用于现场发电系统的高效率高电压电池组技术方案

一种用于现场发电系统的高电压电池组包括被配置为提供至少170V的电压的电池模块。高速开关和高速电流检测电路串联耦合于电池模块与电池组的正输出端子和负输出端子之间。控制电路操作地耦合至电流检测电路，使得当电流检测电路检测到故障状况时，控制电路断开一个或多个开关，从而使电池模块与电池组的正输出端子和负输出端子电隔离。电池组被配置为使得由电池模块提供的至少170V的电压可以在没有中间的DC/DC转换器和/或变压器的情况下被提供到现场发电系统的交流级。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于现场发电系统的高效率高电压电池组相关申请的交叉引用本申请要求于2015年8月26日提交的美国临时申请No.62/210,053以及于2015年11月3日提交的美国专利申请No.14/931,648的优先权；这两个申请出于所有目的通过引用的方式全文并入本文。
本专利技术一般地涉及现场发电系统，并且更具体地涉及用于现场发电系统(诸如光伏系统)或者用于备用系统的高效率电池组。
技术介绍
分布式能量生产(诸如太阳能和风能)越来越受欢迎，但是将该能量存储于产生地点(即，现场)的能力是滞后的。在现场产生的能量通常是唯一可用的能量的离网应用中，存储是必要的。但是由于若干原因，即使在并网应用中，对于太阳能的整体价值主张，存储也可能是重要的。首先，在不允许客户在他们所产生的电力超过他们的现场需求时将电力馈送回电网(净计量)的司法管辖区内，存储提供了一种保存该电能并且之后在现场发电不再可行时(例如，在日落之后)使用该电能的方式。其次，即使在允许净计量的司法管辖区内，存储作为在电网断电期间的备用电源，并且还作为一种通过在峰需求的时段内使储能设备放电来帮助客户和/或实体(utilities)削掉其电能需求曲线的峰的方式，也可能是有用的。过去，在本地存储所产生的能量的唯一实用方式是使用深循环铅酸电池。这些电池又大又重，并且以相对低的电压(例如，12-48伏)操作。因为它们是低电压和很高电流的电池模块，所以必须使用变压器来提供电流隔离，并且必须使用DC/DC降压-升压转换器将电压升高到适合于转化为交流电的电平或者在通过整流交流电来向电池充电时降低电压。由于变压器和DC/DC转换器级的功率损耗，在充电和放电过程中会损失一定的非平凡百分比的效率。最近，较高电压的锂离子电池组已经被开发出来，用于在较小的形状因数内提供比铅酸电池更好的性能。这些电池的电压范围可以从48伏一直到200-800伏，并且可能甚至更高，取决于电池模块的电解池配置(即，电解池的串联和并联组的数量)。尽管相比于铅酸电池，它们每单位质量能够存储更多的能量(能量密度)，并且还以高得多的电压操作，但它们仍然会受到归因于变压器和DC/DC转换器级的充放电功率损耗的影响。因此，需要用于减少或消除与电池组相关的功率损失的技术。
技术实现思路
本公开描述了与改进用于现场发电系统(诸如光伏发电系统)或电源备用系统的电池组的效率和成本的方法和装置相关的各种实施例。在各种实施例中，用于现场发电系统的高电压电池组包括被配置为提供至少170V的电压的电池模块。电池组还包括串联耦合于电池模块与高电压电池组的正输出端子和负输出端子之间的高速电流检测电路和高速开关。控制电路操作地耦合至高速电流检测电路和高速开关，使得当高速电流检测电路检测到故障状况时，控制电路断开一个或多个高速开关从而使电池模块与高电压电池组的正输出端子和负输出端子之一或两者电隔离。高电压电池组被配置为使得由电池模块提供的至少170V的电压可以在没有中间的DC/DC转换器的情况下被提供到现场发电系统的交流级。在一些实施例中，高电压电池组被进一步配置为使得由电池模块提供的至少170V的电压可以在没有中间的变压器的情况下被提供到现场发电系统的交流级。在一些实施例中，高电压电池组还包括耦合于高速电压电池组的正输出端子和负输出端子与串联耦合的高速电流检测电路和高速开关之间的变压器。在一些实施例中，高速电流检测电路包括第一和第二高速电流传感器，并且高速开关包括第一和第二高速开关。第一高速电流传感器耦合于第一高速开关与电池模块的正端子之间，并且第二高速电流传感器耦合于第二高速开关与电池模块的负端子之间。在一些实施例中，高速电流检测电路包括第一和第二高速电流传感器，并且高速开关包括第一和第二高速开关。第一高速电流传感器耦合于第一高速开关与电池组的正输出端子之间，并且第二高速电流传感器耦合于第二高速开关与电池组的负输出端子之间。在一些实施例中，控制电路包括被配置为响应于由高速电流检测电路生成的一个或多个输出信号而生成一个或多个输出信号的微控制器，并且由微控制器生成的一个或多个输出信号被耦合为控制高速开关。根据各种其它实施例，操作用于现场发电系统的高电压电池组的方法包括以下步骤：将由电池模块生成的至少170V的电压提供到电池组的输出端子上；在没有中间的DC/DC转换器的情况下将电池组的输出端子上的至少170V的电压提供到现场发电系统的交流级；电池组内的故障状况；以及响应于检测到的故障状况，断开高速开关以使电池模块与电池组的输出端子电隔离。在一些实施例中，由耦合到控制器的高速电流传感器检测故障状况，并且操作高电压电池组的方法还包括以下步骤：响应于检测到的故障状况在高速电流传感器的输出处生成故障信号；在控制器的输入处接收故障信号；响应于故障信号在控制器的输出处生成控制信号；以及在高速开关之一的输入处接收控制信号。在一些实施例中，操作高电压电池组的方法还包括在没有中间的变压器的情况下将电池组的输出端子上的至少170V的电压提供到现场发电系统的交流级。在一些实施例中，通过变压器将由多个模块生成的至少170V的电压提供在电池组的输出端子上。根据各种其它实施例，现场储能系统包括电池模块、高速电流检测电路、高速开关、DC/DC降压-升压转换器和控制电路。高速电流检测电路和高速开关串联耦合于电池模块与DC/DC降压-升压转换器之间，并且降压-升压转换器的输出提供现场储能系统的正输出端子和负输出端子。控制电路操作地耦合至高速电流检测电路和高速开关，使得当高速电流检测电路检测到故障状况时，控制电路断开一个或多个高速开关，从而使电池模块与现场储能系统的正输出端子和负输出端子之一或两者电隔离。现场储能系统被配置为使得由电池模块提供的通过DC/DC降压-升压转换器升压的电压可以在没有中间的变压器的情况下被提供到现场发电系统的交流级。在一些实施例中，控制电路包括被配置为响应于由高速电流检测电路生成的一个或多个输出信号而生成一个或多个输出信号的微控制器。由微控制器生成的一个或多个输出信号被耦合为控制高速开关。根据下面结合附图的具体实施方式，本专利技术的其它方面和优点将变得明显，这些附图通过示例的方式示出了所描述的实施例的原理。附图说明为了促进对本公开更好的理解，现在将参考附图，在这些附图中相似的元件用相似的编号来表示。这些附图不应被理解为对本公开的限定，而旨在于仅作为示例。图1示出了具有集成的交流耦合的电池组的现场发电系统的配置；图2示出了具有集成的直流耦合的电池组的现场发电系统的配置；图3更详细地示出了图1和2的电池模块、变压器和DC/DC降压-升压转换器块之间的连接。图4和5示出了根据本专利技术的各种实施例的与图2和图1的相应系统类似但具有可显著减少效率损失的改进的电池组和存储逆变器设计的现场发电系统的配置；图6示出了根据本专利技术的各种实施例的高压电池组的电路实施方式；图7是示出图6所示的高电压电池组的操作步骤的流程图；图8示出了根据本专利技术的各种实施例的高压电池组的电路实施方式；以及图9示出了根据本专利技术的各种其它实施例的电池组的电路实施方式。具体实施方式下面的描述旨在传达对于通过提供用于现场发电系统的高效率电池组的众多具体实施例来描述的实施例的深入理解。但是，应当意识到，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于现场发电系统的高电压电池组，包括：正输出端子和负输出端子；被配置为提供至少170V的电压的电池模块；高速电流检测电路和高速开关，串联耦合于所述电池模块与所述高电压电池组的所述正输出端子和所述负输出端子之间；以及控制电路，操作地耦合至所述高速电流检测电路和所述高速开关，使得当所述高速电流检测电路检测到故障状况时，所述控制电路断开所述高速开关中的一个或多个从而使所述电池模块与所述高电压电池组的所述正输出端子和所述负输出端子之一或两者电隔离，其中所述高电压电池组被配置为使得由所述电池模块提供的所述至少170V的电压在没有中间的DC/DC转换器的情况下被提供到所述现场发电系统的交流级。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.26 US 62/210,053;2015.11.03 US 14/931,6481.一种用于现场发电系统的高电压电池组，包括：正输出端子和负输出端子；被配置为提供至少170V的电压的电池模块；高速电流检测电路和高速开关，串联耦合于所述电池模块与所述高电压电池组的所述正输出端子和所述负输出端子之间；以及控制电路，操作地耦合至所述高速电流检测电路和所述高速开关，使得当所述高速电流检测电路检测到故障状况时，所述控制电路断开所述高速开关中的一个或多个从而使所述电池模块与所述高电压电池组的所述正输出端子和所述负输出端子之一或两者电隔离，其中所述高电压电池组被配置为使得由所述电池模块提供的所述至少170V的电压在没有中间的DC/DC转换器的情况下被提供到所述现场发电系统的交流级。2.根据权利要求1所述的高电压电池组，其中所述高电压电池组被进一步配置为使得由所述电池模块提供的所述至少170V的电压在没有中间的变压器的情况下被提供到所述现场发电系统的交流级。3.根据权利要求1所述的高电压电池组，还包括耦合于所述高速电压电池组的所述正输出端子和所述负输出端子与所述串联耦合的高速电流检测电路和高速开关之间的变压器。4.根据权利要求1所述的高电压电池组，其中所述高速电流检测电路包括第一高速电流传感器和第二高速电流传感器，并且所述高速开关包括第一高速开关和第二高速开关，所述第一高速电流传感器耦合于所述第一高速开关与所述电池模块的正端子之间，并且所述第二高速电流传感器耦合于所述第二高速开关与所述电池模块的负端子之间。5.根据权利要求1所述的高电压电池组，其中所述高速电流检测电路包括第一高速电流传感器和第二高速电流传感器，并且所述高速开关包括第一高速开关和第二高速开关，所述第一电流传感器耦合于所述第一高速开关与所述电池组的所述正输出端子之间，并且所述第二高速电流传感器耦合于所述第二高速开关与所述电池组的负输出端子之间。6.根据权利要求1所述的高电压电池组，其中所述控制电路包括微控制器，所述微控制器被配置为响应于由所述高速电流检测电路生成的一个或多个输出信号而生成一个或多个输出信号，由所述微控制器生成的所述一个或多个输出信号被耦合为控制所述高速开关。7.根据权利要求1所述的高电压电池组，其中所述高速电流检测电路被配置为检测单线路故障或双线路故障。8.根据权利要求1所述的高电压电池组，其中所述高速开关包括能够以100kHz或更高的频率操作的高速继电器。9.根据权利要求1所述的高电压电池组，其中所述高速开关包括能够以100kHz或更高的频率操作的固态功率晶体管。10.根据权利要求1所述的高电压电池组，还包括被配置为检测闪光电弧的电弧闪光检测器。11.根据权利要求1所述的高电压电池组，还包括灭火系统。12.一种操作用于现场发电系统的高电压电...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·纳拉，
申请(专利权)人：光城公司，
类型：发明
国别省市：美国,US