一种储能模块及储能系统的制作方法

1.本技术属于电气工程技术领域，特别涉及一种储能模块及储能系统。


背景技术：

2.储能是智能电网、能源互联网、微电网、可再生能源并网的重要组成部分和关键支撑技术。储能系统目前有两种主要的拓扑形式：1.低压并联型储能系统：一般由多个1000v左右的电池簇并联组成电堆后，通过一台集中式储能变流器变换成为数百伏的交流电接入低压电网或通过变压器接入高压电网；2.高压级联型储能系统：1000v左右的电池簇通过功率模块多个级联之后直接生成数千伏或数十千伏的交流电，直接接入高压电网。这两种方式的储能系统差异巨大，通常是按完全不同的配置和方案进行设计。
3.目前两种拓扑形式的储能系统存在如下两方面问题：1)两种拓扑差异巨大，难以进行统一设计；物料难以复用，成本较高；2)电池和储能变流器脱节，未能有机融合形成一个紧凑的整体。
4.因此，亟需提出一种储能模块，可以实现基础储能模块统一和储能系统灵活重构，以解决现有技术的不足。


技术实现要素：

5.本技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种储能模块，实现储能系统拓扑重构，具有重要实用价值和意义。
6.为达到上述目的，本技术采用的技术方案如下。
7.本技术提供一种储能模块，包括：
8.拓扑重构接口；
9.功率变换单元，所述功率变换单元与所述拓扑重构接口之间具有通讯连接和动力连接，用以进行通讯和充放电；
10.电池管理单元，所述电池管理单元分别与所述拓扑重构接口和所述功率变换单元通讯连接，用以进行通讯；以及
11.电池模组单元，所述电池模组单元与所述功率变换单元动力连接，用以进行充放电。
12.可选的，在本技术一些实施例中，所述拓扑重构接口包括动力接口和通讯接口；其中，所述动力接口用于所述动力连接，所述通讯接口用于所述通讯连接。
13.所述拓扑重构接口通过所述动力接口与所述功率变换单元连接。所述拓扑重构接口通过通讯接口分别与所述电池管理单元和所述功率变换单元连接。
14.可选的，在本技术一些实施例中，所述动力接口包括三相接口和单相接口。
15.可选的，在本技术一些实施例中，所述动力接口在并联拓扑时采用所述三相接口。
16.可选的，在本技术一些实施例中，所述动力接口在串联拓扑时采用所述单相接口。
17.可选的，在本技术一些实施例中，所述通讯接口包括网络接口、串口接口和光纤接
口。
18.可选的，在本技术一些实施例中，所述通讯接口在并联拓扑时采用所述网络接口或所述串口接口。
19.可选的，在本技术一些实施例中，所述通讯接口在串联拓扑时采用所述光纤接口。
20.可选的，在本技术一些实施例中，所述功率变换单元包括：
21.一次回路，所述一次回路在并联拓扑时采用三相电路，在串联拓扑时采用单相电路；以及
22.二次回路，所述二次回路用于控制所述一次回路对所述电池模组单元进行充放电。
23.可选的，在本技术一些实施例中，所述储能模块包括多个电池模组单元，所述多个电池模组单元的连接方式为串联和/或并联。
24.可选的，在本技术一些实施例中，所述电池管理单元调节所述多个电池模组单元的连接方式；并且，所述电池管理单元与所述功率变换单元通讯连接。
25.可选的，在本技术一些实施例中，所述储能模块还包括：
26.散热系统，所述散热系统的散热回路与所述电池模组单元和所述功率变换单元连接，用以对所述电池模组单元和所述功率变换单元进行散热。
27.可选的，在本技术一些实施例中，所述储能模块还包括：
28.框架机柜，所述电池模组单元、所述电池管理单元、所述功率变换单元、所述散热系统和所述拓扑重构接口设置于所述框架机柜中。
29.可选的，在本技术一些实施例中，所述的散热系统采用风冷散热和/或液冷散热。
30.相应的，本技术还提供一种低压并联型储能系统，包括多个如上所述的储能模块，并且多个储能模块通过拓扑重构接口并联；所述拓扑重构接口采用三相接口。
31.相应的，本技术还提供一种高压级联型储能系统，包括三个单相储能系统，所述三个单相储能系统并联；每一单相储能系统包括多个如上所述的储能模块，并且多个储能模块通过拓扑重构接口串联；所述拓扑重构接口采用单相接口。
32.本技术具有以下有益效果：
33.本技术的储能模块能够形成统一设计的储能模块，使得采用该储能模块只需要进行小范围的调整即可完成低压并联和高压级联两种储能系统。本技术的储能模块能够有效简化储能系统的方案设计，显著降低储能系统的制作成本。另外，本技术储能模块中的电池和储能变流器一体，紧凑模块化设计，能够直接输出交流，还可以有效减少直流侧柜外的复杂连接，降低直流短路风险。
附图说明
34.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1是本技术实施例提供的储能模块的结构示意图；
36.图2是本技术实施例提供的低压并联型储能系统的结构示意图；
37.图3是本技术实施例提供的高压级联型储能系统的结构示意图；
具体实施方式
38.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。另外，在本技术的描述中，术语“包括”是指“包括但不限于”。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本技术，并不用于限制本技术。
39.本技术实施例提供一种储能模块及储能系统。以下分别进行详细说明。需说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。
40.请参见图1，本技术实施例提供一种储能模块，包括电池模组单元、电池管理单元、功率变换单元、拓扑重构接口。本技术实施例提供的储能模块，可以实现低压并联和高压级联两种拓扑的基础模块统一；通过对储能模块的拓扑重构可以实现不同储能系统的灵活重构。
41.进一步地，功率变换单元与拓扑重构接口之间具有通讯连接和动力连接，用以进行通讯和充放电。其中的通讯连接可以参见图1中的虚线示意，动力连接可以参见图1中的实线双箭头示意。
42.进一步地，电池管理单元分别与拓扑重构接口和功率变换单元通讯连接，用以进行通讯。其中的通讯连接可以参见图1中的虚线示意。
43.进一步地，电池模组单元与功率变换单元动力连接，用以进行充放电。其中的动力连接可以参见图1中的实线双箭头示意。
44.可以现象，在本技术实施例的储能模块中，请继续参见图1，电池管理单元、功率变换单元和拓扑重构接口互相通讯连接，用以进行通讯；而电池模组单元、功率变换单元和拓扑重构接口依次动力连接，用以进行充放电。
45.在本技术一些实施例中，拓扑重构接口包括动力接口和通讯接口。其中，动力接口用于动力连接，通讯接口用于通讯连接。具体地，拓扑重构接口通过动力接口与功率变换单元连接；拓扑重构接口通过通讯接口分别与电池管理单元和功率变换单元连接。
46.在本技术一些实施例中，动力接口包括三相接口和单相接口中的至少一种。进一步地，动力接口在并联拓扑时可以采用三相接口。进一步地，动力接口在串联拓扑时可以采用单相接口。
47.在本技术一些实施例中，通讯接口包括网络接口、串口接口和光纤接口中的至少一种。进一步地，通讯接口在并联拓扑时可以采用网络接口或串口接口。进一步地，通讯接口在串联拓扑时可以采用光纤接口。
48.在本技术一些实施例中，功率变换单元包括一次回路和二次回路中的至少一种。
49.进一步地，一次回路包括三相电路、单相电路中的至少一种。在一实施例中，一次回路在并联拓扑时可以采用三相电路。在另一实施例中，一次回路在串联拓扑时可以采用单相电路。
50.进一步地，二次回路用于控制一次回路对电池模组单元进行充放电。
51.在本技术一些实施例中，储能模块可以包括多个电池模组单元。并且，多个电池模组单元的连接方式可以为串联和/或并联。例如，多个电池模组单元的连接方式可以选用串联。又例如，多个电池模组单元的连接方式可以选用并联。又例如，多个电池模组单元中，一部分的电池模组单元的连接方式可以采用串联，另一部分的连接方式可以采用并联。
52.在本技术一些实施例中，电池管理单元可以调节多个电池模组单元的连接方式。也就是说，可以通过电池管理单元来实现电池管理。进一步地，电池管理单元与功率变换单元通讯连接。可以现象，电池管理单元可以通过功率变换单元来进一步地对电池模组单元进行管理或调节。
53.在本技术一些实施例中，请继续参见图1，储能模块还包括：散热系统。进一步地，散热系统的散热回路与电池模组单元和功率变换单元连接，用以对电池模组单元和功率变换单元进行散热。也可以说，散热系统的散热回路连接至电池模组单元和功率变换单元进行散热。
54.在本技术一些实施例中，的散热系统采用风冷散热和/或液冷散热。
55.在本技术一些实施例中，请继续参见图1，储能模块还包括：框架机柜。进一步地，框架机柜可以作为储能模块的外部框架。电池模组单元、电池管理单元、功率变换单元、散热系统和拓扑重构接口均设置于框架机柜中或框架机柜上。也就是说，电池模组单元、电池管理单元、功率变换单元、散热系统、拓扑重构接口安装于框架机柜中。
56.本技术实施例中，可以通过对储能模块的拓扑重构，例如通过对拓扑重构接口和功率变换单元的较小范围的调整来实现不同储能系统的灵活重构。详细可参见下述实施例。
57.请参见图2，本技术实施例还提供一种低压并联型储能系统，包括多个如上的储能模块。并且多个储能模块通过拓扑重构接口并联；拓扑重构接口采用三相接口。低压并联型储能系统接入三相交流电网使用。
58.进一步地，低压并联型储能系统可以包括n个储能模块。例如，低压并联型储能系统可以包括2个、3个、4个、5个、6个...n个储能模块。本技术实施例的储能模块的具体个数可以根据实际应用需求调整。每个储能模块包括电池模组单元、电池管理单元、功率变换单元、散热系统、拓扑重构接口、框架机柜等部件。具体地，储能模块中的拓扑重构接口的动力接口为三相接口，通讯接口为网络接口；功率变换单元一次回路为三相电路；散热系统为液冷散热。n个的储能模块，通过拓扑重构接口采用三相接口并联构成低压并联拓扑的储能系统，接入三相交流电网。
59.请参见图3，本技术实施例还提供一种高压级联型储能系统，包括三个单相储能系统，三个单相储能系统并联。每一单相储能系统包括多个如上的储能模块。并且多个储能模块通过拓扑重构接口串联；拓扑重构接口采用单相接口。高压级联型储能系统接入三相交流电网使用。
60.进一步地，每一单相储能系统可以包括2个、3个、4个、5个、6个...n个储能模块。储能模块的具体个数可以根据实际应用需求调整。可以想象，高压级联型储能系统包括3*n个储能模块。每个储能模块包括电池模组单元、电池管理单元、功率变换单元、散热系统、拓扑重构接口、框架机柜等部件。具体地，储能模块中的拓扑重构接口的动力接口为单相接口，通讯接口为光纤接口；功率变换单元一次回路为单相电路；散热系统为风冷散热。n个的储
能模块，通过拓扑重构接口采用单相接口串联形成单相储能系统，3个单相储能系统共同构成高压级联拓扑的储能系统，接入三相交流电网。
61.进一步地，请继续参见图3，三个单相储能系统分别为a相、b相和c相。例如，a相可以包括2个、3个、4个、5个、6个...n个储能模块。例如，b相可以包括2个、3个、4个、5个、6个...n个储能模块。例如，c相可以包括2个、3个、4个、5个、6个...n个储能模块。a相、b相和c相各自包括的储能模块的数量可以根据需求调整。
62.综上，结合图2所示的低压并联型储能系统和图3所示的高压级联型储能系统，可知本技术实施例的储能模块能够通过拓扑重构实现储能系统的灵活重构，采用统一的基础储能模块即可实现低压并联型储能系统和高压级联型储能系统两种不同系统的构建。实际应用中可以将不同的储能系统接入三相交流电网发挥作用。
63.本技术可以简化储能系统方案设计，显著降低储能系统的制作成本，实现紧凑模块化设计。并且本技术的电池和储能变流器一体，紧凑模块化设计，直接输出交流，减少直流侧柜外的复杂连接，降低直流短路风险。
64.以上实施例仅为说明本技术的技术思想，不能以此限定本技术的保护范围。所属技术领域的普通技术人员应当理解到：对本技术的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本技术提出的技术思想和范围的任何修改或者等同替换均应涵盖在本技术权利要求的范围当中。