储能设备的制作方法

1.本发明涉及储能技术领域，尤其涉及一种储能设备。


背景技术：

2.近来，家用光伏需求日益增长，环保和碳中和政策号召，消费者储能终端产品成为用户低碳生活的核心产品。另外，伴随着海外市场离散的居民形态，电网覆盖不完善，极端天气环境的影响，家用储能产品可以很好的应对相关场景。
3.随着行业发展，仍有以下问题：
4.(1)用户生活场景中，户外，个人工作室等便携式场景丰富，需要单独的便携式电源供电；
5.(2)行业中通常便携式储能和家庭储能是两类产品，成本高昂。


技术实现要素：

6.本发明提供一种储能设备，以解决现有技术中家庭储能与便携式储能为两类产品，不能相融合的问题。
7.本发明提供一种储能设备，其包括：母系统以及子系统；其中，
8.所述子系统与所述母系统之间为可切断连接；分离后的子系统可作为便携式储能电源，用于户外供电；
9.所述子系统与所述母系统之间为可切断连接；
10.所述子系统与所述母系统均用于：
11.接收并存储太阳能转换而来的第一电能；
12.在连接电网时，接收电网输送而来的第二电能；
13.基于所存储的电能，输出供电；
14.其中：
15.在所述子系统和所述母系统相连接时，所述子系统与所述母系统输出的供电能够并机后输送至负载连接节点和/或备电连接节点；
16.当所述子系统和所述母系统的连接断开时，所述子系统能够将供电单独输送至所述负载连接节点，所述母系统的供电能够单独输送至所述备电连接节点。
17.较佳地，所述母系统包括：第一光伏板、第一控制单元、第一充放电单元以及第一储能单元；其中，
18.所述第一充放电单元包括：第一dc输入端、至少一个第一通讯接口、第一dc接口、第一双向逆变器、第一太阳能控制器；
19.所述第一双向逆变器第一侧的第一ac输入端用于连接所述电网；所述第一双向逆变器第一侧的第一ac输出端用于连接所述备电连接节点；所述第一双向逆变器第二侧直接或间接连接至所述第一dc接口；所述第一双向逆变器的受控端还经所述第一通讯接口连接所述第一控制单元，以受控于所述第一控制单元；
20.所述第一太阳能控制器连接于所述第一dc输入端与所述第一dc接口之间；所述第一太阳能控制器的受控端还经所述第一通讯接口连接至所述第一控制单元；
21.所述第一光伏板与所述第一充放电单元的第一dc输入端相连；
22.所述第一控制单元分别与所述第一储能单元以及所述第一充放电单元的第一通讯接口相连；
23.所述第一储能单元直接或间接与所述第一充放电单元的第一dc接口相连。
24.较佳地，所述母系统包括：第一断路器和/或第二断路器；其中，
25.所述第一断路器与所述第一ac输出端相连，实现家庭回路连接保护；
26.所述第二断路器连接于所述第一储能单元与所述第一充放电单元的dc接口之间，实现系统开机保护。
27.较佳地，所述母系统还包括：第一直流母线控制接触器，用于直流电路保护；
28.所述第一直流母线控制接触器连接于所述第一储能单元与所述第一充放电单元的第一dc接口之间。
29.较佳地，所述子系统包括：第二光伏板、第二控制单元、第二充放电单元以及第二储能单元；其中，
30.所述第二充放电单元包括：第二dc输入端、至少一个第二通讯接口、第二dc接口、第二双向逆变器、第二太阳能控制器；
31.所述第二双向逆变器第一侧的第二ac输入端用于连接电网；所述第二双向逆变器第一侧的第二ac输出端用于连接所述负载连接节点；所述第二双向逆变器第二侧直接或间接连接至所述第二dc接口；所述第二双向逆变器的受控端还经所述第二通讯接口连接所述第二控制单元，以受控于所述第二控制单元；
32.所述第二太阳能控制器连接于所述第二dc输入端与所述第二dc接口之间；所述第二太阳能控制器的受控端还经所述第二通讯接口连接至所述第二控制单元；
33.所述第二光伏板与所述第二充放电单元的第二dc输入端相连；
34.所述第二控制单元分别与所述第二储能单元以及所述第二充放电单元的第二通讯接口相连；所述第二控制单元还与所述第一控制单元相连；
35.所述第二储能单元直接或间接与所述第二充放电单元的第二dc接口相连；
36.所述第一充放电单元的第一dc接口与所述第二充放电单元的第二dc接口之间为可切断连接；
37.所述第一充放电单元的第一ac输出端与所述第二充放电单元的第二ac输出端之间为可切断连接。
38.较佳地，所述第一双向逆变器的工作模式能够在所述第一控制单元的控制下发生变换，所述第二双向逆变器的工作模式能够在所述第二控制单元的控制下发生变换，所述工作模式至少包括：
39.第一模式，处于所述第一模式的双向逆变器能够将第二侧所连接的储能单元的电能逆变后输出至第一侧的ac输出端；
40.第二模式，处于所述第二模式的双向逆变器能够将第一侧的ac输入端接收到的电能变换后为第二侧所连接的储能单元充电；
41.第三模式，处于所述第三模式的双向逆变器能够将第二侧的ac输入端所接收到的
电能供给第二侧的ac输出端并将多余的电能变换后为第一侧所连接的储能单元充电。
42.较佳地，所述子系统还包括：第二直流母线控制接触器，用于直流电路保护；
43.所述第二直流母线控制接触器连接于所述第二储能单元与所述第二充放电单元的第二dc接口之间。
44.较佳地，所述子系统与所述母系统之间通过至少一个接触器相连。
45.较佳地，所述至少一个接触器包括：直流并机控制接触器以及交流负载并机控制接触器；其中，
46.所述直流并机控制接触器包括：第一直流并机控制接触器以及第二直流并机控制接触器；
47.所述交流负载并机控制接触器包括：第一交流负载并机控制接触器以及第二交流负载并机控制接触器；
48.所述第一直流并机控制接触器的第一端与所述第一充放电单元的第一dc接口相连，所述第二直流并机控制接触器的第一端与所述第二充放电单元的第二dc接口相连，所述第一直流并机控制接触器的第二端与所述第二直流并机控制接触器的第二端之间为可切断连接；
49.所述第一交流负载并机控制接触器的第一端与所述第一充放电单元的第一ac输出端相连，所述第二交流负载并机控制接触器的第一端与所述第二充放电单元的第二ac输出端相连，所述第一交流负载并机控制接触器的第二端与所述第二交流负载并机控制接触器的第二端之间为可切断连接。
50.较佳地，所述母系统和/或所述子系统还用于：
51.在连接电网时，存储所述电网输送而来的至少部分第二电能。
52.较佳地，所述母系统和/或所述子系统具体还用于：
53.在连接电网时，在预设的电网波峰时段，基于所存储的电能，输出供电；
54.在连接电网时，在预设的电网波谷时段，接收并存储电网输送而来的至少部分第二电能。
55.本发明提供的储能设备，通过可切断连接的子系统与母系统，子系统简易热插拔，分离后可作为大功率电器的便携式移动电源，如：户外，厨房，个人工作室电锯电钻等大功率电器的用电，还可以作为手机等消费数码的移动式电源；另外，通过子系统与母系统将电能并机输出至备电设备，实现了大功率并机；将用户的便携式能源使用场景和离网家储场景集成于一体整机。
56.本发明提供的储能设备，通过子系统与母系统将电能并机输出至备电设备，以及分离后的母系统将电能输出至备电设备，整机系统(子系统与母系统)或者分离后的母系统可做大容量，输出4kw/2kw大功率为家庭储能。
57.本发明的可选方案中，整机作为家庭储能设备，通过双向逆变器，提供了ups备电功能，可实现10ms无缝切换，智能备电，可以应对家庭突发的断电。
58.本发明的可选方案中，通过在用户设定的波峰用电时段输出存储的电能，在夜间波谷时段，电网给系统充电，带来了长久的经济效益。
59.本发明的可选方案中，整体结构简单，结构紧凑，整机轻量化设计，大大减少了产品重量和体积。
附图说明
60.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
61.图1为本发明一实施例的储能设备的示意图；
62.图2为本发明一实施例的储能设备的原理图。
63.附图标记说明：
[0064]1‑
第一光伏板，
[0065]2‑
第一控制单元，
[0066]3‑
第一充放电单元，
[0067]4‑
第一储能单元，
[0068]5‑
第二光伏板，
[0069]6‑
第二控制单元，
[0070]7‑
第二充放电单元，
[0071]8‑
第二储能单元，
[0072]9‑
第一直流母线控制接触器，
[0073]
10
‑
第二直流母线控制接触器，
[0074]
11
‑
第一直流并机控制接触器，
[0075]
12
‑
第二直流并机接触控制器，
[0076]
13
‑
第一交流负载并机控制接触器，
[0077]
14
‑
第二交流负载并机控制接触器，
[0078]
15
‑
第一断路器，
[0079]
16
‑
第二断路器。
具体实施方式
[0080]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
[0081]
在本发明说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
[0082]
在本发明的描述中，“多个”的含义是多个，例如两个，三个，四个等，除非另有明确具体的限定。
[0083]
在本发明说明书的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据
具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0084]
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
[0085]
如图1所示为本发明一实施例的储能设备的示意图。
[0086]
请参考图1，本实施例的储能设备包括：母系统以及子系统。其中，子系统与母系统之间为可切断连接。分离后的子系统可作为便携式移动储能电源，用于用电设备供电。
[0087]
子系统与母系统均用于：接收并存储太阳能转换而来的第一电能；接收电网输送而来的第二电能，还将电网输送来的多余的第二电能回馈给电网；基于所存储的电能，输出供电；
[0088]
其中：在子系统和母系统相连接时，子系统与母系统输出的供电能够并机后输送至负载连接节点(load)和/或备电连接节点(back
‑
up)。
[0089]
当子系统和母系统的连接断开时，子系统能够作为移动电源，将供电单独输送至所述负载连接节点，如可作为2kw电源提供户外，厨房，个人工作室电锯电钻等大功率电器的用电。母系统的供电能够单独输送至备电连接节点(back
‑
up)。
[0090]
一实施例中，子系统与母系统还用于将电网输送来的电能进行存储。
[0091]
一实施例中，母系统包括：第一光伏板1、第一控制单元2、第一充放电单元3以及第一储能单元4，请参考图2。其中，第一充放电单元3包括：第一dc输入端、至少一个第一通讯接口、第一dc接口、第一双向逆变器、第一太阳能控制器；第一双向逆变器包括：第一ac输入端以及第一ac输出端。
[0092]
其中的太阳能控制器(即上文提及的第一太阳能控制器及后文所提及的第二太阳能控制器)，可以为任意能够对太阳能转换而来的电能进行处理，从而使其适于存储、传输、使用的任意电路，一种举例中，太阳能控制器可以为mppt控制器，其中的mppt具体为maximum power point tracking，对应的，mppt控制器可理解为最大功率点跟踪控制器。
[0093]
第一双向逆变器第一侧的第一ac输入端用于连接电网(grid)；第一双向逆变器第一侧的第一ac输出端用于连接备电连接节点(back
‑
up)；第一双向逆变器第二侧直接或间接连接至第一dc接口。第一双向逆变器的受控端还经第一通讯接口连接第一控制单元2，以受控于第一控制单元2；第一太阳能控制器的受控端还经第一通讯接口连接至第一控制单元。第一充放电单元3用于对电网对第一ac输入端的充电，第一光伏板1的发电以及第一储能单元4的充放电进行交直流变换和输入输出。第一光伏板1与第一充放电单元3的第一dc输入端相连；第一光伏板1用于接受太阳能发电，传输给第一充放电单元3。第一控制单元2分别与第一储能单元4以及第一充放电单元3的第一通讯接口相连；第一控制单元2用于对母系统的工作状态进行控制，该工作状态与下文提及的第一双向逆变器的工作模式相匹配或相关联。第一储能单元4与第一充放电单元3的第一dc接口相连。
[0094]
一实施例中，第一双向逆变器的工作模式能够在第一控制单元2的控制下发生变换，所述工作模式至少包括：第一工作模式(也可理解为逆变模式)、第二工作模式(也可理解为充电模式)、第三工作模式(也可理解为ups模式)。当第一双向逆变器处于第一工作模式时，用于将第一储能单元4的电能逆变后输出至第二ac输出端；当第一双向逆变器处于第二工作模式时，用于将电网的电能变换后为第一储能单元4充电；当第一双向逆变器处于第三工作模式时，用于将电网的电能供给负载连接节点并将多余的电能变换后为第一储能单
元4充电。
[0095]
较佳实施例中，第一储能单元除了包括电池，还包括第一电池监控管理单元。。电池直接或间接连接于第一dc接口，例如储能单元里还可包含dc
‑
dc变换器，电池可经dc
‑
dc变换器连接至第一dc接口。第一电池监控管理单元可连接于电池和/或dc
‑
dc变换器，还可连接于第一控制单元，用于智能管理电池充放电状态，过流，过充保护等。
[0096]
子系统包括：第二光伏板5、第二控制单元6、第二充放电单元7以及第二储能单元8，请参考图2。其中，第二充放电单元7包括：第二dc输入端、至少一个第二通讯接口、第二dc接口、第二双向逆变器、第二太阳能控制器。第二双向逆变器第一侧的第二ac输入端用于连接电网(grid)；第二双向逆变器第一侧的第二ac输出端用于连接负载连接节点(load)；第二双向逆变器第二侧直接或间接连接至第二dc接口；第二双向逆变器的受控端还经第二通讯接口连接第二控制单元6，以受控于第二控制单元6；第二太阳能控制器连接于第二dc输入端与第二dc接口之间；第二太阳能控制器的受控端还经第二通讯接口连接至第二控制单元6。第二充放电单元7用于对电网对第二ac输入端的充电，第二光伏板5的发电以及第二储能单元8的充放电进行交直流变换和输入输出。第二光伏板5与第二充放电单元7的第二dc输入端相连；第二光伏板5用于接受太阳能发电，传输给第二充放电单元7。第二控制单元6分别与第二储能单元8以及第二充放电单元7的第二通讯接口相连；第二控制单元6用于对子系统的工作状态进行控制，该工作状态与下文提及的第二双向逆变器的工作模式相匹配或相关联。第二控制单元6还与第一控制单元2相连，用于实现母系统与子系统的并机通讯。第二储能单元8与第二充放电单元7的第二dc接口相连。第一充放电单元3的第一dc接口与第二充放电单元7的第二dc接口之间为可切断连接；第一充放电单元3的第一ac输出端与第二充放电单元7的第二ac输出端之间为可切断连接。
[0097]
第二双向逆变器的工作模式能够在第二控制单元6的控制下发生变换，所述工作模式至少包括：第一工作模式(也可理解为逆变模式)、第二工作模式(也可理解为充电模式)、第三工作模式(也可理解为ups模式)。当第二双向逆变器处于第一工作模式时，用于将第二储能单元8的电能逆变后输出至第二ac输出端；当第二双向逆变器处于第二工作模式时，用于将电网的电能变换后为第二储能单元8充电；当第二双向逆变器处于第三工作模式时，用于将电网的电能供给负载连接节点并将多余的电能变换后为第二储能单元8充电。
[0098]
较佳实施例中，第二储能单元除了包括电池，还包括第二电池监控管理单元。电池直接或间接连接于第二dc接口，例如储能单元里还可包含dc
‑
dc变换器，电池可经dc
‑
dc变换器连接至第二dc接口。第二电池监控管理单元可连接于电池和/或dc
‑
dc变换器，还可连接于第二控制单元，用于智能管理电池充放电状态，过流，过充保护等。
[0099]
一实施例中，一般情况下，第一双向逆变器和/或第二双向逆变器处于ups模式，双向逆变器可以将ac输入端直接送到ac输出端，还可以将ac输入端的多余电能变换后为储能单元进行充电。
[0100]
当处于预设的电网波峰时段时，第一双向逆变器和/或第二双向逆变器进入逆变模式，双向逆变器可将储能单元存储的电能逆变后输出到ac输出端；部分方案中，输出到ac输出端的电能可完全源自对应储能单元存储的电能，另部分方案中，输出到ac输出端的电能可能部分源自对应储能单元存储的电能，部分源自ac输入端接收到的电能；
[0101]
当处于预设的电网波谷时段时，第一双向逆变器和/或第二双向逆变器进入充电
模式，双向逆变器将ac输入端输入的电能变换后为储能单元进行充电；该过程可在确定对应的储能单元未充满电时才实施；
[0102]
当电网故障或断开的时候，第一双向逆变器和/或第二双向逆变器进入逆变模式，将储能单元存储的电能逆变后输出到ac输出端，为负载(load)和/或备电(back
‑
up)供电。
[0103]
一实施例中，母系统还包括：第一直流母线控制接触器9，用于直流电路保护。第一直流母线控制接触器9连接于第一储能单元4与第一充放电单元3的第一dc接口之间，请参考图2。
[0104]
一实施例中，子系统还包括：第二直流母线控制接触器10，用于直流电路保护。第二直流母线控制接触器10连接于第二储能单元8与第二充放电单元7的第一dc接口之间，请参考图2。
[0105]
一实施例中，子系统与母系统之间通过接触器相连。优选地，接触器包括：直流并机控制接触器以及交流负载并机控制接触器；其中，直流并机控制接触器用于子系统、母系统的电池连接保护，交流负载并机控制接触器用于交流输出保护。直流并机控制接触器包括：第一直流并机控制接触器11以及第二直流并机接触控制器12；交流负载并机控制接触器包括：第一交流负载并机控制接触器13以及第二交流负载并机控制接触器14，请参考图1。
[0106]
其中，第一直流并机控制接触器11的第一端与第一充放电单元3的第一dc接口相连，第二直流并机控制接触器12的第一端与第二充放电单元7的第二dc接口相连。第一直流并机控制接触器11的第二端与第二直流并机控制接触器12的第二端之间为可切断连接，切断后第一直流并机控制接触器11以及第二直流并机控制接触器12自动保护母系统以及子系统的插拔接口。
[0107]
第一交流负载并机控制接触器13的第一端与第一充放电单元3的第一ac输出端相连，第二交流负载并机控制接触器14的第一端与第二充放电单元7的第二ac输出端相连。第一交流负载并机控制接触器13的第二端与第二交流负载并机控制接触器14的第二端之间为可切断连接，切断后第一交流负载并机控制接触器13以及第二交流负载并机控制接触器14自动保护母系统以及子系统的插拔接口。
[0108]
一实施例中，母系统还包括：第一断路器15以及第二断路器16。其中，第一断路器15与第一ac输出端相连，实现家庭回路连接保护；第二断路器16连接于第一储能单元4与第一充放电单元3的dc接口之间，实现系统开机保护。
[0109]
较佳实施例中，母系统和/或子系统用于根据预设的电网波峰时段、电网波谷时段，在电网波峰时段将电能输出备电设备和/或用电设备，在电网波谷时段，将电能存储至第一储能单元和/或第二储能单元，实现波峰用电设置，波谷充电设置，节约波峰波谷用电差价，带来长久的经济收益。
[0110]
较佳实施例中，在母系统及子系统的双向逆变器中集成并离网切换模块，可实现10ms无缝切换，智能备电，提供了ups备电功能，可以应对家庭突发的断电。
[0111]
上述实施例的储能设备可以有三种工作模式：
[0112]
一、便携式子系统简易热插拔，分离后可作为2kw电源提供户外，厨房，个人工作室电锯电钻等大功率电器的用电，如图2所示，子系统从整机拔开后，第一交流负载并机控制接触器13以及第二交流负载并机控制接触器14自动保护子母体插拔接口，同时用户从子系
统的第二ac输出端依然可以直接去用子系统电源逆变的功率来运行load；
[0113]
二、整机系统或者分离后的母体系统可做大容量，输出4kw/2kw大功率为家庭储能，如图1所示，在整机合体时，子系统双向逆变器和母系统双向逆变器并机输出，功率叠加为4000w从子系统的第二ac输出端输出至load或者母系统的第一ac输出端输出至back
‑
up；在子系统切断与母系统的连接后，母系统仍然可以通过back
‑
up输出2000w功率；
[0114]
三、整机作为家庭储能设备，支持光伏优先的家储模式，用户可将光伏输入从图2所示的子系统和母系统的太阳能控制器(mppt)输入，供给家庭清洁能源。若光伏输出能量不能满足负载消耗时，不足的电量可以选择是由储能单元供电或电网供电。
[0115]
在本说明书的描述中，参考术语“一种实施方式”、“一种实施例”、“具体实施过程”、“一种举例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0116]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的范围。