一種交流儲能櫃及儲能電站系統的製作方法

2023-12-01 03:57:11

專利名稱：一種交流儲能櫃及儲能電站系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種儲能設備，尤其涉及的是一種交流儲能櫃及儲能電站系統。
背景技術：
如圖1所示，二次電池儲能電站通常由電池堆和PCS(逆變器)構成，PCS中通常 包含充電電路和逆變電路。當處於用電低谷時期，PCS中的充電電路將電網上的交流電轉 化為直流電，給電池堆充電。當處於用電高峰時期，電池堆的直流電通過PCS的逆變電路被 轉化為交流電能注入電網。PCS中的逆變器通常還可以控制注入電網的電流與電網電壓之 間的相位，從而也可以實現無功功率調節的目的。儲能電站的發電功率要求一般至少是幾百千瓦，多數情況是要求達到數兆瓦以 上，而對儲能電站的電池放電時間通常也會要求達到小時級，通常要求是4-5小時以上。因 此，目前儲能電站通常是由龐大的電池堆和大功率的PCS構成。例如，一個1麗，備電4小時 的儲能電站的典型系統如圖2所示，包括連接電網的交流匯接總配電櫃、500KW的PCS、直流 匯接配電櫃以及電池櫃，還包括儲能電站監控設備。目前這種典型的二次電池儲能電站存在如下不足1、每臺PCS的電池堆過於巨大。每個電池堆是由眾多電池櫃並聯構成，並最終匯 總到一起，並且每個電池櫃內部也是由相當多的單節電池串並聯組成。由此每個電池堆存 儲的能量可以達到上兆瓦時，萬一出現意外，後果比較可怕。例如，萬一發生短路，起火等問 題，產生巨大的破壞。2、每個電池堆中的電池數量過多，例如，目前磷酸鐵鋰電池的典型單體為 3. 2V/20AH左右，則上述一個電池堆中將包含近3萬節這樣的電池單體。在充電或放電的 過程中，任何一節單體出現問題，例如出現單體電池電壓過高或過低，很有可能造成整臺 500KW的PCS必須停止工作以防止電池故障惡化。這造成系統的可用性和可靠性降低。3、巨大的電池堆，一般需要由大量的單體電池進行先進行並聯，然後再串聯成為 電池組，並且再需要由大量的這種電池組並聯，再形成電池堆。單體電池的並聯數量過多， 或者電池組的並聯數量過多，在單體電池之間，或者並聯的電池組之間，容易存在環流，或 者不均流問題。大量電池組並聯時，並聯投入過程中也可能因為電池組之間電壓不一致，在 投入瞬間產生電流衝擊。4、巨大的電池堆中會存在大量電池組的串並聯組合，在系統配電中會出現比較多 的直流電配電環節，例如直流電的匯接、分合、斷路保護等。此外，多個並聯的電池組之間 因為直流的分斷難以滅弧，所以可以滿足高壓直流的斷路器、熔斷器等均體積龐大，價格高 昂。用於直流的斷路器或熔斷器，通常是相同規格交流器件的幾倍至十幾倍的價格，造成系 統建設成本昂貴。5、儲能電站的設計，維修、擴容等，都不是特別靈活。因此，現有技術還有待於改進和發展。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種交流儲能櫃及儲能電站系統，旨在解決現有的儲 能電站電池堆過大，並聯電池組數過多，可靠性低，系統配置不靈活，建設成本高，且不易維 修等問題。本實用新型的技術方案如下一種交流儲能櫃，包括一 PCS模塊和至少一電池模塊，所述電池模塊包括儲存電能的電池包；監控電池包的多功能分充單元，其中，所述電池包至少為一個，且每個電池包配置一所述的多功能分充單元，所述 多功能分充單元連接所述電池包。所述的交流儲能櫃，其中，所述PCS模塊包括與電池模塊連接的第一過流保護電 路及緩啟動電路；與電網連接的第二過流保護電路及緩啟動電路；設置在直流母線上的直流母線電容；將電池模塊的能量逆變成交流電送入電網發電，或將電網能量整流後提供給電池 模塊中的電池包充電的逆變電路；控制PCS模塊中各個電路工作狀態，並管理電池模塊的控制電路；與儲能電站監控設備和所述多功能分充單元進行通信的通信電路；其中，第一過流保護電路及緩啟動電路、直流母線電容、逆變電路、第二過流保護 電路及緩啟動電路依次連接，控制電路連接通信電路、第一過流保護電路及緩啟動電路、逆 變電路、第二過流保護電路及緩啟動電路。所述的交流儲能櫃，其中，所述PCS模塊包括與電池模塊連接的第一過流保護電 路及緩啟動電路；與電網連接的第二過流保護電路及緩啟動電路；設置在直流母線上的直流母線電容；將電池模塊的能量逆變成交流電送入電網發電，或將電網能量整流後提供給電池 模塊中的電池包堆充電的可雙方向工作的逆變電路；控制PCS模塊中各個電路工作狀態的第一控制電路；與儲能電站監控設備進行通信的第一通信電路；其中，第一過流保護電路及緩啟動電路、直流母線電容、逆變電路、第二過流保護 電路及緩啟動電路依次連接，第一控制電路連接第一通信電路、第一過流保護電路及緩啟 動電路、逆變電路、第二過流保護電路及緩啟動電路。所述的交流儲能櫃，其中，所述交流儲能櫃還包括一電池模塊控制單元，所述電池 模塊控制單元用於接收多功能分充單元傳送的電池包內的數據，控制多功能分充單元的工 作狀態，對電池包的數據進行分析處理，並將電池數據及分析處理結果傳送PCS的第一控 制電路以及外部的監控設備；所述電池模塊控制單元包括控制電池模塊的第二控制電路；及與儲能電站監控 設備、與第一控制電路、與所述多功能分充單元進行通信的第二通信電路；其中，第二控制 電路連接第二通信電路，所述第二通信電路分別連接儲能電站監控設備和多功能分充單兀。所述的交流儲能櫃，其中，所述多功能分充單元包括用於控制輸出電壓和電流，提供輸出與輸入之間的電氣隔離，來實現對單個電池 包充電，同時為單片機供電的含隔離變壓器的功率變換電路；用於根據單片機的控制信號，開通或關斷輸出電路的輸出控制電路；用於將來自外部的通信信號通過電氣隔離後送給單片機，同時將單片機發送的通 訊信號通過電氣隔離後傳送給外部的光耦隔離電路；用於控制多功能分充單元的單片機；其中，含隔離變壓器的功率變換電路、輸出控制電路、光耦隔離電路分別連接至單 片機，含隔離變壓器的功率變換電路連接輸出控制電路。所述的交流儲能櫃，其中，所述多功能分充單元還包括檢測多功能分充單元內溫 度的第一溫度傳感器，其連接至單片機。所述的交流儲能櫃，其中，所述電池堆內設置有第二溫度傳感器，用於檢測電池的 溫度，並傳遞給所述單片機。 所述的交流儲能櫃，其中，所述PCS模塊還包括檢測所述交流儲能櫃的電壓和電 流的電壓和電流檢測電路，所述電壓和電流檢測電路連接控制電路。所述的交流儲能櫃，其中，所述PCS模塊還包括將母線電壓降低後提供給多功能 分充單元作為供電電源的降壓變換電路，所述降壓變換電路連接直流母線電容和控制電路。一種儲能電站系統，其中，所述儲能電站系統中包括上述的交流儲能櫃。本實用新型的有益效果本實用新型通過將巨大的電池堆分隔成小的電池堆，避 免了能量的存儲的集中存儲，降低了因為單體電池並聯數量過多，或電池組串並聯數量過 多的應用過程中的技術風險，有效提高了儲能電站的安全性和可靠性；減少了高壓直流配 電環節，以價格低廉並且成熟的交流配電環節取而代之，從而有效降低成本；利用模塊化的 方式實現了儲能電站系統，從而方便了電站的設計，配置，維修和擴容。

圖1是現有的二次電池儲能電站系統的原理框圖；圖2是現有的一個容量1麗，備電4小時的儲能電站的系統框圖；圖3是本實用新型儲能電站系統的原理框圖；圖4是本實用新型中交流儲能櫃的原理示意框圖；圖5是本實用新型中PCS模塊的原理示意框圖；圖6是本實用新型中電池模塊的原理示意框圖；圖7是本實用新型中電池堆的原理示意框圖；圖8是本實用新型中多功能分充單元的原理示意框圖；圖9是本實用新型另一實施例的交流儲能櫃示意框圖；圖10是本實用新型另一實施例中的PCS模塊的原理示意框圖；圖11是本實用新型另一實施中的電池模塊控制單元的原理示意框圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚、明確，以下參照附圖並舉實施 例對本實用新型進一步詳細說明。如圖3所示是本實用新型儲能電站系統的原理框圖，該儲能電站系統包括一級交 流匯接總配電櫃20、二級交流匯接配電櫃30、交流儲能櫃40 ；還包括儲能電站監控設備11。 其中一級交流匯接總配電櫃20連接電網，並將電網上的交流電傳到與其連接的兩個二級 交流匯接配電櫃30上，所述二級流匯接配電櫃30將交流電匯總為500KW/2Mkwh，在每個二 級交流匯接配電櫃30下並聯有10個交流儲能櫃40且容量均為50KW/200Kwh ；所述儲能電 站監控設備11連接交流儲能櫃40的通信接口用於監控儲能電站的運行狀態。參見圖4，圖為交流儲能櫃40的組成框圖。交流儲能櫃40包括至少一個電池模 塊60以及至少一個PCS模塊50，所述電池模塊60中包括由13單體20AH的磷酸鐵鋰電池 並聯形成一個電池包61和多功能分充單元62，所述電池模塊60中包括5個串聯的電池包 61構成(請參閱圖6)。在每個電池包61中並聯的單體電池的個數可以是其他數量。本實施例將交流儲能櫃40內置了一個較小功率的PCS模塊50 (本實施例中將其 功率設為50KW)，使交流儲能櫃40不再直接輸出直流，而是使得每一個交流儲能櫃40都可 以直接連接電網中的交流電，從而使每一個櫃體都可以被單獨構建成一個小型儲能電站單 元。以此可以方便維修和擴容。每個這種小的交流儲能櫃都可以輸出50KW的功率，交流儲 能櫃的儲能容量標稱為200千瓦時，其意味著當其以50KW向電網發電時，其內部的儲能電 池可以支撐4個小時的放電時間。參見圖5，為本實用新型中PCS模塊的原理框圖。所述的PCS模塊50中包括第一 過流保護及緩啟動電路51、第二過流保護及緩啟動電路52、可以雙向工作的逆變電路53、 直流母線電容54、控制電路55、輔助電源59、降壓變換電路56、通信電路57、電壓和電流檢 測電路58。 其中，第二過流保護及緩啟動電路52對外連接到二級交流匯接配電櫃30上，然後 依次連接逆變電路53、直流母線電容54和第一過流保護及緩啟動電路51，所述第一過流保 護及緩啟動電路51輸出直流電連接到電池模塊60上。所述降壓變換電路56 —端連接在 直流母線電容54上，另一端輸出直流電作為電池模塊的電源；控制電路55分別連接第二過 流保護及緩啟動電路52、第一過流保護及緩啟動電路51、逆變電路53、降壓變換電路56、通 信電路57、電壓和電流檢測電路58，並對各電路進行控制。通信電路分別接連在儲能電站 監控設備11和電池模塊60中的多功能分充單元62上。請繼續參見圖5，交流儲能櫃40中的電池電壓通過PCS模塊50內部的第一過流保 護及緩啟動電路51接入逆變電路53前的直流母線電容54上。所述的第一過流保護及緩啟動電路51，包括過流保護電路，其中主要包括熔斷器， 該熔斷器的作用是以避免後級逆變電路53短路所可能造成的電池短路；還包括緩啟動電 路，所述緩啟動電路包括繼電器和串聯電阻，該串聯電阻的目的是當電池模塊60中的電池 堆61與直流母線電容54連接時，能夠先通過電阻對直流母線電容54充電，待兩者電壓基 本一致時，再閉合繼電器，以避免PCS模塊50在插入機櫃瞬間電池堆61對直流母線電容54 充電電流過大。雙向工作的逆變電路53，以實現把掛接在逆變電路53直流母線上的電池側直流電壓逆變成交流並向電網側發電，以及將電網側的交流轉換成直流並給電池組充電的功 能。直流母線電容54對逆變電路53工作過程中起到直流濾波作用。逆變電路53由三相全 橋或半橋電路構成，在本實施例中採用了三相三電平半橋逆變電路的設計，其中包括功率 開關管，高頻電感以及交流濾波電容。逆變電路53輸出三相三線或三相四線，通過二級和 一級交流匯總電櫃匯接後連接至電網。一個降壓變換電路56連接在直流母線電容54上， 在這裡採用了帶變壓器隔離的半橋降壓電路，對母線電壓降壓，將降壓後的電壓提供給多 功能分充單元62做電源。PCS模塊50的輔助電源59由第二過流保護及緩啟動電路側取 電，當PCS模塊的交流輸出與電網連接後，輔助電源即啟動上電，用於給PCS模塊供電。控制電路55令第二過流保護及緩啟動電路52工作，市電可以先通過電阻流經逆 變電路53整流後給直流母線電容54充電，以避免市電接入後對直流母線電容54的瞬間電 流衝擊。待直流母線電容54電壓穩定後，第二過流保護及緩啟動電路52中的串聯電阻被 繼電器短路掉，逆變電路53反向工作於整流模式，將母線電壓泵升至接近電池堆電壓，隨 後在啟動第一過流保護及緩啟動電路51，通過串聯電阻將電池堆與母線連接起來，電流穩 定後再將串聯電阻用繼電器閉合。啟動過程完成後，PCS模塊50根據儲能電站監控設備11 傳送過來的指令，令PCS模塊50工作於充電模式、放電模式、調功模式或待機模式。在充電 或放電模式，PCS模塊50通過與電池模塊60中的多功能分充單元62之間的通訊(具體詳 見後文)，獲得交流儲能櫃40內的電池包61的各電池的狀態，並將這些電池的數據傳送給 儲能電站監控設備11。同時PCS模塊50的控制電路55根據電池模塊60上傳的電池數據， 控制電池模塊60中連接到特定電池的多功能分充單元62的輸出，調節電池之間剩餘容量 差異，實現對電池包61的電池均衡管理。參見圖6，每個電池模塊60內部包含有多個由磷酸鐵鋰單體電池並聯組成的電池 包61以及與電池包61相同數量的多功能分充單元62，其中，所述多功能分充單元62用於 給電池包61提供電量補充。可以根據電池模塊60中的電池包61數量的不同靈活增減多 功能分充單元62的個數，方便的實現針對不同規格電池模塊的配置，提供靈活的電池管理 功能。所述交流儲能櫃40內的多個電池模塊60通過機櫃內的電纜串聯組成具有高電壓值 的電池組，然後連接到PCS模塊50上。如圖7所示，其中5個電池包61串聯形成一個大電池包63，達到合適的電壓和容 量，例如本實施例中採用單體容量為20AH，單體電壓為3. 2V的磷酸鐵鋰電池，先由13節並 聯，組成3. 2V260AH容量的電池包61，然後再5節串聯，組成16V，260AH的大電池包63。每 個多功能分充單元可以引出一個檢測電池包61內溫度的第二溫度傳感器(圖中未示出該 溫度傳感器)，檢測出的溫度數據被傳遞到多功能分充單元62內。5個電池包61串聯之後的總輸出通過連接端子(本實施例中使用的是熱插拔端 子，以方便電池模塊的在線插拔更換)被送到電池模塊外部，以便通過交流儲能櫃中的電 纜再對電池模塊進行串並連接。本實施例中所有的48個電池模塊被串聯起來，並引出中 線，組成了正負384V的直流電壓送給逆變器。組成這個電壓的原因是對於大多數無變壓 器的半橋型逆變器，若需要能夠輸出三相220V左右的交流電壓，則母線電壓通常處在正負 320V-400V之間，因此產生這樣的母線電壓方便實現逆變器工作，同時也方便逆變器反向工 作時給電池充電。同時，所述大電池包63中5節串聯的電池包61還送出了 5對平衡充電電線，如圖7所示通過任何一對充電電線，可以檢測這對線之間所連電池的單體電壓，也可以通過這 對線單獨給這個電池包提供平衡電量。所述5對平衡充電電線的另外一端連接到5個多功能分充單元62上，同時，電池 包中會埋入一些溫度傳感器，溫度傳感器的信號線也被送至多功能分充單元62上。此外，在電池模塊60前端設計有一插銷，當要把電池模塊從機櫃中拔出時，必須 先拉開插銷，拉開插銷的同時會觸動一個輔助觸點動作，多功能分充單元62及PCS模塊50 的控制電路檢測到後，可以立即停止充電或放電電路的工作，使交流儲能櫃40轉入待機模 式，確保電池模塊60可以安全的從機櫃中拔出。每一個多功能分充單元62可以通過對所 連溫度傳感器的信號檢測獲知其所連接的電池溫度，也可以通過這平衡充電電線，對所連 電池包進行電壓的檢測，這方面的檢測電路已經很成熟，在本說明書中不做詳細說明。如圖8所示為本實用新型的多功能分充單元62的原理框圖，所述多功能分充單元 62包括含隔離變壓器的功率變換電路621、輸出控制電路622、光耦隔離電路623、檢測多功 能分充單元62內部溫度的第一溫度傳感器624和單片機627。其中含隔離變壓器的功率變 換電路621用於控制輸出電壓和電流，提供輸出與輸入之間的電氣隔離，來實現對單節電 池充電。同時也為單片機等控制電路提供供電電源；所述輸出控制電路622用於根據單片 機的控制信號，可以處於開通或關斷狀態。當開通時，分充單元可以對電池提供充電電流； 所述光耦隔離電路623用於將來自外部的通信信號通過電氣隔離後送給單片機。同時單片 機627發送的通訊信號通過電氣隔離後傳送給PCS模塊；所述單片機627用於檢測對應的 電池電壓，溫度以及分充單元內部溫度和分充單元輸出電流。把這些數據通過通訊送給PCS 模塊。同時，根據PCS模塊發送的指令，控制是否讓分充單元內功率變換器的輸出給電池充 H1^ ο在電池的生產過程中，由於批量生產的電池無法做到百分之百的特性一致，這就 造成很多電池串聯使用時，如果對這個電池堆串聯充電，則因所串聯的電池之間特性的細 小差異，導致其中有的電池會較其它電池先充飽，儘管總電池堆電壓還未達到充飽電壓，如 果此時繼續充電，則該電池可能會過壓損壞，如果停止充電，則其它電池又未能充飽。放電 時也一樣，也可能出現有的電池先被放空，而其他電池還有剩餘容量的情況，則要麼繼續放 電，但會造成先被放空的電池過度放電，要麼停止放電，則電池堆容量又不能被充分利用。 如果對這種情況放任不管，電池堆非常容易被損壞，電池堆也無法達到單節鋰電池的循環 壽命。針對上述情況，大多數的鋰電池堆的應用被加入系統中，通常可以以如下這些方法提 供改善措施1、在對串聯的電池包充電或放電過程中，通過對單體電壓進行監控，一旦發現單 體出現過壓或欠壓，則停止充電或放電。這種方法最簡單，但多次充放後容易造成不平衡的 加劇，並且使電池堆有效容量降低，造成浪費。。2、在充電過程中監控單體充電電壓，如果發現某節電池先被充飽，則在這節電池 上併入一個電阻分流迴路，令原本流入該節電池的一部分或全部充電電流被電阻旁路掉， 這樣就有可能使該電池的充電電壓不再繼續上升，而使電池串中的其它電池有機會繼續充 電至充飽為止。這種方法的問題在於電阻旁路充電電流的過程實際上是對充電能量進行消 耗，如果要旁路掉的充電電流過大，則會造成嚴重的發熱，並且產生不必要的損耗。對於大 容量電池，這種損耗相當大。[0076]3、把大電池包的串聯充電改成對每個電池包分別充電，即所謂的分充方式，這種 方法可以單獨控制電池包的充電電壓，但對於一個有數百節電池串聯組成的電池堆，需要 數百個這樣的充電器，除非對每個充電器的充電功率要求很小，否則會非常昂貴。4、比較理想的方法是利用電力電子變換技術，在充電或放電的過程中，隨時可以 將某些電池的部分電量倒換到電池堆中的其他一些電量偏少的電池上，從而實現所有電池 同時被充飽，也同時被放空，實現電池堆的最大化利用，避免出現過充和過放以及欠充和欠 放的情況。這方面已經有一些研究，比如通過能量從「組到單體」或「單體到組」的方式，將 整個電池堆的能量通過功率變換器注入某節或某幾節電池，或者將某節電池的能量通過功 率變換器注入整個電池堆，通過這些方法實現電池堆中各電池之間的容量均衡。在本實施例中，為實現電池包的均衡，採用了大功率串聯充電和小功率均衡充電 相結合的方式1、大功率串充交流儲能櫃中的電池模塊被串聯起來，形成正負384V的電池組，所述電池包的輸 出掛接到交流儲能櫃內的PCS模塊中的逆變電路的直流母線上。當PCS模塊的逆變電路 反向工作時，逆變電路可以給交流儲能櫃中的電池包進行串聯充電。採用這種方法實際上 完全節省了充電器的成本，同時可以獲得比較大的充電功率(因為充電功率與逆變功率相 同)，在本實施例中，50KW的逆變電路在充電的時候也可以輸出50KW的充電功率，對正負 384V的電池堆而言最大充電電流可以達到65A。2、小功率均衡充本實施例的每個電池模塊中包含了 5個多功能分充單元，每個分充單元的輸出都 通過圖7所示的平衡充電電線連接到電池包中。如圖8所示，在PCS模塊內，正負384V的母線電壓被通過DC/DC降壓電路降壓至 48VDC。該降壓變換電路的作用是為交流儲能櫃中的48個電池模塊內的總共240個多功能 分充單元提供輸入電源。每個多功能分充單元的設計輸出功率大約為15W，其電路採用恆壓 限流控制的反激變換器，這些多功能分充單元可以分別對每個電池包提供均衡電量來平衡 電池之間剩餘容量的差異。對每一節電池提供均衡的多功能分充單元的能量是來自於PCS模塊的母線，放電 過程中，PCS模塊的母線的能量來自於電池組，也就是放電時的均衡是將能量從整個電池組 轉移到電池組中的某幾節電池。充電過程中，母線能量來自與作為充電器工作的逆變器。也 就是充電時能量由對整個電池組進行串聯充電的充電器轉移到電池組中的某幾節電池。在本實施例中，分充和串充相組合方式的工作原理如下1)充電初期採用串充，由反向工作的逆變器提供大電流進行充電，以在最短時間 內將電池充至接近充飽。在本例充，串充階段可以最大以65A電流進行充電。2)在充電後期，電池模塊控制單元根據多功能分充單元上傳的的單體電池電壓， 若發現有電池先達到的充飽電壓，則電池模塊控制單元通知PCS模塊停止逆變器的大電流 串充，通知多功能分充單元啟動分充，以小電流將所有電池充飽。3)在充電或放電過程中，電池模塊控制單元若發現某些電池電壓明顯低於平均電 壓，則通知對應的多功能分充單元提供均衡電流，使這些電池電壓逐步接近平均電壓。4)電池模塊控制單元根據前一次的充電或放電後期的各節電池的電壓數據，調節本次充放電過程中各個分充單元提供均衡電流的工作周期。通過遞歸逼近的方式，可以在 進行多次充放電後對每節電池找到一個合理的分充單元工作周期，達到最佳的均衡效果。 參見圖9為本實用新型的交流儲能櫃的另一實施例，所述交流儲能櫃40包括PCS 模塊50、電池模塊60和電池模塊控制單元100。所述電池模塊控制單元100分別與PCS模 塊50內的第一通信電路、儲能電站監控設備和電池模塊60內的多功能分充單元62建立通參見圖10為本實用新型的另一實施例中的PCS模塊，該PCS模塊與前一實施例中 的PCS模塊的區別在於，本實施例中的第一控制電路955與控制電路55的功能不一樣，第 一控制電路955隻包括了控制電路55中控制PCS模塊內的電路的功能，並沒有控制電池模 塊中多功能分充單元的功能。第一通信電路957與通信電路57的作用也有所不同，本實施 例中第一通信電路用於與儲能電站監控設備11和電池模塊控制單元100建立通信。參見圖11為本實用新型的另一實施例中控制電池模塊中多功能分充單元的電 池模塊控制單元100，所述電池模塊控制單元100包括第二控制電路110和第二通信電路 120。所述第二控制電路110用於控制多功能分充單元的工作狀態；所述第二通信電路120 用於和多功能分充單元62，PCS控制電路55以及儲能電站監控設備11的通信。所述電池 模塊控制單元100可以設置在PCS模決內部也可以單獨設置在PCS模塊外成為一個單獨的 單元。在實際使用中，可以設置在交流儲能櫃中作為一個獨立的單元使用。綜上所述，本專利中的交流儲能櫃所採取的這種大功率串充結合小功率分充的鋰 電池均衡充電設計具有如下優點1)利用逆變器的反向整流工作模式提供大功率的充電電流，節省了大功率充電器 的成本。2)利用降壓變換電路和多功能分充單元，將來自電池組的能量或來自PCS模塊串 充的能量，分別提供給交流儲能櫃中特定的3. 2V電池包。以較小能量損耗實現電池均衡。3)通過在串充電過程中或電池放電過程中，控制特定的多功能分充單元的工作周 期，使一個即使由存在明顯差異的電池所構成的電池堆，也能夠表現為一個平均化的無差 異的電池堆的工作特性。從而大大改善了儲能電站電池堆的可用性和可靠性。通過以上實施例，所帶來的有益技術效果如下1、將現有的匯聚能量達到數兆瓦時的大電池堆分割成一些小的只有幾百千瓦時 的交流儲能櫃，降低了儲能電站的安全運行風險。2、沒有了高壓直流配電環節，節約了成本。3、儲能電站系統中任何一節電池故障，最多只導致一臺交流儲能櫃退出，在本實 施例中，這種情況下儲能電站的輸出功率僅從1麗降低到0. 95麗。4、使儲能電站系統可以實現模塊化的設計，通過簡單的增加所並聯的交流儲能櫃 的數量，即可實現系統的功率擴容或後備時間擴容。在本實施例的基礎上還考慮過如下變形方案1、構架相同，但具體實現方法可能不同。比如PCS模塊的設計功率可能不同，分充 單元的充電功率可能不同，電池模塊輸出電壓可能不同，電池模塊電池容量可能不同，交流 儲能櫃中電池模塊的數量可能不同，電池堆總電壓可能不同，電池堆輸出電壓方式也可能 不同(本方案是採用帶中點的正負384V，也可以採用單母線768V)，PCS模塊中的三相逆變電路拓撲可能不同，降壓變換電路拓撲可能不同。2、構架有細微差異，比如交流儲能櫃中用兩個並聯的25KW模塊代替本方案中的 一個50KW模塊。3、構架相同，比如，由於電池尺寸的限制，本方案中的交流儲能櫃是由四個並排的 標準工業機架組成，但也可以是由5個或一個機櫃構成。本方案中多功能分充單元和電池 包是放在一起構成電池模塊，也可以把多個多功能分充單元放在機櫃裡，而電池模塊中只 有電池包，當電池模塊插入後，在令電池模塊內的電池包和儲能櫃機架上安裝的多功能分 充單元通過線纜連接起來。4、PCS模塊中的降壓變換電路56也可以不放在PCS模塊內部，單獨做成一個模塊。應當理解的是，本實用新型的應用不限於上述的舉例，對本領域普通技術人員來 說，可以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬於本實用新型所附權 利要求的保護範圍。
權利要求一種交流儲能櫃，包括一PCS模塊和至少一電池模塊，其特徵在於，所述電池模塊包括儲存電能的電池包；監控電池包的多功能分充單元，其中，所述電池包至少為一個，且每個電池包配置一所述的多功能分充單元，所述多功能分充單元連接所述電池包。
2.根據權利要求1所述的交流儲能櫃，其特徵在於，所述PCS模塊包括與電池模塊連 接的第一過流保護電路及緩啟動電路；與電網連接的第二過流保護電路及緩啟動電路； 設置在直流母線上的直流母線電容；將電池模塊的能量逆變成交流電送入電網發電，或將電網能量整流後提供給電池模塊 中的電池包充電的逆變電路；控制PCS模塊中各個電路工作狀態，並管理電池模塊的控制電路； 與儲能電站監控設備和所述多功能分充單元進行通信的通信電路； 其中，第一過流保護電路及緩啟動電路、直流母線電容、逆變電路、第二過流保護電路 及緩啟動電路依次連接，控制電路連接通信電路、第一過流保護電路及緩啟動電路、逆變電 路、第二過流保護電路及緩啟動電路。
3.根據權利要求1所述的交流儲能櫃，其特徵在於，所述PCS模塊包括與電池模塊連 接的第一過流保護電路及緩啟動電路；與電網連接的第二過流保護電路及緩啟動電路； 設置在直流母線上的直流母線電容；將電池模塊的能量逆變成交流電送入電網發電，或將電網能量整流後提供給電池模塊 中的電池包堆充電的可雙方向工作的逆變電路；控制PCS模塊中各個電路工作狀態的第一控制電路； 與儲能電站監控設備進行通信的第一通信電路；其中，第一過流保護電路及緩啟動電路、直流母線電容、逆變電路、第二過流保護電路 及緩啟動電路依次連接，第一控制電路連接第一通信電路、第一過流保護電路及緩啟動電 路、逆變電路、第二過流保護電路及緩啟動電路。
4.根據權利要求3所述的交流儲能櫃，其特徵在於，所述交流儲能櫃還包括一電池模 塊控制單元，所述電池模塊控制單元用於接收多功能分充單元傳送的電池包內的數據，控 制多功能分充單元的工作狀態，對電池包的數據進行分析處理，並將電池數據及分析處理 結果傳送PCS的第一控制電路以及外部的監控設備；所述電池模塊控制單元包括控制電池模塊的第二控制電路；及與儲能電站監控設 備、與第一控制電路、與所述多功能分充單元進行通信的第二通信電路；其中，第二控制電 路連接第二通信電路，所述第二通信電路分別連接儲能電站監控設備、第一控制電路和多 功能分充單元。
5.根據權利要求1所述的交流儲能櫃，其特徵在於，所述多功能分充單元包括 用於控制輸出電壓和電流，提供輸出與輸入之間的電氣隔離，來實現對單節電池充電，同時為單片機供電的含隔離變壓器的功率變換電路；用於根據單片機的控制信號，開通或關斷輸出電路的輸出控制電路；用於將來自外部的通信信號通過電氣隔離後送給單片機，同時將單片機發送的通訊信 號通過電氣隔離後傳送給外部的光耦隔離電路；用於控制多功能分充單元的單片機；其中，含隔離變壓器的功率變換電路、輸出控制電路、光耦隔離電路分別連接至單片 機，含隔離變壓器的功率變換電路連接輸出控制電路。
6.根據權利要求5所述的交流儲能櫃，其特徵在於，所述多功能分充單元還包括檢測 多功能分充單元內溫度的第一溫度傳感器，其連接至單片機。
7.根據權利要求5所述的交流儲能櫃，其特徵在於，所述電池堆內設置有第二溫度傳 感器，用於檢測電池的溫度，並傳遞給所述單片機。
8.根據權利要求2所述的交流儲能櫃，其特徵在於，所述PCS模塊還包括檢測所述交 流儲能櫃的電壓和電流的電壓和電流檢測電路，所述電壓和電流檢測電路連接控制電路。
9.根據權利要求2所述的交流儲能櫃，其特徵在於，所述PCS模塊還包括將母線電壓降 低後提供給多功能分充單元作為供電電源的降壓變換電路，所述降壓變換電路連接直流母 線電容和控制電路。
10.一種儲能電站系統，其特徵在於，所述儲能電站系統中包括權利要求1至9中任意 一項所述的交流儲能櫃。
專利摘要本實用新型公開了一種交流儲能櫃及儲能電站系統，所述交流儲能櫃包括一PCS模塊和至少一電池模塊，其中，所述電池模塊包括儲存電能的電池包；監控電池包的多功能分充單元，所述電池包至少為一個，且每個電池包配置一所述的多功能分充單元，所述多功能分充單元連接所述電池包。採用本實用新型可有效提高儲能電站的安全性和可靠性；減少了高壓直流配電環節，以價格低廉並且成熟的交流配電環節取而代之，從而有效降低成本。
文檔編號H02H7/18GK201726205SQ20102022622
公開日2011年1月26日 申請日期2010年6月9日 優先權日2010年6月9日
發明者王新保 申請人:王新保