一种可切换的电力储能系统的制作方法
【专利摘要】一种可切换的电力储能系统，包括：多个储能单元，并联连接，每一储能单元包括多个并联的电池簇；一充电单元，与供电系统连接；一变流单元，用于将所述供电系统输出的交流电转换为直流电存入所述电池簇，并将所述电池簇中的直流电转换成交流电供用电负荷使用；一切换单元，分别与所述储能单元对应，连接所述充电单元；及一管理单元，与所述多个储能单元和所述切换单元相连，用于管理所有所述储能单元和发送控制指令至所述切换单元。
【专利说明】—种可切换的电力储能系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及储能领域，尤其涉及一种可切换的电力储能系统。
【背景技术】
[0002]大型火、水等发电厂均为均衡发电，而工厂等用电负荷使用电能主要集中在白天，家庭用户也大多在上半夜时段使用电能，导致夜间发电厂所发电能利用率不高，午夜后到凌晨用电量更少。怎样将发电厂夜间所发电能充分利用，是政府各部门以及企业一直努力想解决的问题。目前，电力储能系统是解决此问题的一种方法。电力储能系统通过在电网低谷期间充电储能，在用电高峰期间放电供用电负荷使用，不仅满足用电调峰的需求，也提高了电厂运行效率，还大大降低了企业成本。
[0003]然而，现有电力储能系统内部控制系统要求高，电气控制线路复杂，大部分设计成一个管理单元控制一个储能单元，导致单位成本较高、所蓄电能有限且使用较快、运行效率无法满足用电负荷需求等问题。因此，研发一种具有多个储能单元、精密可靠的管理单元，且可按需要切换储放电能和使用的低成本电力储能系统势在必行。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种在用电低谷期间储存电能，在用电高峰期间提供电能的电力储能系统。
[0005]本实用新型的又一目的在于提供一种具有多个储能单元、可按需切换使用的电力储能系统。
[0006]本实用新型的又一目的在于提供一种电力储能系统的使用方法。
[0007]为了达到以上目的，本实用新型的技术方案是提供一种可切换的电力储能系统，包括:
[0008]多个储能单元，所述多个储能单元并联连接，其中每一所述储能单元包括多个并联的电池簇；每一所述电池簇包括多个串联的电池；
[0009]一充电单兀，包括一电力输入接口，一高压开关柜及附属设备和一变压器，该电力输入接口与供电系统的电力输出接口连接，所述供电系统提供的电能通过所述电力输入接口经过所述高压开关柜及附属设备和所述变压器的通断、变压等功能的控制和保护进入储能阶段；
[0010]一变流单元，所述变流单元为双向变流器，所述双向变流器通过整流和逆变过程实现电能量的双向转换，用于将所述供电系统输出的交流电转换为直流电存入所述储能单元的电池，和将所述储能单元的电池中的直流电转换成交流电供用电负荷使用；
[0011]一切换单元，包括一个切换端和一个控制端，其中所述切换端分别与每一所述储能单元对应；所述控制端用于接收所述切换单元进行切换的控制指令和控制所述切换端进行相应的切换，以控制所述切换端和至多一个所述储能单元连接；在所述控制端接收到控制指令后，所述切换端执行所述控制指令并与对应的所述储能单元连接或断开；[0012]一管理单元，与所述多个储能单元和所述切换单元相连，用于管理所有所述储能单元，检测所述储能单元的运行数据，并在所述运行数据达到特定的阈值后发送所述控制指令至所述切换单元，包括:
[0013]一监控端，所述监控端包括多个与对应的所述电池连接的模块管理层控制器，多个与对应的所述模块管理层控制器连接的串联管理层控制器，一个与对应的所述多个串联管理层控制器连接的并联管理层控制器，和多个与对应的所述电池连接的均衡管理控制器，其中所述模块管理层控制器用于采集所有所述电池的电压、温度信息，并将信息传送给所述串联管理层控制器，同时对所述电池进行主动式冷热管理；所述串联管理层控制器用于管理所有所述电池簇，识别所述电池簇的电流、电压、温度、存储消耗量等信息，并将信息传送给所述并联管理层控制器；所述并联管理层控制器用于管理所述多个储能单元，计算所述多个储能单元的电流、电压、温度、存储消耗量等信息；所述均衡管理控制器用于灵活调整所述多个储能单元中每一串联的不同电池间充放电的电流、电压等参数，保持电池间的动态平衡；及
[0014]一操作端，与所述监控端连接，包括一数据库存储器和一显示器操作终端，其中所述数据库存储器用于存储所述并列管理层控制器和所有所述均衡管理层控制器传送的所有信息；所述显示器操作终端用于显示所述数据库存储器的信息和手动操作发出指令；及
[0015]一装载单元，为一集装箱式的不锈钢箱体或一混凝土式建筑物，其中所述储能单元、所述切换单元、所述管理单元按照体积大小、重量大小合理均匀排布在所述装载单元内。
[0016]其中所述运行数据包括所有所述电池的电流、电压、温度和存储消耗量，以及不同电池簇间充放电的电流、电压等大小和累计存储或释放电能情况。
[0017]本实用新型还提供一种可切换的电力储能系统的使用方法，包括:
[0018]所述充电单元电力输入接口与供电系统的电力输出接口连接，所述充电单元的高压开关柜投入运行，所述管理单元自动或人为操作发出指令使与所述储能单元连接的切换端进行切换，使所述多个储能单元的第一个储能单元与所述供电系统连接，所述供电系统提供的电能经过所述充电单元的变压器和所述变流单元，并给所述多个储能单元的第一个储能单元充电，直至所述第一个储能单元充满；
[0019]所述管理单元的监控端检测到所述第一个储能单元充满时，所述管理单元自动或人为操作发出指令使与所述储能单元连接的切换端进行切换，使所述多个储能单元的第二个储能单元与所述供电系统连接，所述供电系统提供的电能经过所述充电单元的变压器和所述变流单元，给所述多个储能单元的第二个储能单元充电；
[0020]以此类推，所述切换单元不断切换直至所有储能单元充满电能，当所述管理单元的监控端检测到所述多个储能单元全部充满电能时，所述管理单元自动或人为操作发出指令让所述切换单元复位并停止充电；
[0021 ] 用电负荷需要在高峰期使用电能且储能系统与用电负荷已经连接，所述管理单元自动或人为操作发出指令使与所述储能单元连接的切换端进行切换，使所述多个储能单元的第一个储能单元与用电负荷连接，由所述多个储能单元的第一个储能单元提供电能并经过所述变流单元后供所述用电负荷使用；
[0022]所述管理单元的监控端检测到所述多个储能单元的第一个储能单元储存的电能耗尽时，所述管理单元自动或人为操作发出指令使与所述储能单元连接的切换端进行切换，使所述多个储能单元的第二个储能单元与用电负荷连接，由所述多个储能单元的第二个储能单元提供电能并经过所述变流单元后供所述用电负荷使用；
[0023]以此类推，直至用电负荷不需要使用电能或当所述管理单元的监控端检测到所述多个储能单元所储存电能全部耗尽时，所述管理单元自动或人为操作发出指令让所述切换单元复位并停止供电。
[0024]本实用新型采用一种较大功率的多储能单元、可切换使用的电力储能系统，改变了现有电力储能系统一个管理单元控制一个储能单元的设计，让一个管理单元控制多个储能单元，使整个系统的运行效率比原来提高数倍，但制造成本增加却较少，大大降低了企业的运行成本且符合国家节能减排的政策，具有广泛的应用前景。若本实用新型的电力储能系统设计成一个管理单元控制六个1MW的储能单元，总制造成本约需700万元，平均每MW成本为116万元，单位成本比原一个管理单元控制一个储能单元即1MW储能系统475万元成本降低了约75 %，且整个储能系统的运行效率比原来提高了 6倍；1丽储能单元每次存满电能的时间约为1小时，6个储能单元的储能系统通过切换正好能充分利用目前我国晚间约为6小时的优惠电价时间段进行充电储能。
[0025]本实用新型的这些目的，特点，和优点将会在下面的【具体实施方式】，附图，和权利要求中详细的揭露。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为根据本实用新型的一较佳实施例的电力储能系统的结构示意图。
[0027]图2为根据本实用新型的所述较佳实施例的所述电力储能系统的充电单元结构示意图。
[0028]图3为根据本实用新型的所述较佳实施例的所述电力储能系统的切换单元结构示意图。
[0029]图4为根据本实用新型的所述较佳实施例的所述电力储能系统的管理单元结构示意图。
[0030]图5为根据本实用新型的所述较佳实施例的所述电力储能系统的使用方法示意图。
【具体实施方式】
[0031]如图1所示，依据本实用新型的一较佳实施例，一种可切换的电力储能系统1，包括:
[0032]多个储能单元11，并联连接，其中每一所述储能单元包括多个并联的电池簇111 ；每一所述电池簇包括多个串联的电池1111 ；
[0033]一充电单元12，与供电系统连接；
[0034]一变流单元13，用于将所述供电系统输出的交流电转换为直流电存入所述电池1111，并将所述电池1111中的直流电转换成交流电供用电负荷使用；
[0035]一切换单元14，与所述储能单元11和所述变流单元13连接，用于接收控制指令并依照所述控制指令与对应的所述储能单元11连接或断开；[0036]一管理单元15，与所述多个储能单元11和所述切换单元14相连，用于管理所有所述储能单元11，检测所述储能单元11的运行数据，并在所述运行数据达到特定的阈值后发送所述控制指令至所述切换单元14 ;及
[0037]一装载单元16，其中所述储能单元11、所述切换单元14、所述管理单元15按照体积大小、重量大小合理均匀排布在所述装载单元16内。
[0038]其中，所述运行数据包括所有所述电池的电流、电压、温度和存储消耗量，以及不同电池簇间充放电的电流、电压等大小和累计存储或释放电能情况。
[0039]如图2所不,所述充电单兀12包括一电力输入接口 121, —闻压开关柜及附属设备122和一变压器123，其中所述电力输入接口 121与供电系统的电力输出接口连接；所述供电系统提供的电能通过所述电力输入接口 121经过所述高压开关柜及附属设备122和所述变压器123的通断、变压等功能的控制和保护进入储能阶段。
[0040]如图3所示，所述切换单元14包括一个切换端141和一个控制端142，其中所述切换端141包括与多个储能单元数量11相对应的切换点1411,其中所述多个切换点1411分别与所述多个储能单元的每一个储能单元11对应；且至多一个所述切换点1411和其对应的所述储能单元11连接；所述控制端用于接收所述切换单元14进行切换的控制指令和控制所述切换端141进行相应的切换，以控制至多一个所述切换点1411和对应的所述储能单兀11连接；在所述控制端142接收到控制指令后，所述切换端141执彳了与对应的所述储能单元11连接或断开。
[0041]如图4所示，所述管理单元15包括:
[0042]一监控端151，所述监控端包括多个与对应电池1111连接的模块管理层控制器1511，多个与对应的所述模块管理层控制器1511连接的串联管理层控制器1512，一与对应的所述多个串联管理层控制器1512连接的并联管理层控制器1513，和多个与对应的所述电池1111连接的均衡管理控制器1514，其中所述模块管理层控制器1511用于采集所述多个单体电池1111的电压、温度信息，并将信息传送给所述串联管理层控制器1512，同时对所述电池1111进行主动式冷热管理；所述串联管理层控制器1512用于管理所述多个电池簇111，识别所述电池簇111的电流、电压、温度、存储消耗量等信息，并将信息传送给所述并联管理层控制器1513 ;所述并联管理层控制器1513用于管理所述多个储能单元11，计算所述多个储能单元11的电流、电压、温度、存储消耗量等信息；所述均衡管理控制器1514用于灵活调整所述多个储能单元11中每一串联的不同电池1111间充放电的电流、电压等大小和累计存储或释放电能情况，保持电池1111间的动态平衡；及
[0043]一操作端152，包括一数据库存储器1521和一显示器操作终端1522，其中所述数据库存储器1521用于存储所述并联管理层控制器1513和所述多个均衡管理控制器1514传送的所有信息；所述显示器操作终端1522用于显示所述数据库存储器1521的信息和手动操作发出指令。
[0044]所述可切换的电力储能系统1可以如下具体实施。
[0045]一种5兆瓦时的可切换的电力储能系统，包括:
[0046]十个500千瓦时的储能单元，每一个所述500千瓦时储能单元独立集成在一个电池柜单元内；首先由54串200Ah单体串联，然后共四串这样的电池组并联，组成一个所述500Kffh储能单元；[0047]—充电单兀，包括一电力输入接口，一 10kV高压柜及附属设备，和一台容量为1250kVA、10/0.4kV站用干式降压变压器，该电力输入接口与供电系统的电力输出接口连接，所述供电系统提供的电能通过所述电力输入口经过所述高压柜及附属设备和所述变压器的通断、变压等功能的控制和保护进入储能阶段；
[0048]一储能双向变流器(PCS)，包括整流/逆变模块，直流侧断路器，交流侧断路器和内置耦合变压器，其中所述整流/逆变模块最多可并联32组功率模块，最大单机容量可达到10丽的双向变流能力；
[0049]一切换单元，分别与所述充电单元和所述十个储能单元连接，包括一个切换端和一个控制端，其中所述切换端包括十个切换点，其中所述十个切换点分别与所述十个储能单元对应；且至多一个所述切换点和其对应的所述储能单元连接；所述控制端用于接收所述切换单元进行切换的控制指令和控制所述切换端进行相应的切换，以控制至多一个所述切换点和对应的所述储能单兀连接；在所述控制端接收到控制指令后，所述切换端执彳丁并与对应的所述储能单元连接或断开；
[0050]一管理单元，分别与所述十个储能单元和所述切换单元相连，主要包括:模块管理层控制器(BMU)、串联管理层控制器(B⑶)和阵列管理层控制器(BAU)、有源主动均衡控制器、嵌入式监控系统和后台数据库 '及
[0051]一集装箱式的不锈钢箱体，其中所述十个储能单元、所述切换单元、所述管理单元按照体积大小、重量大小合理均匀排布在所述不锈钢箱体内。
[0052]其中，所述10kV高压柜及附属设备为一 KYN28A-12型手车式金属铠装封闭式开关柜，具体技术参数如表1。
[0053]表1 KYN28A-12型手车式金属铠装封闭式开关柜技术参数
【权利要求】
1.一可切换的电力储能系统，其特征在于包括:多个储能单元，并联连接，其中每一所述储能单元包括多个并联的电池簇；每一所述电池簇包括多个串联的电池；一充电单元，与供电系统的电力输出接口连接，其中所述供电系统提供的电能通过所述充电单元进入储能阶段；一变流单元，用于将所述供电系统输出的交流电转换为直流电存入所述储能单元的电池，并将所述储能单元的电池中的直流电转换成交流电供用电负荷使用；一切换单元，包括一个切换端和一个控制端，其中所述切换端分别与每一所述储能单元对应；所述控制端用于接收所述切换单元进行切换的控制指令和控制所述切换端进行相应的切换，以控制所述切换端与至多一个所述储能单元连接；在所述控制端接收到所述控制指令后，所述切换端执行与对应的所述储能单元连接或断开 '及一管理单元，与所述多个储能单元和所述切换单元相连，用于管理所有所述储能单元，监测所述储能单元的运行数据，并在所述运行数据达到特定的阈值后发送所述控制指令至所述切换单元，其中 所述数据包括所有所述电池的电流、电压、温度和存储消耗量，以及不同电池簇充放电的电流、电压等大小和累计存储或释放电能情况。
2.如权利要求1所述的电力储能系统，其特征在于所述管理单元包括:一监控端，所述监控端包括多个与对应的所述电池连接的模块管理层控制器，多个与对应的所述模块管理层控制器连接的串联管理层控制器，一个与对应的所述多个串联管理层控制器连接的并联管理层控制器，和多个与对应所述电池连接的均衡管理控制器，其中所述模块管理层控制器用于采集所述多个储能单元中单体电池的电压、温度信息，并将信息传送给所述串联管理层控制器，同时对电池进行主动式冷热管理；所述串联管理层控制器用于管理每一所述电池簇，识别所述电池簇的电流、电压、温度、存储消耗量等信息，并将信息传送给所述并联管理层控制器；所述并联管理层控制器用于管理所述多个储能单元，计算所述多个储能单元的电流、电压、温度、存储消耗量等信息；所述均衡管理控制器用于灵活调整所述多个储能单元中每一串联的不同电池间充放电的电流、电压等参数，保持电池间的动态平衡；及一操作端，与所述监控端连接，包括一数据库存储器，和一显示器操作终端，其中所述数据库存储器用于存储所述并列管理层控制器和所有所述均衡管理控制器传送的所有信息；所述显示器操作终端用于显示所述数据库存储器的信息和手动操作发出指令。
3.如权利要求2所述的电力储能系统，其特征在于所述充电单元包括一电力输入接口，一高压开关柜及附属设备和一变压器，其中所述电力输入接口与供电系统的电力输出接口连接；所述供电系统提供的电能通过所述电力输入接口经过所述高压开关柜及附属设备和所述变压器的通断、变压等功能的控制和保护进入储能阶段。
4.如权利要求3所述的电力储能系统，其特征在于所述控制指令包括切换所述切换端，和复位所述切换端。
5.如权利要求4所述的电力储能系统，其特征在于当所述电力输入接口与所述供电系统的电力输出接口相接时，所述管理单元检测到所有所述储能单元的电能存储量为零，则发出所述控制指令至所述切换单元连接所述切换端和一对应的第一储能单元，开始充电。
6.如权利要求5所述的电力储能系统，其特征在于当所述管理单元检测到所述第一储能单元的电能存储量已达到最大值，则发出所述控制指令至所述切换端切换所述切换端，以连接一对应的第二储能单元，开始充电。
7.如权利要求6所述的电力储能系统，其特征在于当所述管理单元检测到所有储能单元的电能存储总量已达到最大值，则发出指令至所述切换端复位所述切换端，停止充电。
8.如权利要求4所述的电力储能系统，其特征在于当一需要用电的外部用电负荷与所述可切换的电力储能系统连接时，所述管理单元检测到一第一储能单元有电能存储量，则发出所述控制指令至所述切换单元连接所述第一储能单元，以向所述用电负荷提供电能。
9.如如权利要求2所述的电力储能系统，其特征在于还包括一装载单元，其中所述储能单元、切换单元、管理单元按照体积大小、重量大小合理均匀排布在所述装载单元内。
【文档编号】H02J3/32GK203522341SQ201320640017
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年10月17日 优先权日:2013年10月17日
【发明者】沙嫣, 沙晓林 申请人:沙嫣, 沙晓林