CN221126953U - 黑启动电路与储能设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种黑启动电路与储能设备，涉及储能设备技术领域，黑启动电路包括第一开关、第一开关电源、第二开关以及第二开关电源；第一开关的第一端与外部电网连接，第二端与第一开关电源的交流端连接，第一开关电源的直流端与第二开关的第一端连接，第二开关的第二端与第二开关电源的第一直流端连接，第二开关电源的第二直流端与外部电池连接；第一开关电源的直流端和第二开关的第一端之间的连接节点与预置的控制电路连接；第一开关在外部电网供电正常时闭合，在所述外部电网供电异常时断开；第二开关在所述第一开关电源供电正常时断开，在所述第一开关电源供电异常时闭合。本申请实施例提供的黑启动电路可以防止储能电池馈电。

Description

黑启动电路与储能设备

技术领域

本申请涉及储能设备技术领域，尤其涉及一种黑启动电路与储能设备。

背景技术

黑启动是指整个电力系统因故障停运后，通过内部具有自启动能力的机组，带动无自启动能力的机组，逐步扩大电力系统的恢复范围，最终实现整个电力系统的恢复。黑启动电路目前已广泛应用于各类储能设备。

现有的黑启动电路通常分别从市电和电池取电，通过AC/DC开关电源和DC/DC开关电源同时将输出的DC24V电源并联，以实现重要的控制电路不断电运行。

然而，AC/DC开关电源和DC/DC开关电源在输出侧直接并联会造成环流问题，为了解决这个问题，一般通过增加二极管用以抑制环流，但是这种解决方式在工商业储能系统正常使用时，会无法避免储能电池通过DC/DC开关电源给控制电路供电，从而造成储能电池馈电的现象。

实用新型内容

本申请提供一种黑启动电路与储能设备，可以解决现有技术中的黑启动电路容易使储能电池馈电的技术问题。

第一方面，本申请实施例中提供了一种黑启动电路，所述黑启动电路包括第一开关、第一开关电源、第二开关以及第二开关电源；

所述第一开关的第一端与外部电网连接，所述第一开关的第二端与所述第一开关电源的交流端连接，所述第一开关电源的直流端与所述第二开关的第一端连接，所述第二开关的第二端与所述第二开关电源的第一直流端连接，所述第二开关电源的第二直流端与外部电池连接；

所述第一开关电源的直流端和所述第二开关的第一端之间的连接节点与预置的控制电路连接；

所述第一开关在所述外部电网供电正常时闭合，在所述外部电网供电异常时断开；

所述第二开关在所述第一开关电源供电正常时断开，在所述第一开关电源供电异常时闭合。

在一些实施例中，所述黑启动电路还包括交流断路器，所述交流断路器串联于所述外部电网与所述第一开关的第一端之间。

在一些实施例中，所述黑启动电路还包括熔断器；

所述熔断器串联于所述外部电池与所述第二开关电源的第二直流端之间。

在一些实施例中，所述黑启动电路还包括第一控制开关与第二控制开关；

所述第一控制开关串联于所述交流断路器与所述第一开关的第一端之间；

所述第二控制开关串联于所述熔断器与所述第二开关电源的第二直流端之间。

在一些实施例中，所述第一开关电源的直流端和所述第二开关的第一端之间的连接节点用于向所述控制电路输出直流电压。

在一些实施例中，所述第一开关为交流接触器。

在一些实施例中，所述第二开关为继电器。

在一些实施例中，所述第一开关电源为AC/DC开关电源。

在一些实施例中，所述第二开关电源为DC/DC开关电源。

第二方面，本申请实施例中提供了一种储能设备，该储能设备包括电池、控制电路与黑启动电路；所述黑启动电路为第一方面提供的黑启动电路；

其中，所述电池与所述黑启动电路中的第二开关电源的第二直流端连接；

所述黑启动电路中的第一开关电源的直流端和第二开关的第一端之间的连接节点用于向所述控制电路输出直流电压。

本申请实施例所提供的黑启动电路与储能设备，利用第一开关和第二开关的电气联动控制，无需使用软件程序即可自动完成市电和电池供电的回路切换，实现保障重要控制回路不断电的效果，并且可以防止储能电池馈电。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中提供的一种黑启动电路的结构示意图一；

图2为本申请实施例中提供的一种黑启动电路的结构示意图二；

图3为本申请实施例中提供的一种储能设备的结构示意图一；

图4为本申请实施例中提供的一种储能设备的结构示意图二。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似或同类的对象或实体，而不必然意味着限定特定的顺序或先后次序，除非另外注明。应该理解这样使用的用语在适当情况下可以互换，例如能够根据本申请实施例图示或描述中给出那些以外的顺序实施。

本申请实施例中使用的术语“模块”，是指任何已知或后来开发的硬件、软件、固件、人工智能、模糊逻辑或硬件和软件代码的组合，能够执行与该元件相关的功能。

以下对本申请实施例涉及的部分术语进行解释：

BCU：电池簇管理单元，用于管理和控制电池簇的设备。它主要负责监测电池簇的状态和性能，并根据需要进行充电和放电控制，以确保电池簇的安全和可靠运行。BCU通过监测电池簇中每个单体电池的电压、温度和电流等参数来实时了解电池的状态。它使用传感器来收集这些数据，并将其发送到控制单元进行数据处理和分析。根据这些数据，BCU可以判断电池的性能和状态，并采取相应的措施进行管理和控制。除了监测和控制功能，BCU还具有其他高级功能，如电池电量管理、电池均衡管理、热管理和故障诊断等。这些功能可以提高电池簇的效率和寿命，同时确保其安全可靠运行。

PCS：储能变流器，又称双向储能逆变器。它是储能系统与电网之间实现电能双向流动的核心部件，用作控制电池的充电和放电过程，进行交直流的变换。PCS的主要功能包括：根据微网监控指令进行恒功率或恒流控制，给电池充电或放电，同时平滑风电光伏等波动性较强的输出。

ESCU：储能控制单元，主要负责控制储能电池的充放电过程，实现能量的存储和管理。ESCU通过采集电池的电压、电流、温度等信息，对电池的荷电状态、健康状态等进行监测和管理，同时根据采集的信息对电池的充放电过程进行控制，确保电池的安全性和可靠性。此外，ESCU还具备与电网或其他能源系统的通信功能，可以实现能量的调度和优化管理，提高能源利用效率。

工商业储能设备是指在工业或商业终端使用的储能设备，工商业用户通过配置工商业储能设备，不仅可以利用峰谷电价差降低运营成本，还可以作为备用电源以应对突发停电事故。现有的工商业储能设备通常包括电池簇、高压箱、BMS、PCS、供电回路、控制回路等。

黑启动是指整个电力系统因故障停运后，通过内部具有自启动能力的机组，带动无自启动能力的机组，逐步扩大电力系统的恢复范围，最终实现整个电力系统的恢复。黑启动电路目前已广泛应用于各类储能设备。

现有的黑启动电路通常分别从市电和电池取电，通过AC/DC开关电源和DC/DC开关电源同时将输出的DC24V电源并联，以实现重要的控制电路不断电运行。

然而，AC/DC开关电源和DC/DC开关电源在输出侧直接并联会造成环流问题，为了解决这个问题，一般通过增加二极管用以抑制环流，但是这种解决方式在工商业储能系统正常使用时，会无法避免储能电池通过DC/DC开关电源给控制电路供电，从而造成储能电池馈电的现象。

面对上述技术问题，本申请实施例中提供了一种黑启动电路与储能设备，利用第一开关和第二开关的电气联动控制，无需使用软件程序即可自动完成市电和电池供电的回路切换，实现保障重要控制回路不断电的效果，并且可以防止储能电池馈电。具体请参照本申请以下实施例。

参照图1，图1为本申请实施例中提供的一种黑启动电路的结构示意图一。在本申请一些实施例中，上述黑启动电路包括第一开关K1、第一开关电源UR1、第二开关K2以及第二开关电源UR2。

其中，第一开关K1的第一端与外部电网连接，第一开关K1的第二端与第一开关电源UR1的交流端连接，第一开关电源UR1的直流端与第二开关K2的第一端连接，第二开关K2的第二端与第二开关电源UR2的第一直流端连接，第二开关电源UR2的第二直流端与外部电池连接；第一开关电源UR1的直流端和第二开关K2的第一端之间的连接节点与预置的控制电路连接。

在一些实施方式中，第一开关K1在上述外部电网供电正常时闭合，在上述外部电网供电异常时断开；第二开关K2在所述第一开关电源UR1供电正常时断开，在第一开关电源UR1供电异常时闭合。

其中，在上述外部电网的输出电压为额定电压(如220V)或者处于预先设定的电压范围内时，表示上述外部电网供电正常，否则表示上述外部电网供电异常。

同理，在上述第一开关电源UR1的输出电压为额定电压(如DC24V)或者处于预先设定的电压范围内时，表示上述第一开关电源UR1供电正常，否则表示上述第一开关电源UR1供电异常。

在一些实施方式中，上述第一开关电源UR1的直流端和第二开关K2的第一端之间的连接节点用于向上述控制电路输出直流电压。

可选的，上述直流电压可以是DC24V。

本申请实施例中，在外部电网正常供电的情况下，第一开关K1闭合，第一开关电源UR1输出直流电压(如输出DC24V)，此时第二开关K2断开，使得第二开关电源UR2输出断开，此种情况下给控制电路供电的电源为第一开关电源UR1。当外部电网无法供电的情况下，第一开关K1断开，第一开关电源UR1输出断开，此时第二开关K2闭合，第二开关电源UR2输出直流电压(如输出DC24V)，此种情况下给控制电路供电的电源为第二开关电源UR2。

本申请实施例所提供的黑启动电路，利用第一开关和第二开关的电气联动控制，无需使用软件程序即可自动完成市电和电池供电的回路切换，实现了保障重要控制回路不断电的效果，并且可以防止储能电池馈电。

基于上述实施例中描述的内容，参照图2，图2为本申请实施例中提供的一种黑启动电路的结构示意图二。在本申请一些实施例中，上述黑启动电路还包括交流断路器QF，该交流断路器QF串联于上述外部电网与上述第一开关K1的第一端之间。

其中，上述交流断路器QF是作为一种用于接通和断开电路的开关设备，可以手动或自动控制。它由触头、弹簧、操作机构等组成，可以通过操作机构来控制触头的开合，从而控制电流的通断。上述断路器具有过载保护和短路保护等功能，当电路中出现过载或短路等情况时，断路器会自动断开电路，保护电路中的电气设备。

在本申请实施例中，上述交流断路器QF可以控制市电220V的开断及提供过负荷保护和短路保护。

在本申请一些实施例中，上述黑启动电路还包括熔断器，具体包括熔断器FU1与熔断器FU2；其中，熔断器FU1串联于外部电池的正极与第二开关电源UR2的其中一个直流端之间；熔断器FU2串联于外部电池的负极与第二开关电源UR2的另一个直流端之间。

其中，上述熔断器是一种用于保护电路的设备，当电路中的电流超过额定值时，熔断器会因过热而熔断，从而切断电流，保护电路中的电气设备。

在本申请一些实施例中，上述黑启动电路还包括第一控制开关SB1与第二控制开关SB1；其中，第一控制开关SB1串联于上述交流断路器QF的正极端与第一开关K1的第一端之间；第二控制开关SB2串联于上述熔断器FU1与第二开关电源UR2的直流端之间。

可选的，上述第一控制开关SB1与第二控制开关SB1可以为手动控制开关，由维护人员手动开启或关闭。

可选的，第一开关K1为交流接触器。

其中，交流接触器是一种用于远距离接通和分断电路的电器设备，常用于控制电动机等负载。它由触头、线圈和灭弧装置等组成，可以通过控制线圈的电流来控制触头的开合，从而控制电流的通断。

可选的，第二开关K2为继电器。

其中，继电器是一种自动控制装置，通过感应电流的变化来控制电路的通断。在黑启动电路中，继电器的作用可以有以下几种：

保护电路：当电力系统出现故障时，继电器可以快速切断电流，保护电路和设备不受损坏。

控制开关：继电器可以控制电路中的开关，实现电力系统的启动和停止。

检测电流：继电器可以检测电流的大小和变化，从而判断电力系统是否正常运行。

实现自动控制：继电器可以与其它设备配合，实现电力系统的自动控制和调节。

可选的，第一开关电源UR1为AC/DC开关电源。

其中，AC/DC开关电源是一种将交流电转换为直流电的电源转换器。它通过整流滤波电路将交流电转换为直流电，然后通过开关电路调整输出电压的幅度和稳定性，从而为负载提供稳定的直流电。AC/DC开关电源有多种输出类型，如单输出、双输出、多输出等，可以根据实际需要选择合适的输出类型来满足负载的需求。

可选的，第二开关电源UR2为DC/DC开关电源。

其中，DC/DC开关电源是一种将直流电转换为直流电的电源转换器。它通过开关电路和调节电路将输入的直流电转换为输出稳定的直流电，以满足负载的需求。DC/DC开关电源有多种输出类型，如单输出、双输出、多输出等，可以根据实际需要选择合适的输出类型来满足负载的需求。

本申请实施例中，当SB1和SB2闭合时，在外部电网正常供电的情况下，第一开关K1的线圈得电(220V)后常开点闭合，AC/DC开关电源输出DC24V；第二开关K2的线圈得电(24V)后常闭点断开，使得DC/DC开关电源输出断开，此种情况下给控制电路供电的DC24V电源由AC/DC开关电源提供。当外部电网无法供电的情况下，第一开关K1的线圈失电，AC/DC开关电源输出断开，第二开关K2的线圈失电，常闭点闭合，DC/DC开关电源输出DC24V，此种情况下给控制回路供电的DC24V电源由DC/DC开关电源提供。

基于上述实施例中描述的内容，在本申请一些实施例中还提供了一种储能设备，该储能设备包括电池、控制电路与上述黑启动电路。

其中，上述电池与上述黑启动电路中的第二开关电源的第二直流端连接；上述黑启动电路中的第一开关电源的直流端和第二开关的第一端之间的连接节点用于向控制电路输出直流电压。

参照图3，图3为本申请实施例中提供的一种储能设备的结构示意图一。在本申请一些实施例中，上述储能设备包括：电池簇301、PCS302、第一断路器QF1以及辅助供电回路303。其中，辅助供电回路303包括黑启动电路3031。

在一些实施方式中，PCS402包括直流滤波电路EMI、第一接触器KM1、第二接触器KM2、预充电阻R、熔断器FU以及AC/DC逆变电路。其中：

直流滤波电路EMI并联于电池簇401的正极接口与负极接口之间；EMI可以用于滤除电源电路中无用信号的电路，可以减少信号的干扰，保证电源的稳定输出。

第一接触器KM1的第一端与第二接触器KM2的第一端均与上述正极接口连接，第一接触器KM1的第二端连接AC/DC逆变电路的第一直流端，预充电阻R串联于第二接触器KM2的第二端与上述第一直流端之间；熔断器FU串联于上述负极接口与AC/DC逆变电路的第二直流端之间；AC/DC逆变电路的交流端与第一断路器QF1的第一端连接，第一断路器QF1的第二端与外部电网连接。

其中，预充电阻是一种用于限制电流的电阻，通常用于电路中防止电流过大而烧毁电气设备。在接触器接通时，预充电阻可以限制电流的瞬时值，从而保护电路中的电气设备。

在一些实施方式中，黑启动电路3031包括第一熔断器FU1、第二熔断器FU2、DC/DC开关电源、继电器KA、AC/DC开关电源以及第三接触器KM；其中：

第一熔断器FU1串联于上述正极接口和DC/DC开关电源的第一输入端之间，第二熔断器FU2串联于上述负极接口和DC/DC开关电源的第二输入端之间；继电器KA的第一端连接DC/DC开关电源的输出端，继电器KA的第二端连接AC/DC开关电源的直流端，AC/DC开关电源的交流端连接第三接触器KM的第一端，第三接触器KM的第二端连接第二断路器QF2的第一端，第二断路器QF2的第二端连接第一断路器QF1的第一端。

在一些实施方式中，继电器KA的第二端设置有供电电路，该供电电路用于向BCU供电。

本申请实施例中，在外部电网正常供电的情况下，KM线圈得电后常开点闭合，AC/DC开关电源输出DC24V；KA线圈得电后常闭点断开，使得DC/DC开关电源输出断开，此种情况下给控制回路供电的DC24V电源由AC/DC开关电源提供。当外部电网无法供电的情况下，KM线圈失电，AC/DC开关电源输出断开，KA线圈失电，常闭点闭合，DC/DC开关电源输出DC24V，此种情况下给控制回路供电的DC24V电源由DC/DC开关电源提供。

基于上述实施例中描述的内容，在本申请一些实施例中，上述储能设备还包括风冷组件；该风冷组件包括HVAC模块以及位于电池簇中的风扇。

其中，上述风扇的一端连接于AC/DC开关电源，该AC/DC开关电源的另一端连接断路器QF3的一端，断路器QF3的另一端连接QF1的第一端。

上述HVAC模块连接于断路器QF4的一端，断路器QF4的另一端连接QF1的第一端。

参照图4，图4为本申请实施例中提供的一种储能设备的结构示意图二。

在图4中，上述主储能设备包括液冷组件。其中，该液冷组件连接于断路器QF4的一端，断路器QF4的另一端连接QF1的第一端。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，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，例如多个模块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接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块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模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。上述模块成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种黑启动电路，其特征在于，所述黑启动电路包括第一开关、第一开关电源、第二开关以及第二开关电源；

所述第一开关的第一端与外部电网连接，所述第一开关的第二端与所述第一开关电源的交流端连接，所述第一开关电源的直流端与所述第二开关的第一端连接，所述第二开关的第二端与所述第二开关电源的第一直流端连接，所述第二开关电源的第二直流端与外部电池连接；

所述第一开关电源的直流端和所述第二开关的第一端之间的连接节点与预置的控制电路连接；

所述第一开关在所述外部电网供电正常时闭合，在所述外部电网供电异常时断开；

所述第二开关在所述第一开关电源供电正常时断开，在所述第一开关电源供电异常时闭合。

2.根据权利要求1所述的黑启动电路，其特征在于，所述黑启动电路还包括交流断路器，所述交流断路器串联于所述外部电网与所述第一开关的第一端之间。

3.根据权利要求2所述的黑启动电路，其特征在于，所述黑启动电路还包括熔断器；

所述熔断器串联于所述外部电池与所述第二开关电源的第二直流端之间。

4.根据权利要求3所述的黑启动电路，其特征在于，所述黑启动电路还包括第一控制开关与第二控制开关；

所述第一控制开关串联于所述交流断路器与所述第一开关的第一端之间；

所述第二控制开关串联于所述熔断器与所述第二开关电源的第二直流端之间。

5.根据权利要求1所述的黑启动电路，其特征在于，所述第一开关电源的直流端和所述第二开关的第一端之间的连接节点用于向所述控制电路输出直流电压。

6.根据权利要求1至5任一项所述的黑启动电路，其特征在于，所述第一开关为交流接触器。

7.根据权利要求1至5任一项所述的黑启动电路，其特征在于，所述第二开关为继电器。

8.根据权利要求1至5任一项所述的黑启动电路，其特征在于，所述第一开关电源为AC/DC开关电源。

9.根据权利要求1至5任一项所述的黑启动电路，其特征在于，所述第二开关电源为DC/DC开关电源。

10.一种储能设备，其特征在于，所述储能设备包括电池、控制电路与黑启动电路；所述黑启动电路为权利要求1至9任一项所述的黑启动电路；

其中，所述电池与所述黑启动电路中的第二开关电源的第二直流端连接；

所述黑启动电路中的第一开关电源的直流端和第二开关的第一端之间的连接节点用于向所述控制电路输出直流电压。