储能模组及储能系统技术方案

本案关于一种储能模组及储能系统，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。本案的储能模组获得很小的功率损耗。本案的储能模组获得很小的功率损耗。

【技术实现步骤摘要】
储能模组及储能系统


[0001]本案属于一种储能领域，尤指一种储能模组及储能系统。

技术介绍

[0002]储能系统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。储能系统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。
[0003]而为了避免上述情况，储能系统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，储能系统的功率损耗较高，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。储能系统的功率损耗较高，进而造成产品成本较高、性能较低且可靠性较低。
[0004]因此，如何发展一种储能模组及储能系统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。

技术实现思路

[0005]本案的目的在于提供一种储能模组及储能系统，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。
[0006]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。
[0007]为达上述目的，本案之另一较佳实施例为提供一种储能系统，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
[0008]图1A为本案的第一实施例的储能模组的电路拓扑图。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]图4A为本案的第二实施例的储能模组的电路拓扑图。
[0016]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。
[0017]图5为本案的第三实施例的储能模组的电路拓扑图。
[0018]图6为本案的第四实施例的储能模组的电路拓扑图。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]图9为本案的储能系统的电路拓扑图。
[0025]图10A为本案的第五实施例的储能模组的电路拓扑图。
[0026]图10B为本案的第六实施例的储能模组的电路拓扑图。
[0027]附图标记说明如下：
[0028]1、1a、1b、1c、1d、1e：储能模组
[0029]2：母线连接部
[0030本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：张腾慎，章进法，钟林枫，王长永，王亚峰，
申请(专利权)人：台达电子企业管理上海有限公司，
类型：发明
国别省市：