优选在模块级和机架级的储能的有源平衡的制作方法

本公开涉及一种储能单元、一种包括两个这样的储能单元的系统以及一种用于提供储能单元的方法。

背景技术：

1、对于并网储能（es）单元，由于电池/超级电容器模块（储能子单元）之间的不平衡，有效容量低于实际安装容量。理想情况下，所有储能子单元应具有相同的特性，且安装容量与有效容量相同。然而，由于参数容差和不同的负载电流分布，在没有附加平衡电路的情况下，完美的负载分布是不可能的。因此，需要进行过度尺寸设计，并且系统（储能单元）成本显著增加。良好的平衡电路是减小过度尺寸和系统成本以及增加有效系统容量的关键。

2、对于某些储能单元，储能子单元可以从外部供应商处采购。这些储能子单元也应通过某种平衡电路和/或平衡方法集成到储能单元中。作为系统集成商，储能单元应具备模块级平衡能力以降低系统成本，同时独立于供应商，以确保安全的供应变更管理和较低的采购价格。

3、通过独立权利要求的特征，上述缺点至少部分地被克服和/或上述优点至少部分地实现。从属权利要求限定了本发明的优选实施例。

技术实现思路

1、本公开涉及一种储能单元，该储能单元包括：串联连接的多个储能子单元；以及一个或多个变压器，其中，多个储能子单元中的每个还经由一个或多个变压器并联连接在一起；其中，一个或多个变压器包括芯部，该芯部具有围绕其缠绕的多个绕组。

2、存在两对来自多个储能子单元中的每个的连接。第一，用于多个储能子单元的串联连接的连接。第二，多个储能子单元中的每个连接到一个或多个变压器。这个第二连接也可以是到同一耦合点的连接。该耦合点可以是一个变压器（如具有两个以上绕组的变压器，如例如图2中所示）和/或该耦合点可以是总线（如例如图1中所示）。优选地，每个储能子单元具有两个极（连接）。两对连接都连接到这两个极。这意味着这两个不同连接也相互耦合。

3、第二连接—并联连接—可以经由总线处的（一个或多个变压器中的）一个以上变压器进行，或者可以是到一个变压器（如具有两个以上绕组的变压器，如例如图2中所示）的连接，或者以不同的方式进行。

4、包括芯部的一个或多个变压器可以是包括该芯部的一个变压器，或者可以是一个以上的变压器，每个变压器带有芯部（变压器中的一个包括前述芯部）。围绕芯部缠绕的多个绕组可以是两个或更多个绕组。围绕芯部缠绕的多个绕组可以是连接到多个储能子单元的两个或更多个绕组。

5、不同的储能子单元可以彼此相似或不同。这可能涉及如容量、电压、条件等标准中的每项。相似性优选在±10％、±5％或±1％的边界内。

6、总线可以是多相总线。它可以被配置用于dc和/或ac。如多相ac总线的实施例优于单相ac总线。纹波会有所不同。

7、本公开可以（经由一个或多个变压器）平衡不同储能子单元的电负载。这可以增加有效系统容量并延长储能子单元的寿命。该系统可以做得更小、简单且成本更低。从多个储能子单元制造系统或储能单元也更容易，特别是当这些部件（如储能子单元）作为一个整体被购买时（例如对于系统集成商来说）。可能不需要对这些部件进行改动。特别是利用有源平衡电路的平衡能够更强大且更高效。变流器（变压器）的功率可以基于用于平衡速度的需要来确定。一个或多个变压器可以提供电流隔离。

8、各种实施例可以优选地实现以下特征。

9、优选地，一个或多个变压器是一个变压器，并且多个储能子单元中的每个连接到多个绕组中的一个。

10、该一个变压器（作为一个或多个变压器）可以具有两个以上绕组。优选地，绕组的数量等于连接到该一个变压器的储能子单元的数量加一。每个连接的储能子单元可以连接到不同的一个绕组，而剩余的绕组可以连接到总线。

11、利用该实施例，可以减少变压器的总数，从而减少成本和空间。

12、优选地，该一个变压器经由围绕芯部缠绕的另一个绕组连接到总线。

13、可以存在一个以上另一个绕组围绕芯部缠绕并连接到总线的不同相（如果总线具有不同相的话）。优选地，在多个储能子单元与总线之间存在电流隔离。

14、平衡可以经由总线发生。

15、优选地，该一个变压器是多相变压器。

16、也可以存在一个以上相从多个储能子单元（其可以提供一个以上相）中的每个（或一些）连接。在这种情况下，可以存在比储能子单元的数量加1（或加总线的相数）更多的围绕芯部缠绕的绕组。相反，绕组的数量可以是多个储能子单元的所有相数之和加上总线的相数。

17、优选地，该一个或多个变压器是多个具有三个或更多个相的多相变压器，其中，每个变压器在第一侧连接到多个储能子单元中的一个。

18、在这种情况下，多个储能子单元所连接的同一耦合点（见上文的“到同一耦合点的连接”）以及多个储能子单元并联连接的地方可以是总线。

19、利用多个多相变压器，可以提供和/或平衡多相能量（例如经由总线）。

20、优选地，多个储能子单元的数量等于多个多相变压器的数量。在这种情况下，每个变压器可以连接到多个储能子单元中的不同的一个。在每对变压器和储能子单元（该储能子单元可以提供多个相，这些相连接到变压器的不同绕组）之间可以存在多相连接。

21、优选地，多个多相变压器中的每个变压器经由围绕对应变压器的芯部缠绕的另一个绕组连接到总线。多个多相变压器中的每个变压器可以经由多个（优选为相数）围绕对应变压器的芯部缠绕的绕组，以多相方式连接到总线。优选地，这些多个绕组仅连接到总线，而不连接到多个储能子单元中的任何一个。优选地，在多个储能子单元与总线之间存在电流隔离。

22、可能变压器的数量低于储能子单元的数量。可能存在连接到若干储能子单元（如上所述）的（一个或多个）变压器与仅与一个储能子单元连接（可能是单相或多相）的（一个或多个）变压器的混合。在储能子单元具有不同电压的情况下，优选连接不同的变压器（和/或变流器）以在总线处提供相似的电压。

23、优选地，一个或多个变压器使用交流-直流（ac-dc）变流器连接到总线。

24、ac-dc变流器可以连接在对应变压器与总线之间（对应变压器与总线之间的间接连接，因为对应变压器与总线之间连接有某些东西）。替代性地，可以是直接连接（因为在对应变压器与总线之间（除该连接外）没有连接任何东西）。对应变流器与总线之间可以连接有ac-dc变流器，然后再连接有dc-ac变流器。

25、优选地，总线被配置用于交流（ac）。在这种情况下，优选在每个对应变流器与总线之间没有变流器或有ac-dc变流器然后有dc-ac变流器连接。

26、优选地，总线被配置用于直流（dc）。在这种情况下，优选在每个对应变流器与总线之间连接有ac-dc变流器。

27、优选地，储能单元还包括电力电子电路，其连接在储能子单元中的一个与一个或多个变压器中的一个之间。

28、优选地，储能单元还包括多个电力电子电路，多个电力电子电路中的每个连接在储能子单元中的对应一个与变压器之间。电力电子电路可以是变流器。

29、优选地，电力电子电路包括dc-ac变流器。

30、电力电子电路可以包括ac-dc变流器、dc-ac变流器、全桥变流器、三相（或更多相）变流器、单相变流器、隔离式dc-dc变流器、和/或带二极管或晶闸管的整流器。可以存在若干个电力电子电路，每个位于不同的（一个或多个）储能子单元与变压器的对（或组）之间。在若干个储能子单元连接到一个变压器的情况下，优选在每个储能子单元与变压器之间具有电力电子电路（优选相似的电路）。

31、优选地，多个储能子单元中的每个是直流（dc）储能。

32、优选地，储能单元是储能模块，并且多个储能子单元是多个储能电芯。储能电芯可以是电池、蓄电池等。

33、优选地，储能单元是储能机架，并且多个储能子单元是多个储能模块。

34、多个储能模块可以设置为如上所述的储能单元——从而在两级（机架到模块级，以及模块到电芯级）上创建本公开的结构。储能模块可以包括多个储能电芯。

35、本公开还涉及一种包括两个如上所述的储能单元的系统。

36、这两个储能单元可以彼此（在设置和部件上）相似或相同，或者可以不同：例如，一个变压器连接到若干个储能子单元，而另一个变压器仅连接到一个储能子单元。

37、优选地，该系统中的两个储能单元连接到总线。经由该总线，两个储能单元以并联连接的方式彼此连接。

38、这可以使设置更容易，例如通过以模块化方式构建系统。它可以减少成本。

39、本公开还涉及一种用于提供储能单元的方法，包括：提供串联连接的多个储能子单元；提供一个或多个变压器；以及经由一个或多个变压器将多个储能子单元中的每个并联连接；其中，一个或多个变压器包括芯部，该芯部具有围绕其缠绕的多个绕组。

40、优选地，所述方法还包括通过在一个或多个变压器中的一个与多个储能子单元中的一个之间连接电力电子电路，来经由一个或多个变压器将多个储能子单元中的每个并联连接。

41、所描述的各方面的优点既不限于这些方面也不排他。一个方面可能具有未明确提及的更多优点。