一种电化学储能动态可重构数字能量交换系统及防护方法与流程

本发明涉及新能源储能，具体而言，涉及一种电化学储能动态可重构数字能量交换系统及防护方法。

背景技术：

1、随着新能源产业的快速发展，电化学储能系统在通信基站、微电网及工商业储能等场景中广泛应用。动态可重构储能系统（dess）通过软件定义拓扑结构，实现储能模块的灵活串并联配置，显著提升了能量利用效率与系统适应性。如图3所示，典型系统架构由电化学储能模块、数字能量网卡、集线器、交换机及pcs（变流器）等组成，形成能量流与信息流协同运行的控制体系：能量流负责电能存储与传输，信息流实现数据采集与拓扑调控。

2、然而，现有动态可重构储能系统在异常断电情况下暴露出严重安全隐患。由于缺乏独立的安全保护机制，系统依赖辅助电源维持信息流正常运行。当辅助电源电压骤降，信息流失控，导致数字能量网卡中的mosfet开关状态异常，造成导通网卡承受全部串联储能模块的高压。而mosfet器件耐压通常不超过60v，在此高压下极易击穿损坏，严重时可能引发电化学储能模块过压起火，威胁系统安全。

3、此外，传统防护机制属于“被动响应”模式，需经信息流完成异常检测、指令生成与下发等流程，响应时间普遍大于50ms，无法在高压冲击发生前及时切断电路，防护失效。与此同时，系统在浪涌电压和电容残压释放方面亦缺乏有效措施，存在二次风险。

4、中国专利cn119029809a提供一种组串式储能子阵的保护系统，包括储能电池舱、逆变升压舱、隔离保护模块和主动关断保护模块；隔离保护模块包括两个隔离保护单元，一个隔离保护单元设置在储能电池舱的高压箱内，一个隔离保护单元设置在逆变升压舱内；主动关断保护模块设置在逆变升压舱内，逆变升压舱还设有变流模块、升压模块和第二保护设备模块。该方案实现了主动关断与被动隔离相结合，提升了系统的安全性、可靠性和可维护性。然而，却未能构建独立于能量流链路与信息流链路的安全流防护体系，以解决异常工况下的快速隔离与本质安全防护问题。

5、因此，在当前行业对高安全、高可靠储能系统的需求日益迫切的情形下，亟需一种不依赖信息流、响应迅速、兼容性强的主动安全防护方案。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种电化学储能动态可重构数字能量交换系统及防护方法，通过引入全硬件架构的安全流防护体系，实现双阈值监测、快速切断、浪涌抑制与残压泄放，从根本上解决低压器件过压损坏难题。

2、为达到上述目的，本发明提供一种电化学储能动态可重构数字能量交换系统及防护方法。本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种电化学储能动态可重构数字能量交换系统，包括能量流链路、信息流链路以及独立设置的安全流防护体系；所述安全流防护体系用于在异常断电情况下独立于能量流链路与信息流链路执行高压隔离保护动作，防止系统器件因承受系统高压而损坏；所述安全流防护体系包括应急检测电路和高压隔离保护单元；所述应急检测电路用于实时监测为控制系统供电的辅助电源电压，并在检测到电压低于设定的异常阈值时输出保护触发信号；高压隔离保护单元用于在接收到所述保护触发信号后迅速切断系统高压。

4、进一步的，所述异常阈值为19v，正常工作电压阈值为21v，当辅助电源电压下降至小于19v时，所述应急检测电路立即生成并发送保护触发信号至所述高压隔离保护单元。

5、进一步的，所述高压隔离保护单元包括高压继电器，所述高压继电器响应于来自所述应急检测电路的保护信号，切断高压连接通路。

6、进一步的，所述高压继电器为常开型或双稳态电磁继电器，确保正常运行时对系统能量损耗可忽略不计。

7、进一步的，通过优化所述应急检测电路的采样频率与所述高压隔离保护单元的分断速度，使安全流防护体系的总响应时间早于信息流链路失效时间，实现“高压先断开、控制后失效”的时序逻辑，避免高电压施加于低压器件。

8、进一步的，所述高压隔离保护单元在正常工况下保持导通状态，导通电阻≤50mω，不影响系统的充放电效率，兼容原有动态拓扑重构功能。

9、进一步的，所述高压隔离保护单元还包括浪涌抑制电路，所述浪涌抑制电路并联在高压继电器的两端，具有抗浪涌能力与电容残压泄放能力。

10、进一步的，所述浪涌抑制电路包括吸收电阻r1、吸收电容c1和泄放电阻r2，吸收电阻r1与吸收电容c1串联后并联于高压继电器两端，泄放电阻r2并联于c1两端。

11、一种电化学储能动态可重构数字能量交换系统防护方法，所述防护方法用于上述的动态可重构数字能量交换系统，包括以下步骤：

12、步骤1，实时监测辅助电源电压；

13、步骤2，判断电压是否低于异常阈值，若是则立即发出硬线保护信号；

14、步骤3，通过步骤2所述信号驱动高压隔离保护单元动作，切断高压通路；

15、步骤4，启动残压泄放与状态锁定，直至故障排除并人工/自动复位。

16、进一步的，在所述步骤3中，高压通路的切断时间不超过10ms，整个保护流程从电压跌落至完全断电的总响应时间不超过15ms。

17、相对于现有技术，本发明所述的一种电化学储能动态可重构数字能量交换系统及防护方法具有以下优势：

18、1.基于电化学储能特性的安全流独立架构：针对电化学储能模块高电压、强电磁干扰的特性，设计不依赖信息流链路与能量流链路的安全流防护体系。安全流防护体系通过纯硬件响应实现保护，即使信息流失控，仍能完成高压切断，防护可靠性极大提升，填补行业“主动安全防护”空白。

19、2.双阈值分层监测与抗干扰设计：设置21v（正常）、19v（异常）双阈值，结合“连续3ms采样确认”逻辑，有效过滤电化学储能模块充放电产生的电磁干扰，误触发率降至0。19v~21v的预警区间可提前50~100ms提示电压异常，为运维预留缓冲时间，兼顾防护准确性与运维便捷性。

20、3.高压大电流一体化防护技术：高压隔离保护单元集成“快速切断-浪涌抑制-残压泄放”三重功能，消除高压切断过程中的浪涌击穿、残压触电等二次风险，防护完整性达100%，适配电化学储能系统的高压大电流特性。

21、4.即插即用的兼容性设计：安全流组件集成于标准化机箱，可采用通用接口和端子，无需改造电化学储能模块、交换机等原有组件，安装便捷。改造成本低，改造时间短，兼容性覆盖绝大多数系统，大幅降低行业升级门槛。

1.一种电化学储能动态可重构数字能量交换系统，其特征在于，包括能量流链路、信息流链路以及独立设置的安全流防护体系；所述安全流防护体系用于在异常断电情况下独立于能量流链路与信息流链路执行高压隔离保护动作，防止系统器件因承受系统高压而损坏；所述安全流防护体系包括应急检测电路（4）和高压隔离保护单元（1）；所述应急检测电路（4）用于实时监测为控制系统供电的辅助电源电压，并在检测到电压低于设定的异常阈值时输出保护触发信号；高压隔离保护单元（1）用于在接收到所述保护触发信号后迅速切断系统高压。

2.根据权利要求1所述的动态可重构数字能量交换系统，其特征在于，所述异常阈值为19v，正常工作电压阈值为21v，当辅助电源电压下降至小于19v时，所述应急检测电路（4）立即生成并发送保护触发信号至所述高压隔离保护单元（1）。

3.根据权利要求1所述的动态可重构数字能量交换系统，其特征在于，所述高压隔离保护单元（1）包括高压继电器（3），所述高压继电器（3）响应于来自所述应急检测电路（4）的保护信号，切断高压连接通路。

4.根据权利要求3所述的动态可重构数字能量交换系统，其特征在于，所述高压继电器（3）为常开型或双稳态电磁继电器，确保正常运行时对系统能量损耗可忽略不计。

5.根据权利要求1所述的动态可重构数字能量交换系统，其特征在于，通过优化所述应急检测电路（4）的采样频率与所述高压隔离保护单元（1）的分断速度，使安全流防护体系的总响应时间早于信息流链路失效时间，实现“高压先断开、控制后失效”的时序逻辑，避免高电压施加于低压器件。

6.根据权利要求1所述的动态可重构数字能量交换系统，其特征在于，所述高压隔离保护单元（1）在正常工况下保持导通状态，导通电阻≤50mω，不影响系统的充放电效率，兼容原有动态拓扑重构功能。

7.根据权利要求1所述的动态可重构数字能量交换系统，其特征在于，所述高压隔离保护单元（1）还包括浪涌抑制电路（2），所述浪涌抑制电路（2）并联在高压继电器（3）的两端，具有抗浪涌能力与电容残压泄放能力。

8.根据权利要求7所述的动态可重构数字能量交换系统，其特征在于，所述浪涌抑制电路（2）包括吸收电阻r1、吸收电容c1和泄放电阻r2，吸收电阻r1与吸收电容c1串联后并联于高压继电器（3）两端，泄放电阻r2并联于c1两端。

9.一种电化学储能动态可重构数字能量交换系统防护方法，其特征在于，所述防护方法用于权利要求1~8任一项所述的动态可重构数字能量交换系统，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的系统防护方法，其特征在于，在所述步骤3中，高压通路的切断时间不超过10ms，整个保护流程从电压跌落至完全断电的总响应时间不超过15ms。