锂电池储能系统

摘要

本发明公开了一种锂电池储能系统，包括电池管理单元、锂电池储能模块单元、电源单元以及电气控制单元；所述锂电池储能模块单元用于向所述电源单元供电，所述电源单元用于为所述电池管理单元和所述电气控制单元供电；所述电池管理单元用于对所述锂电池储能模块单元进行监测，并根据监测数据控制所述电气控制单元，通过所述电气控制单元对所述锂电池储能模块单元进行自保护及自恢复。本发明能够对锂电池储能模块单元进行监测，并根据不同的监测数据来对锂电池储能模块单元进行自保护和自恢复，从而使得本发明的锂电池储能系统具有自保护和自恢复的功能，并且本发明的锂电池储能系统并不复杂，内部控制简单方便，成本也很低，非常便于规模化应用。

权利要求

1.一种锂电池储能系统，其特征在于，包括电池管理单元、锂电池储能模块单元、电源单元以及电气控制单元；

所述锂电池储能模块单元用于向所述电源单元供电，所述电源单元用于为所述电池管理单元和所述电气控制单元供电；

所述电池管理单元用于对所述锂电池储能模块单元进行监测，并根据监测数据控制所述电气控制单元，通过所述电气控制单元对所述锂电池储能模块单元进行自保护及自恢复；

所述电气控制单元包括第一开关、第一直流接触器、第二直流接触器、第三直流接触器、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管；

所述第一直流接触器与所述第一二极管并联，所述第一直流接触器的一端与所述锂电池储能模块单元的正极电连接，另一端与所述第二直流接触器的一端电连接；

所述第二直流接触器与所述第二二极管并联，另一端通过总正动力接口与上级分布式能源系统相连，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的负极相连；

所述第三直流接触器的一端与所述锂电池储能模块单元的正极电连接，另一端与所述第三二极管的正极相连，所述第三二极管的负极与所述第四二极管的负极相连，所述第四二极管的正极与所述总正动力接口相连；

所述第一开关的一端与所述第三二极管的负极相连，另一端与所述电源单元相连；

所述锂电池储能模块单元的负极通过总负动力接口与上级分布式能源系统相连。

2.如权利要求1所述的锂电池储能系统，其特征在于，所述电池管理单元用于：在监测到所述锂电池储能模块单元的电压超过过充阀值时，通过所述电气控制单元控制所述锂电池储能模块单元仅对外放电；

在监测到所述锂电池储能模块单元的电压低于过放阀值时，通过所述电气控制单元控制所述锂电池储能模块单元仅对内充电；

在监测到所述锂电池储能模块单元的电压低于安全阀值时，通过所述电气控制单元切断所述锂电池储能模块单元向所述电源单元的供电。

3.如权利要求1所述的锂电池储能系统，其特征在于，所述电池管理单元用于：在监测到所述锂电池储能模块单元的电流高于过流阀值时，若是放电过流，则通过所述电气控制单元控制所述锂电池储能模块单元仅对内充电，若是充电过流，则通过所述电气控制单元控制所述锂电池储能模块单元仅对外放电。

4.如权利要求1所述的锂电池储能系统，其特征在于，所述电池管理单元用于：在监测到所述锂电池储能模块单元的温度高于第一温度阀值或低于第二温度阀值时，通过所述电气控制单元控制所述锂电池储能模块单元工作在正常温度范围内。

5.如权利要求1所述的锂电池储能系统，其特征在于，所述电源单元还用于通过接入外激励源进行启动，在启动后唤醒所述电池管理单元，所述电池管理单元通过所述电气控制单元控制所述锂电池储能模块单元仅对内充电；

当所述电池管理单元监测到所述锂电池储能模块单元的电压达到恢复阀值时，通过所述电气控制单元将所述电源单元由外激励源供电切换为由所述锂电池储能模块单元供电。

6.如权利要求1-5中任意一项所述的锂电池储能系统，其特征在于，所述电池管理单元还包括通讯接口，用于与外部主控通讯；

所述电池管理单元还用于在与所述外部主控通讯确认后，再控制所述电气控制单元。

7.如权利要求1所述的锂电池储能系统，其特征在于，所述锂电池储能模块单元的负极还通过熔丝与上级分布式能源系统相连。

8.如权利要求1所述的锂电池储能系统，其特征在于，所述电气控制单元还包括自恢复开关，用于在闭合时控制所述电源单元强制从所述锂电池储能模块单元取电，启动所述电源单元为所述电池管理单元供电；和/或，所述电气控制单元还包括电流传感器。

9.如权利要求1所述的锂电池储能系统，其特征在于，所述电池管理单元包括一个BCU和两个BMU；和/或；所述锂电池储能模块单元包括四个串联的26.4V/80Ah钛酸锂电池储能模块；和/或，所述电源单元为24V直流电源。

说明书

锂电池储能系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种锂电池储能系统，特别是涉及一种自保护与自恢复的锂电池储能系统。

背景技术

[0002] 我国内蒙、新疆、青海等地区幅员辽阔，很多地区建设输电网络施工难度大、成本高，同时这些地区大多拥有较丰富的风力、光照等资源，解决其用电问题较好的办法就是建设分布式能源微网系统进行供电，然而风能和太阳能普遍具有间歇性、波动性和不稳定性，商业化应用尚有诸多不便，储能系统可以解决新能源发电的不稳定性、随机性的必需设备，可改善风、光发电供电质量。储能锂电池系统在寿命，能量，功率性能，以及高低温环境的使用性能方面具有显著优势，未来，作为离网型风光用储能系统在偏远地区、孤岛等无电网接入的地区将有大规模应用。

[0003] 但是现有技术中的锂电池储能系统很复杂，不便于规模化应用，并且内部控制很复杂，成本很高。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中锂电池储能系统很复杂，不便于规模化应用，并且内部控制很复杂，成本很高的缺陷，提供一种锂电池储能系统。

[0005] 本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

[0006] 本发明提供了一种锂电池储能系统，包括电池管理单元、锂电池储能模块单元、电源单元以及电气控制单元；

[0007] 所述锂电池储能模块单元用于向所述电源单元供电，所述电源单元用于为所述电池管理单元和所述电气控制单元供电；

[0008] 所述电池管理单元用于对所述锂电池储能模块单元进行监测，并根据监测数据控制所述电气控制单元，通过所述电气控制单元对所述锂电池储能模块单元进行自保护及自恢复。

[0009] 较佳地，所述电池管理单元用于：

[0010] 在监测到所述锂电池储能模块单元的电压超过过充阀值时，通过所述电气控制单元控制所述锂电池储能模块单元仅对外放电；

[0011] 在监测到所述锂电池储能模块单元的电压低于过放阀值时，通过所述电气控制单元控制所述锂电池储能模块单元仅对内充电；

[0012] 在监测到所述锂电池储能模块单元的电压低于安全阀值时，通过所述电气控制单元切断所述锂电池储能模块单元向所述电源单元的供电。

[0013] 较佳地，所述电池管理单元用于：

[0014] 在监测到所述锂电池储能模块单元的电流高于过流阀值时，若是放电过流，则通过所述电气控制单元控制所述锂电池储能模块单元仅对内充电，若是充电过流，则通过所述电气控制单元控制所述锂电池储能模块单元仅对外放电。

[0015] 较佳地，所述电池管理单元用于：

[0016] 在监测到所述锂电池储能模块单元的温度高于第一温度阀值或低于第二温度阀值时，通过所述电气控制单元控制所述锂电池储能模块单元工作在正常温度范围内。

[0017] 较佳地，所述电源单元还用于通过接入外激励源进行启动，在启动后唤醒所述电池管理单元，所述电池管理单元通过所述电气控制单元控制所述锂电池储能模块单元仅对内充电；

[0018] 当所述电池管理单元监测到所述锂电池储能模块单元的电压达到恢复阀值时，通过所述电气控制单元将所述电源单元由外激励源供电切换为由所述锂电池储能模块单元供电。

[0019] 较佳地，所述电池管理单元还包括通讯接口，用于与外部主控通讯；

[0020] 所述电池管理单元还用于在与所述外部主控通讯确认后，再控制所述电气控制单元。

[0021] 较佳地，所述电气控制单元包括第一开关、第一直流接触器、第二直流接触器、第三直流接触器、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管；

[0022] 所述第一直流接触器与所述第一二极管并联，所述第一直流接触器的一端与所述锂电池储能模块单元的正极电连接，另一端与所述第二直流接触器的一端电连接；

[0023] 所述第二直流接触器与所述第二二极管并联，另一端通过总正动力接口与上级分布式能源系统相连，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的负极相连；

[0024] 所述第三直流接触器的一端与所述锂电池储能模块单元的正极电连接，另一端与所述第三二极管的正极相连，所述第三二极管的负极与所述第四二极管的负极相连，所述第四二极管的正极与所述总正动力接口相连；

[0025] 所述第一开关的一端与所述第三二极管的负极相连，另一端与所述电源单元相连；

[0026] 所述锂电池储能模块单元的负极通过总负动力接口与上级分布式能源系统相连。

[0027] 较佳地，所述锂电池储能模块单元的负极还通过熔丝与上级分布式能源系统相连。

[0028] 较佳地，所述电气控制单元还包括自恢复开关，用于在闭合时控制所述电源单元强制从所述锂电池储能模块单元取电，启动所述电源单元为所述电池管理单元供电。

[0029] 较佳地，所述电气控制单元还包括电流传感器。

[0030] 较佳地，所述电池管理单元包括一个BCU(电池控制单元)和两个BMU(电池管理单元)；和/或；所述锂电池储能模块单元包括四个串联的26.4V/80Ah钛酸锂电池储能模块；和/或，所述电源单元为24V直流电源。

[0031] 本发明的积极进步效果在于：本发明能够对锂电池储能模块单元进行监测，并根据不同的监测数据来对锂电池储能模块单元进行自保护和自恢复，从而使得本发明的锂电池储能系统具有自保护和自恢复的功能，并且本发明的锂电池储能系统并不复杂，内部控制简单方便，成本也很低，非常便于规模化应用。

附图说明

[0032] 图1为本发明的较佳实施例的锂电池储能系统的模块示意图。

[0033] 图2为本发明的较佳实施例的锂电池储能系统的电路连接示意图。

具体实施方式

[0034] 下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

[0035] 如图1所示，本发明的锂电池储能系统包括电池管理单元1、锂电池储能模块单元2、电源单元3以及电气控制单元4；

[0036] 其中，所述锂电池储能模块单元2用于向所述电源单元3供电，所述电源单元3用于为所述电池管理单元1和所述电气控制单元4供电；

[0037] 所述电池管理单元1用于对所述锂电池储能模块单元2进行监测，以监测所述锂电池储能模块单元2的运行数据与健康状态，然后根据监测数据控制所述电气控制单元4，通过所述电气控制单元4对所述锂电池储能模块单元2进行自保护及自恢复。其中，优选地，所述电池管理单元1可以包括一个BCU和两个BMU，在具体实施过程中可以通过BMU进行监测，监测数据由BCU汇总，实施相应的控制与保护策略。

[0038] 本发明的锂电池储能系统的自保护与自恢复功能具体如下：

[0039] 在监测到所述锂电池储能模块单元2的电压超过过充阀值(V1)时，所述电池管理单元1通过所述电气控制单元4控制所述锂电池储能模块单元2仅对外放电，从而确保电池组不过充；

[0040] 在监测到所述锂电池储能模块单元2的电压低于过放阀值(V2)时，所述电池管理单元1通过所述电气控制单元4控制所述锂电池储能模块单元2仅对内充电，从而确保电池组不过放；

[0041] 在监测到所述锂电池储能模块单元2的电压低于安全阀值(V3)时，所述电池管理单元1通过所述电气控制单元4切断所述锂电池储能模块单元2向所述电源单元3的供电，从而所述电源单元3不再从所述锂电池储能模块单元2取电，确保电池组安全。

[0042] 在监测到所述锂电池储能模块单元2的电流高于过流阀值(I1)时，若是放电过流，则所述电池管理单元1通过所述电气控制单元4控制所述锂电池储能模块单元2仅对内充电，若是充电过流，则所述电池管理单元1通过所述电气控制单元4控制所述锂电池储能模块单元2仅对外放电，从而实现了过流保护。

[0043] 在监测到所述锂电池储能模块单元2的温度高于第一温度阀值(T1)或低于第二温度阀值(T2)时，通过所述电气控制单元4控制所述锂电池储能模块单元2工作在正常温度范围内，从而保护电池组的寿命。

[0044] 从而所述电池管理单元1通过控制所述电气控制单元4，实现了对所述锂电池储能模块单元2的过充、过放、过流、温度保护，进而实现了对所述锂电池储能模块单元2的自保护。

[0045] 另外，所述电源单元3还用于通过接入外激励源(包括市电、备用电源、光伏发电或风力发电等)进行启动，在启动后唤醒所述电池管理单元1，所述电池管理单元1通过所述电气控制单元4控制所述锂电池储能模块单元2仅对内充电；

[0046] 当所述电池管理单元1监测到所述锂电池储能模块单元2的电压达到恢复阀值(V4)时，通过所述电气控制单元4将所述电源单元3由外激励源供电切换为由所述锂电池储能模块单元2供电，从而完成自恢复的过程，使得所述锂电池储能模块单元2进入正常工作状态。

[0047] 这样，通过控制所述电气控制单元4，实现了所述电源单元3从所述锂电池储能模块单元2或外部电源(即外激励源)取电的自动切换，并且能够在所述锂电池储能模块单元2低电压保护后，通过外激励源唤醒所述电池管理单元1实现自恢复，保护所述锂电池储能模块单元2的同时，方便了用户的使用。

[0048] 在本发明具体实施过程中，所述电池管理单元1还可以包括通讯接口(具体为CAN通讯接口)，用于与外部主控通讯；所述电池管理单元1还用于在与所述外部主控通讯确认后，再控制所述电气控制单元4，从而使得上述所有的自保护功能都增加了相应的延时保护，若外部需要互动，则在所述电池管理单元1与外部主控通讯确认后，再执行最终的保护动作；若外部不需要互动，则由所述电池管理单元1自主执行最终的保护动作。

[0049] 如图2所示，在本实施例中，所述电气控制单元具体包括：第一开关k0、第一直流接触器k1、第二直流接触器k2、第三直流接触器k3、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、自恢复开关B1以及熔丝FU1；

[0050] 其中，所述第一直流接触器k1与所述第一二极管D1并联，所述第一直流接触器k1的一端与所述锂电池储能模块单元2的正极电连接，另一端与所述第二直流接触器k2的一端电连接；

[0051] 所述第二直流接触器k2与所述第二二极管D2并联，另一端通过总正动力接口(PM)与上级分布式能源系统相连，所述第一二极管D1的负极与所述第二二极管D2的负极相连；

[0052] 所述第三直流接触器k3的一端与所述锂电池储能模块单元2的正极电连接，另一端与所述第三二极管D3的正极相连，所述第三二极管D3的负极与所述第四二极管D4的负极相连，所述第四二极管D4的正极与所述总正动力接口(PM)相连；

[0053] 所述第一开关k0的一端与所述第三二极管D3的负极相连，另一端与所述电源单元3相连；

[0054] 所述锂电池储能模块单元2的负极经所述熔丝FU1通过总负动力接口(NM)与上级分布式能源系统相连。其中GND表示接地。

[0055] 本发明利用上述电路实现锂电池储能系统的自保护功能及自恢复功能的控制具体如下：

[0056] 关于自保护功能

[0057] 1、过充保护：当监测到所述锂电池储能模块单元2的电压超过过充阀值(V1)时，所述电池管理单元1通过数字量输出(简称DO)控制第一直流接触器k1断开，由于与第一直流接触器k1并联的第一二极管D1的单向导通作用，此时所述锂电池储能模块单元2的电池组只能对外放电，不接受外部对内的充电，从而确保电池组不过充；

[0058] 2、过放保护：当监测到所述锂电池储能模块单元2的电压低于过放阀值(V2)时，所述电池管理单元1通过DO控制第二直流接触器k2断开，由于与第二直流接触器k2并联的第二二极管D2的单向导通作用，此时所述锂电池储能模块单元2的电池组只能接受外部对内的充电，不能对外放电，从而确保电池组不过放；

[0059] 3、安全保护：当监测到所述锂电池储能模块单元2的电压低于安全阀值(V3)时，所述电池管理单元1通过DO控制第三直流接触器k3断开，从而所述电源单元3不再从所述锂电池储能模块单元2取电，保护电池组安全；

[0060] 4、过流保护：当监测到所述锂电池储能模块单元2的电流高于过流阀值(I1)时，若是放电过流，则所述电池管理单元1通过DO控制第二直流接触器k2断开，若是充电过流，则所述电池管理单元1通过DO控制第一直流接触器k1断开，从而实现了过流保护；

[0061] 5、温度保护：当监测到所述锂电池储能模块单元2的温度高于第一温度阀值(T1)或低于第二温度阀值(T2)时，所述电池管理单元1通过DO控制第一直流接触器k1和第二直流接触器k2同时断开，从而进行温度保护，以确保电池组在正常的温度范围内运行，保护电池组的寿命。

[0062] 关于自恢复功能

[0063] 首先，接入外激励源，通过第四二极管D4和第一开关k0，启动所述电源单元3；

[0064] 然后，由所述电源单元3唤醒所述电池管理单元1，然后所述电池管理单元1通过DO控制第二直流接触器k2断开、第一直流接触器k1闭合、第三直流接触器k3断开，使得外激励源只能对所述锂电池储能模块单元2进行充电；

[0065] 接着，当所述锂电池储能模块单元2的电压达到恢复阀值(V4)时，所述电池管理单元1通过DO控制第三直流接触器k3闭合，使得所述电源单元3的供电由外激励源供电切换为由所述锂电池储能模块单元2供电，同时闭合第二直流接触器k2，完成自恢复的过程，使得锂电池储能系统进入正常工作状态。

[0066] 另外，所述自恢复开关B1则用于在闭合时控制所述电源单元3强制从所述锂电池储能模块单元2取电，启动所述电源单元3为所述电池管理单元1供电。

[0067] 在本发明的具体实施过程中，所述电气控制单元4还可以包括电流传感器。另外，所述锂电池储能模块单元2可包括四个串联的26.4V/80Ah钛酸锂电池储能模块，从而构成一个105.6V/80Ah的钛酸锂储能单元；所述电源单元3具体可以为一个24V的直流电源，从所述锂电池储能模块单元2或外部电源取电，外部电源具体是指分布式能源太阳能发电。

[0068] 在本发明中，通过所述总正动力接口和所述总负动力接口，本发明的锂电池储能系统能够为分布式能源系统提供电气储能，起三方面作用：1)为分布式能源系统的控制系统提供电能；2)为负载提供电能；3)可平滑风力和太阳能发电的波动性和不稳定性，提高风力发电和太阳能发电质量。

[0069] 通过所述电气控制单元4可以在所述锂电池储能模块单元2发生故障时自动切断负载并进行报警；在所述锂电池储能模块单元2故障修复后，可通过所述自恢复开关B1进行启动；

[0070] 通过所述电气控制单元4还可以在所述锂电池储能模块单元2的电能耗尽至保护值时，自动切断负载，保护所述锂电池储能模块单元2防止其过放；在这种情况下，锂电池储能系统可接受分布式能源系统为其直接充电到正常启用阀值。

[0071] 虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。