一种动态安全保护的电池单元及储能系统技术方案

本发明专利技术提出的一种动态安全保护的电池单元及储能系统，采用新的系统架构与控制方法，通过采用电池单元内将热备份或并行运行的电池及电池包组串的部件单元作为旁路在线替换故障部件，提高电池单元的自愈能力，对异常故障电池单元内发生异常故障的电池或电池包组串，进行动态隔离切出，有效解决无缝切出故障的电池或电池包组串，且便于维护更换作业，同时保障电池单元构成的组串持续运行；克服了现有技术采用连接电力线直接旁路的系统架构，以及先控制断开故障电池单元再控制旁路导通，导致电池单元串联组串瞬时断电，造成储能系统停机或瘫痪的不当控制方法；实现动态安全保护的电池单元，使得储能系统达到更高的安全性和更好的经济性。好的经济性。好的经济性。

【技术实现步骤摘要】
一种动态安全保护的电池单元及储能系统


[0001]本专利技术属于电池储能
，具体涉及一种动态安全保护的电池单元及储能系统。

技术介绍

[0002]电池储能系统是由众多的小电量电池通过串并联连接构成电池组，并通过电力转换设备接入电网进行充放电。由于存在电池单体本身不一致性的不可避免缺陷，特别是使用一段时间的电池及退役电池，其不一致性尤为突出，加之电池储能系统的电池安装与物理位置不同以及连接摆放相对固定，对电池充放电的电量产生不一致性影响进一步增加，不仅造成电池储能系统充放电产生整体效率下降的短板效应，而且容易产生个别电池电压及电量偏差过大，造成电池过充或过放乃至燃爆的不安全风险。
[0003]为了解决和实现个性化的电池单体和电池包，以及电池组串和储能单元系统运行过程中的一致性控制和储能系统安全、健康、高效运行，减少短板效应；储能系统设计与集成时，采用不同的部件选择与配置方法及系统架构和连接方式，以及系统部件之间的运行控制关系，决定了储能系统的实际效果。国家知识产权局公布的专利技术专利《一种电池单元、储能系统及电池单元故障保护方法》专利号为CN113193628，该技术方案权利要求和说明书及其附图1
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7公布和提出了一种电池单元、储能系统及电池单元故障保护方法，所公布的技术方案设计的系统及系统架构图；如该方案公布的权利要求1、权利要求2和权利要求13、权利要求14以及说明书相应的内容，结合附图1至附图4可以看出，其方案实质特征是在电池单元串联组串的电池单元设置一个控制其开路的开关，将故障电池单元及电池单元串联组串电路断开形成开路，再通过设置的旁路电力线及开关的闭合导通，实现用旁路电力线短接替代产生故障的电池单元；其说明书第40段至第45段内容，给出该技术方案的设计构思与系统部件的连接关系与作用，以及给出了相应控制规则与方法；从中不难看出该技术方案存在明显的缺陷：
[0004]其一，该方案系统架构及控制方法的设计，如该方案的权利要求1、权利要求2和权利要求13、权利要求14以及说明书相应的内容，结合附图1至附图4以及附图6和附图7记载的内容，可知该方案中实质保护内容存在严重的缺陷，如：发现故障的电池单元时，控制第一可控开关断开，从而使本电池单元与其他电池单元串联构成的电路开路，造成故障电池单元和其他电池单元串联构成的电池单元串联组串形成开路，与电力转换设备的直流母线瞬时断开，使得电力转换设备因电池组串的开路，造成直流电力中断，产生直流侧断电故障，致使电力转换设备故障停机。
[0005]其二，该技术方案的权利要求11、权利要求12，假定了一个控制的前置条件，即所述电力转换设备在所述电路中串联的电池单元数量减少的情况下，仍具备对电池单元进行充放电操作的能力。这一假定限制了该方案的实效性；众所周知，电池储能系统设计的直流端电压，是按照电力转换设备直流侧的直流电压工作范围要求设计，电池单元数量减少一个以上，会出现不能满足相应直流侧电压工作范围风险，造成储能系统的停机或瘫痪。因
此，需要保证在一个电池单元以上数量因异常故障隔离切出后，应保持电池单元串联组串的端电压满足电力转换设备直流侧工作电压范围。
[0006]为了克服现有技术方案的缺陷，有效解决上述技术难点与问题。本专利技术采用新的系统架构与控制方法，避免了旁路直接采用连接电力线的系统架构，以及采用先控制断开故障电池单元，再控制旁路导通的不当控制方法。本专利技术通过在电池单元内，设计了用作旁路的电池及电池包组串作为热备份或并行运行的部件单元在线替换故障的部件单元，提高电池单元的自愈能力，并且有效解决异常故障电池单元内，对发生异常故障的电池或电池包组串进行动态隔离切出，便于维护更换作业；有效解决无缝切出故障的电池或电池包组串，同时保障电池单元构成的组串持续运行。

技术实现思路

[0007]本专利技术具体技术方案为，一种动态安全保护的电池单元及储能系统，其中，所述一种电池单元，包括两个单体电池或电池包串联连接的电池组串P，还包括电池监控单元、第一可控开关K1、第二可控开关K2和第三可控开关K3；其特征在于，通过控制第一可控开关K1、第二可控开关K2和第三可控开关K3 的通断，分别构成热备份运行模式连接架构、并联运行模式连接架构以及串联运行模式连接架构的柔性系统架构；所述电池单元内的电池监控单元，实时监测单体电池或电池包的电压、温度及实时运行参数，在检测到本电池单元的单体电池或电池包出现异常时：控制相应的第一可控开关K1、第二可控开关K2和第三可控开关K3的通断状态，隔离或切出异常的单体电池或电池包串联连接的电池组串P，并控制所述储能系统电路中未出现异常故障的单体电池或电池包串联连接的电池组串P以及电池单元串联组串能够持续正常运行。
[0008]所述一种动态安全保护的电池单元及储能系统，其特征是，热备份运行模式连接架构的连接关系为，所述电池单元内的电池监控单元通过电池监测通信线连接单体电池或电池包的每个单体电池，同时分别连接控制第一可控开关 K1、第二可控开关K2和第三可控开关K3；其特征在于，任一电池单元的第i单体电池或电池包串联连接的电池组串P接入运行，而第j单体电池或电池包串联连接的电池组串P为热备份时，即：热备份运行模式连接架构，由第一可控开关K1两端分别连接电池单元的正极端子和第i单体电池或电池包串联连接的电池组串P的正极之间，并且控制第一可控开关K1闭合导通；同时第二可控开关 K2两端分别连接第i单体电池或电池包串联连接的电池组串P的负极与第j单体电池或电池包串联连接的电池组串P的负极之间，并且控制第二可控开关K2 断开；以及第三可控开关K3两端分别连接第i单体电池或电池包串联连接的电池组串P的正极与第j单体电池或电池包串联连接的电池组串P的负极，并且控制第三可控开关K3断开；
[0009]或者，任一电池单元的第j单体电池或电池包串联连接的电池组串P接入运行，第i单体电池或电池包串联连接的电池组串P为热备份时，即：热备份运行模式连接架构，由第一可控开关K1两端分别连接电池单元的正极端子和第i单体电池或电池包串联连接的电池组串P的正极之间，并且控制第一可控开关K1断开；同时第二可控开关K2分别连接第i单体电池或电池包串联连接的电池组串P的负极与第j单体电池或电池包串联连接的电池组串P的负极之间，并且控制第二可控开关K2闭合导通；以及第三可控开关K3两端分别连接第i单体电池或电池包串联连接的电池组串P的正极与第j单体电池或电池包串联连接的电池组
串P的负极之间，并且控制第三可控开关K3断开，构成热备份运行模式连接架构的电池单元。
[0010]所述一种动态安全保护的电池单元及储能系统，其特征是，并联运行模式连接架构的连接关系为，所述电池单元内的电池监控单元通过电池监测通信线连接单体电池或电池包的每个单体电池，同时分别连接控制第一可控开关K1、第二可控开关K2和第三可控开关K3；其特征在于，由第一可控开关K1两端分别连接电池单元的正极端子和第i单体电池或电池包串联连接的电池组串P的正极，并且控制第一可控开关K1闭合导通；同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动态安全保护的电池单元及储能系统，其中，所述一种电池单元，包括两个单体电池或电池包串联连接的电池组串P，还包括电池监控单元、第一可控开关K1、第二可控开关K2和第三可控开关K3；其特征在于，通过控制第一可控开关K1、第二可控开关K2和第三可控开关K3的通断，分别构成热备份运行模式连接架构、并联运行模式连接架构以及串联运行模式连接架构的柔性系统架构；所述电池单元内的电池监控单元，实时监测单体电池或电池包的电压、温度及实时运行参数，在检测到本电池单元的单体电池或电池包出现异常时：控制相应的第一可控开关K1、第二可控开关K2和第三可控开关K3的通断状态，隔离或切出异常的单体电池或电池包串联连接的电池组串P，并控制所述储能系统电路中未出现异常故障的单体电池或电池包串联连接的电池组串P以及电池单元串联组串能够持续正常运行。2.根据权利要求1所述一种动态安全保护的电池单元及储能系统，其特征是，热备份运行模式连接架构的连接关系为，所述电池单元内的电池监控单元通过电池监测通信线连接单体电池或电池包的每个单体电池，同时分别连接控制第一可控开关K1、第二可控开关K2和第三可控开关K3；其特征在于，任一电池单元的第i单体电池或电池包串联连接的电池组串P接入运行，而第j单体电池或电池包串联连接的电池组串P为热备份时，即：热备份运行模式连接架构，由第一可控开关K1两端分别连接电池单元的正极端子和第i单体电池或电池包串联连接的电池组串P的正极之间，并且控制第一可控开关K1闭合导通；同时第二可控开关K2两端分别连接第i单体电池或电池包串联连接的电池组串P的负极与第j单体电池或电池包串联连接的电池组串P的负极之间，并且控制第二可控开关K2断开；以及第三可控开关K3两端分别连接第i单体电池或电池包串联连接的电池组串P的正极与第j单体电池或电池包串联连接的电池组串P的负极，并且控制第三可控开关K3断开；或者，任一电池单元的第j单体电池或电池包串联连接的电池组串P接入运行，第i单体电池或电池包串联连接的电池组串P为热备份时，即：热备份运行模式连接架构，由第一可控开关K1两端分别连接电池单元的正极端子和第i单体电池或电池包串联连接的电池组串P的正极之间，并且控制第一可控开关K1断开；同时第二可控开关K2分别连接第i单体电池或电池包串联连接的电池组串P的负极与第j单体电池或电池包串联连接的电池组串P的负极之间，并且控制第二可控开关K2闭合导通；以及第三可控开关K3两端分别连接第i单体电池或电池包串联连接的电池组串P的正极与第j单体电池或电池包串联连接的电池组串P的负极之间，并且控制第三可控开关K3断开，构成热备份运行模式连接架构的电池单元。3.根据权利要求1所述一种动态安全保护的电池单元及储能系统，其特征是，并联运行模式连接架构的连接关系为，所述电池单元内的电池监控单元通过电池监测通信线连接单体电池或电池包的每个单体电池，同时分别连接控制第一可控开关K1、第二可控开关K2和第三可控开关K3；其特征在于，由第一可控开关K1两端分别连接电池单元的正极端子和第i单体电池或电池包串联连接的电池组串P的正极，并且控制第一可控开关K1闭合导通；同时第二可控开关K2两端分别连接第i单体电池或电池包串联连接的电池组串P的负极与第j单体电池或电池包串联连接的电池组串P的负极，并且控制第二可控开关K2闭合导通；以及第三可控开关K3两端分别连接第i单体电池或电池包串联连接的电池组串P的正极与第j单体电池或电池包串联连接的电池组串P的负极，并且控制第三可控开关K3断开，构成并联运行模式连接架构的电池单元。
4.根据权利要求1所述一种动态安全保护的电池单元及储能系统，其特征是，串联运行模式连接架构的连接关系为，所述电池单元内的电池监控单元通过电池监测通信线连接单体电池或电池包的每个单体电池，同时分别连接控制第一可控开关K1、第二可控开关K2和第三可控开关K3；其特征在于，由第一可控开关K1两端分别连接电池单元的正极端子和第i单体电池或电池包串联连接的电池组串P的正极，并且控制第一可控开关K1断开；同时第二可控开关K2两端分别连接第i单体电池或电池包串联连接的电池组串P的负极与第j单体电池或电池包串联连接的电池组串P的负极，并且控制第二可控开关K2断开；以及第三可控开关K3两端分别连接第i单体电池或电池包串联连接的电池组串P的正极与第j单体电池或电池包串联连接的电池组串P的负极，并且控制第三可控开关K3闭合导通，构成串联运行模式连接架构的电池单元；其特征还在于，电池单元串联组串在发生电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：周锡卫，
申请(专利权)人：周锡卫，
类型：发明
国别省市：