一种储能系统的制作方法

1.本发明涉及电力电子技术领域，更具体的说，涉及一种储能系统。


背景技术：

2.清洁能源的存贮与转换对解决全球变暖有重要意义，锂离子电池以其功率大、能量密度高、自放电率低、无记忆效应、循环寿命长及环境友好等优势得到了广泛研究和关注。
3.然而，锂离子动力电池的外特性易受环境温度的影响，特别是低温环境下，其容量有所下降，低温充电时不仅充不满，还会对电池造成伤害，降低电池的使用寿命和电池的有效容量。因此，低温环境下，在电池使用前，需进行预加热，使电池内芯达到正常工作温度范围。
4.传统的电池预加热方法，一般从交流电网取电为电池加热电路供电，然后通过逻辑控制电池加热电路实现对电池加热。然而，电池加热电路从交流电网获取的供电电压并不受控，在实际应用中，用户容易出现将电池加热电路的供电电压由交流的相电压接为线电压的情况，导致电池加热电路的加热功耗急剧升高，比如，相电压为230v，线电压为400v，电池加热电路中加热电阻为200ω，则相电压时电池加热电路的加热功耗为264.5w，线电压时电池加热电路的加热功耗为800w，两种情况相差将近3倍，从而不仅容易导致电池加热电路出现损坏，而且还不利于电池加热电路中电气元件的选型。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明公开一种储能系统，以实现电池加热电路的供电电压可控，不存在相电压和线电压接错的情况，从而不仅延长电池加热电路的使用寿命，还便于电池加热电路中电气元件的选型。
6.一种储能系统，包括：控制器、dc/ac变换电路、至少一个电池单元及对应的第一传输支路、电池加热电路以及与所述电池单元等数量的第一开关；
7.各所述电池单元分别依次通过对应的所述第一开关和所述第一传输支路连接所述dc/ac变换电路的直流母线；
8.所述dc/ac变换电路的交流侧连接电网和/或负载；
9.所述电池加热电路的供电端连接在所述第一开关和对应的所述第一传输支路之间；
10.所述控制器用于控制各所述第一开关、各所述第一传输支路以及所述dc/ac变换电路工作，使各所述电池单元实现与所述电网或所述负载之间的电能变换和传输；所述控制器还用于在至少一个所述电池单元的温度低于预设温度值时，根据直流母线电压的高低控制相应所述第一传输支路对所述直流母线电压升压或降压来为相应所述电池加热电路供电，以对相应所述电池单元进行加热。
11.可选的，所述第一传输支路包括：第一dc/dc变换电路；
12.所述控制器用于根据直流母线电压的高低控制相应所述第一传输支路升压或降压来为相应所述电池加热电路供电，以对相应所述电池单元进行加热时，具体用于：
13.当所述直流母线的能量高于能量阈值时，控制温度低于所述预设温度值的目标电池单元对应的所述第一开关关断；
14.当所述直流母线电压低于最低电压限值时，控制所述第一dc/dc变换电路对所述直流母线电压升压来为相应所述电池加热电路供电，以对相应所述电池单元进行加热。
15.可选的，所述控制器用于根据直流母线电压的高低控制相应所述第一传输支路升压或降压来为相应所述电池加热电路供电，以对相应所述电池单元进行加热时，具体用于：
16.当所述直流母线的能量高于能量阈值时，控制温度低于所述预设温度值的所述电池单元对应的所述第一开关关断；
17.当所述直流母线电压高于最高电压限值时，控制所述第一dc/dc变换电路对所述直流母线电压降压来为相应所述电池加热电路供电，以为相应所述电池单元进行加热。
18.可选的，还包括：至少一路光伏组串及对应的第二传输支路；
19.各所述光伏组串分别通过对应的所述第二传输支路连接所述直流母线；
20.所述控制器用于控制各所述第二传输支路以及所述dc/ac变换电路工作，使各所述光伏组串实现与所述电网和/或所述负载之间的电能变换和传输。
21.可选的，所述第二传输支路包括：第二dc/dc变换电路；
22.当所述dc/ac变换电路的交流侧至少连接所述电网时，所述直流母线电压包括：所述电网通过所述dc/ac变换电路变换至所述直流母线的电压，以及至少一路所述光伏组串通过对应的所述第二dc/dc变换电路变换至所述直流母线的电压。
23.可选的，还包括：
24.当所述dc/ac变换电路的交流侧仅连接所述负载时，所述直流母线电压包括：至少一路所述光伏组串通过对应的所述第二dc/dc变换电路变换至所述直流母线的电压。
25.可选的，所述控制器用于根据直流母线电压的高低控制相应所述第一传输支路升压或降压来为相应所述电池加热电路供电，以对相应所述电池单元进行加热时，具体用于：
26.当所述直流母线的能量低于所述能量阈值时，控制温度低于所述预设温度值的目标电池单元对应的所述第一开关导通，由所述直流母线的能量和所述目标电池单元的能量同时为所述电池加热电路供电，以对相应所述电池单元进行加热。
27.可选的，所述电池加热电路包括：加热电阻和第二开关；
28.所述加热电阻和所述加热第二开关串联连接。
29.可选的，所述加热电阻为加热片，所述加热片贴在相应所述电池单元的表面，以为相应所述电池单元加热。
30.可选的，所述第一开关为：断路器或继电器。
31.从上述的技术方案可知，本发明公开了一种储能系统，包括：控制器、dc/ac变换电路、至少一个电池单元及对应的第一传输支路、电池加热电路以及与电池单元等数量的第一开关，各电池单元分别依次通过对应的第一开关和第一传输支路连接dc/ac变换电路的直流母线，电池加热电路的供电端连接在第一开关和对应的第一传输支路之间，控制器用于控制各第一开关、各第一传输支路以及dc/ac变换电路工作，并在至少一个电池单元的温度低于预设温度值时，根据直流母线电压的高低控制相应第一传输支路对直流母线电压升
压或降压来为相应电池加热电路供电，以对相应电池单元进行加热。本发明中电池加热电路的供电电压为直流母线电压，其从靠近电池单元侧的第一传输支路的端口上获取，因此，电池加热电路的供电电压可控，不存在相电压和线电压接错的情况，从而不仅延长了电池加热电路的使用寿命，还便于电池加热电路中电气元件的选型。
附图说明
32.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的前提下，还可以根据公开的附图获得其他的附图。
33.图1为本发明实施例公开的一种储能系统的结构示意图；
34.图2为本发明实施例公开的另一种储能系统的结构示意图；
35.图3为本发明实施例公开的另一种储能系统的结构示意图；
36.图4为本发明实施例公开的另一种储能系统的结构示意图；
37.图5为本发明实施例公开的另一种储能系统的结构示意图；
38.图6为本发明实施例公开的一种储能系统中电池加热电路的电路图。
具体实施方式
39.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。
40.本发明实施例公开了一种储能系统，包括：控制器、dc/ac变换电路、至少一个电池单元及对应的第一传输支路、电池加热电路以及与电池单元等数量的第一开关，各电池单元分别依次通过对应的第一开关和第一传输支路连接dc/ac变换电路的直流母线，电池加热电路的供电端连接在第一开关和对应的第一传输支路之间，控制器用于控制各第一开关、各第一传输支路以及dc/ac变换电路工作，并在至少一个电池单元的温度低于预设温度值时，根据直流母线电压的高低控制相应第一传输支路对直流母线电压升压或降压来为相应电池加热电路供电，以对相应电池单元进行加热。本发明中电池加热电路的供电电压为直流母线电压，其从靠近电池单元侧的第一传输支路的端口上获取，因此，电池加热电路的供电电压可控，不存在相电压和线电压接错的情况，从而不仅延长了电池加热电路的使用寿命，还便于电池加热电路中电气元件的选型。
41.参见图1，本发明实施例公开的一种储能系统的结构示意图，该储能系统包括：控制器(图1中未示出)、dc/ac变换电路101、至少一个电池单元102及对应的第一传输支路103、电池加热电路104以及与所述电池单元102等数量的第一开关k1。
42.其中：
43.各电池单元102分别依次通过对应的所述第一开关k1和所述第一传输支路103连接所述dc/ac变换电路101的直流母线，各第一传输支路103分别用于实现相应电池电源102与直流母线之间的电能传输。也就是说，第一开关k1的一端连接相应电池单元102的电池端
口，第一开关k1的另一端连接第一传输支路103的接口，第一开关k1用于根据控制器发送的导通和关断信号，控制电池单元102与对应的第一传输支路103之间的通路的导通和关断。
44.需要说明的是，第一开关k1可以为电池侧配置的开关，也可以为第一传输支路103的内部配置开关，本文不做限定，图1仅仅是表示电池单元102和第一传输支路103之间能够控制断开的示意图。
45.直流母线的正负极之间设置有母线电容，该母线电容包括c1(其电压为vbusp)和c2(其电压为vbusn)。dc/ac变换电路101的交流侧连接电网和/或负载。
46.该电池单元102，可以是指电池簇，也可以是指电池包等。该储能系统，可以应用于光伏发电系统中，此时，为了匹配光伏发电系统中光伏组串的电压，该电池单元102优选为电池簇。视其具体应用环境而定即可，均在本技术的保护范围内。
47.电池加热电路104的供电端(图1中的ab两端)连接在第一开关k1和对应的第一传输支路103之间，电池加热电路104的供电电压主要由直流母线电压通过第一传输支路103转换得到。
48.其中，电池加热电路104的数量与电池单元102的数量可以相同或是不同，具体依据实际需要而定，本发明在此不做限定。
49.在实际应用中，电池加热电路104设置在相应电池单元102的预设加热位置，比如，电池单元102的侧面、底部等。预设加热位置具体依据实际需要而定，本发明在此不做限定。
50.正常情况下，控制器用于控制各所述第一开关k1、各所述第一传输支路103以及所述dc/ac变换电路101工作，使各所述电池单元102实现与所述电网或所述负载之间的电能变换和传输。比如，控制各电池单元102输出电能，依次通过相应的传输支路103及该dc/ac变换电路101，为电网和/或负载供电；或者，控制各电池单元102依次通过相应的传输支路103及该dc/ac变换电路101，从电网接收电能进行充电。
51.除此之外，控制器还用于：在至少一个所述电池单元102的温度低于预设温度值时，根据直流母线电压的高低控制相应所述第一传输支路103对所述直流母线电压升压或降压来为相应所述电池加热电路104供电，以对相应所述电池单元102进行加热。这是因为电池加热电路104内部有一定的内阻，因此，通过调节电池加热电路104的供电电压(即ab两点之间的电压)，改变电池加热电路104的加热功率，从而在电池加热电路104上产生焦耳热，利用该焦耳热达到对相应电池单元102进行加热目的。
52.其中，本实施例中所述的直流母线电压指的是dc/ac变换电路101的直流母线的电压。当dc/ac变换电路101的交流侧与电网连接时，直流母线电压由电网提供能量，此时直流母线电压为电网通过dc/ac变换电路101变换到直流母线上的电压；当dc/ac变换电路101的交流侧仅与负载连接未与电网连接时，直流母线电压由电网以外的其他供电端提供能量，比如，当储能系统应用于光伏发电系统中时，直流母线电压由至少一路光伏组串提供能量。当至少一路光伏组串连接至直流母线，且dc/ac变换电路101的交流侧与电网连接时，直流母线电压由电网与至少一路光伏组串提供能量。
53.需要说明的是，温度越低，电池单元102越会比较容易因为充电导致过压(超过其最大值vmax)或者因为放电导致欠压(低于其最小值vmin)，因此，实际应用中，可以对每个电池单元102都采样其温度(如图1中所示的temp1)及电压(如图1中所示的vrack1)。当控制器对相应电池单元102进行加热时，为了防止电池单元102出现异常，还可以实时监测其温
度，若其温度低于预设温度值，则增大相应电池加热电路104的供电电压大小，以对相应电池单元102进行加热，使电池单元102的电压处于范围[vmin，vmax]内。
[0054]
其中，控制器对相应电池单元102加热的过程，具体可以是在储能系统正常工作之前执行，或者，也可以是在储能系统正常工作的同时执行；视其具体应用环境而定即可，均在本技术的保护范围内。
[0055]
综上可知，本发明公开了一种储能系统，包括：控制器、dc/ac变换电路101、至少一个电池单元102及对应的第一传输支路103、电池加热电路104以及与电池单元102等数量的第一开关k1，各电池单元102分别依次通过对应的第一开关k1和第一传输支路103连接dc/ac变换电路101的直流母线，电池加热电路104的供电端连接在第一开关k1和对应的第一传输支路103之间，控制器用于控制各第一开关k1、各第一传输支路103以及dc/ac变换电路101工作，并在至少一个电池单元102的温度低于预设温度值时，根据直流母线电压的高低控制相应第一传输支路103对直流母线电压升压或降压来为相应电池加热电路104供电，以对相应电池单元102进行加热。本发明中电池加热电路104的供电电压为直流母线电压，其从靠近电池单元102侧的第一传输支路103的端口上获取，因此，电池加热电路104的供电电压可控，不存在相电压和线电压接错的情况，从而不仅延长了电池加热电路的使用寿命，还便于电池加热电路104中电气元件的选型。
[0056]
为了进一步优化上述实施例，参见图2，本发明实施例公开的另一种储能系统的结构示意图，在图1所示实施例的基础上，第一传输支路103包括：第一dc/dc变换电路(详见图2中的dc/dc1)。
[0057]
控制器用于根据直流母线电压的高低控制相应所述第一传输支路103升压或降压来为相应所述电池加热电路104供电，以对相应所述电池单元102进行加热时，具体用于：
[0058]
当所述直流母线的能量高于能量阈值时，控制温度低于所述预设温度值的目标电池单元对应的所述第一开关k1关断；
[0059]
当所述直流母线电压低于最低电压限值时，控制所述第一dc/dc变换电路对所述直流母线电压升压来为相应所述电池加热电路104供电，以对相应所述电池单元102进行加热。
[0060]
为进一步优化上述实施例，控制器用于根据直流母线电压的高低控制相应所述第一传输支路103升压或降压来为相应所述电池加热电路104供电，以对相应所述电池单元102进行加热时，具体还用于：
[0061]
当直流母线的能量高于能量阈值时，控制温度低于所述预设温度值的所述电池单元对应的所述第一开关k1关断；
[0062]
当所述直流母线电压高于最高电压限值时，控制所述第一dc/dc变换电路对所述直流母线电压降压来为相应所述电池加热电路104供电，以为相应所述电池单元102进行加热。
[0063]
本实施例中，当直流母线的能量高于能量阈值时，控制温度低于预设温度值的目标电池单元对应的第一开关k1关断，从而使得相应的电池加热电路104的供电电压来自第一dc/dc变换电路的端口(图2中ab两点)，该端口电压为直流母线电压通过第一dc/dc变换电路转换得到。
[0064]
在实际应用中，当直流母线电压低于最低电压限值时，控制器控制第一dc/dc变换
电路对直流母线电压升压来为相应电池加热电路104供电，以对相应电池单元102进行加热。而当直流母线电压高于最高电压限值时，控制器控制第一dc/dc变换电路对直流母线电压降压来为相应电池加热电路104供电，以对相应电池单元102进行加热。因此，本发明通过对第一dc/dc变换电路进行控制来调节电池加热电路104的供电电压，进而调节电池加热电路104的加热功率，从而可以在电池加热电路104上产生焦耳热，利用该焦耳热达到对相应电池单元102进行加热的目的。
[0065]
此外，电池加热电路104的供电端连接在电池端口与第一dc/dc变换电路之间，相当于电池加热电路104从电池端口进行引线并为电池单元102加热，引线过程简单方便，在一定程度上降低了成本。
[0066]
需要说明的是，本实施例中的能量阈值、最低电压限值和最高电压限值的取值依据实际需要而定，本发明在此不做限定。
[0067]
当储能系统应用于光伏发电系统中时，各电池单元102可以与各光伏组串共用dc/ac变换电路101，也即直流母线上还可以连接有至少一路光伏组串。
[0068]
因此，为进一步优化上述实施例，参见图3，本发明实施例公开的另一种储能系统的结构示意图，在图1所示实施例的基础上，储能系统还可以包括：至少一路光伏组串105及对应的第二传输支路106。
[0069]
各光伏组串105分别通过对应的第二传输支路106连接所述直流母线；
[0070]
所述控制器用于控制各所述第二传输支路106以及所述dc/ac变换电路101工作，使各所述光伏组串105实现与所述电网和/或所述负载之间的电能变换和传输。
[0071]
因此，本实施例中的直流母线电压可以由电网和/或光伏组串105提供，其中，可以通过实时监测光伏组串105的电压(图3中vpv)来确定光伏组串105为直流母线提供的电压。
[0072]
因此，电池加热电路104的供电电压也即ab两点电压可以由电网通过dc/ac变换电路101和第一传输支路103转换得到。或者ab两点电压由第一电压和第二电压求和得到，第一电压为：电网通过dc/ac变换电路101和第一传输支路103转换得到电压，第二电压为：至少一路光伏组串105通过第二传输支路106和第一传输支路103转换得到的电压。
[0073]
在实际应用中，dc/ac变换电路101可以是储能系统内部的电路结构，也可以是光伏发电系统逆变器中的电路结构；视其具体应用环境而定即可，均在本技术的保护范围内。
[0074]
为进一步优化上述实施例，参见图4，本发明实施例公开的另一种储能系统的结构示意图，本实施例中，第一传输支路103包括：第一dc/dc变换电路(详见图4中的dc/dc1)，第二传输支路106包括：第二dc/dc变换电路(详见图4中的dc/dcm)；
[0075]
当dc/ac变换电路101的交流侧至少连接电网时，也即dc/ac变换电路101的交流侧仅与电网连接，或是dc/ac变换电路101的交流侧同时与负载和电网连接。
[0076]
此时，直流母线电压包括：所述电网通过所述dc/ac变换电路101变换至所述直流母线的电压，以及至少一路所述光伏组串105通过对应的所述第二dc/dc变换电路变换至所述直流母线的电压。
[0077]
当dc/ac变换电路的交流侧仅连接所述负载时，负载并不能为直流母线提供电压，此时，所述直流母线电压包括：至少一路所述光伏组串105通过对应的所述第二dc/dc变换电路变换至所述直流母线的电压。
[0078]
需要说明的是，为了实现各电池单元102的基本功能，本发明中各dc/dc变换电路
(包括第一dc/dc变换电路和第二dc/dc变换电路)均为可双向运行的dc/dc变换电路。
[0079]
需要特别说明的是，上述实施例针对的是直流母线的能量不低于能量阈值(即直流母线的能量充足)以及第一开关k1关断的情况，此时，各个电池电源102处于低温加热状态，并未接入至储能系统。
[0080]
当直流母线的能量低于能量阈值，也即直流母线的能量不足时，本发明可以控制第一开关k1导通，使得通过直流母线的能量和电池单元102的能量同时为电池加热电路104进行加热。
[0081]
因此，控制器用于根据直流母线电压的高低控制相应所述第一传输支路103升压或降压来为相应所述电池加热电路104供电，以对相应所述电池单元102进行加热时，具体还用于：
[0082]
当所述直流母线的能量低于所述能量阈值时，控制温度低于所述预设温度值的目标电池单元对应的所述第一开关k1导通，由所述直流母线的能量和所述目标电池单元的能量同时为所述电池加热电路104供电，以对相应所述电池单元102进行加热。
[0083]
较优的，第一开关k1可以为断路器、继电器等，第一开关k1的控制端连接控制器，并由控制器控制其导通和关断状态。在实际应用中，第一开关k1包括但不限于图1～图4中示出的连接方式，第一开关k1在储能系统中还可以为其它的连接方式，比如图5所示的储能系统，第一开关k1仅控制电池单元102的正极与第一传输支路103的通路。因此，本发明对第一开关k1在储能系统中的连接方式并不限定，只需保证第一开关k1能够控制相应电池单元102与对应的第一传输支路103之间通路的通断即可。
[0084]
为进一步优化上述实施例，参见图6，本发明实施例公开的一种电池加热电路的示意图，电池加热电路包括：加热电阻r1和第二开关k2；
[0085]
所述加热电阻r1和所述加热第二开关k2串联连接。
[0086]
控制器控制第二开关k2按照预设导通关断周期导通和关断，以控制所述电池加热电路104的阻抗大小。
[0087]
需要说明的是，图6中所示的加热电阻r1为一个等效加热电路，在实际应用中，加热电阻r1可以由多个电阻串联、并联或串并联得到。
[0088]
当加热电阻r1为加热片时，加热片贴在相应电池单元102的表面，以为电池单元102加热。
[0089]
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0090]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0091]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的
一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。