CN217427743U - 一种多相环形电池储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多相环形电池储能系统，包括1～M个储能装置，M为大于等于3的自然数；1～M个储能装置首尾相连构成一种多相环形电池储能系统；其中：所述第1个储能装置的第二端连接所述第2个储能装置的第一端，且公共端连接至多相交流输出的第一相；所述第2个储能装置的第二端连接所述第3个储能装置的第一端，且公共端连接至多相交流输出的第二相；所述第M个储能装置的第二端连接所述第1个储能装置的第一端，且公共端连接至多相交流输出的第M相。本储能系统具有结构简单、可扩展性强、模块化程度高的特点。

Description

一种多相环形电池储能系统

技术领域

本实用新型涉及电池储能系统技术领域，具体地，涉及一种多相环形电池储能系统。

背景技术

近年来，电池储能技术获得了快速的发展和应用。电池储能技术路线多种多样，如电压并网的两电平电池储能系统、中压并网的三电平电池储能系统和可以实现从低压到高压并网的模块化电池储能系统。其中模块化电池储能系统避免了功率开关器件和储能电池的直接大规模串联，可扩展性强，输出电能质量好，模块化易于维护，是实现大容量电池储能的最有前景的形式之一。

但是，传统的电池储能系统只能输出三相电压，无法输出任意相电压，因此无法满足一些特殊场景下的供电需求。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种多相环形电池储能系统，以解决传统电池储能系统只能三相电压输出的局限性。

为实现上述目的，本实用新型提供一种多相环形电池储能系统，包括1～M个储能装置，M为大于等于3的自然数；所述1～M个储能装置首尾相连构成一种多相环形电池储能系统；其中：所述第1个储能装置的第二端连接所述第2个储能装置的第一端，且公共端连接至多相交流输出的第一相；所述第2个储能装置的第二端连接所述第3个储能装置的第一端，且公共端连接至多相交流输出的第二相；所述第M个储能装置的第二端连接所述第1个储能装置的第一端，且公共端连接至多相交流输出的最后一相。上述环形的相邻两个储能装置中，其中一个储能装置的第一端连接到另一个储能装置的第二端。

可选地，每个所述储能装置包括多个串联的储能单元。

可选地，所述储能单元包括储能器件、逆变器、第一电感和第二电感，所述储能器件包括正极和负极，所述逆变器包括直流正极输入端、直流负极输入端、第一交流输出端和第二交流输出端，其中：所述储能器件的正极连接所述逆变器的直流正极输入端，所述储能器件的负极连接所述逆变器的直流负极输入端，所述逆变器的第一交流输出端连接所述第一电感的一端，所述逆变器的第二交流输出端连接所述第二电感的一端，所述第一电感的另一端作为所述储能单元的第一端，所述第二电感的另一端作为所述储能单元的第二端。

可选地，所述储能器件为蓄电池。

可选地，所述1～M个储能装置，每个储能装置中包含的储能单元数量相等。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

本实用新型上述的多相环形电池储能系统，每个储能单元的输出交流电压基波的相位均相较相邻的其它储能单元相差固定的角度，并且满足上述角度与系统所包含储能单元数量的乘积为2*π，因为每个储能装置所包含的储能单元数量相同，因此每个储能装置的输出交流电压基波的相位均相较相邻的其它储能装置相差固定的角度，因此所述储能系统能输出多相的交流输出。若要在不改变系统容量和系统输出电压的情况下调整系统的输出相数，只要调整系统包含的储能装置的数量即可。因此本储能系统具有结构简单、可扩展性强、模块化程度高的特点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型一实施例中多相环形电池储能系统结构示意图；

图2为本实用新型一实施例中储能装置结构示意图；

图3为本实用新型一实施例中储能单元结构示意图；

图4为本实用新型另一实施例中储能单元结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

请参阅图1，一种多相环形电池储能系统，包括1～M个储能装置，如图1中所示，包括第1个储能装置10、第2个储能装置20……第M个储能装置M0，具体地，储能装置连接成环，也即，

第1个储能装置10的第二端连接第2个储能装置20的第一端，且公共端连接至多相交流输出的第一相，第2个储能装置20的第二端连接第3个储能装置30的第一端，且公共端连接至多相交流输出的第二相，……，以此类推，第M个储能装置M0的第二端连接第1个储能装置10的第一端，且公共端连接至多相交流输出的最后一相。值得注意的是储能的第一端和第二端是不是任意的，第一端为储能装置输出的正极，第二端为储能装置输出的负极。一个储能装置的第一端必须连接到另一个储能装置的第二端。本实施例上述的储能系统具有结构简单、可扩展性强、模块化程度高的特点。

请参阅图2，在一个实施例中，各储能装置包括多个串联的储能单元。具体地，第1个储能装置、第2个储能装置……第M个储能装置均包括多个串联的电池储能单元。

应当指出的是，在一个实施例中，各储能装置所包括的储能单元数量相等。储能装置的输出交流电压基波的相位均相较相邻的其它储能装置相差固定的角度，因此整个储能系统能输出多相的交流输出。

具体地，储能单元包括储能器件B1、逆变器CV1、第一电感L1和第二电感L2。储能器件B1的第一端连接逆变器CV1的第一端，储能器件B1的第二端连接逆变器的CV1第二端，逆变器CV1的第三端连接第一电感L1的第一端，逆变器CV1的第四端连接第二电感L2的第一端，第一电感L1的第二端作为储能单元的第一端，第二电感L2的第二端作为储能单元的第二端；具体地，逆变器CV1的直流正极输入端作为逆变器CV1的第一端，逆变器CV1的直流负极输入端作为逆变器CV1的第二端，逆变器CV1的交流输出第一端作为逆变器CV1的第三端，逆变器CV1的交流输出第二端作为逆变器CV1的第四端。储能器件B1的正极作为储能器件的第一端，储能器件B1的负极作为储能器件的第二端。

本实施例通过第一电感L1和第二电感L2的设置，可进一步对交流侧的电流谐波进行滤除，保证储能电路的工作可靠性。在一个较为详细的实施例中，第一电感L1和第二电感L2可以采用0.25mH的电感。

可以理解，储能器件B1的具体类型并不是唯一的，在一个实施例中，储能器件B1为蓄电池。进一步地，可采用钛酸锂电池作为储能器件B1。在一个较为详细的实施例中，所采用高的钛酸锂电池的额定电压48V，标称容量55Ah。

上述的多相环形电池储能系统包括M个储能装置，每个储能装置包括N个储能单元，其中N为正自然数，每个储能单元的输出交流电压基波的相位均相较相邻的其它储能单元相差2*π/(M*N)，因此每个储能装置的输出交流电压基波的相位均相较相邻的其它储能装置相差2*π/M，因此储能系统能输出M相的交流输出。

进一步地，设要实现的输出电压有效值为U，则每个储能单元的输出交流电压基波有效值应设置为2*πU/(M*N)。若要在不改变系统容量和系统输出电压U的情况下调整系统的输出相数，只要调整系统包含的储能装置的数量M即可。因此本储能系统具有结构简单、可扩展性强、模块化程度高的特点。

上述实施例中，逆变器CV1的具体类型并不是唯一的，逆变器CV1可以是任意的单相四端口逆变器，包括但不限于两电平H桥逆变器、三电平I型逆变器和三电平T型逆变器。

请参阅图3，在一个实施例中，逆变器CV1采用两电平的H桥结构，逆变器CV1包括第一开关器件T1、第二开关器件T2、第一续流二极管D1、第二续流二极管D2和滤波电容C1，第一开关器件T1的控制端和第二开关器件T2的控制端分别用于连接外部控制装置，开关器件T1的第一端连接第一续流二极管D2的阴极和滤波电容C1的第一端，第一开关器件T1的第二端连接第一续流二极管D1的阳极和第二开关器件T2的第一端，第二续流二极管D2的阴极连接第二开关器件T2的第一端，第二开关器件T2的第二端连接第二续流二极管D2的阳极和滤波电容C1的第二端。第一开关器件T1的第一端作为逆变器CV1的第一端，第二开关器件T2的第二端作为逆变器CV1的第二端和第四端，第一开关器件T1的第二端作为逆变器CV1的第三端。

可以理解，第一开关器件T1与第二开关器件T2的具体类型并不是唯一的，只要能够根据外部控制装置发出的信号进行调制输出即可。例如，在一个实施例中，第一开关器件T1和第二开关器件T2均为金属氧化物半导体场效应管。

具体地，金属氧化物半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)，依照其沟道极性的不同，可分为电子占多数的N沟道型与空穴占多数的P沟道型，通常被称为N型金属氧化物半导体场效应管(NMOSFET)与P型金属氧化物半导体场效应管(PMOSFET)，具体采用何种类型的MOSFET，可由用户结合具体场景进行不同选择。

在一个实施例中，为了保证储能电路能够在较高电压环境下使用，所选用的MOSFET的耐压值应当为100V-150V。进一步地，在一个较为详细的实施例中，选用型号为SFG180N10PF的功率MOSFET作为储能单元的开关器件，其可允许通过的连续漏极电流为180A，能承受的脉冲漏极电流为540A。

具体地，为了保证稳压效果，在一个较为详细的实施例中，滤波电容C1可以设置为6800uF。

请继续参阅图4，在另一个实施例中，逆变器CV1采用三电平T型结构,逆变器CV1包括第一开关器件T1、第二开关器件T2、第三开关器件T3、第四开关器件T4、第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4、滤波电容C1和滤波电容C2，第一开关器件T1、第二开关器件T2、第三开关器件T3和第四开关器件T4的控制端分别用于连接外部控制装置，开关器件T1的第一端连接第一续流二极管D2的阴极和滤波电容C1的第一端，第一开关器件T1的第二端连接第一续流二极管D1的阳极、第二开关器件T2的第一端和第三续流二极管D3的阳极，第二续流二极管D2的阴极连接第二开关器件T2的第一端，第二开关器件T2的第二端连接第二续流二极管D2的阳极和滤波电容C2的第二端，第三开关器件T3的第二端连接第三续流二极管D3的阳极，第三开关器件T3的第三端连接第三续流二极管D3的阴极和第四续流二极管D4的阴极，第四开关器件T4的第一端连接第四续流二极管D4的阴极，第四开关器件T4的第二端连接第四续流二极管D4的阳极、第一滤波电容C1的第二端和第二滤波电容C2的第一端。第一开关器件T1的第一端作为逆变器CV1的第一端，第二开关器件T2的第二端作为逆变器CV1的第二端，第一开关器件T1的第二端作为逆变器CV1的第三端，第四开关器件T4的第二端作为逆变器CV1的第四端。

可以理解，第一开关器件T1、第二开关器件T2、第三开关器件T3和第四开关器件T4的具体类型并不是唯一的，只要能够根据外部控制装置发出的信号进行调制输出即可。例如，在一个实施例中，第一开关器件T1、第二开关器件T2、第三开关器件T3和第四开关器件T4均为金属氧化物半导体场效应管。

在一个实施例中，为了保证储能电路能够在较高电压环境下使用，所选用的MOSFET的耐压值应当为100V-150V。进一步地，在一个较为详细的实施例中，选用型号为SFG180N10PF的功率MOSFET作为储能单元的开关器件，其可允许通过的连续漏极电流为180A，能承受的脉冲漏极电流为540A。

具体地，为了保证稳压效果，在一个较为详细的实施例中，滤波电容C1和滤波电容C2可以设置为6800uF。

为了便于理解本申请的各个实施例，下面结合具体实施例对本申请进行解释说明。本实施例的电池储能系统应用在60kW/380V六相交流输出的电池储能系统。本实施例的环形储能系统包括6个首尾相接的储能装置，按照图1的方式构成整个储能系统。本实施例的每个储能装置包括20个串联的储能单元，按照图2的方式构成储能装置。本实施例的储能单元包括：第一开关器件T1及其续流二极管D1、第二开关器件T2及其含续流二极管D2、1个滤波电容C1、1个储能电池，以及第一电感L1、第二电感L2，按照图3的方式构成储能单元。具体地，2个开关器件T1、T2及其续流二极管D1、D2，1个滤波电容C1构成逆变器CV1。

本实施例中，储能单元的储能器件U为钛酸锂电池，额定电压48V，标称容量55Ah。由于成本和体积的限制，本实施例中选取的滤波电感为均1mH。储能单元的开关器件(也即第一开关器件T1和第二开关器件T2)为MOSFET，耐压为100V-150V，选用型号为SFG180N10PF的MOSFET作为储能单元的开关器件，其可允许通过的连续漏极电流为180A，能承受的脉冲漏极电流为540A。2个MOSFET按半桥结构连接，与滤波电容C1和蓄电池并联，滤波电容C1的容量为6800uF。

本实施例的多相环形电池储能系统包括6个储能装置，每个储能装置包括20个储能单元，每个储能单元的输出交流电压基波的相位均相较相邻的其它储能单元相差π*60，因此每个储能装置的输出交流电压基波的相位均相较相邻的其它储能装置相差π*3，因此储能系统能输出六相的交流输出。要实现的输出电压有效值为380V，则每个储能单元的输出交流电压基波有效值应设置为20V。

本实用新型上述实施例中的储能系统具有结构简单、可扩展性强、模块化程度高的特点。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。

Claims (10)

1.一种多相环形电池储能系统，其特征在于，包括1～M个储能装置，M为大于等于3的自然数；所述1～M个储能装置相连成环形，构成一种多相环形电池储能系统；其中：

所述第1个储能装置的第二端连接所述第2个储能装置的第一端，且公共端连接至多相交流输出的第一相；

所述第2个储能装置的第二端连接所述第3个储能装置的第一端，且公共端连接至多相交流输出的第二相；

所述第M个储能装置的第二端连接所述第1个储能装置的第一端，且公共端连接至多相交流输出的第M相；

上述环形的相邻两个储能装置中，其中一个储能装置的第一端连接到另一个储能装置的第二端。

2.根据权利要求1所述的多相环形电池储能系统，其特征在于，每个所述储能装置包括多个串联的储能单元。

3.根据权利要求2所述的多相环形电池储能系统，其特征在于，所述储能单元包括储能器件、逆变器、第一电感和第二电感，所述逆变器包括直流正极输入端、直流负极输入端、第一交流输出端和第二交流输出端，其中：所述储能器件的正极连接所述逆变器的直流正极输入端，所述储能器件的负极连接所述逆变器的直流负极输入端，所述逆变器的第一交流输出端连接所述第一电感的一端，所述逆变器的第二交流输出端连接所述第二电感的一端，所述第一电感的另一端作为所述储能单元的第一端，所述第二电感的另一端作为所述储能单元的第二端。

4.根据权利要求3所述的多相环形电池储能系统，其特征在于，所述储能器件为蓄电池。

5.根据权利要求2所述的多相环形电池储能系统，其特征在于，所述1～M个储能装置，每个储能装置中包含的储能单元数量相等。

6.根据权利要求3所述的多相环形电池储能系统，其特征在于，每个所述储能单元的输出交流电压基波的相位均相较相邻的所述储能单元相差固定的角度，并且满足上述角度与储能系统所包含储能单元数量的乘积为2*π，π为圆周率。

7.根据权利要求3所述的多相环形电池储能系统，其特征在于，所述逆变器是任意的单相四端口逆变器，包括两电平H桥逆变器、三电平I型逆变器和三电平T型逆变器中任一种。

8.根据权利要求7所述的多相环形电池储能系统，其特征在于，所述逆变器采用两电平的H桥结构；所述逆变器包括第一开关器件T1、第二开关器件T2、第一续流二极管D1、第二续流二极管D2和滤波电容C1，第一开关器件T1的控制端和第二开关器件T2的控制端分别用于连接外部控制装置，开关器件T1的第一端连接第一续流二极管D2的阴极和滤波电容C1的第一端，第一开关器件T1的第二端连接第一续流二极管D1的阳极和第二开关器件T2的第一端，第二续流二极管D2的阴极连接第二开关器件T2的第一端，第二开关器件T2的第二端连接第二续流二极管D2的阳极和滤波电容C1的第二端；第一开关器件T1的第一端作为逆变器CV1的第一端，第二开关器件T2的第二端作为逆变器CV1的第二端和第四端，第一开关器件T1的第二端作为逆变器CV1的第三端。

9.根据权利要求7所述的多相环形电池储能系统，其特征在于，所述逆变器采用三电平T型结构；所述逆变器包括第一开关器件T1、第二开关器件T2、第三开关器件T3、第四开关器件T4、第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4、滤波电容C1和滤波电容C2，第一开关器件T1、第二开关器件T2、第三开关器件T3和第四开关器件T4的控制端分别用于连接外部控制装置，开关器件T1的第一端连接第一续流二极管D2的阴极和滤波电容C1的第一端，第一开关器件T1的第二端连接第一续流二极管D1的阳极、第二开关器件T2的第一端和第三续流二极管D3的阳极，第二续流二极管D2的阴极连接第二开关器件T2的第一端，第二开关器件T2的第二端连接第二续流二极管D2的阳极和滤波电容C2的第二端，第三开关器件T3的第二端连接第三续流二极管D3的阳极，第三开关器件T3的第三端连接第三续流二极管D3的阴极和第四续流二极管D4的阴极，第四开关器件T4的第一端连接第四续流二极管D4的阴极，第四开关器件T4的第二端连接第四续流二极管D4的阳极、第一滤波电容C1的第二端和第二滤波电容C2的第一端；第一开关器件T1的第一端作为逆变器CV1的第一端，第二开关器件T2的第二端作为逆变器CV1的第二端，第一开关器件T1的第二端作为逆变器CV1的第三端，第四开关器件T4的第二端作为逆变器CV1的第四端。

10.根据权利要求9所述的多相环形电池储能系统，其特征在于，第一开关器件T1、第二开关器件T2、第三开关器件T3和第四开关器件T4均为金属氧化物半导体场效应管。

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