CN220273367U - 一种储能装置及供电*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种储能装置及供电***，储能装置包括若干电池模块和第二DC/DC变换器,每个电池模块包括电池包和第一DC/DC变换器，电池包与第一DC/DC变换器的第一侧连接，第一DC/DC变换器包括boost/buck电路；第二DC/DC变换器包括隔离电路，第二DC/DC变换器的第一侧与各第一DC/DC变换器的第二侧连接，第二DC/DC变换器的第二侧形成外连接端。供电***包括上述储能装置。本实用新型的储能装置及供电***，将隔离电路远离电池包放置，使得电池得以避免受高温影响，延长了电池的寿命且更为安全。

Description

一种储能装置及供电***

技术领域

本实用新型涉及电池及应用电池供电的技术领域，尤其涉及一种储能装置及供电***。

背景技术

现有UPS中，储能装置为了维护安全，储能装置通常由多个并联的电池模块构成，每个电池模块包括电池包和DC/DC变换器，通过DC/DC变换器使得电池模块可以输出较高电压而电池包具有较低的电压以保证维护安全性，但DC/DC变换器包括boost电路/buck电路和隔离电路，boost电路/buck电路工作时产生热量，隔离电路中也设有变压器、电感等发热量大的电气件，使得整个DC/DC变换器工作时具有较大的热量，而DC/DC变换器与电池包集成在一个模块内，因此，电池包中的电池也会受到高热的DC/DC变换器的影响，不仅影响电池寿命，且存在安全隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供一种储能装置及供电***，其将隔离电路分离出来，DC/DC变换器中只保留boost电路/buck电路，降低了DC/DC变换器工作时的发热量，使得电池得以避免高温影响，延长了电池的寿命且更为安全，此外，多个boost电路/buck电路并联后再与隔离电路连接，便于整个储能装置输出统一的电压，统一性更好。

为达成上述目的，本实用新型及其优选实施例采用如下技术方案但实施例不限于下述方案：

一种储能装置，包括若干电池模块,每个电池模块包括电池包和第一DC/DC变换器，所述电池包与第一DC/DC变换器的第一侧连接，所述第一DC/DC变换器包括boost/buck电路，boost电路的输入侧或buck电路的输出侧形成第一DC/DC变换器的第一侧，boost电路的输出侧或buck电路的输入侧形成第一DC/DC变换器的第二侧；和第二DC/DC变换器，其包括隔离电路，所述隔离电路的低压侧和高压侧分别形成第二DC/DC变换器的第一侧和第二侧；第二DC/DC变换器的第一侧与各第一DC/DC变换器的第二侧连接，第二DC/DC变换器的第二侧形成外连接端。

作为一种优选实施例，所述储能装置用于与变流装置电气耦合，所述第一DC/DC变换器和所述第二DC/DC变换器均为双向DC/DC变换器。

作为一种优选实施例，所述储能装置还包括电压采集器和控制单元，所述电压采集器用于采集外连接端的电压；所述控制单元信号连接电压采集器以获取外连接端的电压，其在外连接端的电压低于第一阈值时，控制各第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器工作于放电方向；其在外连接端的电压高于第二阈值时，控制各第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器工作于充电方向。

作为一种优选实施例，所述控制单元包括若干与电池模块的数量相等且一一对应的第一控制器和一第二控制器；每个第一控制器均连接所述电压采集器以获取所述外连接端的电压并据此控制对应的第一DC/DC变换器的工作方向；所述第二控制器与电压采集器信号连接以获取所述外连接端的电压并据此控制第二DC/DC变换器的工作方向。

作为一种优选实施例，每个电池模块设有BMS管理单元，所述BMS管理单元包括所述第一控制器；所述BMS管理单元用于检测对应电池包的温度、输出电压和输出电流，并根据外连接端的电压控制第一DC/DC变换器的工作方向。

作为一种优选实施例，所述储能装置包括柜体，所述柜体内沿竖直方向布设有若干安装通道，所述电池模块包括用于容置电池包、第一DC/DC变换器和BMS管理单元的箱体，所述第二DC/DC变换器包括适于容置隔离电路和第二控制器的壳体，各箱体和所述壳体一一对应地装设于各安装通道中。

作为一种优选实施例，所述第二DC/DC变换器为LLC变换器。

作为一种优选实施例，每个所述电池包的最大输出电压低于65V；各电池包内的电芯单元数量相同，每一电芯单元由两个彼此并联的单体电池构成，所述单体电池为锂电池。

本实用新型同时提供一种供电***，其包括上述的储能装置和变流装置，所述变流装置具有电池端；所述电池端连接所述储能装置的外连接端以接入所述储能装置；

作为一种优选实施方式，变流装置还包括直流母线和第三DC/DC变换器；所述第三DC/DC变换器为双向DC/DC变换器且两侧分别连接所述直流母线和所述电池端并用以实现二者间的电压变换。

由上述对本实用新型及其优选实施例的描述可知，相对于现有技术，本实用新型的技术方案及其优选实施例由于采用如下技术手段从而具备如下有益效果：

申请人经不断观察、实验和研究可知，现有技术方案中，导致产生“电池模块发热大且存在安全隐患”技术问题的原因在于，DC/DC变换器工作时的发热量大，电池包与DC/DC变换器近距离放置，使得电池包容易受到DC/DC变换器的高温影响，本技术方案将boost电路/buck电路作为第一DC/DC变换器，隔离电路作为第二DC/DC变换器，多个第一DC/DC变换器并联后接入第二DC/DC变换器，使得DC/DC变换器仅包括boost电路/buck电路，相比于每个电池模块内的DC/DC变换器都包括boost电路/buck电路和隔离电路，成本更低；且隔离电路远离电池包放置，电池与发热低的boost电路/buck电路集成，对于电池的影响更小，电池使用寿命更长，更安全；多个boost电路/buck电路分散开，且独立于隔离电路，温升更容易控制，相比DC/DC变换器作为一体的方案，散热效果更好；此外，多个boost电路/buck电路并联后再与隔离电路连接，便于整个储能装置输出统一的电压，统一性更好。第二DC/DC变换器包括隔离电路，可避免电池包遭受外部冲击影响。

相关技术方案及其优选实施例中，由于储能装置与变流装置电气耦合，第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器均为双向DC/DC变换器，使得储能装置可在变流装置在需要时向变流装置供电，并在变流装置电量大时充电。

相关技术方案及其优选实施例中，由于储能装置与变流装置电气耦合以向其放电或受其充电，使得控制单元仅根据外连接端电压便可以获取变流装置的运行需求并对应的控制动作以匹配该运行需求。也即，第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器的控制可独立于变流装置的控制，不需要与变流装置通过工业控制总线建立直接通讯连接且赋之予复杂的控制算法，就能使得储能装置得以匹配变流装置的运行需求，从而降低储能装置实际应用时在通讯层面和控制层面的复杂度，并降低现场接线的困难度，从而为应用该储能装置的供电***扩容提供了较好的物质基础；设置电压采集器和控制单元，可稳定采集外连接端电压并传送至控制单元，使得控制单元能够获取外连接端电压；控制单元包括若干与电池模块的数量相等且一一对应的第一控制器和一第二控制器，降低了控制单元的软硬件成本。

相关技术方案及其优选实施例中，第一控制器集成于BMS管理单元中，其与现有的BMS管理***功能相近，且通过第一控制器控制第一DC/DC变换器的工作，降低了控制单元的软硬件成本。

相关技术方案及其优选实施例中，各箱体及壳体一一对应地装设于各安装通道中，各电池模块和第二DC/DC变换器一一对应地装设于各箱体中，有利于现场安装和维护。

相关技术方案及其优选实施例中，第二DC/DC变换器为LLC变换器，可避免电池包遭受外部冲击影响。

相关技术方案及其优选实施例中，各电池包内的电芯单元数量相同，可一定程度防止并联环流情况的发生。每一电池包的最大输出电压均低于65V，保证了人员维护的安全性。电芯单元由两个彼此并联的单体电池构成，提高了电芯单元所能负荷的电流水平，从而提升了储能装置的放电性能。电芯单元由锂电池构成，换言之，电芯单元内的单体电池均为锂电池，寿命长且放电稳定。

本实用新型同时提供一种供电***，供电***包括上述储能装置，从而具有与上述实施方式相同的技术效果，储能装置接入变流装置的电池端，而非直流母线，无需对现有变流装置进行改造，通用性较好。

相关技术方案及其优选实施例中，变流装置包括直流母线和第三DC/DC变换器，使得电池包可通过多级DC/DC变换器连接至直流母线，可进一步保证电池包输出较低的安全电压。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，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的附图。

图1为本实用新型实施例储能装置的拓扑示意图；

图2为本实用新型实施例多个第一DC/DC变换器并联的示意图；

图3为本实用新型实施例第二DC/DC变换器并联的示意图；

图4为本实用新型实施例储能装置的结构示意图；

图5为本实用新型实施例供电***的拓扑示意图。

主要附图标记说明：

储能装置10；电池包11；第一DC/DC变换器12；第二DC/DC变换器13；壳体(131)；电压采集器14；BMS管理单元15；第一控制器151；第二控制器16；柜体17；箱体18；变流装置20；第三DC/DC变换器21；电池端22。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的优选实施例，且不应被看作对其他实施例的排除。基于本实用新型实施例，本领域的普通技术人员在不作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙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或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本实用新型的具体保护范围。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”或“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸地固定连接、可拆卸地固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。

参见图1-4，图1-4示出了一种储能装置10，包括若干电池模块、第二DC/DC变换器13、电压采集器14和控制单元。

每个电池模块包括电池包11和第一DC/DC变换器12，电池包11与第一DC/DC变换器12的第一侧连接，参见图1，第一DC/DC变换器12包括boost/buck电路，boost电路的输入侧或buck电路的输出侧形成第一DC/DC变换器12的第一侧，boost电路的输出侧或buck电路的输入侧形成第一DC/DC变换器12的第二侧；本实施例中，每个电池包11的最大输出电压低于65V；各电池包11内的电芯单元数量相同，每一电芯单元由两个彼此并联的单体电池构成，单体电池为锂电池。

具体实施中，各电池包11内的电芯单元数量应尽量保持相同，如此设置可一定程度防止并联环流情况的发生。每一电池包11的最大输出电压均低于65V，保证了人员维护的安全性。电芯单元由两个彼此并联的单体电池构成，提高了电芯单元所能负荷的电流水平，从而提升了储能装置10的放电性能。电芯单元由锂电池构成，换言之，电芯单元内的单体电池均为锂电池，寿命长且放电稳定。

参见图3，第二DC/DC变换器13包括隔离电路，隔离电路的低压侧和高压侧分别形成第二DC/DC变换器13的第一侧和第二侧；第二DC/DC变换器13的第一侧与各第一DC/DC变换器12的第二侧连接，即各第一DC/DC变换器12的第二侧并联并与第二DC/DC变换器13的第一侧连接，第二DC/DC变换器13的第二侧形成外连接端。其中，第二DC/DC变换器13为LLC变换器。隔离电路可避免电池包遭受外部冲击影响，实际应用中主要是避免遭受电网的浪涌冲击影响。

实际应用中，储能装置10用于与变流装置20电气耦合，第一DC/DC变换器12和第二DC/DC变换器13均为双向DC/DC变换器，使得储能装置10可向变流装置20放电或受变流装置20充电；进一步优选地，第二DC/DC变换器13为隔离型变换器以避免电池包11遭受电网浪涌的冲击。

本实施例中储能装置10的运行相对变流装置20独立，具体而言，电压采集器14用于采集外连接端的电压；控制单元信号连接电压采集器14以获取外连接端的电压，其在外连接端的电压低于第一阈值时，控制各第一DC/DC变换器12和第二DC/DC变换器13工作于放电方向；其在外连接端的电压高于第二阈值时，控制各第一DC/DC变换器12和第二DC/DC变换器13工作于充电方向。实际应用中，外连接端的电压在第一阈值和第二阈值之间时，控制单元控制各第一DC/DC变换器12和第二DC/DC变换器13的工作方向不变。也就是说，电压采集器14可稳定采集外连接端电压并传送至控制单元，使得控制单元能够获取外连接端电压，控制单元仅根据外连接端电压便可以获取变流装置20的运行需求并对应的控制动作以匹配该运行需求。也即，第一DC/DC变换器12和第二DC/DC变换器13的控制可独立于变流装置20的控制，不需要与变流装置20通过工业控制总线建立直接通讯连接且赋之予复杂的控制算法，就能使得储能装置10得以匹配变流装置20的运行需求，从而降低储能装置10实际应用时在通讯层面和控制层面的复杂度，并降低现场接线的困难度，从而为应用该储能装置10的供电***扩容提供了较好的物质基础；

具体实施中，控制单元包括若干与电池模块的数量相等且一一对应的第一控制器151和一第二控制器16；每个第一控制器151均连接电压采集器14以获取外连接端的电压并据此控制对应的第一DC/DC变换器12的工作方向；第二控制器16与电压采集器14信号连接以获取外连接端的电压并据此控制第二DC/DC变换器13的工作方向。控制单元包括若干与电池模块的数量相等且一一对应的第一控制器151和一第二控制器16，降低了控制单元的软硬件成本。但应理解，控制单元也可以只为一个大的控制器。

本实施例中，每个电池模块设有BMS管理单元15，BMS管理单元15包括第一控制器151；BMS管理单元15用于检测对应电池包11的温度、输出电压和输出电流，并根据外连接端的电压控制第一DC/DC变换器12的工作方向。也就是说，BMS管理单元15与现有的BMS管理***功能相近，且通过第一控制器151控制第一DC/DC变换器12的工作，降低了控制单元的软硬件成本。

参见图4，储能装置10包括柜体17，柜体17内沿竖直方向布设有若干安装通道，电池模块包括用于容置电池包11、第一DC/DC变换器12和BMS管理单元15的箱体18，第二DC/DC变换器13包括适于容置隔离电路和第二控制器16的壳体131，各箱体18和壳体131一一对应地装设于各安装通道中，以有利于现场安装和维护。图4中壳体131位于最下方，但应理解，壳体131也可以位于其他位置。

本实施例中，将boost电路/buck电路作为第一DC/DC变换器12，隔离电路作为第二DC/DC变换器13，多个第一DC/DC变换器12并联后接入第二DC/DC变换器13，使得DC/DC变换器仅包括boost电路/buck电路，相比于每个电池模块内的DC/DC变换器都包括boost电路/buck电路和隔离电路，成本更低；且隔离电路远离电池包11放置，电池与发热低的boost电路/buck电路集成，对于电池的影响更小，电池使用寿命更长，更安全，多个boost电路/buck电路分散开，且独立于隔离电路，温升更容易控制，相比DC/DC变换器作为一体的方案，散热效果更好；此外，多个boost电路/buck电路并联后再与隔离电路连接，便于整个储能装置10输出统一的电压，统一性更好。

本实用新型同时提供一种供电***，参见图5，其包括上述实施方式中的储能装置10和变流装置20，变流装置20具有电池端22，电池端22连接储能装置10的外连接端以接入储能装置10，在此实施方式中，变流装置20的电池端22既可以直接与直流母线连接，也可以通过下文描述的第三DC/DC变换器21与直流母线连接；电池端22直接与直流母线连接时，储能装置10即直接与直流母线相连。

供电***采用上述储能装置10，从而具有与上述实施方式相同的技术效果，储能装置10接入变流装置20的电池端22，而非直流母线，无需对现有变流装置20进行改造，通用性较好。

在另一种实施方式中，变流装置20还包括直流母线和第三DC/DC变换器21；第三DC/DC变换器21为双向DC/DC变换器且两侧分别连接直流母线和电池端22并用以实现二者间的电压变换。变流装置20包括直流母线和第三DC/DC变换器21，使得电池包可通过多级DC/DC变换器连接至直流母线，可进一步保证电池包输出较低的安全电压。

上述说明书和实施例的描述，用于解释本实用新型保护范围，但并不构成对本实用新型保护范围的限定。通过本实用新型或上述实施例的启示，本领域普通技术人员结合公知常识、本领域的普通技术知识和/或现有技术，通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试验可以得到的对本实用新型实施例或其中一部分技术特征的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种储能装置(10)，其特征是，包括

若干电池模块,每个电池模块包括电池包(11)和第一DC/DC变换器(12)，所述电池包(11)与第一DC/DC变换器(12)的第一侧连接，所述第一DC/DC变换器(12)包括boost/buck电路，boost电路的输入侧或buck电路的输出侧形成第一DC/DC变换器(12)的第一侧，boost电路的输出侧或buck电路的输入侧形成第一DC/DC变换器(12)的第二侧；和

第二DC/DC变换器(13)，其包括隔离电路，所述隔离电路的低压侧和高压侧分别形成第二DC/DC变换器(13)的第一侧和第二侧；第二DC/DC变换器(13)的第一侧与各第一DC/DC变换器(12)的第二侧连接，第二DC/DC变换器(13)的第二侧形成外连接端。

2.如权利要求1所述的一种储能装置(10)，其特征是，所述储能装置(10)用于与变流装置(20)电气耦合，所述第一DC/DC变换器(12)和所述第二DC/DC变换器(13)均为双向DC/DC变换器。

3.如权利要求2所述的一种储能装置(10)，其特征是，所述储能装置(10)还包括电压采集器(14)和控制单元，所述电压采集器(14)用于采集外连接端的电压；所述控制单元信号连接电压采集器(14)以获取外连接端的电压，其在外连接端的电压低于第一阈值时，控制各第一DC/DC变换器(12)和第二DC/DC变换器(13)工作于放电方向；其在外连接端的电压高于第二阈值时，控制各第一DC/DC变换器(12)和第二DC/DC变换器(13)工作于充电方向。

4.如权利要求3所述的一种储能装置(10)，其特征是，所述控制单元包括若干与电池模块的数量相等且一一对应的第一控制器(151)和一第二控制器(16)；每个第一控制器(151)均连接所述电压采集器(14)以获取所述外连接端的电压并据此控制对应的第一DC/DC变换器(12)的工作方向；所述第二控制器(16)与电压采集器(14)信号连接以获取所述外连接端的电压并据此控制第二DC/DC变换器(13)的工作方向。

5.如权利要求4所述的一种储能装置(10)，其特征是，每个电池模块设有BMS管理单元(15)，所述BMS管理单元(15)包括所述第一控制器(151)；所述BMS管理单元(15)用于检测对应电池包(11)的温度、输出电压和输出电流，并根据外连接端的电压控制第一DC/DC变换器(12)的工作方向。

6.如权利要求5所述的一种储能装置(10)，其特征是，所述储能装置(10)包括柜体(17)，所述柜体(17)内沿竖直方向布设有若干安装通道，所述电池模块包括用于容置电池包(11)、第一DC/DC变换器(12)和BMS管理单元(15)的箱体(18)，所述第二DC/DC变换器(13)包括适于容置隔离电路和第二控制器(16)的壳体(131)，各箱体(18)和所述壳体(131)一一对应地装设于各安装通道中。

7.如权利要求1所述的一种储能装置(10)，其特征是，所述第二DC/DC变换器(13)为LLC变换器。

8.如权利要求1所述的一种储能装置(10)，其特征是，每个所述电池包(11)的最大输出电压低于65V；各电池包(11)内的电芯单元数量相同，每一电芯单元由两个彼此并联的单体电池构成，所述单体电池为锂电池。

9.一种供电***，其特征是，其包括权利要求2-8中任一项所述的储能装置(10)和变流装置(20)，所述变流装置(20)具有电池端(22)；所述电池端(22)连接所述储能装置(10)的外连接端以接入所述储能装置(10)。

10.如权利要求9所述的一种供电***，其特征是，所述变流装置(20)还包括直流母线和第三DC/DC变换器(21)；所述第三DC/DC变换器(21)为双向DC/DC变换器且两侧分别连接所述直流母线和所述电池端(22)并用以实现二者间的电压变换。