儲能模組及儲能系統技術方案

本案關于一種儲能模組及儲能系統，包含串聯補償型直流變換裝置，串聯補償型直流變換裝置的第一導接端電性連接于正母線連接端及負母線連接端或電性連接于第一電池組的電池正端及電池負端，第二導接端電性連接于電容的兩端，且四象限直流/直流變換器控制電容形成補償電壓，以對第一電池組的電池正端及電池負端之間的電壓進行補償，或控制流經第一電池組的電流為設定值，由于電容上的補償電壓相較于第一電池組兩端的電壓很小，在流經第一電池組的電流相等的情況下，串聯補償型直流變換裝置的轉換功率比傳統全功率直流變換器小很多，使得本案的儲能模組獲得很小的功率損耗。本案的儲能模組獲得很小的功率損耗。本案的儲能模組獲得很小的功率損耗。

【技術實現步驟摘要】
儲能模組及儲能系統


[0001]本案屬于一種儲能領域，尤指一種儲能模組及儲能系統。

技術介紹

[0002]儲能系統具有廣闊的應用前景，包括軌道交通、電力、新能源、電動汽車、大功率傳動等。儲能系統中的多個電池組同時耦接于直流母線上，且多個電池組之間的電壓差異會導致電池組之間產生環流，進而增加電路損耗且減小電池組壽命。
[0003]而為了避免上述情況，儲能系統通常設置全功率型直流變換器耦接于直流母線上，以將直流母線上的電池組所提供的電能轉換至直流匯流排，其中全功率型直流變換器的正輸入端及負輸入端分別電性耦接于電池組的兩端，且全功率型直流變換器的正輸出端及負輸出端分別電性耦接于直流匯流排的兩端，以直接轉換電池組所提供的電能，然而，根據上述全功率型直流變換器的連接方式及控制方法，儲能系統的功率損耗較高，舉例來說，當電池組所提供的電能的額定電壓為1000V且額定電流為100A時，則全功率型直流變換器的功率為100kW，且若全功率型直流變換器的轉換效率為99％，則其功率損耗為1kW。儲能系統的功率損耗較高，進而造成產品成本較高、性能較低且可靠性較低。
[0004]因此，如何發展一種儲能模組及儲能系統來解決現有技術所面臨的問題，實為本領域急需面對的課題。

技術實現思路

[0005]本案的目的在于提供一種儲能模組及儲能系統，包含串聯補償型直流變換裝置，且串聯補償型直流變換裝置的第一導接端電性連接于正母線連接端及負母線連接端或電性連接于第一電池組的電池正端及電池負端，串聯補償型直流變換裝置的第二導接端電性連接于電容的兩端，且串聯補償型直流變換裝置的四象限直流/直流變換器控制電容形成補償電壓，以對第一電池組的電池正端及電池負端之間的電壓進行補償，或者控制流經第一電池組的電流為設定值，其中補償電壓的數值可為正值或負值，比單一方向的補償電壓會有更小的功率等級，損耗更小，效率更高。因此，由于電容上的補償電壓相較于第一電池組兩端的電壓很小，在流經第一電池組的電流相等的情況下，串聯補償型直流變換裝置的轉換功率比傳統全功率直流變換器小很多，使得本案的儲能模組利用上述連接方式及控制方法可獲得較低的功率損耗，使儲能模組的整體性能上升且可靠性亦上升，并且通過控制流經電池組的電流為一設定值，即控制電池組充、放電電流大小可以保證電池組工作在合理的充放電曲線上，保證電池組快速充放電的同時也能提高電池組的使用壽命。
[0006]為達上述目的，本案之一較佳實施例為提供一種儲能模組，包含母線連接部、第一電池組、電容及串聯補償型直流變換裝置。母線連接部包含正母線連接端及負母線連接端。第一電池組電性耦接于正母線連接端及負母線連接端之間，且包含電池正端及電池負端。電容電性耦接于正母線連接端與電池正端之間或負母線連接端與電池負端之間。串聯補償型直流變換裝置包含第一導接端、第二導接端、雙向隔離型變換器及四象限直流/直流變換
器。第一導接端包含第一正導接端及第一負導接端，第一正導接端及第一負導接端分別電性連接于正母線連接端及負母線連接端或電性連接于電池正端及電池負端。第二導接端包含第二正導接端及第二負導接端，第二正導接端及第二負導接分別電性連接于電容的兩端。雙向隔離型變換器電性連接于第一導接端。四象限直流/直流變換器電性連接于雙向隔離型變換器及第二導接端之間，四象限直流/直流變換器控制電容形成補償電壓以對第一電池組的電池正端及電池負端之間的電壓進行補償，或者四象限直流/直流變換器控制流經第一電池組的電流為設定值。
[0007]為達上述目的，本案之另一較佳實施例為提供一種儲能系統，包含功率變換裝置以及復數個儲能模組，功率變換裝置包含功率正端及功率負端，每一儲能模組包含母線連接部、第一電池組、電容及串聯補償型直流變換裝置。母線連接部包含正母線連接端及負母線連接端，正母線連接端電性連接于功率正端，負母線連接端電性連接于功率負端。第一電池組電性耦接于正母線連接端及負母線連接端之間，且包含電池正端及電池負端。電容電性耦接于正母線連接端與電池正端之間或負母線連接端與電池負端之間。串聯補償型直流變換裝置包含第一導接端、第二導接端、雙向隔離型變換器及四象限直流/直流變換器。第一導接端包含第一正導接端及第一負導接端，第一正導接端及第一負導接端分別電性連接于正母線連接端及負母線連接端或電性連接于電池正端及電池負端。第二導接端包含第二正導接端及第二負導接端，第二正導接端及第二負導接分別電性連接于電容的兩端。雙向隔離型變換器電性連接于第一導接端。四象限直流/直流變換器電性連接于雙向隔離型變換器及第二導接端之間，四象限直流/直流變換器控制電容形成補償電壓以對第一電池組的電池正端及電池負端之間的電壓進行補償，或者四象限直流/直流變換器控制流經第一電池組的電流為設定值。
附圖說明
[0008]圖1A為本案的第一實施例的儲能模組的電路拓撲圖。
[0009]圖1B為圖1A所示的儲能模組的串聯補償型直流變換裝置的細部電路拓撲圖。
[0010]圖2A為圖1A所示的儲能模組于第一電池組為充電模式且補償電壓為正值時的電流流向示意圖。
[0011]圖2B為圖1A所示的儲能模組于第一電池組為充電模式且補償電壓為負值時的電流流向示意圖。
[0012]圖2C為圖1A所示的儲能模組于第一電池組為放電模式且補償電壓為正值時的電流流向示意圖。
[0013]圖2D為圖1A所示的儲能模組于第一電池組為放電模式且補償電壓為負值時的電流流向示意圖。
[0014]圖3為圖1A所示的儲能模組的串聯補償型變換裝置的四象限直流/直流變換器的控制環路框圖。
[0015]圖4A為本案的第二實施例的儲能模組的電路拓撲圖。
[0016]圖4B為圖4A所示的儲能模組的串聯補償型直流變換裝置的細部電路拓撲圖。
[0017]圖5為本案的第三實施例的儲能模組的電路拓撲圖。
[0018]圖6為本案的第四實施例的儲能模組的電路拓撲圖。
[0019]圖7A為圖1A所示的儲能模組的串聯補償型直流變換裝置的雙向隔離型變換器的第一實施例的細部電路拓撲圖。
[0020]圖7B為圖1A所示的儲能模組的串聯補償型直流變換裝置的雙向隔離型變換器的第二實施例的細部電路拓撲圖。
[0021]圖7C為圖1A所示的儲能模組的串聯補償型直流變換裝置的雙向隔離型變換器的第三實施例的細部電路拓撲圖。
[0022]圖8A為圖1A所示的儲能模組的四象限直流/直流變換器的第一實施例的細部電路拓撲圖。
[0023]圖8B為圖1A所示的儲能模組的四象限直流/直流變換器的第二實施例的細部電路拓撲圖。
[0024]圖9為本案的儲能系統的電路拓撲圖。
[0025]圖10A為本案的第五實施例的儲能模組的電路拓撲圖。
[0026]圖10B為本案的第六實施例的儲能模組的電路拓撲圖。
[0027]附圖標記說明如下：
[0028]1、1a、1b、1c、1d、1e：儲能模組
[0029]2：母線連接部
[0030本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種儲能模組，包含：一母線連接部，包含一正母線連接端及一負母線連接端；一第一電池組，電性耦接于該正母線連接端及該負母線連接端之間，且包含一電池正端及一電池負端；一電容，電性耦接于該正母線連接端與該電池正端之間或該負母線連接端與該電池負端之間；以及一串聯補償型直流變換裝置，包含：一第一導接端，包含一第一正導接端及一第一負導接端，該第一正導接端及該第一負導接端分別電性連接于該正母線連接端及該負母線連接端或電性連接于該電池正端及該電池負端；一第二導接端，包含一第二正導接端及一第二負導接端，該第二正導接端及該第二負導接分別電性連接于該電容的兩端；一雙向隔離型變換器，電性連接于該第一導接端；以及一四象限直流/直流變換器，電性連接于該雙向隔離型變換器及該第二導接端之間，該四象限直流/直流變換器控制該電容形成一補償電壓以對該第一電池組的該電池正端及該電池負端之間的電壓進行補償，或者該四象限直流/直流變換器控制流經該第一電池組的電流為一設定值。2.如權利要求1所述的儲能模組，其中該串聯補償型直流變換裝置的該第一導接端構成該串聯補償型直流變換裝置的高壓側，該串聯補償型直流變換裝置的該第二導接端構成該串聯補償型直流變換裝置的低壓側。3.如權利要求1所述的儲能模組，其中該電容電性連接于該正母線連接端與該電池正端之間，而該第一導接端的該第一正導接端電性連接于該電池正端，且該第一導接端的該第一負導接端電性連接于該電池負端。4.如權利要求1所述的儲能模組，其中該電容電性連接于該正母線連接端與該電池正端之間，而該第一導接端的該第一正導接端電性連接于該正母線連接端，且該第一導接端的該第一負導接端電性連接于該負母線連接端。5.如權利要求1所述的儲能模組，其中該電容電性連接于該負母線連接端與該電池負端之間，而該第一導接端的該第一正導接端電性連接于該電池正端，且該第一導接端的該第一負導接端電性連接于該電池負端。6.如權利要求1所述的儲能模組，其中該電容電性連接于該負母線連接端與該電池負端之間，而該第一導接端的該第一正導接端電性連接于該正母線連接端，且該第一導接端的該第一負導接端電性連接于該負母線連接端。7.如權利要求3或5所述的儲能模組，其中該四象限直流/直流變換器通過控制流經該第一導接端的電流和流經第二導接端的電流而使得流經該第一電池組的電流為一設定值。8.如權利要求4或6所述的儲能模組，其中該四象限直流/直流變換器通過控制流經該第二導接端的電流而使得流經該第一電池組的電流為一設定值。9.如權利要求1所述的儲能模組，其中該電容與該四象限直流/直流變換器相集成。10.如權利要求1所述的儲能模組，其中該雙向隔離型變換器為一CLLC變換電路，且包含至少一諧振電容及至少一諧振電感，其中該雙向隔離型變換器的開關頻率為該至少一諧
振電容與該至少一諧振電感的一諧振頻率的
±
10％誤差范圍中的任一值。11.如權利要求1所述的儲能模組，其中該雙向隔離型變換器為一CLLC變換電路，該雙向隔離型變換器包含一原邊電路、一變壓器以及一副邊電路，其中該原邊電路為一全橋變換電路或一半橋變換電路，該副邊電路為一全橋變換電路或一半橋變換電路。12.如權利要求1所述的儲能模組，其中該四象限直流/直流變換器為一全橋變換電路，包含：一第一橋臂，包換串聯連接的一第一開關元件及一第二開關元件，該第一開關元件及該第二開關元件之間的連接點形成一第一連接點；一第二橋臂，包換串聯連接的一第三開關元件及一第四開關元件，該第三開關元件及該第四開關元件之間的連接點形成一第二連接點；一第一變換電感，電性連接于該第一連接點與該第二正導接端之間或電性連接于該第一連接點與第二負導接端之間。13.如權利要求12所述的儲能模組，其中該四象限直流/直流變換器還包含一第二變換電感，當該第一變換電感電性連接于該第一連接點與該第二正導接端之間時，該第二變換電感電性連接于該第二連接點與該第二負導接端之間，當該第一變換電感電性連接于該第一連接點與該第二負導接端之間時，該第二變換電感電性連接于該第二連接點與該第二正導接端之間。14.如權利要求1所述的儲能模組，其中該儲能模組處于充電模式或放電模式。15.如權利要求1所述的儲能模組，其中該四象限直流/直流變換器控制該電容形成一補償電壓對該第一電池組兩端的電壓進行補償時，該第一電池組的該電池正端與該電池負端之間的電壓方向與該電容上的該補償電壓的電壓方向相同或相反。16.如權利要求1所述的儲能模組，其中該串聯補償型直流變換裝置更包含一控制單元，電性連接于該四象限直流/直流變換器，該控制單元于該儲能模組工作于一恒流模式時接收一電流指令，以控制流經該第一電池組的該電流為該設定值，或該控制單元于該儲能模組工作于一恒壓模式時接收一電壓指令，以控制該四象限直流/直流變換器于該電容形成該補償電壓。17.如權利要求3或5所述的儲能模組，其中該串聯補償型直流變換裝置更包含一控制單元，電性連接于該四象限直流/直流變換器，該控制單元包含一第一斜坡控制器、一第一比較器、一第一比例控制器、一第一限幅器、一選擇器、一第二比較器、一第二比例控制器及一第二限幅器，其中該第一斜坡控制器于該儲能模組工作于一恒壓模式時接收并轉換一電壓指令并輸出一電壓斜坡給定值，該第一比較器接收并比較經該第一斜坡控制器輸出的該電壓...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張騰慎，章進法，鐘林楓，王長永，王亞峰，
申請(專利權)人：臺達電子企業管理上海有限公司，
類型：發明
國別省市：