一种储能电池舱防反接检测装置及检测控制方法与流程

本发明属于储能，具体涉及一种储能电池舱防反接检测装置及检测控制方法。

背景技术：

1、在储能即将进入规模化发展之时，如何解决储能系统安全隐患成为储能系统设计亟待解决的问题。目前电池储能舱的安全设计主要集中于bms(battery managementsystem电池管理系统)系统保护、消防系统的设计，而忽略了储能舱在实际生产装配、工程接线及检修运维的过程中，可能存在正负极反接导致电池簇单元上电或汇流柜开关闭合时出现短路故障的情况。

2、储能系统中可能的存在几种正负极反接的情况：

3、情况一：电池簇单元与汇流柜之间出现反接(簇间反接)，如图1所示；

4、情况二：汇流排与pcs(power conversion system储能逆变器)之间出现反接(堆外反接)，如图2所示。

5、簇间反接状况：

6、汇流排上连接多个电池簇单元，若电池簇单元与汇流柜之间出现反接，电池簇上电后会造成一个或几个支路的电池簇单元正负极反接短路的情况。

7、堆外部分反接状况：

8、储能系统汇流排与pcs系统bat+/bat-主排之间正负极需要多根线缆连接，当汇流排与pcs之间出现全部反接时，汇流柜开关闭合后不会造成p+/p-母排短路，此类情况由pcs系统进行极性检测，避免发生事故。当出现部分线缆反接的情况下，等效于汇流柜pcs侧母排p+/p-出现了短接情况，当汇流柜开关闭合时造成短路故障。

9、上述两种反接情况都会形成电池系统的安全隐患。

10、申请公开号为cn103545804a的中国发明专利申请《一种直流输入端防反接保护电路和方法、直流输入设备》采用在直流正负端口之间并联电压检测单元，根据检测结果判定正负极是否短接，如判定反接，则控制单元将保持回路开关断开；如判定正接，则控制单元允许回路开关闭合。同时，该技术方案还包含电流检测单元，在回路开关闭合后，电流检测单元可以根据电流方向判定是否反接，提供多重检测。

11、该技术方案具有如下缺陷：

12、首先，该技术方案仅适用于单一直流端口的反接检测。如应用在集中式布置的储能系统结构，多个电池簇单元通过高压箱在汇流柜处并联接入汇流箱，则需要增加多个电压检测单元和电流检测单元，成本较高；

13、其次，如出现汇流排与pcs之间出现反接的情况一，电流检测单元无法检测到反接电流，此时该方案无法有效识别故障并实施保护措施。

14、申请公开号为cn109217435a的中国发明专利申请《一种储能逆变器用预充防反电路》采用在储能pcs预充电回路串入二极管，当电池正负极反接时，预充电回路无法对pcs电容进行充电，pcs控制单元无法检测到充电完成状态，进而不会闭合主接触器，达到防反接保护的目的。

15、该技术方案具有如下缺陷：

16、首先，该技术方案在pcs柜体内实施，仅可检测到汇流排与pcs之间出现反接的情况，无法检测到其他反接情况；

17、其次，当出现电池反接时，控制单元仅能得到“预充电未完成”的状态，该状态可有多种原因导致，无法直接判定反接状态。

18、申请公开号为cn102496923a的中国发明专利申请《一种防反接保护的输入电路》采用在直流侧主接触器处并联一个检测支路，该支路由二极管、开关和电阻组成；同时电压检测单元接入接触器后级回路。直流侧上电时，先闭合检测支路的开关，电压检测单元根据采集到的电压极性，判定直流侧是否反接。如果反接，控制单元不会闭合主接触器；如果正接，则闭合主接触器。二极管和电阻分别起到保护和限流的作用。

19、该技术方案具有如下缺陷：

20、首先，该技术方案仅能检测主接触器一侧汇流排的反接情况，不适合集中式储能汇流柜的两级汇流结构；

21、其次，该技术方案主回路中存在电流，不利于系统安全；

22、最后，该技术方案的检测支路除了包含开关和电阻外，还需要二极管进行反接保护和限流，硬件成本较高。

23、申请公开号为cn105977952a的中国发明专利申请《一种防反接保护电路》针对汇流柜内每个直流支路均设计一个检测开关，用于支路电压检测，控制单元将检测结果与预设阈值进行比较，判断是否存在反接。同时还可以设计两级阈值，根据不同反接情况，进行分级报警。

24、该技术方案具有如下缺陷：

25、首先，该技术方案每条直流支路都要增加检测开关，成本较高；

26、其次，该技术方案仅适用于汇流排与pcs之间出现全部反接的情况；

27、最后，该技术方案应用领域为光伏组件配套的汇流柜，不适用于储能系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有储能电池舱防反接装置适用情况单一，成本较高的缺陷。

2、为了实现上述目的，本发明提出了一种储能电池舱防反接检测装置，所述储能电池舱包括多个电池簇单元，每个电池簇单元经过与对应高压箱串联后，在汇流柜处并联，经汇流柜开关后接入pcs系统；

3、所述汇流柜包括电池侧汇流排和pcs侧汇流排；电池侧汇流排和pcs侧汇流排分别包括正极和负极；电池侧汇流排正极一端连接所有电池簇单元的正极，另一端经汇流开关连接pcs侧汇流排正极；电池侧汇流排负极一端连接所有电池簇单元的负极，另一端经汇流开关连接pcs侧汇流排负极；pcs侧汇流排连接pcs系统；

4、其特征在于，所述装置包括簇间防反接检测回路和堆外防反接检测回路；

5、所述簇间防反接检测回路包括：串联在电池簇正极和电池侧汇流排正极之间的主正接触器、串联在电池簇负极和电池侧汇流排负极之间的主负接触器，以及与主正开关并联的预充电路；所述预充电路包括串联的预充接触器和预充电阻；

6、所述堆外防反接检测回路包括：电池侧汇流排和pcs侧汇流排之间的主开关qf、并联在电池侧汇流排正极和pcs侧汇流排正极之间的接触器k1和检测电阻、并联在电池侧汇流排负极和pcs侧汇流排负极之间的接触器k3，以及并联在pcs侧汇流排正负极之间的接触器k2和电压检测模块。

7、本发明还提供一种储能电池舱防反接检测控制方法，基于上述装置实现，所述方法包括：

8、步骤a1：闭合第一簇电池单元正极与电池侧汇流排负极之间的预充接触器，闭合所有的主负接触器；

9、步骤a2：采集各簇电池侧汇流排正负极之间的电压差和各簇电池单元正负极之间的电压差；

10、步骤a3：判断接线是否异常：当各簇电池侧汇流排正负极之间的电压差大于第一设定阈值时，接线正确，电池与汇流排之间闭合电路；若某簇电池侧汇流排正负极之间的电压差小于第一设定阈值时，则此簇接线异常。

11、作为上述方法的一种改进，所述第一设定阈值为：电池簇单元电压*90％。

12、作为上述方法的一种改进，所述电池与汇流排之间闭合电路，具体包括：

13、闭合所有预充接触器，延时闭合所有主正接触器，再延时断开所有预充接触器。

14、作为上述方法的一种改进，所述方法还包括：

15、步骤a4：电池与汇流排之间闭合电路之后，闭合接触器k1、k2、k3；

16、步骤a5：电压检测模块检测pcs汇流排正负极之间的电压，若检测到电压小于第二设定阈值，判定pcs侧汇流排正负极之间短路；若检测到电压大于第二设定阈值，判定pcs侧汇流排正负极接线正常，汇流排闭合电路。

17、作为上述方法的一种改进，所述第二设定阈值为：电池簇电压*10％。

18、作为上述方法的一种改进，所述汇流排闭合电路，具体包括：

19、闭合汇流主开关qf，延时断开接触器k1、k2、k3。

20、与现有技术相比，本发明的优势在于：

21、1、对于簇间防反接，可以同时检测所有簇的接线是否正确，提高检测效率，缩短高压箱上电时间；检测过程中各回路无电流，安全性高。

22、2、对于堆外部分反接，由于pcs的bat+/bat-排之间具备电池电压检测回路，阻抗值不是无穷大，并且每个pcs厂家设计的电压检测回路阻值都不一致，本防反检测回路并联于汇流柜p+/p-,检测判据不受pcs侧阻值的限制，不会造成误判，适用性高；防反检测回路采用合理的测量电阻，回路中最大电流在1.5ma以下，同时在测试结束后检测回路完全切除，电池舱在投入运行后，不会造成功率损耗。

23、3、本技术提供的防反接检测装置回路设计简洁合理、控制策略高效可靠，能够有效避免因簇间反接及堆外反接造成短路事故，提升电池储能系统的安全性和可靠性。

24、4、检测回路电流为毫安级别，安全性较高，检测完成后回路全部切除，投运后不会造成功率损耗。