一种储能电池系统及储能设备的制作方法

1.本技术涉及储能技术领域，尤其是涉及一种储能电池系统及储能设备。


背景技术：

2.随着新能源技术和储能技术的快速发展，电化学储能系统逐渐走向市场化应用，电化学储能可以应用在电力调频调峰、平滑新能源发电波动、微电网、后备电源等多个方面。
3.传统的电化学储能系统为了采用一级式结构，电流仅需进行dc/ac变换，能量转换效率高，但电化学储能系统中往往包括多组电池组，电池组多路并联易产生环流问题，同时传统的电化学储能系统内各部件间存在配合较复杂，储能系统运行的安全性以及效率均比较低。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术的目的在于提供一种储能电池系统及储能设备，通过设置dc/dc转换器，降低对电池簇电压一致性的要求，降低储能系统的复杂程度，有助于提升储能系统运行的安全性以及效率。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种储能电池系统，所述储能电池系统包括至少一个电池簇、至少一个dc/dc转换器、电池汇流柜、储能变流器；所述电池簇的数量与所述dc/dc转换器的数量相同；
6.针对于每个电池簇，该电池簇与对应的dc/dc转换器的第一端连接；
7.针对于每个dc/dc转换器，该dc/dc转换器的第一端与对应的电池簇的接口端连接，该dc/dc转换器的第二端与所述电池汇流柜的第一端连接，将对应的电池簇的直流电流输出到所述电池汇流柜；
8.所述电池汇流柜的第二端与所述储能变流器的直流端连接，将接收到的电池簇的直流电流汇流到所述储能变流器的直流侧；所述储能变流器的交流端与电网连接。
9.结合第一方面，本技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，针对于每一个电池簇，该电池簇包括多个电池插箱以及一个高压箱；
10.多个电池插箱串联后与所述高压箱的第一端连接；
11.所述高压箱的第二端与对应的dc/dc转换器的第一端连接。
12.结合第一方面的第一种可能的实施方式，本技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，针对于每一个电池插箱，该电池插箱包括电芯、电池管理单元、热管理单元、插箱正极负极接口；所述高压箱包括开关以及电池簇管理单元；
13.针对于每一个电池插箱，该电池插箱的插箱正极负极接口与其他电池插箱的插箱正极负极接口连接；或者与所述高压箱的开关连接；所述其他电池插箱为与该电池插箱处于同一电池簇的电池插箱；
14.该电池插箱通过电池管理单元的第一端与所述高压箱的电池簇管理单元连接。
15.结合第一方面的第二种可能的实施方式，本技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，针对于每一个电池插箱，该电池插箱的电池管理单元与所述高压箱的电池簇管理单元通过can总线连接。
16.结合第一方面的第二种可能的实施方式，本技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，所述电池汇流柜包括系统控制单元；
17.所述系统控制单元与各个所述高压箱的电池簇管理单元的接口端连接。
18.结合第一方面的第四种可能的实施方式，本技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，所述dc/dc转换器内包括dc/dc控制单元；
19.各个高压箱的电池簇管理单元通过外接接口与所述dc/dc控制单元连接；
20.所述dc/dc控制单元与所述系统控制单元的接口端连接。
21.结合第一方面的第五种可能的实施方式，本技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，所述dc/dc控制单元与所述电池簇管理单元或者所述系统控制单元之间通过rs485总线连接。
22.结合第一方面的第五种可能的实施方式，本技术实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，所述储能变流器包括储能控制单元；
23.所述储能控制单元的接口端与所述系统控制单元连接的接口端连接。
24.结合第一方面的第七种可能的实施方式，本技术实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，所述储能控制单元的接口端与所述系统控制单元的接口端通过以太网线连接。
25.第二方面，本技术实施例提供了一种储能设备，包括第一方面提供的储能电池系统以及能量管理系统；
26.所述储能电池系统通过所述能量管理系统与电网连接；
27.所述储能电池系统的接口端与所述能量管理系统的接口端通过以太网线连接。
28.本技术实施例提供的一种储能电池系统以及储能设备，所述储能电池系统包括至少一个电池簇、至少一个dc/dc转换器、电池汇流柜、储能变流器；所述电池簇的数量与所述dc/dc转换器的数量相同；针对于每个电池簇，该电池簇与对应的dc/dc转换器的第一端连接；针对于每个dc/dc转换器，该dc/dc转换器的第一端与对应的电池簇的接口端连接，该dc/dc转换器的第二端与所述电池汇流柜的第一端连接，将对应的电池簇的直流电流输出到所述电池汇流柜；所述电池汇流柜的第二端与所述储能变流器的直流端连接，将接收到的电池簇的直流电流汇流到所述储能变流器的直流侧；所述储能变流器的交流端与电网连接。这样，通过设置dc/dc转换器，降低对电池簇电压一致性的要求，降低储能系统的复杂程度，有助于提升储能系统运行的安全性以及效率。
29.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这
些附图获得其他相关的附图。
31.图1为本技术实施例所提供的一种储能电池系统的结构示意图之一；
32.图2为本技术实施例所提供的一种储能电池系统的电池簇结构示意图之一；
33.图3为本技术实施例所提供的一种储能电池系统的电池簇结构示意图之二；
34.图4为本技术实施例所提供的一种储能电池系统的结构示意图之二；
35.图5为本技术实施例所提供的一种储能设备的结构示意图。
36.图标：100-储能电池系统；110-电池簇；111-电池插箱；1111-电池管理单元；1112-插箱正极负极接口；112-高压箱；1121-开关；1122-电池簇管理单元；120-dc/dc转换器；121-dc/dc控制单元；130-电池汇流柜；131-系统控制单元；140-储能变流器；141-储能控制单元；1-储能设备；200-能量管理系统。
具体实施方式
37.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的每个其他实施例，都属于本技术保护的范围。
38.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
39.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
40.在本技术实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
41.为了使得本领域技术人员能够使用本技术内容，结合特定应用场景“对配电设备进行监控”，给出以下实施方式，对于本领域技术人员来说，在不脱离本技术的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用场景。
42.首先，对本技术可适用的应用场景进行介绍。本技术可应用于储能技术领域。
43.随着新能源技术和储能技术的快速发展，电化学储能系统逐渐走向市场化应用，电化学储能可以应用在电力调频调峰、平滑新能源发电波动、微电网、后备电源等多个方
面。
44.经研究发现，传统的电化学储能系统由电池组、电池管理系统、变流器和能量管理系统组成。虽然电池种类多，由于储能系统采用一级式结构，电流仅需进行dc/ac变换，能量转换效率高，但电化学储能系统中往往包括多组电池组，电池组多路并联易产生环流问题，同时传统的电化学储能系统内各部件间存在配合较复杂，储能系统运行的安全性以及效率均比较低。
45.基于此，本技术实施例提供了一种储能电池系统及储能设备，以提升储能系统运行的安全性以及效率。
46.为便于对本技术进行理解，下面结合具体实施例对本技术提供的技术方案进行详细说明。
47.请参阅图1，图1为本技术实施例所提供的一种储能电池系统的结构示意图。如图1中所示，所述储能电池系统100包括至少一个电池簇110、至少一个dc/dc转换器120、电池汇流柜130以及储能变流器140，并且每个电池簇110均会串联连接一个dc/dc转换器，即在储能电池系统100中电池簇110与dc/dc转换器的数量相同。
48.具体地，dc/dc转换器120是开关电源芯片，指利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关(mosfet等)进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容(感)里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。值得注意的是，dc/dc转换器120与各个电池簇110连接的一侧为低压侧。与电池汇流柜130连接的一侧为高压侧。
49.具体地，储能变流器140，(power conversion system，pcs)可控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。pcs由dc/ac双向变流器、控制单元等构成。
50.电池汇流柜130，用于将各个dc/dc转换器120输出的直流电流汇流后输出至储能变流器140的直流侧。
51.整体的电流流向为：每个电池簇110的直流主回路输出连接一个dc/dc转换器120，再经过电池汇流柜130汇流输出至储能变流器140的直流侧，接受储能变流器140的电流流向控制，实现对各个电池簇110的充电及放电。
52.具体地，针对于每个电池簇110，该电池簇110与对应的dc/dc转换器120的第一端连接；针对于每个dc/dc转换器120，该dc/dc转换器120的第一端与对应的电池簇110的接口端连接，该dc/dc转换器120的第二端与所述电池汇流柜130的第一端连接，将对应的电池簇110的直流电流输出到所述电池汇流柜130；所述电池汇流柜130的第二端与所述储能变流器140的直流端连接，将接收到的电池簇110的直流电流汇流到所述储能变流器140的直流侧；所述储能变流器140的交流端与电网连接。
53.其中，请参阅图2，图2为本技术实施例所提供的一种储能电池系统的电池簇结构示意图之一；如图2中所示，针对于每一个电池簇110，该电池簇110包括多个电池插箱111以及一个高压箱112；
54.具体地，多个电池插箱111串联后与所述高压箱112的第一端连接；所述高压箱112的第二端与对应的dc/dc转换器120的第一端连接。
55.其中，请参阅图3，图3为本技术实施例所提供的一种储能电池系统的电池簇结构示意图之二；图3是对针对于每一个电池插箱111以及高压箱112的结构的细化示意图；如图
3中所示，高压箱112包括开关1121以及电池簇管理单元1122；
56.多个所述电池插箱111依次串联并形成正极总接线端(图中未示出)和负极总接线端(图中未示出)；高压箱112内设置有正极母线(图中未示出)和负极母线(图中未示出)，所述正极母线(图中未示出)的两端用于分别连接正极总接线端(图中未示出)和外部的dc/dc转换器120的正接线端(图中未示出)，所述负极母线(图中未示出)的两端用于分别连接负极总接线端(图中未示出)和dc/dc转换器120的负接线端(图中未示出)；正极母线(图中未示出)上设置有第一接触器(图中未示出)，负极母线(图中未示出)上设置有第二接触器(图中未示出)，电池簇管理单元1122分别与所述第一接触器(图中未示出)和所述第二接触器(图中未示出)电连接。
57.具体地，高压箱112包括的开关1121可以为可闭合开关，通过开关1121连接到dc/dc转换器120，以通过开关1121的开闭，保证每个电池簇110与dc/dc转换器120之间的导通以及断开；开关1121设置在正极母线(图中未示出)和负极母线(图中未示出)上，用于控制正极母线(图中未示出)和负极母线(图中未示出)之间的通断。
58.电池簇管理单元1122对电池簇110进行管理，主要负责对应的电池簇110内电压采集、电流采集、汇总对应的电池簇110内单体电池插箱111的电压和温度信息，计算对应的电池簇110的荷电状态(state of charge，soc)/电池健康度(state of health，soh)等状态、其中，荷电状态可以理解为电池剩余电量百分比、电池健康度可以理解为电池当前的容量与出厂容量的百分比；执行均衡策略判断以及电池故障诊断功能、根据电池故障信息实现电池簇的就地保护和直流接触器控制等功能。可根据电压、电流、温度、soc、soh等阈值报警功能，以及极限报警阈值的回路切断保护功能。电池簇管理单元1122具有通信功能，可以与各个电池插箱111通过电池管理单元1111以及电池汇流柜130中的系统控制单元131通信连接，通过外接接口与dc/dc转换器120的dc/dc控制单元121连接。
59.其中，请参阅图3，针对于每一个电池插箱111，包括电芯(图中未示出)、电池管理单元1111、热管理单元(图中未示出)、插箱正极负极接口1112；
60.具体地，针对于每一个电池插箱111，该电池插箱的插箱正极负极接口1112与其他电池插箱111的插箱正极负极接口1112连接；或者与高压箱112的开关1121连接；其中，其他电池插箱111为与该电池插箱111处于同一电池簇110的电池插箱。
61.其中，电池管理单元1111(battery management unit，bmu)，用于采集同属于一个电池插箱111的电芯的电压、温度等，并包含均衡模块，并为所属的电池插箱111提供通讯接口与高压箱112内的电池簇管理单元1122进行通讯。
62.具体地，针对于每一个电池插箱111，该电池插箱111的电池管理单元1111与高压箱112的电池簇管理单元1122通过控制器局域网络(controller area network，can)总线连接，可以采用can2.0协议进行数据信息交换，交换的具体数据信息为采集到的电池插箱111的电芯的电压、温度，以供电池簇管理单元1122汇总上述数据信息，计算电池簇的具体状态。
63.进一步的，请参阅图4，图4为本技术实施例所提供的一种储能电池系统的结构示意图之二；如图4所示，所述电池汇流柜130包括系统控制单元131；所述系统控制单元131与各个所述高压箱112的电池簇管理单元1122的接口端连接。
64.电池簇管理单元1122可以将采集到的电池簇110的电压、电流、以及电池簇110内
单体电池插箱111的电压和温度信息、电池簇110的soc/soh的状态，进而对各个电池簇110的状态进行分析以及后续分配功率。
65.进一步的，如图4所示，所述dc/dc转换器120内包括dc/dc控制单元121；具体地，各个高压箱112的电池簇管理单元1122通过外接接口与所述dc/dc控制单元121连接；所述dc/dc控制单元121与所述系统控制单元131的接口端连接。
66.值得注意的是，所述dc/dc控制单元121与所述电池簇管理单元1122或者所述系统控制单元131之间通过rs485总线连接，支持moudus rtu协议。
67.进一步的，如图4所示，所述储能变流器140包括储能控制单元141；所述储能控制单元141的接口端与所述系统控制单元131连接的接口端连接；所述储能控制单元141的接口端与所述系统控制单元131的接口端通过以太网线连接，并且支持moudus tcp/ip协议。
68.在本技术实施例中，除了储能电池系统100整体对各个电池簇110进行充放电控制之外，还需要通过能量管理系统来对整个充放电过程进行控制。
69.具体地，请参阅图5，图5为本技术实施例所提供的一种储能设备的结构示意图；如图5所示，所述储能设备1储能电池系统100以及能量管理系统200；所述储能电池系统100通过所述能量管理系统200与电网连接；所述储能电池系统100的接口端与所述能量管理系统200的接口端通过以太网线连接，并且支持moudus tcp/ip协议。
70.具体地，能量管理系统(ems)是现代电网调度自动化系统(含硬、软件)的总称，用于数据采集与监视(scada)、自动发电控制(agc)与计划、网络应用分析等。
71.值得注意的是，本技术实施例所提供的储能设备1除了可以对各个电池簇110执行充电放电的控制，还可以紧急处理设备中的可处理故障，通过故障的处理，来保证储能设备1的正常运行。
72.下面将对整个储能设备1的充电、放电以及故障处理过程进行阐述：
73.(一)充电过程：
74.能量管理系统200接收到电网调度指令，下发充电指令给储能变流器140，储能变流器140接收到调度指令，以恒定功率充电，储能变流器140的直流会上升，dc/dc转换器120为了稳定直流电压，实现对各个电池簇110的充电，充电功率由电池汇流柜130中的系统控制单元131根据每个电池簇110的状态自动进行分配，功率分配至各个电池簇110对应的dc/dc转换器120；
75.当系统中某个电池簇110即将满充，对应的高压箱112中的电池簇管理单元1122发送充电完成指令给对应的dc/dc转换器120停止功率输出，对应的dc/dc转换器120内主开关一直处于闭合状态，等待下一次指令。
76.(二)放电过程：
77.能量管理系统200接收到电网调度指令，下发放电指令给储能变流器140，储能变流器140接收到调度指令，以恒定功率放电，储能变流器140的直流会下降，dc/dc转换器120为了稳定直流电压，实现对电池的放电，放电功率由电池汇流柜130中的系统控制单元131根据每个电池簇110的状态自动进行分配，功率分配至各个电池簇110对应的dc/dc转换器120；
78.各个电池簇110中的各个电池插箱111放电至保护值，对应的高压箱112中的电池簇管理单元1122发送放电完成指令给对应的dc/dc转换器120，但不断开对应的dc/dc转换
器120主开关；对应的dc/dc转换器120告知储能变流器140，储能变流器140停止放电直流侧没有电压，对应的dc/dc转换器120低压侧维持各个电池簇110的电压继续工作。
79.(三)故障处理过程：
80.在电池过放、故障等情况下，储能变流器140直流侧没有输出，应的高压箱112中的电池簇管理单元1122通知dc/dc控制单元121断开dc/dc转换器120的主开关，dc/dc转换器120停机。当恢复正常时，dc/dc转换器120重新连接，并自动重新启动和储能变流器140之间连接接通，储能变流器140直流侧电压正常，故障恢复，储能变流器140根据既定策略控制。
81.本技术实施例提供的一种储能电池系统以及储能设备，所述储能电池系统包括至少一个电池簇、至少一个dc/dc转换器、电池汇流柜、储能变流器；所述电池簇的数量与所述dc/dc转换器的数量相同；针对于每个电池簇，该电池簇与对应的dc/dc转换器的第一端连接；针对于每个dc/dc转换器，该dc/dc转换器的第一端与对应的电池簇的接口端连接，该dc/dc转换器的第二端与所述电池汇流柜的第一端连接，将对应的电池簇的直流电流输出到所述电池汇流柜；所述电池汇流柜的第二端与所述储能变流器的直流端连接，将接收到的电池簇的直流电流汇流到所述储能变流器的直流侧；所述储能变流器的交流端与电网连接。这样，通过设置dc/dc转换器，降低对电池簇电压一致性的要求，降低储能系统的复杂程度，有助于提升储能系统运行的安全性以及效率。
82.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
83.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本技术的具体实施方式，用以说明本技术的技术方案，而非对其限制，本技术的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。