CN115719986A - 储能模组及储能*** - Google Patents

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Abstract

本案关于一种储能模组及储能***，包含串联补偿型直流变换装置，串联补偿型直流变换装置的第一导接端电性连接于正母线连接端及负母线连接端或电性连接于第一电池组的电池正端及电池负端，第二导接端电性连接于电容的两端，且四象限直流/直流变换器控制电容形成补偿电压，以对第一电池组的电池正端及电池负端之间的电压进行补偿，或控制流经第一电池组的电流为设定值，由于电容上的补偿电压相较于第一电池组两端的电压很小，在流经第一电池组的电流相等的情况下，串联补偿型直流变换装置的转换功率比传统全功率直流变换器小很多，使得本案的储能模组获得很小的功率损耗。

Description

储能模组及储能***
技术领域
本案属于一种储能领域，尤指一种储能模组及储能***。
背景技术
储能***具有广阔的应用前景，包括轨道交通、电力、新能源、电动汽车、大功率传动等。储能***中的多个电池组同时耦接于直流母线上，且多个电池组之间的电压差异会导致电池组之间产生环流，进而增加电路损耗且减小电池组寿命。
而为了避免上述情况，储能***通常设置全功率型直流变换器耦接于直流母线上，以将直流母线上的电池组所提供的电能转换至直流汇流排，其中全功率型直流变换器的正输入端及负输入端分别电性耦接于电池组的两端，且全功率型直流变换器的正输出端及负输出端分别电性耦接于直流汇流排的两端，以直接转换电池组所提供的电能，然而，根据上述全功率型直流变换器的连接方式及控制方法，储能***的功率损耗较高，举例来说，当电池组所提供的电能的额定电压为1000V且额定电流为100A时，则全功率型直流变换器的功率为100kW，且若全功率型直流变换器的转换效率为99％，则其功率损耗为1kW。储能***的功率损耗较高，进而造成产品成本较高、性能较低且可靠性较低。
因此，如何发展一种储能模组及储能***来解决现有技术所面临的问题，实为本领域急需面对的课题。
发明内容
本案的目的在于提供一种储能模组及储能***，包含串联补偿型直流变换装置，且串联补偿型直流变换装置的第一导接端电性连接于正母线连接端及负母线连接端或电性连接于第一电池组的电池正端及电池负端，串联补偿型直流变换装置的第二导接端电性连接于电容的两端，且串联补偿型直流变换装置的四象限直流/直流变换器控制电容形成补偿电压，以对第一电池组的电池正端及电池负端之间的电压进行补偿，或者控制流经第一电池组的电流为设定值，其中补偿电压的数值可为正值或负值，比单一方向的补偿电压会有更小的功率等级，损耗更小，效率更高。因此，由于电容上的补偿电压相较于第一电池组两端的电压很小，在流经第一电池组的电流相等的情况下，串联补偿型直流变换装置的转换功率比传统全功率直流变换器小很多，使得本案的储能模组利用上述连接方式及控制方法可获得较低的功率损耗，使储能模组的整体性能上升且可靠性亦上升，并且通过控制流经电池组的电流为一设定值，即控制电池组充、放电电流大小可以保证电池组工作在合理的充放电曲线上，保证电池组快速充放电的同时也能提高电池组的使用寿命。
为达上述目的，本案之一较佳实施例为提供一种储能模组，包含母线连接部、第一电池组、电容及串联补偿型直流变换装置。母线连接部包含正母线连接端及负母线连接端。第一电池组电性耦接于正母线连接端及负母线连接端之间，且包含电池正端及电池负端。电容电性耦接于正母线连接端与电池正端之间或负母线连接端与电池负端之间。串联补偿型直流变换装置包含第一导接端、第二导接端、双向隔离型变换器及四象限直流/直流变换器。第一导接端包含第一正导接端及第一负导接端，第一正导接端及第一负导接端分别电性连接于正母线连接端及负母线连接端或电性连接于电池正端及电池负端。第二导接端包含第二正导接端及第二负导接端，第二正导接端及第二负导接分别电性连接于电容的两端。双向隔离型变换器电性连接于第一导接端。四象限直流/直流变换器电性连接于双向隔离型变换器及第二导接端之间，四象限直流/直流变换器控制电容形成补偿电压以对第一电池组的电池正端及电池负端之间的电压进行补偿，或者四象限直流/直流变换器控制流经第一电池组的电流为设定值。
为达上述目的，本案之另一较佳实施例为提供一种储能***，包含功率变换装置以及复数个储能模组，功率变换装置包含功率正端及功率负端，每一储能模组包含母线连接部、第一电池组、电容及串联补偿型直流变换装置。母线连接部包含正母线连接端及负母线连接端，正母线连接端电性连接于功率正端，负母线连接端电性连接于功率负端。第一电池组电性耦接于正母线连接端及负母线连接端之间，且包含电池正端及电池负端。电容电性耦接于正母线连接端与电池正端之间或负母线连接端与电池负端之间。串联补偿型直流变换装置包含第一导接端、第二导接端、双向隔离型变换器及四象限直流/直流变换器。第一导接端包含第一正导接端及第一负导接端，第一正导接端及第一负导接端分别电性连接于正母线连接端及负母线连接端或电性连接于电池正端及电池负端。第二导接端包含第二正导接端及第二负导接端，第二正导接端及第二负导接分别电性连接于电容的两端。双向隔离型变换器电性连接于第一导接端。四象限直流/直流变换器电性连接于双向隔离型变换器及第二导接端之间，四象限直流/直流变换器控制电容形成补偿电压以对第一电池组的电池正端及电池负端之间的电压进行补偿，或者四象限直流/直流变换器控制流经第一电池组的电流为设定值。
附图说明
图1A为本案的第一实施例的储能模组的电路拓扑图。
图1B为图1A所示的储能模组的串联补偿型直流变换装置的细部电路拓扑图。
图2A为图1A所示的储能模组于第一电池组为充电模式且补偿电压为正值时的电流流向示意图。
图2B为图1A所示的储能模组于第一电池组为充电模式且补偿电压为负值时的电流流向示意图。
图2C为图1A所示的储能模组于第一电池组为放电模式且补偿电压为正值时的电流流向示意图。
图2D为图1A所示的储能模组于第一电池组为放电模式且补偿电压为负值时的电流流向示意图。
图3为图1A所示的储能模组的串联补偿型变换装置的四象限直流/直流变换器的控制环路框图。
图4A为本案的第二实施例的储能模组的电路拓扑图。
图4B为图4A所示的储能模组的串联补偿型直流变换装置的细部电路拓扑图。
图5为本案的第三实施例的储能模组的电路拓扑图。
图6为本案的第四实施例的储能模组的电路拓扑图。
图7A为图1A所示的储能模组的串联补偿型直流变换装置的双向隔离型变换器的第一实施例的细部电路拓扑图。
图7B为图1A所示的储能模组的串联补偿型直流变换装置的双向隔离型变换器的第二实施例的细部电路拓扑图。
图7C为图1A所示的储能模组的串联补偿型直流变换装置的双向隔离型变换器的第三实施例的细部电路拓扑图。
图8A为图1A所示的储能模组的四象限直流/直流变换器的第一实施例的细部电路拓扑图。
图8B为图1A所示的储能模组的四象限直流/直流变换器的第二实施例的细部电路拓扑图。
图9为本案的储能***的电路拓扑图。
图10A为本案的第五实施例的储能模组的电路拓扑图。
图10B为本案的第六实施例的储能模组的电路拓扑图。
附图标记说明如下：
1、1a、1b、1c、1d、1e：储能模组
2：母线连接部
21：正母线连接端
22：负母线连接端
3：第一电池组
3a:第二电池组
31：电池正端
32：电池负端
33：电池
Cb：电容
4：串联补偿型直流变换装置
41：第一导接端
411：第一正导接端
412：第一负导接端
42：第二导接端
421：第二正导接端
422：第二负导接端
43、43a、43b：双向隔离型变换器
431：第一端
432：第二端
433：原边电路
434：变压器
435：副边电路
C1、C2、C3、C4：原边电容
Q1、Q2、Q7、Q8、Q9、Q10、Q15、Q16：原边开关
LL：谐振电感
CC1：第一谐振电容
Q3、Q4、Q5、Q6、Q11、Q12、Q13、Q14、Q17、Q18：副边开关
C5、C6：副边电容
CC2：第二谐振电容
C：第三连接点
D：第四连接点
E：第五连接点
F：第六连接点
44、44a：四象限直流/直流变换器
441：第一端
442：第二端
S1：第一开关元件
S2：第二开关元件
S3：第三开关元件
S4：第四开关元件
L1：第一变换电感
Ct：变换电容
L2：第二变换电感
A：第一连接点
B：第二连接点
I1：流经第一电池组的电流
I2：流经串联补偿型直流变换装置的高压侧的电流
I3：流经电容的电流
5：控制单元
Isp：电流指令
Vsp：电压指令
511：第一斜坡控制器
512：第一比较器
513：第一比例控制器
514：稳压器
515：第二斜坡控制器
516：选择器
517：第二比较器
518：第二比例控制器
519：限流器
520：开关元件
521：电感元件
522：电容元件
Ierr：比较电流
Verr：运算电压
d：占空比
Vcb：补偿电压
6：储能***
7：功率变换装置
71：功率正端
72：功率负端
具体实施方式
体现本案特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本案能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及图式在本质上系当作说明使用，而非用于限制本案，另外，关于本案中所使用的“耦接”，可指两个或多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，本案不进行限制。
请参阅图1A及图1B，其中图1A为本案的第一实施例的储能模组的电路拓扑图，图1B为图1A所示的储能模组的串联补偿型直流变换装置的细部电路拓扑图。如图所示，储能模组1包含母线连接部2、第一电池组3、电容Cb以及串联补偿型直流变换装置4。母线连接部2包含正母线连接端21及负母线连接端22，储能模组1利用母线连接部2的正母线连接端21及负母线连接端22连接至直流汇流排(未图示)。第一电池组3电性耦接于正母线连接端21及负母线连接端22之间，且包含电池正端31、电池负端32及复数个电池33，复数个电池33串联连接于电池正端31及电池负端32之间，第一电池组3欲供电给直流汇流排而于放电模式时，第一电池组3经由电池正端31及电池负端32提供一供电电能至直流汇流排；于直流汇流排欲对第一电池组3充电而于充电模式时，第一电池组3经由电池正端31及电池负端32接收直流汇流排所提供的一充电电能。于本实施例中，电容Cb电性耦接于正母线连接端21及电池正端31之间。
如图1A及1B所示，串联补偿型直流变换装置4包含第一导接端41、第二导接端42、双向隔离型变换器43以及四象限直流/直流变换器44。第一导接端41包含第一正导接端411及第一负导接端412，于本实施例中，第一正导接端411电性连接于第一电池组3的电池正端31，第一负导接端412电性连接于第一电池组3的电池负端32。第二导接端42包含第二正导接端421及第二负导接端422，第二正导接端421及第二负导接端422分别电性连接于电容Cb的两端，于本实施例中，当串联补偿型直流变换装置4控制电容Cb形成的补偿电压的方向与第一电池组3两端的电压方向相反时，第二正导接端421与电容Cb的电压正端连接，第二负导接端422与电容Cb的电压负端连接，此时第二正导接端421即电性连接于第一电池组3的电池正端31，且第二负导接端422即电性连接于母线连接部2的正母线连接端21。可以理解的是，在其他一些实施中，当串联补偿型直流变换装置4控制电容Cb形成的补偿电压的方向与第一电池组3两端的电压方向相同时，第二正导接端421与电容Cb的电压正端连接，第二负导接端422与电容Cb的电压负端连接，此时第二正导接端421即电性连接于母线连接部2的正母线连接端21，且第二负导接端422即电性连接于第一电池组3的电池正端31。
在一些实施中，第一导接端41例如可构成串联补偿型直流变换装置4的高压侧，第二导接端42例如可构成串联补偿型直流变换装置4的低压侧，此时电容上的补偿电压相较于第一电池组两端的电压很小，在流经第一电池组的电流相等的情况下，串联补偿型直流变换装置的转换功率比全功率直流变换器小很多，使得本案的储能模组获得很小的功率损耗。
如图1B所示，双向隔离型变换器43电性连接于第一导接端41的第一正导接端411及第一负导接端412，四象限直流/直流变换器44电性连接于双向隔离型变换器43及第二导接端42之间，第二导接端42电性连接于电容Cb两端，电容Cb电性连接于正母线连接端21与电池正端33之间。其中，当储能模组处于放电模式时，双向隔离型变换器43可接收并转换第一电池组3提供的供电电能为过渡电能。四象限直流/直流变换器44电性连接于双向隔离型变换器43及第二导接端42之间，于双向隔离型变换器43提供过渡电能时，四象限直流/直流变换器44根据过渡电能而控制电容Cb形成补偿电压，以对第一电池组3的电池正端31及电池负端32之间的电压进行补偿，其中补偿电压的数值可为正值或负值，即电容Cb两端的补偿电压的方向同第一电池组3两端的电压方向相同或相反；或者于双向隔离型变换器43提供过渡电能时，四象限直流/直流变换器44利用过渡电能以控制流经第一电池组3的电流为一设定值。另外，当储能模组处于充电模式时，四象限直流/直流变换器44可接收并转换母线连接部2提供的供电电能为过渡电能，双向隔离型变换器43接收过渡电能并传递至第一电池组3，四象限直流/直流变换器44利用母线连接部2提供的供电电能控制电容Cb形成补偿电压，以对第一电池组3的电池正端31及电池负端32之间的电压进行补偿，其中补偿电压的数值可为正值或负值，即电容Cb两端的补偿电压的方向同第一电池组3两端的电压方向相同或相反；或者四象限直流/直流变换器44利用母线连接部2提供的供电电能以控制流经第一电池组3的电流为一设定值。于本实施例中，如图1B所示，当四象限直流/直流变换器44利用双向隔离型变换器43提供的过渡电能以控制流经第一电池组3的电流为一设定值时或者当四象限直流/直流变换器44利用母线连接部2提供的供电电能以控制流经第一电池组3的电流为一设定值时，四象限直流/直流变换器44是通过控制流经第一导接端41的电流I2及流经第二导接端42的电流I3而使流经第一电池组3的电流I1为一设定值，于图1B中，以第一电池组3为充电模式且补偿电压为正值时的流经第一导接端41的电流I2、流经第二导接端42的电流I3及流经第一电池组3的电流I1的电流流向为例。需要说明的是，此时电容Cb处于稳态，电容Cb支路电压不变，电容Cb支路上无直流电流，故流经第一电池组3的电流I1为第一导接端41的电流I2及流经第二导接端42的电流I3的总和。于本实施例中，由于双向隔离型变换器43及四象限直流/直流变换器44的设置位置，使串联补偿型直流变换装置4的第一导接端41及第二导接端42之间隔离设置，故可避免于串联补偿型直流变换装置4运作时，第一电池组3的两端(即电池正端31与电池负端32)以及母线连接部2的两端(即正母线连接端21与负母线连接端22)之间发生短路。
由上可知，本案的储能模组1包含串联补偿型直流变换装置4，且串联补偿型直流变换装置4的第一导接端41电性连接于第一电池组3的电池正端31及电池负端32，串联补偿型直流变换装置4的第二导接端42电性连接于电容Cb的两端，且串联补偿型直流变换装置4的四象限直流/直流变换器44控制电容Cb形成补偿电压，以对第一电池组3的电池正端31及电池负端32之间的电压进行补偿，或者控制流经第一电池组3的电流为一设定值。因此，相较于传统储能***的连接方式及控制方法，电容上的补偿电压相较于第一电池组两端的电压很小，在流经第一电池组的电流相等的情况下，串联补偿型直流变换装置的转换功率比传统全功率直流变换器小很多，使得本案的储能模组利用上述连接方式及控制方法可获得较低的功率损耗和较低的转换功率，使储能模组的整体性能上升且可靠性亦上升，举例来说，当第一电池组3所提供的供电电能的额定电压为1000V且额定电流为100A时，串联补偿型直流变换装置4的四象限直流/直流变换器44所形成的补偿电压约为100V，且若串联补偿型直流变换装置4的转换效率为96％时，则其功率损耗为0.4kW，因此相较于传统全功率型直流变换器的功率损耗为1kW，本案的储能模组1的功率损耗较低，使储能模组1的整体性能上升且可靠性亦上升。
以下将进一步说明储能模组1的充放电模式，请参阅图2A、2B、2C及2D并配合图1A及图1B，其中图2A为图1A所示的储能模组于第一电池组为充电模式且补偿电压为正值时的电流流向示意图，图2B为图1A所示的储能模组于第一电池组为充电模式且补偿电压为负值时的电流流向示意图，图2C为图1A所示的储能模组于第一电池组为放电模式且补偿电压为正值时的电流流向示意图，图2D为图1A所示的储能模组于第一电池组为放电模式且补偿电压为负值时的电流流向示意图。于图2A-图2D中，I1代表流经第一电池组3的电流，I2代表流经串联补偿型直流变换装置4的第一导接端41的电流，I3则代表流经串联补偿型直流变换装置4的第二导接端42的电流，此时电容Cb处于稳态，电容Cb支路电压不变，电容Cb支路上并无直流电流。
如图2A所示，此时刻为第一电池组3为充电模式且四象限直流/直流变换器44控制电容Cb所形成的补偿电压为正值的情况，且流经第一电池组3的电流I1等于流经串联补偿型直流变换装置4的第一导接端41的电流I2加上流经第二导接端42的电流I3，且此时刻的直流汇流排的电压等于第一电池组3所提供的供电电压加上四象限直流/直流变换器44控制电容Cb所形成的补偿电压，且第一电池组3的电池正端31与电池负端32之间电压的电压方向与电容Cb上的补偿电压的电压方向相同。如图2B所示，此时刻为第一电池组3为充电模式且四象限直流/直流变换器44控制电容Cb所形成的补偿电压为负值的情况，且流经第一电池组3的电流I1等于流经串联补偿型直流变换装置4的第二导接端42的电流I3减去流经第一导接端41的电流I2，且此时刻的直流汇流排的电压等于第一电池组3所提供的供电电压减去四象限直流/直流变换器44控制电容Cb所形成的补偿电压，且第一电池组3的电池正端31与电池负端32之间电压的电压方向与电容Cb上的补偿电压的电压方向相反。如图2C所示，此时刻为第一电池组3为放电模式且四象限直流/直流变换器44控制电容Cb所形成的补偿电压为正值的情况，且流经第一电池组3的电流I1等于流经串联补偿型直流变换装置4的第一导接端41的电流I2加上流经第二导接端42的电流I3，且此时刻的直流汇流排的电压等于第一电池组3所提供的供电电压加上四象限直流/直流变换器44控制电容Cb所形成的补偿电压，且第一电池组3的电池正端31与电池负端32之间电压的电压方向与电容Cb上的补偿电压的电压方向相同。如图2D所示，此时刻为第一电池组3为放电模式且四象限直流/直流变换器44所形成的补偿电压为负值的情况，且流经第一电池组3的电流I1等于流经串联补偿型直流变换装置4的第二导接端42的电流I3减去流经第一导接端41的电流I2，且此时刻的直流汇流排的电压等于第一电池组3所提供的供电电压减去四象限直流/直流变换器44所形成的补偿电压，且第一电池组3的电池正端31及电池负端32的电压方向与电容Cb上的补偿电压的电压方向相反。
于一实施例中，如图1B所示，串联补偿型直流变换装置4更包含控制单元5，电性连接于四象限直流/直流变换器44，以控制四象限直流/直流变换器44于电容Cb形成补偿电压或流经第一电池组3的电流I1为一设定值。请参阅图3并配合图1A，其中图3为图1A所示的储能模组的串联补偿型变换装置的四象限直流/直流变换器的控制环路框图。如图3所示，储能模组1的控制单元5可于储能模组1工作于恒流模式时接收外部主机(未图示)所提供的电流指令Isp以对四象限直流/直流变换器44中的开关元件520进行控制，储能模组1的控制单元5也可于储能模组1工作于恒压模式时接收外部主机(未图示)所提供的电压指令Vsp以对四象限直流/直流变换器44中的开关元件520进行控制，其中控制单元5包含第一斜坡控制器511、第一比较器512、第一比例控制器513、第一限幅器514、第二斜坡控制器515、选择器516、第二比较器517、第二比例控制器518及第二限幅器519。于一实施例中，当控制单元5于储能模组1工作于恒流模式时，即控制流经第一电池组3的电流I1为一设定值时，第二斜坡控制器515接收并转换外部主机所提供的电流指令Isp并输出一电流斜坡给定值，第二斜坡控制器515用以防止电流指令Isp发生阶跃。选择器516于储能模组1工作于恒流模式时接收第二斜坡控制器515所提供的电流斜坡给定值。第二比较器517接收选择器516所提供的电流斜坡给定值、流经串联补偿型直流变换装置4的第一导接端41的电流I2以及流经第二导接端42的电流I3，以将流经串联补偿型直流变换装置4的第一导接端41的电流I2以及流经第二导接端42的电流I3与电流斜坡给定值进行比较，以获得比较电流Ierr。第二比例控制器518接收并计算比较电流Ierr。第二限幅器519接收第二比例控制器518所输出的经计算的比较电流Ierr，并对比较电流Ierr进行限幅，以获得占空比d用以控制四象限直流/直流变换器44中的开关元件520的开通和关断，进而控制电感元件521上的电流，使得流经串联补偿型直流变换装置4的第一导接端41的电流I2及流经第二导接端42的电流I3的总和为一设定值，也即控制流经第一电池组3的电流I1为一设定值。于其他实施例中，例如图4A所示的实施例中，第二比较器517接收的则是流经串联补偿型直流变换装置4的第二导接端42的电流I3，以将流经串联补偿型直流变换装置4的第二导接端42的电流I3与电流斜坡给定值进行比较，获得比较电流Ierr。第二比例控制器518接收并计算比较电流Ierr。第二限幅器519接收第二比例控制器518所输出的经计算的比较电流Ierr，并对比较电流Ierr进行限幅，以获得占空比d用以控制四象限直流/直流变换器44中的开关元件520的开通和关断，进而控制电感元件521上的电流，使得流经串联补偿型直流变换装置4的流经第二导接端42的电流I3为一设定值，也即控制流经第一电池组3的电流I1为一设定值，于本实施例中，设定值例如是电流指令Isp。其中开关元件520可为四象限直流/直流变换器44内的开关元件，电感元件521可为四象限直流/直流变换器44内的电感元件，例如图8A和图8B中的第一变换电感L1，其中四象限直流/直流变换器44内的开关元件及感元件详细设置方式及连接方式将于下说明。
请继续参阅图3并配合图1A，于一实施例中，当控制单元5于储能模组1工作于恒压模式时，即控制单元控制四象限直流/直流变换器44于电容Cb形成补偿电压时，第一斜坡控制器511接收并转换外部主机所提供的电压指令Vsp并输出一电压斜坡给定值，第一斜坡控制器511用以防止电压指令Vsp发生阶跃。第一比较器512接收并比较经第一斜坡控制器511输出的电压斜坡给定值以及控制单元5的输出端所输出的补偿电压Vcb并得到一误差电压Verr。第一比例控制器513根据误差电压Verr而计算并输出一给定电流。第一限幅器514对给定电流进行限幅。选择器516于储能模组1工作于恒压模式时接收第一限幅器514所输出的经限幅后的给定电流。第二比较器517接收流经串联补偿型直流变换装置4的第一导接端41的电流I2及流经第二导接端42的电流I3，以将流经串联补偿型直流变换装置4的第一导接端41的电流I2及流经第二导接端42的电流I3与第一限幅器514所输出的经限幅后的给定电流进行比较，以获得比较电流Ierr。第二比例控制器518接收并计算比较电流Ierr。第二限幅器519接收第二比例控制器518所输出的经计算的比较电流Ierr，且对比较电流Ierr进行限幅，以获得占空比d用以控制四象限直流/直流变换器44中的开关元件520开通和关断，进而控制电感元件521上的电流，使得四象限直流/直流变换器44于电容Cb上形成补偿电压Vcb。于其他实施例中，例如图4A所示的实施例中，第二比较器517接收的则是流经串联补偿型直流变换装置4的第二导接端42的电流I3，以将流经串联补偿型直流变换装置4的第二导接端42的电流I3与第一限幅器514所输出的经限幅后的给定电流进行比较，以获得比较电流Ierr。第二比例控制器518接收并计算比较电流Ierr。第二限幅器519接收第二比例控制器518所输出的经计算的比较电流Ierr，并对比较电流Ierr进行限幅，以获得占空比d用以控制四象限直流/直流变换器44中的开关元件520进行控制，进而控制电感元件521上的电流，使得四象限直流/直流变换器44于电容Cb上形成补偿电压Vcb,于本实施例中，补偿电压Vcb例如是电压指令Vsp。其中，开关元件520可为四象限直流/直流变换器44内的开关元件，电感元件521可为四象限直流/直流变换器44内的电感元件，例如图8A和图8B中的第一变换电感L1，电容元件522可为电容Cb，其中四象限直流/直流变换器44内的开关元件、电感元件及电容元件的详细设置方式及连接方式将于下说明。
请参阅图4A及图4B，其中图4A为本案的第二实施例的储能模组的电路拓扑图，图4B为图4A所示的储能模组的串联补偿型直流变换装置的细部电路拓扑图。如图所示，相较于图1A所示的储能模组1，本实施例的储能模组1a的第一正导接端411电性连接于母线连接部2的正母线连接端21，第一负导接端412电性连接于母线连接部2的负母线连接端22。于本实施例中，第一电池组3的充电电流或放电电流即相等于串联补偿型直流变换装置4的第二导接端42的电流。于本实施例中，四象限直流/直流变换器44通过控制流经第二导接端42的电流而使流经第一电池组3的电流为一设定值，四限直流/直流变换器44控制电容Cb形成补偿电压的数值亦可为正值或负值。
请参阅图5，其为本案的第三实施例的储能模组的电路拓扑图。如图所示，相较于图1A所示的储能模组1，本实施例的储能模组1b的电容Cb电性连接于母线连接部2的负母线连接端22及第一电池组3的电池负端32之间。本实施例的串联补偿型直流变换装置4的第二导接端42的第二正导接端421及第二负导接端422分别电性连接于电容Cb的两端，例如当串联补偿型直流变换装置4控制控制电容Cb形成补偿电压与第一电池组3两端的电压同向时，第二正导接端421电性连接于第一电池组3的电池负端32，第二负导接端422电性连接于母线连接部2的负母线连接端22。于本实施例中，四象限直流/直流变换器44通过控制流经第一导接端41的电流及第二导接端42的电流而使流经第一电池组3的电流为设定，四象限直流/直流变换器44控制电容Cb形成补偿电压的数值亦可为正值或负值。
请参阅图6，其为本案的第四实施例的储能模组的电路拓扑图。如图所示，相较于图1A所示的储能模组1，本实施例的储能模组1c的第一正导接端411电性连接于母线连接部2的正母线连接端21，第一负导接端412电性连接于母线连接部2的负母线连接端22。本实施例的储能模组1c的电容Cb电性连接于母线连接部2的负母线连接端22及第一电池组3的电池负端32之间，其中第一电池组3的充电电流或放电电流即相等于流经串联补偿型直流变换装置4的第二导接端42的电流。本实施例的串联补偿型直流变换装置4的第二导接端42的第二正导接端421及第二负导接端422分别电性连接于电容Cb的两端，例如当串联补偿型直流变换装置4控制控制电容Cb形成补偿电压与第一电池组3两端的电压同向时，第二正导接端421电性连接于第一电池组3的电池负端32，第二负导接端422电性连接于母线连接部2的负母线连接端22。于本实施例中，四象限直流/直流变换器44通过控制流经第二导接端42的电流而使流经第一电池组3的电流为设定值，四象限直流/直流变换器44控制电容Cb形成补偿电压的数值亦可为正值或负值，此处不再赘述。
请参阅图10A，其为本案的第五实施例的储能模组的电路拓扑图。如图所示，相较于图4A所示的储能模组1a，本实施例的储能模组1d还包括一第二电池组3a，其中本实施例的第二电池组3a相似于图1A所示的第一电池组3，故于此不再赘述。于本实施例中，第二电池组3a电性连接于电容Cb和正母线连接端21之间，四象限直流/直流变换器可控制电容Cb形成补偿电压，以对第一电池组3和第二电池组3a的电压进行补偿。
请参阅图10B，其为本案的第六实施例的储能模组的电路拓扑图。如图所示，相较于图6所示的储能模组1c，本实施例的储能模组1e还包括一第二电池组3a，其中本实施例的第二电池组3a相似于图1A所示的第一电池组3，故于此不再赘述。于本实施例中，第二电池组3a电性连接于电容Cb和负母线连接端22之间，四象限直流/直流变换器可控制电容Cb形成补偿电压，以对第一电池组3和第二电池组3a的电压进行补偿。
请参阅图7A，其为图1A所示的储能模组的串联补偿型直流变换装置的双向隔离型变换器的第一实施例的细部电路拓扑图。如图7A所示，本实施例的双向隔离型变换器43例如可为CLLC变换电路，且包含第一端431、第二端432、原边电路433、变压器434及副边电路435，本案的CLLC变换电路为双向LLC电路，可实现软开关，进一步降低双向隔离型变换器中开关元件的损耗。双向隔离型变换器43的第一端431电性连接于串联补偿型直流变换装置4的第一导接端41，而双向隔离型变换器43的第二端432电性连接于四象限直流/直流变换器44，或者双向隔离型变换器43的第一端431电性连接于四象限直流/直流变换器44，而双向隔离型变换器43的第二端432电性连接于串联补偿型直流变换装置4的第一导接端41。于本实施例中，原边电路433例如可为半桥变换电路，包含两个原边电容C1、C2、两个原边开关Q1、Q2、谐振电感LL及第一谐振电容CC1。两个原边电容C1、C2串联连接构成第三桥臂，且两个原边电容C1、C2之间的连接点构成第三连接点C，其中第三连接点C电性连接于变压器434的原边绕组的第二端。两个原边开关Q1、Q2串联连接构成第四桥臂，第四桥臂与第三桥臂并联连接，且两个原边开关Q1、Q2之间的连接点构成第四连接点D。谐振电感LL及第一谐振电容CC1串联连接于第四连接点D及变压器434的原边绕组的第一端之间。副边电路435例如可为全桥变换电路，包含四个副边开关Q3、Q4、Q5、Q6及第二谐振电容CC2。两个副边开关Q3、Q4串联连接构成第五桥臂，且两个副边开关Q3、Q4之间的连接点构成第五连接点E，其中第五连接点E电性连接于变压器434的副边绕组的第一端。另外两个副边开关Q5、Q6串联连接构成第六桥臂，第六桥臂与第五桥臂并联连接，且两个副边开关Q5、Q6之间的连接点构成第六连接点F。第二谐振电容CC2电性连接于第六连接点F及变压器434的副边绕组的第二端之间。于本实施例中，双向隔离型变换器43的第一端431及第二端432的电压变比几乎不发生变化，且双向隔离型变换器43的开关频率等于第一谐振电容CC1、第二谐振电容CC2及谐振电感LL的谐振频率，或者，双向隔离型变换器43的开关频率为第一谐振电容CC1、第二谐振电容CC2及谐振电感LL的谐振频率的±10％误差范围中的任一值，以使双向隔离型变换器43达到定频控制。于一些实施例中，原边电路433可为全桥变换电路，及/或，副边电路435可为半桥变换电路，本案不进行限制。
请参阅图7B，其为图1A所示的储能模组的串联补偿型直流变换装置的双向隔离型变换器的第二实施例的细部电路拓扑图。相较于图7A所示的双向隔离型变换器43的原边电路433包含两个原边电容C1、C2所构成的第三桥臂及两个原边开关Q1、Q2所构成的第四桥臂，本实施例的双向隔离型变换器43a的原边电路433则包含四个原边开关Q7、Q8、Q9、Q10。两个原边开关Q7、Q8串联连接构成第三桥臂，另外两个原边开关Q9、Q10串联连接构成第四桥臂。此外，本实施例的双向隔离型变换器43a的副边电路435包含两个副边开关Q11、Q12串联连接所构成的第五桥臂以及两个副边开关Q13、Q14串联连接所构成的第六桥臂，其中本实施例的副边开关Q11、Q12、Q13、Q14相似于图7A所示的双向隔离型变换器43的副边电路435的副边开关Q3、Q4、Q5、Q6，故于此不再赘述。
请参阅图7C，其为图1A所示的储能模组的串联补偿型直流变换装置的双向隔离型变换器的第三实施例的细部电路拓扑图。相较于图7A所示的双向隔离型变换器43的副边电路435包含两个副边开关Q3、Q4所构成的第五桥臂及两个副边开关Q3、Q4所构成的第六桥臂，本实施例的双向隔离型变换器43b的副边电路435包含两个副边开关Q17、Q18及两个副边电容C5、C6，其中两个副边开关Q17、Q18串联连接构成第五桥臂，两个副边电容C5、C6串联连接构成第六桥臂。此外，本实施例的双向隔离型变换器43b的原边电路433包含两个原边电容C3、C4串联连接所构成的第三桥臂以及两个原边开关Q15、Q16串联连接所构成的第四桥臂，其中本实施例的原边电容C3、C4以及原边开关Q15、Q16分别相似于图7A所示的双向隔离型变换器43的原边电路433的原边电容C1、C2以及原边开关Q1、Q2，故于此不再赘述。
请参阅图8A，其为图1A所示的储能模组的四象限直流/直流变换器的第一实施例的细部电路拓扑图。如图所示，本实施例的四象限直流/直流变换器44包含第一端441、第二端442、四个开关元件(即第一开关元件S1、第二开关元件S2、第三开关元件S3及第四开关元件S4)及第一变换电感L1。四象限直流/直流变换器44的第一端441电性连接于双向隔离型变换器43，四象限直流/直流变换器44的第二端442的电压正端电性连接于串联补偿型直流变换装置4的第二导接端42的第二正导接端421，四象限直流/直流变换器44的第二端442的电压负端电性连接于串联补偿型直流变换装置4的第二导接端42的第二负导接端422。两个开关元件S1、S2串联连接构成第一桥臂，且两个开关元件S1、S2之间的连接点构成第一连接点A。第一变换电感L1电性连接于第一连接点A及第二端442的电压正端之间，即电性连接于第一连接点A及第二正导接端421之间。两个开关元件S3、S4串联连接构成第二桥臂，且两个开关元件S3、S4之间的连接点构成第二连接点B，其中第二连接点B电性连接于第二端442的电压负端之间。于一些实施例中，四象限直流/直流变换器44还可包含变换电容Ct，变换电容Ct电性连接于第二端442的电压正端及电压负端之间，其可由图1A所示的电容Cb所构成，使得电容Cb与四象限直流/直流变换器44相集成。于一些实施例中，储能模组的四象限直流/直流变换器也可以由多个如图8A所示的四象限直流/直流变换器44相互并联而成，本案不进行限制。
请参阅图8B，其为图1A所示的储能模组的四象限直流/直流变换器的第二实施例的细部电路拓扑图。如图所示，相较于图8A所示的四象限直流/直流变换器44，本实施例的四象限直流/直流变换器44a更包含第二变换电感L2，其中第二变换电感L2电性连接于第二连接点B及第二端442的电压负端之间，即电性连接于第二连接点B及第二负导接端422之间。于一些实施例中，第一变换电感L1可电性连接于第一连接点A及第二端442的电压负端之间，即电性连接于第一连接点A及第二负导接端422之间，且第二变换电感L2电性连接于第二连接点B及第二端442的电压正端之间，即电性连接于第二连接点B及第二正导接端421之间。于一些实施例中，储能模组的四象限直流/直流变换器也可以由多个如图8B所示的四象限直流/直流变换器44a相互并联而成，本案不进行限制。
请参阅图9，其为本案的储能***的电路拓扑图。如图所示，本实施例的储能***6包含功率变换装置7及复数个储能模组，其中每一储能模组可为前述任一储能模组，于此以储能模组1进行示例。功率变换装置7包含功率正端71及功率负端72。每一储能模组1的母线连接部2的正母线连接端21电性连接于功率正端71，每一储能模组1的母线连接部2的负母线连接端22电性连接于功率负端72，通过串联补偿型直流变换装置对第一电池组两端电压的补偿可使得各个储能模组连接于直流汇流排电压的保持一致，使得储能***6利用复数个储能模组1达到高效率的充放电功能，还可以抑制不同储能模组之间环流的产生。
综上所述，本案的储能模组包含串联补偿型直流变换装置，且串联补偿型直流变换装置的第一导接端电性连接于正母线连接端及负母线连接端或电性连接于第一电池组的电池正端及电池负端，串联补偿型直流变换装置的第二导接端电性连接于电容的两端，且串联补偿型直流变换装置的四象限直流/直流变换器控制电容形成补偿电压，以对第一电池组的电池正端及电池负端之间的电压进行补偿，或者控制流经第一电池组的电流为设定值，其中补偿电压的数值可为正值或负值，比单一方向的补偿电压会有更小的功率等级，损耗更小，效率更高。因此，由于电容上的补偿电压相较于第一电池组两端的电压很小，所以同等电流下串联补偿型直流变换装置的转换功率比传统全功率直流变换器小很多，使得本案的储能模组利用上述连接方式及控制方法可获得较低的功率损耗，使储能模组的整体性能上升且可靠性亦上升,并且通过控制流经电池组的电流为一设定值，即控制电池组充、放电电流大小可以保证电池组工作在合理的充放电曲线上，保证电池组快速充放电的同时也能提高电池组的使用寿命。

Claims (23)

1.一种储能模组，包含：
一母线连接部，包含一正母线连接端及一负母线连接端；
一第一电池组，电性耦接于该正母线连接端及该负母线连接端之间，且包含一电池正端及一电池负端；
一电容，电性耦接于该正母线连接端与该电池正端之间或该负母线连接端与该电池负端之间；以及
一串联补偿型直流变换装置，包含：
一第一导接端，包含一第一正导接端及一第一负导接端，该第一正导接端及该第一负导接端分别电性连接于该正母线连接端及该负母线连接端或电性连接于该电池正端及该电池负端；
一第二导接端，包含一第二正导接端及一第二负导接端，该第二正导接端及该第二负导接分别电性连接于该电容的两端；
一双向隔离型变换器，电性连接于该第一导接端；以及
一四象限直流/直流变换器，电性连接于该双向隔离型变换器及该第二导接端之间，该四象限直流/直流变换器控制该电容形成一补偿电压以对该第一电池组的该电池正端及该电池负端之间的电压进行补偿，或者该四象限直流/直流变换器控制流经该第一电池组的电流为一设定值。
2.如权利要求1所述的储能模组，其中该串联补偿型直流变换装置的该第一导接端构成该串联补偿型直流变换装置的高压侧，该串联补偿型直流变换装置的该第二导接端构成该串联补偿型直流变换装置的低压侧。
3.如权利要求1所述的储能模组，其中该电容电性连接于该正母线连接端与该电池正端之间，而该第一导接端的该第一正导接端电性连接于该电池正端，且该第一导接端的该第一负导接端电性连接于该电池负端。
4.如权利要求1所述的储能模组，其中该电容电性连接于该正母线连接端与该电池正端之间，而该第一导接端的该第一正导接端电性连接于该正母线连接端，且该第一导接端的该第一负导接端电性连接于该负母线连接端。
5.如权利要求1所述的储能模组，其中该电容电性连接于该负母线连接端与该电池负端之间，而该第一导接端的该第一正导接端电性连接于该电池正端，且该第一导接端的该第一负导接端电性连接于该电池负端。
6.如权利要求1所述的储能模组，其中该电容电性连接于该负母线连接端与该电池负端之间，而该第一导接端的该第一正导接端电性连接于该正母线连接端，且该第一导接端的该第一负导接端电性连接于该负母线连接端。
7.如权利要求3或5所述的储能模组，其中该四象限直流/直流变换器通过控制流经该第一导接端的电流和流经第二导接端的电流而使得流经该第一电池组的电流为一设定值。
8.如权利要求4或6所述的储能模组，其中该四象限直流/直流变换器通过控制流经该第二导接端的电流而使得流经该第一电池组的电流为一设定值。
9.如权利要求1所述的储能模组，其中该电容与该四象限直流/直流变换器相集成。
10.如权利要求1所述的储能模组，其中该双向隔离型变换器为一CLLC变换电路，且包含至少一谐振电容及至少一谐振电感，其中该双向隔离型变换器的开关频率为该至少一谐振电容与该至少一谐振电感的一谐振频率的±10％误差范围中的任一值。
11.如权利要求1所述的储能模组，其中该双向隔离型变换器为一CLLC变换电路，该双向隔离型变换器包含一原边电路、一变压器以及一副边电路，其中该原边电路为一全桥变换电路或一半桥变换电路，该副边电路为一全桥变换电路或一半桥变换电路。
12.如权利要求1所述的储能模组，其中该四象限直流/直流变换器为一全桥变换电路，包含：
一第一桥臂，包换串联连接的一第一开关元件及一第二开关元件，该第一开关元件及该第二开关元件之间的连接点形成一第一连接点；
一第二桥臂，包换串联连接的一第三开关元件及一第四开关元件，该第三开关元件及该第四开关元件之间的连接点形成一第二连接点；
一第一变换电感，电性连接于该第一连接点与该第二正导接端之间或电性连接于该第一连接点与第二负导接端之间。
13.如权利要求12所述的储能模组，其中该四象限直流/直流变换器还包含一第二变换电感，当该第一变换电感电性连接于该第一连接点与该第二正导接端之间时，该第二变换电感电性连接于该第二连接点与该第二负导接端之间，当该第一变换电感电性连接于该第一连接点与该第二负导接端之间时，该第二变换电感电性连接于该第二连接点与该第二正导接端之间。
14.如权利要求1所述的储能模组，其中该储能模组处于充电模式或放电模式。
15.如权利要求1所述的储能模组，其中该四象限直流/直流变换器控制该电容形成一补偿电压对该第一电池组两端的电压进行补偿时，该第一电池组的该电池正端与该电池负端之间的电压方向与该电容上的该补偿电压的电压方向相同或相反。
16.如权利要求1所述的储能模组，其中该串联补偿型直流变换装置更包含一控制单元，电性连接于该四象限直流/直流变换器，该控制单元于该储能模组工作于一恒流模式时接收一电流指令，以控制流经该第一电池组的该电流为该设定值，或该控制单元于该储能模组工作于一恒压模式时接收一电压指令，以控制该四象限直流/直流变换器于该电容形成该补偿电压。
17.如权利要求3或5所述的储能模组，其中该串联补偿型直流变换装置更包含一控制单元，电性连接于该四象限直流/直流变换器，该控制单元包含一第一斜坡控制器、一第一比较器、一第一比例控制器、一第一限幅器、一选择器、一第二比较器、一第二比例控制器及一第二限幅器，其中该第一斜坡控制器于该储能模组工作于一恒压模式时接收并转换一电压指令并输出一电压斜坡给定值，该第一比较器接收并比较经该第一斜坡控制器输出的该电压斜坡给定值以及该控制单元的一输出端所输出的该补偿电压并得到一误差电压，该第一比例控制器根据该误差电压而计算并输出一给定电流，该第一限幅器对该给定电流进行限幅，该选择器接收该第一限幅器所输出的经限幅后的该给定电流，该第二比较器接收流经该串联补偿型直流变换装置的该第一导接端的一电流及流经该第二导接端的一电流，以与该第一限幅器所输出的经限幅后的该给定电流进行比较，以获得一比较电流，该第二比例控制器接收并计算该比较电流，该第二限幅器接收该第二比例控制器所输出的经计算的该比较电流，且对该比较电流进行限幅，以获得一占空比用以控制该四象限直流/直流变换器中的至少一开关元件开通和关断。
18.如权利要求3或5所述的储能模组，其中该串联补偿型直流变换装置更包含一控制单元，电性连接于该四象限直流/直流变换器，该控制单元包含一第二斜坡控制器、一选择器、一第二比较器、一第二比例控制器及一第二限幅器，其中该第二斜坡控制器于该储能模组工作于一恒流模式时接收并转换一电流指令并输出一电流斜坡给定值，该选择器接收该第二斜坡控制器所提供的该电流斜坡给定值，该第二比较器接收该选择器所提供的该电流斜坡给定值、流经该串联补偿型直流变换装置的该第一导接端的一电流以及流经该第二导接端的一电流，以与该电流斜坡给定值进行比较，以获得一比较电流，该第二比例控制器接收并计算该比较电流，该第二限幅器接收该第二比例控制器所输出的经计算的该比较电流，并对该比较电流进行限幅，以获得一占空比用以控制该四象限直流/直流变换器中的至少一开关元件的开通和关断。
19.如权利要求4或6所述的储能模组，其中该串联补偿型直流变换装置更包含一控制单元，电性连接于该四象限直流/直流变换器，该控制单元包含一第一斜坡控制器、一第一比较器、一第一比例控制器、一第一限幅器、一选择器、一第二比较器、一第二比例控制器及一第二限幅器，其中该第一斜坡控制器于该储能模组工作于一恒压模式时接收并转换一电压指令并输出一电压斜坡给定值，该第一比较器接收并比较经该第一斜坡控制器输出的该电压斜坡给定值以及该控制单元的一输出端所输出的该补偿电压并得到一误差电压，该第一比例控制器根据该误差电压而计算并输出一给定电流，该第一限幅器对该给定电流进行限幅，该选择器接收该第一限幅器所输出的经限幅后的该给定电流，该第二比较器接收流经该串联补偿型直流变换装置的该第二导接端的一电流，以与该第一限幅器所输出的经限幅后的该给定电流进行比较，以获得一比较电流，该第二比例控制器接收并计算该比较电流，该第二限幅器接收该第二比例控制器所输出的经计算的该比较电流，且对该比较电流进行限幅，以获得一占空比用以控制该四象限直流/直流变换器中的至少一开关元件开通和关断。
20.如权利要求4或6所述的储能模组，其中该串联补偿型直流变换装置更包含一控制单元，电性连接于该四象限直流/直流变换器，该控制单元包含一第二斜坡控制器、一选择器、一第二比较器、一第二比例控制器及一第二限幅器，其中该第二斜坡控制器于该储能模组工作于一恒流模式时接收并转换一电流指令并输出一电流斜坡给定值，该选择器接收该第二斜坡控制器所提供的该电流斜坡给定值，该第二比较器接收该选择器所提供的该电流斜坡给定值、流经该串联补偿型直流变换装置的该第二导接端的一电流，以与该电流斜坡给定值进行比较，以获得一比较电流，该第二比例控制器接收并计算该比较电流，该第二限幅器接收该第二比例控制器所输出的经计算的该比较电流，并对该比较电流进行限幅，以获得一占空比用以控制该四象限直流/直流变换器中的至少一开关元件的开通和关断。
21.如权利要求4所述的储能模组，其中该储能模组还包括一第二电池组，其中，该第二电池组电性连接于该电容与该正母线连接端之间,该四象限直流/直流变换器控制该电容形成该补偿电压，以对该第一电池组两端的电压和该第二电池组两端的电压进行补偿。
22.如权利要求6所述的储能模组，其中该储能模组还包括一第二电池组，其中，该第二电池组电性连接于该电容与该负母线连接端之间，以对该第一电池组两端的电压和该第二电池组两端的电压进行补偿。
23.一种储能***，包含：
一功率变换装置，包含一功率正端及一功率负端；以及
复数个储能模组，每一该储能模组包含：
一母线连接部，包含一正母线连接端及一负母线连接端，该正母线连接端电性连接于该功率正端，该负母线连接端电性连接于该功率负端
一第一电池组，电性连接于该正母线连接端及该负母线连接端之间，且包含一电池正端及一电池负端；
一电容，电性耦接于该正母线连接端与该电池正端之间或该负母线连接端与该电池负端之间；以及
一串联补偿型直流变换装置，包含：
一第一导接端，包含一第一正导接端及一第一负导接端，该第一正导接端及该第一负导接端分别电性连接于该正母线连接端及该负母线连接端或电性连接于该电池正端及该电池负端；
一第二导接端，包含一第二正导接端及一第二负导接端，该第二正导接端及该第二负导接端分别电性连接于该电容的两端；
一双向隔离型变换器，电性连接于该第一导接端；以及
一四象限直流/直流变换器，电性连接于该双向隔离型变换器及该第二导接端之间，该四象限直流/直流变换器控制该电容形成一补偿电压以对该第一电池组的该电池正端及该电池负端之间的电压进行补偿，或者该四象限直流/直流变换器控制流经该第一电池组的电流为一设定值。
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