一种电池储能系统的制作方法

1.本实用新型涉及电路设计技术领域，更具体地，本实用新型涉及一种电池储能系统。


背景技术：

2.近年来，新能源行业全面发展，不断壮大，其中电池储能系统作为新能源行业中不可或缺的一部分，它的技术发展最为迅速，越来越多的电池储能系统应运而生。
3.由于单节电池的电压和容量有限，通常在实际应用中是将电池串联或并联成电池模组。为了得到更大容量的电池储能系统，往往还需要通过把电池模组再进行串联或并联来组成大容量的电池储能系统，如图1和图2所示。这种电池储能系统随着电池使用时间的增加，电池模组发生老化，电池模组的容量会慢慢出现差异，会导致电池储能系统的性能下降甚至损坏。
4.现有的电池储能系统为了解决这一问题，往往采用在电池的输出侧增加一个dcdc变换器，如图3和图4所示。在图3所示的电池储能系统中，当电池的容量出现差异时，电池输出的电压不一致时，可以通过dcdc变换器电池输出到母线的电压，使其保持一致，从而避免产生内部环流，保证电池储能系统运行的可靠性。在图4所示的电池储能系统中，当电池模组容量出现差异，可以通过dcdc变换器调节电池模组的输出电压，使其充/放电速率改变，避免出现木桶效应，使每一个电池模组都能同时充满或放空，提高电池储能系统的有效容量。
5.上述的技术虽然解决了电池模组或单节电池的容量衰减时，电池储能系统性能下降的问题，也能在梯次电池利用方面一定程度上提高电池的利用率，但是，在电池模组输出测接入一个dcdc变换器，会因为dcdc变换器本身的损耗问题，使整个电池储能系统的充放电效率降低。
6.另外，在电池模组串联构成的电池储能系统中，当其中某一个电池模组或某一个dcdc变换器出现故障时，会使得整个电池储能系统将无法进行工作，大大降低了电池储能系统的运行可靠性。


技术实现要素：

7.本实用新型的一个目的是提供一种能够对电池储能系统中的电池储能单元或dcdc变换器进行单独切投的电池储能系统。
8.根据本实用新型的一个方面，提供了一种电池储能系统，包括至少一个电池储能单元、与所述电池储能单元一一对应的dcdc变换器、与所述dcdc变换器一一对应的第一旁路开关和第二旁路开关，所述电池储能单元经过对应的dcdc变换器连接至所述电池储能系统的直流母线上，所述第一旁路开关连接在对应的dcdc变换器的正极输入端和正极输出端之间，所述第二旁路开关连接在对应的dcdc变换器的正极输出端和负极输出端之间。
9.可选的，所述电池储能单元的正极与对应的dcdc变换器的正极输入端连接，所述
电池储能单元的负极与对应的dcdc变换器的负极输入端连接，至少一个所述dcdc变换器的正极输出端和负极输出端串联或并联至所述直流母线上。
10.可选的，所述电池储能系统还包括电池管理器，所述电池管理器被设置为分别控制所述第一旁路开关和所述第二旁路开关的开关状态。
11.可选的，所述电池储能系统还包括与所述电池储能单元一一对应的电池控制器，所述电池管理器还具有与所述电池控制器一一对应的第一输入端，所述第一输入端与对应电池控制器的输出端连接，所述电池控制器被设置为采集对应的电池储能单元的第一信息，并将所述第一信息传输至所述电池管理器。
12.可选的，所述第一信息包括电荷状态、输出电压和输出电流中的至少一项。
13.可选的，所述电池储能系统还包括与所述dcdc变换器一一对应的dcdc控制器，所述电池管理器还具有与所述dcdc控制器一一对应的第二输入端，所述第二输入端与对应dcdc控制器的输出端连接，所述dcdc控制器被设置为采集对应的dcdc变换器的第二信息，并将所述第二信息传输至所述电池管理器。
14.可选的，所述第二信息包括输入电压、输入电流、输入功率、输出电压、输出电流和输出功率中的至少一项。
15.可选的，所述电池管理器被设置为根据所述第一信息，确定所述电池储能单元是否发生故障，并在任一所述电池储能单元发生故障的情况下，控制发生故障的电池储能单元所对应的第二旁路开关闭合。
16.可选的，所述电池管理器被设置为根据所述第一信息，确定所述dcdc变换器是否需要投入所述电池储能系统中，并在任一所述dcdc变换器无需投入所述电池储能系统中的情况下，控制无需投入所述电池储能系统中的dcdc变换器对应的第一旁路开关闭合。
17.可选的，所述电池管理器被设置为根据所述第二信息，确定所述dcdc变换器是否发生故障，并在任一所述dcdc变换器发生故障的情况下，控制发生故障的dcdc变换器对应的第一旁路开关闭合。
18.可选的，所述电池管理器被设置为根据所述第一信息，确定所述电池储能单元的输出电压的差异是否大于预设的电压阈值，并在确定所述输出电压的差异大于所述电压阈值的情况下，控制所述电池储能单元对应的第一旁路开关断开。
19.本实用新型的一个技术效果在于，通过本公开的实施例，可以是通过控制第一旁路开关，实现对应dcdc变换器在电池储能系统中的单独投切；还可以通过控制第二旁路开关，实现对应的电池储能单元和对应的dcdc变换器在电池储能系统中的单独投切。
20.通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
21.构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。
22.图1是现有技术中电池储能系统的第一个例子的电路原理图；
23.图2是根据现有技术中电池储能系统的第二个例子的电路原理图；
24.图3是根据现有技术中电池储能系统的第三个例子的电路原理图；
25.图4是根据现有技术中电池储能系统的第四个例子的电路原理图；
26.图5是根据本实用新型实施例的电池储能系统的原理框图；
27.图6是根据本实用新型实施例的电池储能系统的一个例子的电路原理图；
28.图7是根据本实用新型实施例的电池储能系统的另一个例子的电路原理图；
29.图8是根据本实用新型实施例的电池储能系统的第一个例子的等效电路的电路原理图；
30.图9是根据本实用新型实施例的电池储能系统的第二个例子的等效电路的电路原理图；
31.图10是根据本实用新型实施例的电池储能系统的第三个例子的等效电路的电路原理图.
具体实施方式
32.现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。
33.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。
34.对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。
35.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
36.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
37.本公开提供了一种电池储能系统。图5为根据本实用新型实施例的电池储能系统的原理框图。
38.根据图5所示，该电池储能系统5000可以包括至少一个电池储能单元5100、与电池储能单元5100一一对应的dcdc变换器5200、以及与dcdc变换器5200一一对应的第一旁路开关s1和第二旁路开关s2。具体的，对于每个dcdc变换器5200，具有与其一一对应的第一旁路开关s1、和与其一一对应的第二旁路开关s2。
39.至少一个电池储能单元5100可以是经过对应的dcdc变换器5200连接至电池储能系统5000的直流母线上。
40.在本实施例中，dcdc变换器5200可以是具有正极输入端in 、负极输入端in-、正极输出端out 和负极输出端out-。电池储能单元5100的正极可以是与对应的dcdc变换器5200的正极输入端in 连接，电池储能单元5100的负极是与对应的dcdc变换器5200的负极输入端in-连接。
41.第一旁路开关s1连接在对应的dcdc变换器5200的正极输入端in 和正极输出端out 之间，第二旁路开关s2连接在对应的dcdc变换器5200的正极输出端out 和负极输出端out-之间。
42.在本实施例中，在第一旁路开关s1均处于断开状态的情况下，如果检测到其中一
个dcdc变换器5200发生故障，可以控制对应的第一旁路开关s1导通，使得该dcdc变换器5200的正极输入端in 和正极输出端out 之间短路，以将该dcdc变换器5200从电池储能系统中切除，实现故障dcdc变换器的隔离，可以提高电池储能系统的可靠性。
43.在不需要其中一个dcdc变换器5200对对应的电池储能单元5100进行调节的情况下，可以控制对应的第一旁路开关s1导通，使得该dcdc变换器5200的正极输入端in 和正极输出端out 之间短路，以将该dcdc变换器5200从电池储能系统中切除，可以降低该电池储能系统的能量损耗，提高该电池储能系统的充放电效率。
44.在第二旁路开关s2均处于断开状态的情况下，如果检测到其中一个电池储能单元5100发生故障，可以控制对应的第二旁路开关s2导通，使得对应的dcdc变换器5200的正极输出端out 和负极输出端out-之间短路，以将该电池储能单元5100和对应的dcdc变换器5200从电池储能系统中切除，实现故障电池储能单元的隔离，可以提高电池储能系统的可靠性。
45.通过本公开的实施例，可以是通过控制第一旁路开关，实现对应dcdc变换器在电池储能系统中的单独投切；还可以通过控制第二旁路开关，实现对应的电池储能单元和对应的dcdc变换器在电池储能系统中的单独投切。
46.在本实施例中，第一旁路开关s1可以是功率开关管或场效应管，第二旁路开关s2也可以是功率开关管或场效应管。
47.进一步地，本实施例中的电池储能单元5100可以是电池单体，也可以是电池模组，还可以是电池包。在电池储能系统中所包含的至少一个电池储能单元的类型相同。
48.在本公开的一个实施例中，至少一个电池储能单元5100可以是经过对应的dcdc变换器5200，串联连接至电池储能系统5000的直流母线上，可以是并联连接至电池储能系统5000的直流母线上。
49.在至少一个电池储能单元5100经过对应的dcdc变换器5200，串联连接至电池储能系统5000的直流母线上的实施例中，dcdc变换器5200的正极输出端out 和负极输出端out-串联连接至直流母线上，具体可以是如图6所示。
50.在电池储能系统5000包括n个电池储能单元5100的情况下，第i个电池储能单元5100的正极与第i个dcdc变换器5200的正极输入端in 连接，第i个电池储能单元5100的负极与第i个dcdc变换器5200的负极输入端in-连接，第1个dcdc变换器5200的正极输出端out 与直流母线的正极连接，第i个dcdc变换器5200负极输出端out-与第i 1个dcdc变换器5200的正极输出端out 连接，第n个dcdc变换器5200的负极输出端out-与直流母线的负极连接。其中，i为小于n的正整数，n为大于等于1的正整数。
51.在至少一个电池储能单元5100经过对应的dcdc变换器5200，并联连接至电池储能系统5000的直流母线上的实施例中，dcdc变换器5200的正极输出端out 和负极输出端out-并联连接至直流母线上，具体可以是如图7所示。
52.在电池储能系统5000包括n个电池储能单元5100的情况下，第j个电池储能单元5100的正极与第j个dcdc变换器5200的正极输入端in 连接，第j个电池储能单元5100的负极与第j个dcdc变换器5200的负极输入端in-连接，第j个dcdc变换器5200的正极输出端out 与直流母线的正极连接，第j个dcdc变换器5200负极输出端out-与直流母线的负极连接。其中，j为小于等于n的正整数，n为大于等于1的正整数。
53.在本公开的一个实施例中，如图6和图7所示，该电池储能系统5000还可以包括电池管理器5300，该电池管理器5300可以被设置为单独控制每个第一旁路开关s1的开关状态和每个第二旁路开关s2的开关状态。
54.在一个例子中，可以是电池管理器5300具有与第一旁路开关s1一一对应第一输出端、以及与第二旁路开关s2一一对应的第二输出端，第一输出端与对应的第一旁路开关s1的控制端连接，第二输出端与对应的第二旁路开关s2的控制端连接。
55.这样，通过电池管理器5300可以通过第一输出端和第二输出端所输出的控制信号，对每个第一旁路开关和每个第二旁路开关的开关状态进行单独控制。
56.在本公开的一个实施例中，如图6和图7所示，该电池储能系统5000还可以包括与电池储能单元5100一一对应的电池控制器5400，电池控制器5400被设置为采集对应的电池储能单元5100的第一信息，并将第一信息传输至电池管理器5300，以供电池管理器5300根据第一信息控制每个第一旁路开关和每个第二旁路开关s2的开关状态。
57.在本实施例中，第一信息可以包括电荷状态、输出电压和输出电流中的至少一项。
58.具体的，电池管理器5300还可以是具有与电池控制器5400一一对应的第一输入端，电池管理器5300的第一输入端可以是与对应电池控制器5400的输出端连接。
59.在电池储能系统中各电池储能单元的容量均正常的情况下，各电池储能单元的输出电压的差异小于或等于预设的电压阈值，电池储能单元所对应的第一旁路开关s1可以是处于导通状态，即无需在电池储能系统中设置与每个电池储能单元一一对应的dcdc变换器，以降低电池储能系统的损耗，提高电池储能系统的充放电效率。
60.在电池储能系统运行多年后，电池储能单元会出现容量衰减，由于木桶效应，只要有其中一个电池储能单元充满或放空时，即使其他电池储能单元还能充放电也不能继续工作。电池管理器通过收集各个电池控制器所采集到的第一信息，可以锁定充放电速率异常的电池储能单元。此时，电池管理器控制对应的第一旁路开关s1断开，使该异常的电池储能单元所对应的dcdc变换器投入于该电池储能系统中，通过调节电池储能单元的输出电压uin，从而改变电池储能单元的输出功率，使其充放电速率减慢或者加快，使整个电池储能系统的电池储能单元都可以同时充满或放空，提高整个系统的有效容量。
61.在不需要通过对应的dcdc变换器再调节对应的电池储能单元的输出功率时，电池管理器可以控制对应的第一旁路开关s1闭合，使对应的dcdc变换器从整个电池储能系统中切除，图8和图9为闭合旁路开关s1之后的等效电路。此时，该电池储能单元直接连接到系统直流母线上，由于没有了dcdc变换器的损耗，可以使整个电池储能系统的损耗降低，还可以使电池储能系统的充放电效率提升。
62.在电池储能单元5100经过对应的dcdc变换器5200，串联连接至电池储能系统5000的直流母线上的实施例中，当电池管理器根据第一信息，确定电池储能系统中有电池储能单元出现故障或者需要从电池储能系统中切除的情况下，电池管理器可以控制对应的第二旁路开关s2闭合，将该电池储能单元从整个电池储能系统中切除，图10为闭合旁路开关s2后的等效电路。这样就可以实时对系统中串联的电池模组数量进行调配，隔离故障的电池模组，实现对系统的精确管理。
63.在本公开的一个实施例中，如图6和图7所示，该电池储能系统5000还可以包括与dcdc变换器5200一一对应的dcdc控制器5500，dcdc控制器5500被设置为采集对应的dcdc变
换器5200的第二信息，并将第二信息传输至电池管理器5300，以供电池管理器5300还根据第二信息控制每个第一旁路开关和每个第二旁路开关s2的开关状态。
64.在本实施例中，第二信息可以包括输入电压、输入电流、输入功率、输出电压、输出电流和输出功率中的至少一项。
65.具体的，电池管理器5300还可以是具有与dcdc控制器5500一一对应的第二输入端，电池管理器5300的第二输入端可以是与对应dcdc控制器5500的输出端连接。
66.在本实施例的基础上，还可以是电池管理器5300具有与dcdc控制器5500一一对应的第三输出端，第三输出端与对应的dcdc控制器5500的输入端连接。
67.电池管理器5300可以是向每个dcdc控制器5500，分别输出用于控制对应的第一旁路开关s1和第二旁路开关s2的开关状态的控制指令，dcdc控制器5500根据接收到的控制指令，控制对应的第一旁路开关s1和第二旁路开关s2的开关状态。
68.由于电池储能单元的特性，在电池储能单元处于充电和放电的初期和末期时，可能会导致电池储能单元之间出现输出电压不一致的情况。或者，当该电池储能系统运行多年之后，电池储能单元出现容量衰减，电池储能单元之间也会出现输出电压偏差变大的情况。通过电池控制器采集第一信息，通过dcdc控制器第二信息，并且对每个电池储能单元的输出电压uin进行比较，当它们相互之间差异超过预设的电压阈值时，电池储能单元需要进行均衡，则电池管理器控制第一旁路开关s1断开，使dcdc变换器投入电池储能系统中，调节电池储能单元输出到直流母线的电压uout，使其保持一致，避免产生内部环流损害整个电池储能系统。当不需要通过任一个dcdc变换器来调节电池储能单元输出到母线的电压时(如：处于电池储能单元充放电平台期)，即无线将该dcdc变换器投入电池储能系统中时，电池管理器可以控制对应的第一旁路开关s1闭合，将对应的dcdc变换器从整个电池储能系统中切除，图8和图9为闭合第一旁路开关s1之后的等效电路。此时电池储能单元直接输出到系统直流母线上，由于没有了dcdc变换器的损耗，可以使整个电池储能系统的损耗降低，充放电效率提升。
69.具体的，在电池储能单元5100可以是经过对应的dcdc变换器5200，串联或并联连接至电池储能系统5000的直流母线上的实施例中，均可以通过电池管理器第一旁路开关s1来单独投切对应的dcdc变换器，当电池储能系统监测到某一个dcdc变换器发生故障时，可以直接控制对应的第一旁路开关s1闭合，来隔离发生故障的dcdc变换器。
70.上述各实施例主要重点描述与其他实施例的不同之处，但本领域技术人员应当清楚的是，上述各实施例可以根据需要单独使用或者相互结合使用。
71.虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。