一种应用于分布式储能系统的智能电池功率模块技术方案

一种应用于分布式储能系统的智能电池功率模块，适用于用户侧、与建筑结合等所需高安全性、高分散性储能系统应用场所，采用将电池模组、隔离变换、电池管理、保护和智能化集成于一体的设计方案。智能电池功率模块中电池模组采用低压、小容量设计方式，电压等级48Vdc，容量约为5~10kWh；智能电池功率模块中隔离变换器除具备升压作用外，还具备对电池模组的充放电控制功能；智能电池功率模块中控制器具备单体电压采集、模组温度采集、快插拔连接器温度采集、隔离变换器电压和电流采集、变换器驱动控制及对外RS485和CAN通信功能。智能电池功率模块输出电压375Vdc,支持交流和直流应用场合，并且支持375Vdc和750Vdc两种直流电压等级，满足未来直流供电的需求。

An intelligent battery power module applied to distributed energy storage system

【技术实现步骤摘要】
一种应用于分布式储能系统的智能电池功率模块
本专利技术专利涉及储能应用领域，尤其涉及到用户侧在建筑中应用的分布式储能领域。
技术介绍
随着风力发电、光伏发电等新能源技术的持续发展，越来越多可调节性比较差的发电单元在电网中高渗透接入，发电侧越来越刚性，可调节性能越来越差；未来建筑和交通在用电侧所占耗能比例越来越高，而这两部分用电受人的行为特性很大，用电侧也越来越刚性，可调节性也越来越差。发电侧和用电侧的刚性及不可调节性对电网的供需平衡带来了极大地挑战，而解决这一问题的关键在于在电网中增加储能设施，使得发电侧和用电侧相互解耦，目前发电侧的调频、输电侧调峰和用户侧削峰填谷均是为了解决上述问题，而其中用户侧增加储能系统是解决上述问题最高效、最直接的方式。受电动汽车产业等相关行业的发展，利用锂离子电池作为储能元件的电化学储能系统是目前储能系统的主要选择。与发电侧和输电侧不同，用户侧由于与人、与建筑紧密结合的特性，对储能系统的安全性等提出了更高的要求，到目前为止还没有成文的关于储能系统的消防验收规范，进一步阻碍了储能系统的发展。用户侧尤其是用户侧用电大户所在场所，必然也是人流量密集的区域，除了安全性外，空间位置、通用性、智能化等均是用户侧储能系统需要重点考虑和解决的问题，另外配电侧和用户侧直流供电方式也将越来越普适，用户侧储能系统均应满足以上相关要求。这也是本一种应用于分布式储能系统的智能电池功率模块提出的背景。
技术实现思路
为了解决用户侧锂离子电池储能系统应用所带来的安全、空间、定制化等问题，同时考虑储能系统智能化和适应未来直流供电的需要，本专利技术提供了一种应用于分布式储能系统的智能电池功率模块。采用低压、小容量电池模组，采用隔离变换器将电池模组之间相互隔离，采用将电池模组、隔离变换器单元、电池管理单元、保护单元和智能化单元集成于一体的设计方案，支持交流和直流应用场合，并且支持375Vdc和750Vdc两种直流电压等级，满足未来直流供电的需求。技术方案本专利技术一种应用于分布式储能系统的智能电池功率模块，是一种集电池模组、隔离变换、电池管理、保护和智能化于一体，对外表现可串可并的电池功率模块，如图1所示。本专利技术一种应用于分布式储能系统的智能电池功率模块内部电池模组采用磷酸铁锂电池（可以是电动汽车退役电池），采用1并16串或多并16串形式，单个单体或并联后单体电池容量100~200Ah,电池模组容量约为5kWh~10kWh。本专利技术一种应用于分布式储能系统的智能电池功率模块包括熔断器和直流断路器等保护器件，其中熔断器布置在2个8串电池之间，直流断路器布置于电池模组正负极。本专利技术一种应用于分布式储能系统的智能电池功率模块内部DC/DC变换器硬件拓扑采用全桥隔离LLC拓扑，低压侧（电池模组侧）电压标称48Vdc，高压侧（对外连接侧）电压标称375V，额定功率2.5kW,具备软启动等功能。本专利技术一种应用于分布式储能系统的智能电池功率模块对外连接包括DC+、DC-主电路端子，CAN和RS485通信端子，均采用快插拔设计方式，并且预留维护接口，支持智能电池功率模块中电池模组按需求进行外部维护。本专利技术一种应用于分布式储能系统的智能电池功率模块辅助供电采用低压电池模组和高压母线共同供电的形式，控制器集成电池管理、智能控制和通信管理等功能，采集每个电池单体电压、采集电池模组温度，采集快插拔式主电路输出端子温度，采集DC/DC变换器电压和电流等信息，进行电池状态估计和DC/DC变换器驱动控制。本专利技术一种应用于分布式储能系统的智能电池功率模块，支持并联375Vdc运行和串联750Vdc运行，在串联运行过程中能够实现智能电池功率模块的自动均压控制功能，如图2所示。有益效果一种应用于分布式储能系统的智能电池功率模块采用低压、小容量电池模组分散式布置的方案，从电压等级、单位能量和空间需求等方面满足于用户侧储能系统对于安全、布置等需要。与传统储能系统200~250节电池单体串联到很高电压的方式不同，本专利技术一种应用于分布式储能系统的智能电池功率模块在串并联应用时不是通过电池模组的直接串并联，而是通过内部DC/DC变换器（采用隔离拓扑）实现串并联，通过DC/DC变换器将电池模组之间相互隔离，阻断了电池模组发生问题后故障蔓延的通道。本专利技术一种应用于分布式储能系统的智能电池功率模块支持串并联组合，支持交流和直流应用，并支持375Vdc和750Vdc两种电压等级。。附图说明图1是智能电池功率模块系统图。图2是智能电池功率模块串并联连接图。图1中DC/DC变换器为智能电池功率模块内部隔离变换器；DC+为智能电池功率模块对外连接正端子；DC-为智能电池功率模块对外连接负端子；RS485、CAN为智能电池功率模块对外通信端子；图2中+375V为双极性直流母线正母线；0V为双极性直流母线零母线；-375V为双极性直流母线负母线。具体实施方式如图1所示，智能电池功率模块内部包括电池模组、DC/DC变换器和控制器三部分，并通过一次和二次电路进行连接，所有连接电缆均采用高温电缆。电池模组采用磷酸铁锂电池（可以是电动汽车退役电池），包含16个电池单体（采用1并16串或多并16串形式），分2组8串形式，2组8串电池之间通过熔断器连接，电池模组电压标称为48Vdc，单个单体或并联后单体电池容量100~200Ah,电池模组容量约为5kWh~10kWh。DC/DC变换器采用全桥隔离LLC电路拓扑，在高压侧增加软启动装置，功率为2.5kW,低压侧通过直流断路器连接电池模组，标称电压48Vdc（支持45V到56V），高压侧对外连接，标称电压375V。控制器主要实现电池管理、智能控制和通信管理等功能，控制器采集单体电池电压、采集电池模组温度、采集DC/DC变换器低压侧电压、采集DC/DC变换器低压侧电流、采集DC/DC变换器高压侧电压、采集DC/DC变换器高压侧电流、采集DC/DC变换器隔离谐振侧电流、采集智能电池模块对外连接快插拔端子温度，控制器根据采集信息进行电池状态SOC、SOE、SOP和SOH判断，控制器根据DC/DC变换器各部分采集信息、上位机指令，基于内部控制策略驱动DC/DC变换器中开关器件的动作，对DC/DC变换器充放电进行控制。如图1所示，智能电池功率模块对外连接包含主电路连接和通信连接两部分，主电路包括DC+和DC-两个端子，通信连接包括CAN和RS485两种方式，集成在一个通信端子上。无论主电路端子还是通信端子均采用无螺栓快插拔式端子形式。智能电池功率模块预留维护接口，支持智能电池功率模块中电池模组按需求进行外部维护。如图2所示，智能电池功率模块支持串并联组合，智能电池功率模块输出电压为375V，既可以接入375V直流母线，也可将两个智能电池功率模块串联接入750V直流母线，且串联接入750V直流母线的智能电池功率模块能够自动实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于分布式储能系统的智能电池功率模块，其特征在于：是一种集锂离子电池模组、隔离变换、电池管理、保护和智能化于一体，对外表现为可串可并的智能电池功率模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于分布式储能系统的智能电池功率模块，其特征在于：是一种集锂离子电池模组、隔离变换、电池管理、保护和智能化于一体，对外表现为可串可并的智能电池功率模块。


2.根据权利要求1所述的智能电池功率模块，其特征在于：内部电池模组采用磷酸铁锂电池（可以是电动汽车退役电池），采用1并16串或多并16串形式，单体或并联后单体电池容量100~200Ah,电池模组容量约为5kWh~10kWh。


3.根据权利要求1所述的智能电池功率模块，其特征在于：内部保护包括熔断器和直流断路器等器件，其中熔断器布置在2个8串单体电池之间，直流断路器布置于电池模组正负极。


4.根据权利要求1所述的智能电池功率模块，其特征在于：内部DC/DC变换器硬件拓扑采用全桥隔离LLC拓扑，电池模组侧电压标称48Vdc，对外连接侧电压标称375V，额...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁建钢，王作兴，童亦斌，
申请(专利权)人：北京德意新能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11