一种基于储能元件的功率能量模块及功率变换器制造技术

本发明专利技术提供一种基于储能元件的功率能量模块及功率变换器，所述功率能量模块至少封装有：储能单元、功率变换单元和控制单元；储能单元用于实现能量存储；储能单元通过直流端口与功率变换单元电性连接；控制单元与功率变换单元通信连接，用于生成控制脉冲并发送给功率变换单元；功率变换单元用于响应于所述控制脉冲，以实现双向电能变换控制。本发明专利技术通过将储能单元、功率变换单元和控制单元集成，构成一个智能自治的标准功率能量模块，达到分布式标准功率能量模块的最优设计；再将标准功率能量模块进行串并联组合形成目标功率变换器，以实现功率和电压等级的灵活设计，具有模块化程度高、扩展性强、故障冗余性好等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于储能元件的功率能量模块及功率变换器
本专利技术涉及电力电子
，尤其涉及一种基于储能元件的功率能量模块及功率变换器。
技术介绍
随着新能源产业的快速发展，融合储能单元的电力电子变换器得到了广泛的应用。为实现储能单元的充放电，电力电子变换器需具备双向功率变换能力，且变换器的电压和功率等级需紧密适配储能元件，以达到最高的性价比。然而，此种基于应用需求的全定制化电力电子变换器研制技术路线，对于涵盖不同功率等级、不同输出电能形式的应用需求，需反复设计适配的功率变换器，导致功率变换器的应用场合单一，设备通用性不高、灵活性扩展性不强、维护工作繁重、冗余性不高。因此，基于标准化、模块化、可扩展化的电力电子功率变换设备研制技术路线实现包含储能元件的标准功率能量模块及其组合功率变换器设计和研制显得必要。另外，针对大容量储能应用需求，集中化储能将使得储能单元规模庞大、储能单元管理复杂、储能单元的故障冗余性差。分布式储能将储能单元分布管理和应用，极大的降低了储能单元的管理复杂度，且任一分布储能单元故障均可通过故障保护，实现冗余控制，从而能大大提高了装置的可靠性。因此，结合储能功率变换器的应用需求，基于储能分布式设计和功率变换器模块化设计的大容量储能功率变换装置的研制技术路线，将有效的提升整个装置的集成度、模块化、扩展化和冗余特性。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术实施例提供一种基于储能元件的功率能量模块及功率变换器。本专利技术提供一种基于储能元件的功率能量模块，至少封装有：储能单元、功率变换单元和控制单元；所述储能单元，由各种类型电池、超级电容等储能元件组成，用于实现能量存储；所述储能单元通过直流端口与所述功率变换单元电性连接；所述控制单元与所述功率变换单元通信连接，用于生成控制脉冲并发送给所述功率变换单元；所述功率变换单元，用于响应于所述控制脉冲，以实现对所述储能单元的双向电能变换控制。根据本专利技术提供的一种功率能量模块，所述控制单元包括硬件控制子单元和数据传感采集子单元；硬件控制子单元通过通信接口接收上层控制中心下发的操作指令，以生成所述控制指令，并将控制指令发送给功率变换单元；数据传感采集子单元用于采集功率变换单元和储能单元的电压、电流、温度等运行状态数据，并通过通信接口上传至上层控制中心，以供上层控制中心根据运行状态数据，计算功率能量模块的控制指令，并确定功率能量模块的整体运行状态。根据本专利技术提供的一种功率能量模块，还包括：设置于控制单元上的通信接口。硬件控制子单元通过通信接口接收上层控制中心下发的操作指令，并将数据传感采集子单元采集到的功率变换单元和储能单元的运行状态数据，并通过通信接口上传至上层控制中心。根据本专利技术提供的一种功率能量模块，还包括：设置于功率变换单元上的功率接口；功率变换单元通过功率接口，执行外部电能与储能单元间的能量交换；功率接口包括直流接口和/或交流接口。本专利技术提供一种基于上述任一基于储能元件的功率能量模块构建的功率变换器，包括：上位机、中心控制器和多个功率能量模块；每个功率能量模块的功率端口依次连接形成功率链路，每个功率能量模块的通信端口依次连接形成通信链路；中心控制器用于接收上位机下发的操作指令，并通过通信链路将操作指令发送给目标功率能量模块；目标功率能量模块响应于操作指令，通过功率链路输出目标功率。根据本专利技术提供的一种功率变换器，每个功率能量模块的正、负功率端口依次串联形成功率链路，每个功率能量模块的通信端口依次串联形成通信链路；所述功率链路和所述通信链路构成所述功率变换器；所述功率变换器为串联组合功率变换器。。根据本专利技术提供的一种功率变换器，每个功率能量模块的正负功率端口分别并联形成功率链路；每个功率能量模块的通信端口依次串联形成通信链路；功率链路和通信链路构成所述功率变换器；所述功率变换器为并联组合功率变换器。根据本专利技术提供的一种功率变换器，将n个功率能量模块的功率端口依次串联构成串联能量模块组，再将m个串联能量模块组的正负功率端口分别并联构成功率链路；每个功率能量模块的通信端口依次串联，形成通信链路；所述功率链路和所述通信链路构成所述功率变换器；所述功率变换器为串并联组合功率变换器。根据本专利技术提供的另一种功率变换器，将n个功率能量模块的正负功率端口分别并联构成并联能量模块组，再将m个并联能量模块组的正负功率端口依次串联构成功率链路；每个功率能量模块的通信端口依次串联，形成通信链路；所述功率链路和所述通信链路构成所述功率变换器；所述功率变换器为并串联组合功率变换器。本专利技术提供的功率能量模块及功率变换器，通过将储能单元、功率变换单元和控制单元集成，构成一个智能自治的标准功率能量模块，达到分布式标准功率能量模块的最优设计；再将标准功率能量模块进行串并联组合形成目标功率变换器，以实现功率和电压等级的灵活设计，具有模块化程度高、扩展性强、故障冗余性好等特点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术提供的一种功率能量模块的结构示意图；图2是本专利技术提供的功率变换器的结构示意图之一；图3是本专利技术提供的功率变换器的结构示意图之二；图4是本专利技术提供的功率变换器的结构示意图之三；图5是本专利技术提供的功率变换器的结构示意图之四。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在本专利技术实施例的描述中，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。术语“上”、“下”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，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，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专利技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。下面结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于储能元件的功率能量模块，其特征在于，至少封装有：储能单元、功率变换单元和控制单元；/n所述储能单元，用于实现能量存储；/n所述储能单元通过直流端口与所述功率变换单元电性连接；/n所述控制单元用于生成控制脉冲并发送给所述功率变换单元；/n所述功率变换单元与所述控制单元通信连接，用于响应于所述控制脉冲，以实现对所述储能单元的双向电能变换控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于储能元件的功率能量模块，其特征在于，至少封装有：储能单元、功率变换单元和控制单元；
所述储能单元，用于实现能量存储；
所述储能单元通过直流端口与所述功率变换单元电性连接；
所述控制单元用于生成控制脉冲并发送给所述功率变换单元；
所述功率变换单元与所述控制单元通信连接，用于响应于所述控制脉冲，以实现对所述储能单元的双向电能变换控制。


2.根据权利要求1所述的功率能量模块，其特征在于，所述控制单元包括硬件控制子单元和数据传感采集子单元；
所述硬件控制子单元，用于接收上层控制中心下发的操作指令，以生成所述控制脉冲，并将所述控制脉冲发送给所述功率变换单元；
所述数据传感采集子单元，用于采集所述功率变换单元和所述储能单元的运行状态数据，并上传至所述上层控制中心，以供所述上层控制中心根据所述运行状态数据，确定功率能量模块的整体运行状态。


3.根据权利要求2所述的功率能量模块，其特征在于，还包括：
设置于所述控制单元上的通信接口；
所述硬件控制子单元，通过所述通信接口接收上层控制中心下发的操作指令，并通过所述通信接口将所述控制指令发送给所述功率变换单元；
所述数据传感采集子单元，通过采集所述功率变换单元和所述储能单元的运行状态数据，并将所述运行状态数据上传至所述上层控制中心。


4.根据权利要求1所述的功率能量模块，其特征在于，还包括：
设置于所述功率变换单元上的功率接口；
所述功率变换单元通过所述功率接口，执行外部电能与所述储能单元间的能量交换；
所述功率接口包括直流接口和/或交流接口。


5.一种基于权利要求1-4任一所述的基于储能元件的功率能量模块构建的功率变换器，其特征在于，包括：上位机、中心控制器和多个所述功率能量模块；
每个所述功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙驰，何娜，
申请(专利权)人：南京大全电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32