配合后备电源30对负载供电。

能源管理单元，即电能管理系统EMS(Energy Management System)，EMS作为电能管理模块20的控制单元，分别与AC/DC变换器和光伏接口连接，还分别与系统内其他模块单元通讯连接，用于控制AC/DC变换器、光伏接口、功率输出模块40工作，以及与后备电源30的电池管理单元35通讯交互。

如图2所示，在一实施例中，由于电池管理单元35启动所需要的功率较大，而维持系统内其他模块单元的所需要的功率较小。通过在电能管理模块20上设置第一辅助输电端1#及第二辅助输电端2#两个辅助输电端，通过第一辅助输电端1#为后备电源30的电池管理单元35提供工作电源，通过第二辅助输电端2#向挂载于辅助电源母线50上的其他模块单元提供工作电源。

当然，电能管理模块20的第一辅助输电端1#和第二辅助输电端2#也可以集成为一个端口，直接连接辅助电源母线50上，且后备电源30的电池管理单元35可以从辅助电源母线50上获取正常工作所需的电压和电流。

如图3所示，在一实施例中，后备电源30还包括储能单元32、第二开关单元33、DC/DC变换器34及电池管理单元35。

其中，第一开关单元31作为补电开关，可以是机械开关或者软开关，串联在后备电源30的使能端和电能管理模块20的第一辅助输电端1#之间；储能单元32可以为电池包，用于存储电能，储能单元32第二输入/输出端与后备电源30的第一输入/输出端连接，其中，储能单元的电量也即后备电源的电量；第二开关单元33串联在储能单元32的第二输入/输出端和后备电源30的第一输入/输出端之间，用于允许或禁止储能单元32向直流母线10输电，或从直流母线取电；DC/DC变换器34作为后备电源30内部的直流变换装置，可将储能单元32的电能调节后供给电池管理单元35，DC/DC变换器34的输入端与储能单元32的第二输入/输出端连接，输出端与电池管理单元35的电源端连接，并且电池管理单元35的电源端还与后备电源30的使能端连接；电池管理单元35，即电池管理系统BMS(Battery ManagementSystem，BMS)，用于控制第一开关单元31、第二开关单元33、DC/DC变换器34工作，且还用于与电能管理模块20中的电能管理模块20交互，传输状态信息等。

当储能单元32的电量低于或等于临界值时，电池管理单元35检测DC/DC变换器34的输出端上的电压，并在DC/DC变换器34的输出端电压低于预设电压阈值且第一开关单元31为闭合状态下，控制第二开关单元33闭合，通过直流母线10对储能单元32补电。

为了防止第一开关单元31误触发补电的情况，可以规定在储能单元32的电量低于或等于临界值，且DC/DC变换器34输出端上的电压低于电压阈值时，电池管理单元35才向电能管理模块20发送补电信号，电能管理模块20接收到补电信号后通过人机交互模块70由用户进一步确认是否补电，并将用户的确认信息反馈至电池管理单元35。

当用户确认补电时，电池管理单元35先控制预充单元37工作，再控制第二开关单元33闭合，使储能单元32从直流母线100上获取电能进行补电；当用户确认不补电时，电池管理单元35可断开第一开关单元31，或者向电能管理模块20发送信号，电能管理模块20通过人机交互模块70提醒用户手动断开第一开关单元31。

如图3所示，在一实施例中，后备电源30还包括第三开关单元36，第三开关单元36串联在DC/DC变换器34的输入端上，与第一开关单元31不同时闭合设置，也即第一开关单元31与第三开关单元36为联动状态，通过第一开关单元31与第三开关单元36的联动可以切换电池管理单元35的供电来源，当第三开关单元36闭合时，由储能单元32为电池管理单元35供电，当第一开关单元31闭合时，由电能管理模块20的第一辅助输电端1#为电池管理单元35供电。

第三开关单元36还作为储能系统的启动开关，电池管理单元35能够监测第三开关单元36的工作状态：当第三开关单元36闭合时，向电能管理模块20发送启动信号，电能管理模块20根据启动信号，通过第二辅助输电端2#向辅助电源母线50送电，控制储能系统内的各个模块单元上电工作。

需要说明的是，第一开关单元31和第三开关单元36可以是手动开关按钮，也可以是电动控制按钮，具体可根据实际需求设置。

如图3所示，在一实施例中，后备电源30还包括预充单元37，并联在第二开关单元33的两端，用于在为电池单元32充电前，对电池单元32进行预充，确保储能单元32充电时的稳定性和安全性。

需要说明的是，后备电源30还可以包括绝缘检测单元，漏电检测单元，加热单元等，用于辅助后备电源30正常工作。

在一实施例中，储能系统还包括充电桩检测模块60，即EVCC模块，当电能管理模块20与交流充电桩连接后，充电桩检测模块60的通信端口也分别与交流充电桩的CP接口和PP接口连接，与交流充电桩进行通讯交互，用于识别电能管理模块20与交流充电桩的连接状态。若检测到交流充电桩插枪异常，充电桩检测模块60将信息及时反馈至电能管理模块20，且电能管理模块20通过人机交互模块70警示提醒用户，使用户重新连接交流充电桩。

充电桩检测模块60在检测到交流充电桩插枪正常后，获取交流充电桩的最大输出电流，并通过CAN总线反馈到电能管理模块20的能源管理单元中，能源管理单元根据交流充电桩的最大输出电流和AC/DC变换器的最大允许电流来限制AC/DC变换器的交流输入功率，使AC/DC变换器的最大交流输入功率所对应的电流值为交流充电桩的最大输出电流和AC/DC变换器的最大允许电流中的最小值。

同理，当电能管理模块20与电网连接后，能源管理单元根据电网的最大输出电流和AC/DC变换器的最大允许电流来限制AC/DC变换器的交流输入功率，使AC/DC变换器的最大交流输入功率所对应的电流值为电网的最大输出电流和AC/DC变换器的最大允许电流中的最小值，再允许电网的电能输入，有效保护系统的安全。

在一实施例中，如图5所示，储能系统还包括人机交互模块70，可采用HMI人机界面，可根据实际需求进行设置，实现系统与用户之间的智能交互。其例如可以显示后备电源30的电量和可用功率等补电信息、系统与负载的充电信息、系统的并离网状态，系统的故障信息、地理位置、系统的3G信号、系统的4G信号、系统的5G信号以及系统的GPS信号中的一个或多个信息。在一实施例中，储能系统还包括通讯总线，包括CAN-H总线和CAN-L总线，采用CAN总线通讯协议，电能管理模块20，后备电源30，功率输出模块40，充电桩检测模块60，以及人机交互模块70通过通讯总线连接，实现通讯交互。

在一实施例中，人机交互模块70中可集成远距离通讯模块或短距离无线通讯模块。其中，长距离通讯模块例如可以是3G模块、4G模块、5G模块、6G模块、GPS模块等无线模块；短距离无线通讯模块例如可以是蓝牙模块、WiFi模块、NFC等无线模块。如图3所示，在一实施例中，储能系统还设置有防倒灌二极管，分别是第一二极管D1，第二二极管D2。其中，第一二极管D1的阳极与DC/DC变换器34的输出端连接，阴极与后备电源30的使能端连接，利用二极管的单向导通，防止经使能端输入的12V电源倒灌到DC/DC变换器34的输出端；第二二极管D2的阳极与第一开关单元31的一端连接，其阴极与后备电源30的使能端连接，利用二极管的单向导通，防止DC/DC变换器34输出的12V电源倒灌到第一开关单元31所在的线路上，有效保障了储能系统的稳定性和安全性。

如图2和图3所示，电能管理模块20和后备电源30之间通过CAN总线进行通信，但是CAN通讯时间相对较长，当后备电源30发生紧急故障时，电能管理模块20无法及时接收后备电源30发送的信号，从而致使电能管理模块20无法及时作出响应。基于此，将后备电源30的数字信号端DO与电能管理模块20的数字信号端DI连接，进行物理信号通讯，用于在后备电源30发生紧急故障时向电能管理模块20通过数字信号端DI/DO传输紧急故障信号，利用数字信号端DI/DO速度快、可靠性高的特点保证储能系统的安全。

如图4所示，在一实施例中，功率输出模块40用于将直流母线10上的可用功率转换为负载所需的电压和电流。由于存在交流负载和直流负载，故而功率输出模块40可分为直流输出单元43和交流输出单元41，以对应直流负载和交流负载。

如图4所示，直流输出单元43可包括多个DC/DC变换器，DC/DC变换器的输出端分别用于连接各个直流负载；交流输出单元41可包括一个或多个DC/AC变换器，DC/AC变换器的输出端用于连接交流负载。

具体的，在实际应用中，直流输出单元43中的DC/DC变换器的输出端可以形成为插接端口，可以用来连接电动园林工具等直流负载，且DC/DC变换器与直流负载之间还通过CAN总线进行通讯交互，可以获取直流负载的功率需求，以及直流负载的充电信息，并将其反馈至电能管理模块20中。电能管理模块20可根据直流负载的充电信息，并通过人机交互模块70展示直流负载的充电状态。

进一步，直流输出单元43中的DC/DC变换器的输出端还可以形成为充电枪，可以用来连接具有与充电枪适配的充电枪接口的电动车辆等直流负载。因此，DC/DC变换器的输出端中还可以集成通讯接口，供电接口，辅助供电接口等多个线束接口。同样，DC/DC变换器可根据通讯接口获取直流负载的功率需求，以及直流负载的充电信息，并将其反馈至电能管理模块20中。

需要说明的是，直流输出单元中DC/DC变换器的输出端通常均设有继电器，用于分断直流负载，且DC/DC变换器还用于检测输出的电压和电流，并及时反馈至电能管理模块20中，由电能管理模块20根据控制策略统一调度可用功率。

此外，交流输出单元41中的DC/AC变换器的输出端可以形成为插座，用来连接交流负载。这里需要补充的是，在储能系统中交流输出一般无功率限制，且无分断器件。因此，储能系统的交流输出易受到交流负载的影响，致使交流负载能够无限制获取电能，从而导致储能系统的可用功率不足以支持直流负载的需求。

基于此，如图4所示，功率输出模块40还包括一个第四开关单元42，且第四开关单元42一端连接在辅助电源母线50上，另一端连接在交流输出单元41中的DC/AC变换器的使能端上。具体的，第四开关单元42可以连接在DC/AC变换器的MOS管/IGBT管上，或者通过一个MOS管/IGBT管连接在DC/AC变换器的输出端上。当第四开关单元42闭合时，辅助电源母线50上的高电平信号使MOS管/IGBT管截止，切断DC/AC变换器的内部回路，从而断开系统的交流输出。通过设置第四开关单元42，能够在不为交流负载供电时，切断辅助电源母线与交流输出单元41的供电线路，从而使交流供电端处于不带电状态，消除交流供电端带电带来的安全隐患，而且还可使交流输出单元41在不为交流负载供电器件，损耗为零，降低能耗，起到节约能源的作用。

因此，DC/AC变换器也可用于检测输出的电压和电流，并及时反馈至电能管理模块20中，电能管理模块20在DC/AC变换器的交流输出功率超过预设功率阈值时，控制第四开关单元42闭合，以切断交流输出。同时，可限制交流输出的功率阈值，并将直流母线10上的可用功率与限制交流输出的功率阈值的差值作为可分配给直流负载的功率，从而简化可用功率分配的计算方式。

需要说明的是，本实施例中的储能系统可固定或移动设置，当系统并网运行时，相对电网或交流充电桩固定。当系统离网运行时，可将储能系统移动至任意位置，具体可根据待充负载的位置进行移动，以及时对负载补充电能。

在一实施例中，储能系统还包括一个急停模块，分别与电能管理模块20和功率输出模块40连接。当急停模块启动后，在第一预设时间内断开功率输出模块40与负载的连接，避免对用户造成伤害。同时，在功率输出模块40与负载断开连接后，向电能管理模块20反馈对应的信号，电能管理模块20接收到功率输出模块40反馈的信号后控制后备电源30停止向直流母线输送电能，以及其本身停止向直流母线输送电能，并断开与交流充电桩/电网的连接。其中，若电能管理模块20未在第二预定时间内收到功率输出模块40反馈的信号，也会相应控制其本身和后备电源30停止工作。第一预设时间通常为50ms-150ms，优选100ms，第二预设时间通常为2s-5s，优选为3s-4s。

此外，急停模块可以是机械开关按钮，设置在系统的功率输出上，当用户手动启动后，立即完成上述操作，从而保障系统和用户的安全。

需要说明的是，本申请的储能系统，无论并网运行时或离网运行时，当后备电源30的电量低于或等于临界值时，系统将停止工作，并断开负载的连接。其中，在系统并网运行时，若后备电源30的电量低于或等于临界值，则可以根据交流充电桩或电网的交流输入功率对后备电源30进行补电，且在后备电源30补电完成后，可继续对负载供电。

在一应用场景下中，当负载连接系统获取电能时，可闭合第三开关单元36，使储能系统启动上电。其中，当第三开关单元36闭合时，储能单元32可通过DC/DC变换器34向电池管理单元35供电。电池管理单元35正常启动，且检测到第三开关单元36的工作状态，通过CAN总线向电能管理模块20发送启动信号，电能管理模块20根据启动信号，通过第二辅助输电端2#向辅助电源母线50送电，控制储能系统内的各个模块单元上电工作。同一时刻，电池管理单元35还控制第二开关单元33闭合，储能单元32通过后备电源30的第一输入/输出端向直流母线10输送电能，电能管理模块20控制功率输出模块40将直流母线10上的可用功率分配给负载。

随着系统不断向负载输送电能，储能单元32内的电量也在逐渐减少。当储能单元32的电量低于或等于临界值时，并且系统并网运行时，可闭合第一开关单元31对储能单元32进行补电。第一开关单元31闭合后，将电池管理单元35的供电由储能单元32切换为电能管理模块20。第一开关单元31闭合后，电能管理模块20可通过第一辅助输电端1#向后备电源30的使能端输出12V电源，对电池管理单元35供电，避免储能单元32切换为充电时无法向电池管理单元35供电，导致电池管理单元35停止工作，无法完成补电操作。需要说明的是，既可以采用手动方式闭合第一开关单元31，也可以通过电池管理单元35控制第一开关单元31闭合。

在另一应用场景中，当储能系统长时间未使用，后备电源30的电量亏空，可将系统连接至交流充电桩或电网，使系统并网运行，并闭合第一开关单元31，使电池管理单元35启动，从而可进行后续的补电操作。

综上，本申请的储能系统，为一种新型的储能系统架构，可以自由选择在并网或离网下运行，向负载输送电能。同时，在并网运行下可以对系统中的后备电源及时补电，避免系统离网运行时电能不足，无法正常工作。进一步，系统内总成有直流母线，辅助电源母线，以及通讯母线，简化了线路结构，大大提升了系统的工作效率，减小了损耗。此外，系统限制了交流输出功率，避免交流负载的无限制索取，使系统根据直流负载和交流负载合理分配可用功率。

本申请的储能系统与用户之间的交互更加智能化，能够有效显示系统的不同信息，响应系统的不同状态，便利了用户的操作。

因此，本申请的储能系统稳定性好，可靠性高，可以根据相应的控制策略实现不同的送电方式，具有重大意义。

请参见图6所示，本申请还提供一种储能系统的控制方法，包括：

步骤S10，当系统并网后，根据后备电源的电量(SOC)判断是否对连接的负载供电：

步骤S20，若后备电源的电量高于临界值，则根据系统的交流输入功率和后备电源的输出功率，按照预设分配策略对负载供电。

若后备电源的电量低于或等于临界值，则对后备电源进行补电，直至后备电源的电量超过预设值，再根据系统的交流输入功率和后备电源的输出功率，按照预设分配策略对负载供电。

具体的，如图7、8所示，当系统的启动开关闭合后，系统上电开始正常运行。电能管理模块通过与后备电源和功率输出模块交互，获取后备电源的输出功率和负载请求功率。

紧接着，识别系统的运行方式为并网或离网，且当系统并网后，根据后备电源的电量判断是否对连接的负载供电。

其中，当系统并网运行时，电能管理模块识别系统与交流充电桩或电网连接，并限制系统的交流输入功率。若系统与交流充电桩连接，则根据电能管理模块中AC/DC变换器的最大允许电流和交流充电桩最大输出电流确定系统的交流输入功率。若系统与电网连接，则根据电能管理模块中AC/DC变换器的最大允许电流和电网的最大输出电流确定系统的交流输入功率。

在实际应用中，当系统与交流充电桩连接时，充电桩检测模块会识别交流充电桩的插枪状态；当交流充电桩的插枪正常时，充电桩检测模块与交流充电桩进行通讯交互，获取交流充电桩的最大输出电流，并反馈至电能管理模块中。当交流充电桩的插枪异常时，充电桩检测模块反馈对应的信号至电能管理模块中，且电能管理模块通过人机交互模块及时提醒用户重新连接或检测交流充电桩是否故障。此外，当系统对负载充电完成后，电能管理模块可通过充电桩检测模块断开与交流充电桩的输电回路，再提醒用户解除系统与交流充电桩的连接。

需要说明的是，在系统并网运行下，为最大程度上满足负载的功率需求，由系统的交流输入功率计算电能管理模块中AC/DC变换器的输出功率，并将计算出的AC/DC变换器的输出功率和后备电源的输出功率的总和作为系统的输出功率，即直流母线上的可用功率。因此，当后备电源的电量低于或等于临界值时，立即对其进行补电，并切断此时功率输出模块与负载的连接，待后备电源补电完成后，再继续对负载供电。同时，保持后备电源的电量大于临界值，也能有效避免系统离网运行时电能不足的问题。

此外，在本实施例中，系统对负载供电时，优先满足交流负载的需求，再将剩余的可用功率分配到各个直流负载上，本领域技术人员在不脱离本申请之精神的情况下，对本申请之实施例所进行的修改与润饰依旧落入本申请之发明申请专利范围。

因此，当后备电源的电量高于临界值时，依据系统的输出功率与交流负载请求功率进行判断：

若系统的输出功率小于交流负载请求功率，则控制系统下电。

若系统的输出功率大于等于交流负载请求功率，则将系统的输出功率优先供给至交流负载，并将系统剩余的输出功率分配给直流负载。

将系统剩余的输出功率分配给直流负载时，需要判断系统剩余的输出功率是否能够满足所有直流负载的需求，若系统剩余的输出功率小于直流负载请求功率，则将系统剩余的输出功率按照预设分配策略供给至直流负载。若系统剩余的输出功率大于等于直流负载请求功率，则将系统剩余的输出功率按照每个直流负载的需求进行分配。

具体的，在应用中，例如可以根据直流负载所需的功率权重进行分配。假设系统剩余的输出功率为10KW，第一直流负载所需的功率为6KW，第二直流负载所需的功率为8KW，第三直流负载所需的功率为6KW。因此，第一直流负载最终实际获取的功率为3KW，第二直流负载最终实际获取的功率为4KW，第三直流负载最终实际获取的功率为3KW。又或者，可以按照直流负载的优先级进行分配，例如先对第一直流负载进行输电，待第一直流负载输电完成后，再对第二直流负载输电，以此类推。

需要说明的是，所述分配策略包括但不限于上述方式。因此，选择合适的分配策略可根据实际需求决定，以满足负载的需求。

在一实施例中，若系统剩余的输出功率大于等于直流负载请求功率，则进一步检测AC/DC变换器的输出功率的大小。当AC/DC变换器的输出功率可以满足所有负载的需求时，即AC/DC变换器的输出功率与交流负载请求功率的差大于直流负载请求功率，那么可将AC/DC变换器多余的输出功率用来对后备电源进行充电，直至后备电源的电量达到百分之百。而当AC/DC变换器的输出功率不能够满足所有负载的需求时，即AC/DC变换器的输出功率与交流负载请求功率的差小于等于直流负载请求功率，则由AC/DC变换器的输出功率和后备电源的输出功率共同输送给直流负载，以满足直流负载的需求。

同时，当后备电源的输出功率供给至负载时，后备电源的电量也会随之减少，当其电量低于或等于临界值时，断开系统与负载的充电回路，并对后备电源进行补电。待补电完成后再重新连接系统与负载的充电回路，继续对负载供电。

系统离网运行时，由于没有外部的电能输入。因此，当后备电源的电量低于或等于临界值，系统只能停止工作。具体的，当系统离网后，根据后备电源的电量判断是否对连接的负载供电：若后备电源的电量高于临界值，则根据后备电源的输出功率，按照预设分配策略对负载供电。若后备电源的电量低于或等于临界值，则控制系统下电。

如图7、9所示，当后备电源的电量高于临界值时，此时后备电源的输出功率即为系统的输出功率，依据后备电源的输出功率与交流负载请求功率进行判断：

若后备电源的输出功率小于交流负载请求功率，则控制系统下电。

若后备电源的输出功率大于等于交流负载请求功率，则将后备电源的输出功率优先供给至交流负载，并将后备电源剩余的输出功率分配给直流负载。

其中，看后备电源剩余的输出功率是否能够满足所有直流负载的需求，同理，若后备电源剩余的输出功率小于直流负载请求功率，则将后备电源剩余的输出功率按照分配策略供给至直流负载。若后备电源剩余的输出功率大于等于直流负载请求功率，则将后备电源剩余的输出功率按照每个直流负载的需求进行分配。

同时，由后备电源存储的电能供给至负载，后备电源的电量相应随之减少，当其电量低于或等于临界值时，且没有外部的电能输入对后备电源进行补电。因此，系统只能停止工作，断开系统与负载的充电回路。

需要说明的是，系统本身还包括光伏直流电的输入，然而在实际应用中，由于光伏直流电功率较小，且不稳定，未将其纳入在系统的功率分配之中。在实际应用场景下，光伏直流电可充当辅助的作用，与系统的交流输入，以及后备电源存储的电能共同供给至负载，满足负载的需求。

此外，电量的临界值和预设值可以根据实际情况调整，不限于本实施例中所述。

在一具体实施例中，如图10、11所示，还包括对后备电源的补电方法。具体的，当后备电源的电量低于或等于临界值时，可控制第一开关单元闭合向后备电源的使能端提供工作电压和电流，以使后备电源的电池管理单眼能够正常工作。

同时，在第一开关单元闭合后，电池管理单元启动并识别后备电源的电量，还检测后备电源中的DC/DC变换器的输出端上的电压。且在后备电源的电量低于或等于临界值，且后备电源中的DC/DC变换器的输出端的电压低于预设电压阈值后，电池管理单元向电能管理模块发送补电信号。

电能管理模块根据电池管理单元的补电信号，向人机交互模块发送补电确认信息，由用户进一步确认是否补电。且电能管理模块将用户的补电确认信息反馈至电池管理单元。

当用户确认补电时，电池管理单元控制后备电源中的第二开关单元和预充单元工作进行补电，直至后备电源的电量超过预设值。

当用户确认不补电时，电池管理单元不动作，并控制第一开关单元断开，或通过电能管理模块控制人机交互模块提醒用户手动断开第一开关单元。

此外，在补电完成后，若未及时断开第一开关单元，电池管理单元向电能管理模块发送补电完成信号，且电能管理模块通过人机交互模块提醒用户断开第一开关单元。

请参见图12所示，本申请还提供一种储能系统的控制方法，包括：

步骤S10，当系统并网后，根据后备电源的电量(SOC)判断是否对连接的负载供电：

步骤S20，若后备电源的电量高于临界值，则根据后备电源的输出功率，按照预设分配策略对负载供电；

若后备电源的电量低于或等于临界值，则控制系统下电。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种储能系统，其特征在于，包括：

直流母线；

电能管理模块，包括交流输入端、输电端、和第一辅助输电端，所述交流输入端用于与交流充电桩/电网连接，所述输电端与所述直流母线连接，所述电能管理模块用于将交流充电桩/电网的交流电转换为直流电；

后备电源，包括第一输入/输出端、使能端及第一开关单元，所述第一输入/输出端与所述直流母线连接，所述使能端通过所述第一开关单元与所述第一辅助输电端连接；

功率输出模块，其输入端与所述直流母线连接，其输出端用于和外部的负载连接；

其中，所述电能管理模块与所述后备电源和所述功率输出模块通讯连接；

通过切换所述第一开关单元的工作状态：在所述后备电源的电量高于临界值时通过所述第一输入/输出端向所述直流母线输电，以及在所述后备电源的电量低于或等于临界值时通过所述第一输入/输出端从所述直流母线补电。

2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述后备电源包括：

储能单元，其第二输入/输出端与所述第一输入/输出端连接，且所述储能单元的电量作为所述后备电源的电量；

第二开关单元，串联在所述第一输入/输出端和所述第二输入/输出端之间；

DC/DC变换器，其输入端与所述第二输入/输出端连接；

电池管理单元，其电源端分别与所述DC/DC变换器的输出端，以及所述使能端连接；

其中，在所述储能单元的电量低于或等于临界值时，所述电池管理单元用于检测所述DC/DC变换器的输出端上的电压，并在电压低于预设电压阈值且所述第一开关单元为闭合状态下，控制所述第二开关单元闭合，通过所述直流母线对所述储能单元补电。

3.根据权利要求2所述的储能系统，其特征在于，所述后备电源还包括：

第三开关单元，串联在所述DC/DC变换器的输入端上，所述第三开关单元作为所述储能系统的启动开关，与所述第一开关单元不同时闭合设置；

其中，所述电池管理单元还用于监测所述第三开关单元的工作状态：当所述第三开关单元闭合时，向所述电能管理模块发送启动信号。

4.根据权利要求2所述的储能系统，其特征在于，

所述DC/DC变换器的输出端与所述后备电源的使能端之间串联有第一二极管，且所述第一二极管的阳极与所述DC/DC变换器的输出端连接，其阴极与所述后备电源的使能端；

所述第一开关单元和所述后备电源的使能端之间串联有第二二极管，且所述第二二极管的阳极与所述第一开关单元的一端连接，其阴极与所述后备电源的使能端连接。

5.根据权利要求2所述的储能系统，其特征在于，所述电池管理单元通过数字信号端口与所述电能管理模块连接，用于将所述后备电源的紧急故障状态信号反馈给所述电能管理模块。

6.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述电能管理模块还包括光伏输入端，与光伏电源连接，所述电能管理模块还用于将光伏电源的直流电转换后通过所述输电端和所述第一辅助输电端输出。

7.根据权利要求6所述的储能系统，其特征在于，所述电能管理模块还包括：

AC/DC变换器，其输入端作为所述交流输入端，所述AC/DC变换器用于将交流充电桩/电网的交流电转换为直流电输出；

光伏接口，其输入端作为所述光伏输入端，所述光伏接口用于将光伏电源的直流电转换后输出；

能源管理单元，用于控制所述AC/DC变换器、所述光伏接口、所述功率输出模块工作，以及与所述后备电源的电池管理单元通讯交互。

8.根据权利要求7所述的储能系统，其特征在于，还包括：

充电桩检测模块，分别与所述电能管理模块，以及交流充电桩通讯连接，用于识别交流充电桩的输出功率；

其中，所述能源管理单元还用于根据所述AC/DC变换器的最大允许电流和交流充电桩/电网的最大输出电流来确定所述AC/DC变换器的交流输入功率。

9.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，还包括辅助电源母线；

所述电能管理模块还包括第二辅助输电端，与所述辅助电源母线连接。

10.根据权利要求9所述的储能系统，其特征在于，所述功率输出模块包括：

DC/AC变换器，其输入端与所述直流母线连接，其输出端用于和外部的交流负载连接；

第四开关单元，所述DC/AC变换器的使能端通过所述第四开关单元与所述辅助电源母线连接；

其中，所述电能管理模块还用于在所述DC/AC变换器输出的交流功率超过预设功率阈值时，控制所述第四开关单元切断所述DC/AC变换器的交流输出。

11.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，还包括：

人机交互模块，与所述电能管理模块通讯连接，用于显示所述后备电源的补电信息、系统与负载的充电信息、系统的并网/离网信息、系统的故障信息、系统的4G信号以及系统的GPS信号中的至少一个。

12.一种储能装置，其特征在于，包括：

本体及设置于所述本体上的直流母线、电能管理模块、后备电源及功率输出模块；

所述电能管理模块包括交流输入端、输电端、和第一辅助输电端，所述交流输入端用于与交流充电桩/电网连接，所述输电端与所述直流母线连接，所述电能管理模块用于将交流充电桩/电网的交流电转换为直流电；

所述后备电源包括第一输入/输出端、使能端及第一开关单元，所述第一输入/输出端与所述直流母线连接，所述使能端通过所述第一开关单元与所述第一辅助输电端连接；

所述功率输出模块的输入端与所述直流母线连接，输出端用于和外部的负载连接；

其中，所述电能管理模块与所述后备电源和所述功率输出模块通讯连接；

通过切换所述第一开关单元的工作状态：在所述后备电源的电量高于临界值时通过所述第一输入/输出端向所述直流母线输电，以及在所述后备电源的电量低于或等于临界值时通过所述第一输入/输出端从所述直流母线补电。