一种全电流控制电池模块及全电流控制电池储能系统技术方案

本发明专利技术公开了一种全电流控制电池模块及全电流控制电池储能系统，属于电力储能领域。其中，该全电流控制电池模块包括能量传输控制单元、中继能量单元和电流控制单元，当充电状态时，能量传输控制单元用于控制外部直流系统输出的电能传输至中继能量单元；电流控制单元用于根据中继能量单元所存储的平均能量对电池模块的充电电流进行闭环控制，并在电池模块的电压超过充电截止电压时切断充电回路；当放电状态时，电流控制单元用于根据中继能量单元所存储的平均能量对电池模块的放电电流进行闭环控制，并在电池模块的电压低于放电截止电压时切断放电回路。本发明专利技术能实现各电池模块的单独电流控制，并隔离外部直流系统产生的电流对电池模块的影响。对电池模块的影响。对电池模块的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种全电流控制电池模块及全电流控制电池储能系统


[0001]本专利技术属于电力储能领域，更具体地，涉及一种全电流控制电池模块及全电流控制电池储能系统。

技术介绍

[0002]随着我国“3060”双碳目标的提出，电力系统中风力发电、光伏发电的比重将大规模上升，为了抵御大规模新能源发电带来的间歇性与波动性问题，电力储能成为未来电力系统不可或缺的部分。
[0003]现有的电池储能系统通常由多个电池单体串并联构成电池模块，由多个电池模块串联构成电池簇，电池簇内串联的每个电池模块的充放电电流一致，无法精细化地控制每个电池模块的电流，从而即使单个电池包发生过充电或者过放电时，仍无法控制该电池模块的电流，使得电池包继续处于过充电或过放电，引起起火等重大安全隐患。
[0004]参考资料“凌志斌，可控电池模块，专利技术专利号：CN201110298035.4”，提出了一种可控电池模块，所述模块包括四个可控开关以及由储能电池单体组成的电池串，通过对所述可控开关的控制可以使得电池模块正向或负向接入回路中，当电池模块接入回路中时，流入电池模块的电流与回路中的电流相等或相反，若回路电流在一个周波内既包含正电流也包含负电流，则将影响电池模块的工作性能，降低电池模块的使用寿命。
[0005]参考资料“上海吉能电源系统有限公司，电池模块组合系统，专利技术专利号：CN201610828251.8”提供了一种电池模块组合系统，包括多个标准电池模块和电池管理系统上位机，多个标准电池模块之间通过串联、并联或串并混联形成电池组，该电池模块组合系统中各电池模块直接串联或直接并联，无法精细化地控制每个电池模块的电流，从而即使单个电池包发生过充电或者过放电时，仍无法控制该电池模块的电流，使得电池包继续处于过充电或过放电，引起火灾等重大安全隐患。
[0006]因此，如何解决外部直流系统对电池模块的工作性能影响以及如何实现对各电池模块的电流进行单独控制是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种全电流控制电池模块及全电流控制电池储能系统，能实现各电池模块的单独电流控制，并隔离外部直流系统产生的电流对电池模块电流的影响。
[0008]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种全电流控制电池模块，应用于电池储能系统内的各电池模块中，包括能量传输控制单元、中继能量单元和电流控制单元，其中，所述能量传输控制单元的高压端分别与所述中继能量单元的高压端及所述电流控制单元的高压端相连，所述能量传输控制单元的低压端分别与所述中继能量单元的低压端及所述电流控制单元的低压端相连；当所述电池储能系统处于充电状态时，所述能量传输控制单元用于控制外部直流
系统输出的电能传输至所述中继能量单元；所述中继能量单元用于吸收并存储外部直流系统输出的电能；所述电流控制单元用于根据所述中继能量单元所存储的平均能量对所述电池模块的充电电流进行闭环控制，以使所述直流系统输出的电能扣除所述电池储能系统的损耗后与所述电池模块所需的充电能量平衡，并在所述电池模块的电压超过充电截止电压时通过所述能量传输控制单元控制所述中继能量单元停止从所述直流系统中吸收能量；当所述电池储能系统处于放电状态时，所述中继能量单元用于吸收并存储所述电池模块输出的放电能量；所述能量传输控制单元用于控制所述中继能量单元存储的能量传输至所述直流系统或外部放电负载；所述电流控制单元用于根据所述中继能量单元所存储的平均能量对所述电池模块的放电电流进行闭环控制，以使得所述直流系统获取的电能扣除所述电池储能系统的损耗后与所述电池模块的放电能量平衡，并在所述电池模块的电压低于放电截止电压时通过所述能量传输控制单元控制所述中继能量单元停止向所述直流系统或外部放电负载传输能量。
[0009]本专利技术提供的全电流控制电池模块，利用能量传输控制单元控制外部直流系统给中继能量单元的充电能量大小，可避免外部直流系统输出的交流电流分量、谐波电流分量等造成的能量波动完全传递至后端电池模块，降低外部回路电流对电池模块的工作性能的影响，有效延长电池模块的使用寿命；同时，利用能量传输控制单元在电池模块的电压超过充电截止电压或低于放电截止电压时可及时切断充放电回路，可实现对电池储能系统中各电池模块的单独控制，避免因电池模块过充电热失控发生火灾或过放自身受到损坏的风险。
[0010]进一步地，所述能量传输控制单元包括全控型电力电子器件Q1和Q2，所述全控型电力电子器件Q1的低压端与所述全控型电力电子器件Q2的高压端连接在一起构成所述能量传输控制单元的中点，所述全控型电力电子器件Q1的高压端为所述能量传输控制单元的高压端，所述全控型电力电子器件Q2的低压端为所述能量传输控制单元的低压端；其中，所述能量传输控制单元与所述直流系统的连接方式有两种，第一种为：所述能量传输控制单元的高压端与所述直流系统的正极直流母线相连，所述能量传输控制单元的中点与所述直流系统的负极直流母线相连；第二种为：所述能量传输控制单元的中点与所述直流系统的正极直流母线相连，所述能量传输控制单元的低压端与所述直流系统的负极直流母线相连。
[0011]进一步地，所述能量传输控制单元包括全控型电力电子器件Q3～Q6，全控型电力电子器件Q3的高压端与全控型电力电子器件Q4的高压端连接在一起构成所述能量传输控制单元的高压端；全控型电力电子器件Q5的低压端与全控型电力电子器件Q6的低压端连接在一起构成所述能量传输控制单元的低压端；全控型电力电子器件Q3的低压端分别与全控型电力电子器件Q5的高压端、所述直流系统的正极直流母线相连，全控型电力电子器件Q4的低压端分别与全控型电力电子器件Q6的高压端、所述直流系统的负极直流母线相连。
[0012]进一步地，所述中继能量单元包括1个或多个并联的直流电容器C，所述直流电容器C的正极为所述中继能量单元的高压端，所述直流电容器C的负极为所述中继能量单元的低压端。
[0013]进一步地，所述电流控制单元包括控制器和1个或多个相电路，各相电路均包括上管全控型电力电子器件、下管全控型电力电子器件和直流电感，控制器分别与所述能量传
输控制单元、所述中继能量单元、各相电路中的上管全控型电力电子器件和下管全控型电力电子器件相连；其中，各相电路均包括上管全控型电力电子器件、下管全控型电力电子器件和直流电感，各相电路中的上管全控型电力电子器件的高压端连接在一起构成所述电流控制单元的高压端；在同一相电路中，上管全控型电力电子器件的低压端分别与下管全控型电力电子器件的高压端、直流电感的一端相连；各相电路中的直流电感的另一端连接在一起构成所述电流控制单元的中点；各相电路中的下管全控型电力电子器件的低压端连接在一起构成所述电流控制单元的低压端；其中，所述电流控制单元与所述电池模块的连接方式有两种，第一种为：所述电流控制单元的高压端与所述电池模块的正极相连，所述电流控制单元的中点与所述电池模块的负极相连；第二种为：所述电流控制单元的中点与所述电池模块的正极相连，所述电流控制单元的低压端与所述电池模块的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全电流控制电池模块，应用于电池储能系统内的各电池模块中，其特征在于，包括能量传输控制单元、中继能量单元和电流控制单元，其中，所述能量传输控制单元的高压端分别与所述中继能量单元的高压端及所述电流控制单元的高压端相连，所述能量传输控制单元的低压端分别与所述中继能量单元的低压端及所述电流控制单元的低压端相连；当所述电池储能系统处于充电状态时，所述能量传输控制单元用于控制外部直流系统输出的电能传输至所述中继能量单元；所述中继能量单元用于吸收并存储外部直流系统输出的电能；所述电流控制单元用于根据所述中继能量单元所存储的平均能量对所述电池模块的充电电流进行闭环控制，以使所述直流系统输出的电能扣除所述电池储能系统的损耗后与所述电池模块所需的充电能量平衡，并在所述电池模块的电压超过充电截止电压时通过所述能量传输控制单元控制所述中继能量单元停止从所述直流系统中吸收能量；当所述电池储能系统处于放电状态时，所述中继能量单元用于吸收并存储所述电池模块输出的放电能量；所述能量传输控制单元用于控制所述中继能量单元存储的能量传输至所述直流系统或外部放电负载；所述电流控制单元用于根据所述中继能量单元所存储的平均能量对所述电池模块的放电电流进行闭环控制，以使得所述直流系统获取的电能扣除所述电池储能系统的损耗后与所述电池模块的放电能量平衡，并在所述电池模块的电压低于放电截止电压时通过所述能量传输控制单元控制所述中继能量单元停止向所述直流系统或外部放电负载传输能量。2.根据权利要求1所述的全电流控制电池模块，其特征在于，所述能量传输控制单元包括全控型电力电子器件Q1和Q2，所述全控型电力电子器件Q1的低压端与所述全控型电力电子器件Q2的高压端连接在一起构成所述能量传输控制单元的中点，所述全控型电力电子器件Q1的高压端为所述能量传输控制单元的高压端，所述全控型电力电子器件Q2的低压端为所述能量传输控制单元的低压端；其中，所述能量传输控制单元与所述直流系统的连接方式有两种，第一种为：所述能量传输控制单元的高压端与所述直流系统的正极直流母线相连，所述能量传输控制单元的中点与所述直流系统的负极直流母线相连；第二种为：所述能量传输控制单元的中点与所述直流系统的正极直流母线相连，所述能量传输控制单元的低压端与所述直流系统的负极直流母线相连。3.根据权利要求1所述的全电流控制电池模块，其特征在于，所述能量传输控制单元包括全控型电力电子器件Q3～Q6，全控型电力电子器件Q3的高压端与全控型电力电子器件Q4的高压端连接在一起构成所述能量传输控制单元的高压端；全控型电力电子器件Q5的低压端与全控型电力电子器件Q6的低压端连接在一起构成所述能量传输控制单元的低压端；全控型电力电子器件Q3的低压端分别与全控型电力电子器件Q5的高压端、所述直流系统的正极直流母线相连，全控型电力电子器件Q4的低压端分别与全控型电力电子器件Q6的高压端、所述直流系统的负极直流母线相连。4.根据权利要求1所述的全电流控制电池模块，其特征在于，所述中继能量单元包括1个或多个并联的直流电容器C，所述直流电容器C的正极为所述中继能量单元的高压端，所述直流电容器C的负极为所述中继能量单元的低压端。5.根据权利要求1所述的全电流控制电池模块，其特征在于，所述电流控制单元包括控制器和1个或多个相电路，各相电路均包括上管全控型电力电子器件、下管全控型电力电子
器件和直流电感，控制器分别与所述能量传输控制单元、所述中继能量单元、各相电路中的上管全控型电力电子器件和下管全控型电力电子器件相连；其中，各相电路中的上管全控型电力电子器件的高压端连接在一起构成所述电流控制单元的高压端；在同一相电路中，上管全控型电力电子器件的低压端分别与下管全控型电力电子器件的高压端、直流电感的一端相连；各相电路中的直流电感的另一端连接在一起构成所述电流控制单元的中点；各相电路中的下管全控型电力电子器件的低压端连接在一起构成所述电流控制单元的低压端；其中，所述电流控制单元与所述电池模块的连接方式有两种，第一种为：所述电流控制单元的高压端与所述电池模块的正极相连，所述电流控制单元的中点与所述电池模块的负极相连；第二种为：所述电流控...

【专利技术属性】
技术研发人员：李灵鑫，
申请(专利权)人：佛山和储能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：