CN111313447A - 一种基于模块化的储能电站 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于模块化的储能电站，包括：输出母线，与输出母线并联的N条支路，支路上设置有能量转换单元，能量转换单元的输入端并联有M个电池簇；其中，N≥2，M≥2。显然，在本申请中，只需将M个电池簇并联在一个能量转换单元的输入端即可，无需考虑各个能量转换单元上并联的电池簇的规格是否相同，也即，在本申请中，可以将不同性能的电池簇集成在储能电站中，由此就大大提高储能电站的集成效率，并且，也降低了储能电站的集成成本，保证了储能电站在运行过程中的安全性及可靠性。

Description

一种基于模块化的储能电站

技术领域

本发明涉及储能电站技术领域，特别涉及一种基于模块化的储能电站。

背景技术

储能是指通过介质或设备把能量存储起来，在需要时再将能量释放出来的过程，储能已经成为电力行业的第六价值链。而储能电站的主要作用是削峰填谷，也即，在用电低谷时将电能进行存储，在用电高峰期将电能输送出去，这样不仅能够达到平衡电力负荷，而且，还能够提高能源的利用率，所以，储能电站的建设成为当下的一个研究热点。

如图1所示，是现有技术当中的一种储能电站的结构示意图。在该储能电站中，是在每一个储能变流器(Power Conversion System，PCS)上设置一个电池模块，并在这些电池模块中集成规格相同的梯次电池，但是，此种设置方式会使得储能电站在运行过程中的安全性较低。所以，如何提高储能电站的安全性能是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于模块化的储能电站，以提高储能电站的安全性能。其具体方案如下：

一种基于模块化的储能电站，包括：输出母线，与所述输出母线并联的_N条支路，所述支路上设置有能量转换单元，所述能量转换单元的输入端并联有M个电池簇；其中，N≥2，M≥2。

优选的，所述电池簇包括：

电池模块，用于存储能量或对所述能量转换单元提供能量来源；

高压配电盒，用于控制所述电池模块的充放电状态。

优选的，所述电池模块为退役动力电池。

优选的，所述电池模块为光伏电池。

优选的，所述高压配电盒包括：

受控开关，用于控制所述电池模块的接通或关断；

绝缘检测仪，用于检测所述电池模块的电压值、绝缘阻值以及所述受控开关的连接状态；

电池管理***，用于获取所述电池模块的运行数据，并根据所述运行数据对所述电池模块的充放电状态进行管理。

优选的，还包括：

保护装置，设置在所述支路上，用于对所述支路进行保护。

优选的，所述能量转换单元输入端并联有M个通信连接的电池簇。

优选的，还包括：

N个控制单元，分别设置在N条所述支路上，用于对所述能量转换单元输入端并联的M个电池簇的充放电状态进行管理。

优选的，每一条所述支路上的所述控制单元通过无线通信对所述能量转换单元输入端并联的M个电池簇的充放电状态进行管理。

优选的，还包括：

电站控制***，与N个所述控制单元通信相连，用于对所有电池簇的充放电状态进行调控。

可见，在本发明中，首先是在输出母线上并联N条支路，然后在每条支路上设置能量转换单元，最后在能量转换单元的输入端并联M个电池簇。这样一来，只需将M个电池簇并联在一个能量转换单元的输入端即可，无需考虑各个能量转换单元上并联的电池簇的规格是否相同，也即，在本发明中，可以将不同性能的电池簇集成在储能电站中，由此就大大提高了储能电站的集成效率，并且，也降低了储能电站的集成成本，保证了储能电站在运行过程中的安全性及可靠性。

附图说明

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的一种储能电站的结构图；

图2本发明实施例提供的一种基于模块化的储能电站的结构图；

图3为本发明实施例提供的另一种基于模块化的储能电站的结构图。

具体实施方式

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。

在现有技术当中，一般是在储能电站中的每一个电池簇上配备一个储能变流器，并且需要重新配置电池监控***，才能保证储能电站的正常运行，但是，此种设计方法使得储能电站的造价成本较高。而本发明的目的是提供另外一种基于模块化的储能电站，以降低储能电站的造价成本。为了使得本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

本发明实施例公开了一种基于模块化的储能电站，如图2所示，该储能电站包括：

输出母线，与输出母线并联的N条支路，支路上设置有能量转换单元，能量转换单元的输入端并联有M个电池簇；其中，N≥2，M≥2。

在本实施例中，是提供了一种基于模块化的储能电站的结构示意图，在该储能电站中，首先是在输出母线上并联N条支路，然后，在每条支路上设置一个能量转换单元，最后，在每一个能量转换单元的输入端并联M个电池簇(battery cluster)。需要说明的是，电池簇是指由电池模块采用串联、并联或串并联的连接方式，且与能量转换单元以及附属设施连接后能够实现独立运行的电池组合体。能量转换单元可以是储能变流器，也可以是光伏逆变器或者是燃料电池逆变器，或者是其他类型具有能量转换功能的变流器，此处不作具体限定。

可以理解的是，当在每一个能量转换单元的输入端并联M个电池簇以后，也将相当于是在每一个能量转换单元上设置了一个电池堆，而且，各个能量转换单元上连接的电池堆性能可以相同，也可以不同，换句话说，在本实施例中，是将电池簇集成在同一个电池堆中，而储能电站中各个电池堆中电池簇的性能既可以相同，也可以不同。由此一来就大大增加了储能电站在运行过程中的安全性能，而且，将不同性能的电池堆集成在一个储能电站中，也大大降低了储能电站的集成成本。

此外，在实际应用当中，如果想要对退役动力电池进行回收利用，必须要对退役动力电池进行拆卸分类，重新组合再利用，而通过本实施例中方法，就可以将退役动力电池整包应用于该储能电站中，这样一来，就显著降低了在能量转换单元上并联电池簇的难度。显然，通过本实施例中的方法，不仅可以避免工作人员在拆卸退役动力电池时的人工成本，而且，也避免了工作人员在拆卸退役动力电池的安全隐患。

能够想到的是，当建立了图2中的电路拓扑图以后，能量转换单元就可以对电池簇的充电和放电进行控制，并将交流电和直流电进行相互转化，以此来完成对能量的存储和利用。也即，当储能电站需要充电时，通过能量转换单元可以将交流电转换成直流电，并对储能电站中的各个电池簇进行充电；当储能电站需要放电时，则会通过能量转换单元将各个电池簇中的直流电转变成交流电或者直接输出直流电来对受电载体进行充电。

需要说明的是，在实际应用当中，将相同性能的电池簇并联在同一个能量转换单元上，可以避免在对电池簇进行充放电过程中不同电池簇间压差过大，而对储能电站中电子元器件所造成的损伤，并由此提高储能电站的安全运行性能。

可见，在本实施例中，首先是在输出母线上并联N条支路，然后在每条支路上设置能量转换单元，最后在能量转换单元的输入端并联M个电池簇。这样一来，只需将M个电池簇并联在一个能量转换单元的输入端即可，无需考虑各个能量转换单元上并联的电池簇的规格是否相同，也即，在本实施例中，可以将不同性能的电池簇集成在储能电站中，由此就大大提高了储能电站的集成效率，并且，也降低了储能电站的集成成本，保证了储能电站在运行过程中的安全性及可靠性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，如图3所示，具体的，电池簇包括：

电池模块，用于存储能量或对能量转换单元提供能量来源；

高压配电盒，用于控制电池模块的充放电状态。

具体的，在本实施例中，电池模块(battery module)是指由电池单体采用串联、并联或串并联连接方式，由且只有一对正负极输出端子的电池组合体。能够想到的是，当在电池簇中集成了电池模块之后，就可以通过电池模块来存储能量或者是通过电池模块对能量转换单元提供能量来源。并且，在每一个电池簇中设置了用于控制电池模块进行充放电的高压配电盒以后，就可以使得电池簇与能量转换单元进行能量转换。

在实际应用中，在每一个电池模块当中还会设置有用于对电池模块运行数据进行采集的电池管理***从板，以及相关的高低压接插件。这样一来，当电池管理***从板将获取到的电池模块的运行数据发送至高压配电盒时，高压配电盒就可以根据电池模块的运行状态，对电池模块触发相应的逻辑动作来对电池模块进行控制。

作为一种优选的实施方式，电池模块为退役动力电池。

根据相关研究显示可知，当动力电池的实际容量衰退至标称容量的70％～80％后，动力电池就不能在电动汽车上进行使用。对于退役动力电池而言，直接报废处理，将会对环境造成巨大的危害，而且，退役动力电池中剩余的能量也会被浪费掉。

在本实施例中，是将电池模块设置为退役动力电池，这样不仅能够避免退役动力电池对环境所造成的危害，而且，也可以避免退役动力电池对环境所造成的危害。

而且，相比于现有技术图1中的储能电站，需要额外设置监控***来对储能电站中各个模块中的电池模块和储能变流器进行监控而言，在本实施例中，可以利用退役动力电池中自身具有的电池监控***来对自身的运行参数进行监控，这样一来，就可以进一步减少储能电站的设计成本。

作为一种优选的实施方式，电池模块为光伏电池。

光伏电池(Solar Cell，太阳能光伏电池)是一种新型的清洁能源，通过光伏电池可以将太阳能转换为电能。由于光伏电池的这一特性，不仅使得储能电站的建设可以不受地域资源分布的限制，这样一来，储能电站就可以建设在较为恶劣的环境当中。显然，将电池模块设置为光伏电池，不仅可以提高储能电站对能源资源的利用率，而且，也给储能电站带来巨大的经济效益。

当然，本实施例只是对列举了两种电池模块的具体表现形式，在实际应用当中，还可以将电池模块设置为其他类型的电池，比如：铅酸电池、铅碳电池、碱性电池、锂电池或者是燃料电池等其它类型的电池，只要能够达到实时应用目的即可，本实施例对电池模块的类型不作具体限定。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，具体的，高压配电盒包括：

受控开关，用于控制电池模块的接通或关断；

绝缘检测仪，用于检测电池模块的电压值、绝缘阻值以及受控开关的连接状态；

电池管理***，用于获取电池模块的运行数据，并根据运行数据对电池模块的充放电状态进行管理。

可以理解的是，为了利用高压配电盒对电池模块的充放电状态进行控制，在本实施例中，是在高压配电盒中设置了继电器、绝缘检测仪以及电池管理***，然后，利用继电器来控制电池模块的接通或关断，利用绝缘检测仪来采集与高压配电盒相连的电磁簇的电压值和电流值，并利用电池管理***来获取各个电池模块的运行数据，并根据运行数据对电池模块的充放电状态进行计算，由此一来，电池管理***就可以对电池模块的充放电状态进行评估，并由此提高电池簇在充放电过程中的安全性与可靠性。

需要说明的是，电池管理***是可以监测电池模块的电压、电流、温度等参数信息，并对电池模块的充放电状态进行管理和控制的装置，也即，电池管理***可以根据电池模块的运行数据对电池模块的充放电状态进行管理，包括对电池模块的状态进行检测、分析，对电池模块的安全状态进行保护以及对电池模块的能量和信息进行管理等。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，如图3所示，作为一种优选的实施方式，该储能电站还包括：

保护装置，设置在支路上，用于对支路进行保护。

可以理解的是，储能电站在充放电的过程中，不可避免的会发生意外状况，为了对储能电站的充放电过程进行保护，避免意外事故的发生，在本实施例中，还可以在各个能量转换单元和电池簇之间的连接支路上设置保护装置，来进一步保证储能电站的安全性能。

也即，当某一个能量转换单元连接支路上的某一个电池簇发生故障时，该支路上的保护装置就可以直接将该支路上的电池堆切断，或直接将发生故障的电池簇从储能电站中进行切除，这样就可以避免发生故障的电池簇对未发生故障的电池簇所造成的影响，这样大大提高了储能电站在运行过程中的安全性与稳定性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，具体的，能量转换单元输入端并联有M个建立通信连接的电池簇。

在本实施例中，能量转换单元输入端并联的M个电池簇之间具有通信连接关系，具体的，储能电站中每一条支路上的能量转换单元输入端并联的M个电池簇可以通过CAN(Controller Area Network)网络建立通信连接。因为CAN网络不仅具有传输速度快、传输性能稳定可靠的特点，而且，当每一个能量转换单元输入端并联的M个电池簇之间通过CAN网络建立通信连接之后，相当于在每一个储能变电器上都建立了一个小型的局域网，而且，这N个小型的局域网之间通信相互独立、互不影响，由此进一步提高了储能电站在通信过程中的稳定性。

此外，还可以将储能电站中每一条支路上的能量转换单元输入端并联的M个电池簇通过RS485总线(RS485bus)建立通信连接，因为RS485总线不仅具有稳定的数据传输性能，而且还具有良好的抗噪声干扰性能。所以，利用RS485总线将每一个能量转换单元输入端并联的M个电池簇建立通信连接之后，还可以避免各个电池簇在传输数据时相互之间的干扰，由此也可以进一步提高储能电站在通信过程中的稳定性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，如图3所示，作为一种优选的实施方式，该储能电站还包括：

N个控制单元，分别设置在N条支路上，用于对能量转换单元输入端并联的M个电池簇的充放电状态进行管理。

在本实施例中，还可以在能量转换单元上设置控制单元，然后，利用控制单元对能量转换单元输入端并联的M个电池簇的充放电状态进行整体调控，也即，每一条支路上的控制单元获取所在支路上各个电池模块的运行数据，并根据获取到的各个电池模块的运行数据对该条支路上连接的电池模块进行充放电控制。

在实际应用当中，还可以在输出母线的各个支路上设置继电器和检测器，然后，利用继电器控制所在支路上电池簇的接通或关断，利用检测器来监测所在支路上各个电池簇的电压、电流、电阻值以及继电器的通断情况。此外，检测器还可以实时将监测到的数据发送至控制单元，以使得控制单元可以对单条支路上电池簇的运行情况进行整体调控，由此保证了储能电站在运行过程中的安全性和可靠性。

具体的，每一条支路上的控制单元通过无线通信对能量转换单元输入端并联的M个电池簇的充放电状态进行管理。

可以理解的是，每一条支路上的控制单元的作用是用来对所在支路上能量转换单元输入端并联的M个电池簇的充放电状态进行管理，所以，在本实施例中，为了减少储能电站中的线路复杂度，是通过无线通信的方式将每一条支路上的控制单元与能量转换单元建立通信连接。

作为一种优选的实施方式，每一条支路上的控制单元与能量转换单元通过CAN网络建立连接，因为CAN网络是一种串行通信协议，具有较高的抗干扰能力和较高的通信速率，所以，利用CAN网络将每一条支路上的控制单元与能量转换单元建立通信连接以后，不仅可以提高控制单元与能量转换单元之间通信的可靠性，而且，也可以提高控制单元与能量转换单元之间的通信效率。并且，当利用CAN网络将每一条支路上的控制单元与能量转换单元建立通信连接以后，就相当于在储能电站的每一条支路上形成一个个单独的局域网，这样一来，不同CAN网络之间的数据通信过程就不会相互之间造成影响。

此外，挂接在CAN网络上的任意一个控制单元都可以向其他控制单元发起数据访问请求，并依靠各个控制单元需要传输的数据优先级来决定通信的次序，由此一来，各个控制单元在相互通信的过程中，数据优先级低的数据会避让数据优先级高的数据，由此，便不会产生通信线路的拥塞现象。所以，利用CAN总线来将N个控制单元建立通信连接，还可以进一步提高各个支路上控制单元之间的通信效率。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，如图3所示，作为一种优选的实施方式，该储能电站还包括：

电站控制***，与N个控制单元通信相连，用于对所有电池簇的充放电状态进行调控。

在本实施例中，还可以在储能电站中设置电站控制***来对N个控制单元进行整体控制，这样一来，就可以使得储能电站能够存储或输出更多的能量，以适应现实生活中复杂应用场景的不同需求。需要说明的是，电站控制***包括可以在本地能够对所有电池簇的充放电状态进行调控的本地控制***，也包括可以在远端能够对所有电池簇的充放电状态进行调控的远程控制***，这样一来，电站控制***就可以实现对储能电站中的能量进行转换。

具体的，在本地可以通过RS485将N个控制单元建立通信连接关系，因为RS485总线不仅具有价格低廉的优点，而且，挂接在RS485总线上的通信节点在通信时采用主从结构，如果一个控制单元将采集到的电池簇的运行数据发送完成之后，另一个控制单元探测到RS485总线空闲，则会立即将自身采集到电池簇的运行数据进行发送。显然，通过这样的方式，不仅可以省去各个控制单元之间的询问过程，而且，也可以避免各个通信节点之间的数据传输错乱问题，由此大大提高了电池堆中各个电池簇的数据传输效率。

或者，在本地还可以采用以太网将N个控制单元建立通信连接，因为以太网不仅具有数据传输效率高的优点，而且，通过以太网还能在同一总线上运行不同的数据传输协议，由此一来，就可以为建立公共网络平台提供网络传输架构基础，从而使得本实施例中的储能变电站可以适用于更多的实际场景中。

进一步的，为了对方便工作人员在远端对储能电站中各个电池簇的充放电状态进行整体调控，在本实施例中，还可以在远端通过无线网络将N个控制单元建立通信连接关系，形成一个能够在远端对储能电站中各个电池簇的充放电状态进行整体调控的远程监控***。

具体的，可以利用TCP/IP协议(Transmission Control Protocol/InternetProtocol，传输控制协议/因特网互联协议)来将N个控制单元建立通信连接。因为TCP/IP协议是一种不依赖于任何特定计算机硬件或者是操作***的开放协议标准，所以，当利用TCP/IP协议将N个控制单元建立通信连接以后，工作人员就可以在远端对储能电站进行调控，显然，通过建立远程监控***可以大大提高工作人员的工作效率。

当然，在实际应用当中，还可以通过其他的通信连接方式将储能电站中的N个控制单元建立通信连接，此处，对于N个控制单元的通信连接方式，不作具体限定，只要能够达到实际应用目的即可。

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它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

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。

以上对本发明所提供的一种基于模块化的储能电站进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于模块化的储能电站，其特征在于，包括：输出母线，与所述输出母线并联的N条支路，所述支路上设置有能量转换单元，所述能量转换单元的输入端并联有M个电池簇；其中，N≥2，M≥2。

2.根据权利要求1所述的储能电站，其特征在于，所述电池簇包括：

电池模块，用于存储能量或对所述能量转换单元提供能量来源；

高压配电盒，用于控制所述电池模块的充放电状态。

3.根据权利要求2所述的储能电站，其特征在于，所述电池模块为退役动力电池。

4.根据权利要求2所述的储能电站，其特征在于，所述电池模块为光伏电池。

5.根据权利要求2所述的储能电站，其特征在于，所述高压配电盒包括：

受控开关，用于控制所述电池模块的接通或关断；

绝缘检测仪，用于检测所述电池模块的电压值、绝缘阻值以及所述受控开关的连接状态；

电池管理***，用于获取所述电池模块的运行数据，并根据所述运行数据对所述电池模块的充放电状态进行管理。

6.根据权利要求1所述的储能电站，其特征在于，还包括：

保护装置，设置在所述支路上，用于对所述支路进行保护。

7.根据权利要求1所述的储能电站，其特征在于，所述能量转换单元输入端并联有M个建立通信连接的电池簇。

8.根据权利要求1至7任一项所述的储能电站，其特征在于，还包括：

N个控制单元，分别设置在N条所述支路上，用于对所述能量转换单元输入端并联的M个电池簇的充放电状态进行管理。

9.根据权利要求8所述的储能电站，其特征在于，每一条所述支路上的所述控制单元通过无线通信对所述能量转换单元输入端并联的M个电池簇的充放电状态进行管理。

10.根据权利要求8所述的储能电站，其特征在于，还包括：

电站控制***，与N个所述控制单元通信相连，用于对所有电池簇的充放电状态进行调控。

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