集群式储能系统

技术领域

本发明涉及储能技术领域，尤其是涉及集群式储能系统。

背景技术

由于新能源规模化的接入电网、电力削峰填谷、参与调压调频、发展微电网等方面的需要，大规模储能系统在未来电力系统中将是不可或缺的角色。现有的大规模储能系统主要包括：集中式储能系统和组串式储能系统；其中，集中式储能系统主要是将多个单体电芯通过串并联组成系统，任一单体电芯发生故障都会影响整个储能系统的运行；组串式储能系统则是将多个单簇储能系统并联而成，每个单簇储能系统包括多个电池包，为了保证每个电池包的单独充放电管理，每个电池包均配置有对应的优化器，且，每个单簇储能系统均配置有控制器，因此，在储能系统实际组装过程中，复杂的适配工作降低了组装效率，且，增加了储能系统的成本，不便于在实际应用中推广实施。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供集群式储能系统，以缓解上述问题，不仅减少了储能系统的成本，还保证了储能系统的充放电管理、温控效果和消防效果，具有较好的实用价值。

第一方面，本发明实施例提供了一种集群式储能系统，该系统包括依次连接的控制模块、电池舱模块和智能箱变模块；控制模块还与智能箱变模块连接；其中，智能箱变模块包括储能变流器PCS；控制模块包括控制器、空调主机和消防主机；电池舱模块包括多个并联的电池舱；每个电池舱还包括电池模组和检测单元，以及分别与电池模组和控制器连接的电池管理系统BMS；控制器，用于获取BMS采集电池模组的电池参数，并根据所述电池参数生成第一控制指令；以及将第一控制指令发送至PCS，以使PCS根据第一控制指令对电池模组进行充放电管理；空调主机，用于获取检测单元采集电池舱的第一检测信息，并根据第一检测信息生成空调控制指令，以及将空调控制指令发送至电池舱，以对电池舱中的环境进行管理；其中，第一检测信息包括温度信息和/或湿度信息；消防主机，用于获取检测单元采集电池舱的第二检测信息，并根据第二检测信息生成消防控制指令，以及将消防控制指令发送至电池舱，以对电池舱中的环境进行管理；其中，第二检测信息包括温度信息和/或烟雾信息和/或气体信息。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，每个电池舱还包括空调内机；上述空调主机，还用于将空调控制指令发送至电池舱的空调内机，以使空调内机根据空调控制指令对电池舱中的环境进行管理。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，每个电池舱还包括消防内机；上述消防主机，还用于将消防控制指令发送至电池舱的消防内机，以使消防内机根据消防控制指令对电池舱中的环境进行管理。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述消防内机不包含消防气体。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述电池舱模块还包括与多个电池舱连接的直流汇流柜；上述直流汇流柜，用于将多个电池舱的电池模组进行并联汇流，并将汇流信息输出至PCS，以使PCS根据汇流信息对多个电池舱的电池模组进行充放电管理；其中，所述汇流信息包括汇流电流和/或汇流电压。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述PCS包括控制单元和DC/AC双向变流器；其中，DC/AC双向变流器与多个电池舱连接；上述控制单元，用于获取第一控制指令，并根据第一控制指令触发DC/AC双向变流器按照对应的工作模式对多个电池舱的电池模组进行充放电管理；其中，工作模式包括充电模式和放电模式。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述DC/AC双向变流器通过切换电路与多个电池舱进行连接；其中，切换电路的输入端与DC/AC双向变流器连接，输出端则包括多个接口，每个接口分别与电池舱的电池模组进行连接。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述智能箱变模块还包括隔离变压器；其中，隔离变压器包括第一开关和第二开关；隔离变压器通过第一开关与DC/AC双向变流器连接，以及，通过第二开关与外部电网连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，上述控制模块还包括与控制器连接的供电模块；该供电模块用于对多个并联的电池舱进行供电。

结合第一方面的第八种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，上述供电模块为不间断电源UPS。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供了集群式储能系统，通过电池舱模块中多个电池舱共用控制器、空调主机和消防主机以及PCS，实现了多个电池舱共享式充放电管理、共享式空调管理和共享式消防管理，减少了储能系统的成本，提高了储能系统的组装调试效率，具有较好的实用价值。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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。

图1为本发明实施例提供的一种集群式储能系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种集群式储能系统的示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种集群式储能系统的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种集群式储能系统的应用示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有大规模储能系统成本较高的问题，本发明实施例提供了集群式储能系统，通过电池舱模块中多个电池舱共用控制器、空调主机和消防主机以及PCS，实现了多个电池舱共享式充放电管理、共享式空调管理和共享式消防管理，减少了储能系统的成本，提高了储能系统的组装调试效率，具有较好的实用价值。

为便于对本实施例进行理解，下面对本发明实施例进行详细介绍。

本发明实施例提供了一种集群式储能系统，如图1所示，该集群式储能系统1包括依次连接的控制模块10、电池舱模块20和智能箱变模块30；控制模块10还与智能箱变模块30连接；其中，智能箱变模块30包括PCS(Power Conversion System，储能变流器)31；控制模块10包括控制器11、空调主机12和消防主机13；电池舱模块20包括多个并联的电池舱21；每个电池舱21还包括电池模组211和检测单元212，以及与电池模组211连接的BMS(BatteryManagement System，电池管理系统)213。

需要说明的是，每个电池舱21的BMS213还均与控制器11连接，检测单元212均与空调主机12和消防主机13连接，上述连接未在图1中示出。其中，检测单元212包括多种检测装置，如温度传感器、湿度传感器、可燃气体传感器和烟雾传感器等，具体的检测装置可以根据实际情况进行设置，本发明实施例对此不作限制说明。

在实际应用中，控制器11用于获取BMS213采集电池模组211的电池参数，并根据电池参数生成第一控制指令；以及将第一控制指令发送至PCS31，以使PCS31根据第一控制指令对电池模组211进行充放电管理；具体地，BMS213可以实时采集电池模组211的电池信息，这里电池信息包括但不仅限于电压、电流、充电时间、放电时间、温度、SOC(State ofCharge，电池剩余电量百分比)和SOH(State of Health，电池健康度)等，具体可以根据实际情况进行设置，并将电池信息反馈至控制器11，以使控制器11根据电池信息生成电池模组211对应的第一控制指令，并通过PCS31对该电池模组211进行充放电管理，从而多个电池舱中的电池模组，通过共享控制器，不仅减少了每个电池舱的成本，还实现了多个电池模组的共享式充放电管理，提高了充放电管理效率。

空调主机12则用于获取检测单元212采集电池舱21的第一检测信息，并根据第一检测信息生成空调控制指令，以及将空调控制指令发送至电池舱21，以对电池舱21中的环境进行管理；其中，第一检测信息包括温度信息和/或湿度信息；具体地，检测单元通过温度传感器和湿度传感器采集电池舱中电池模组所处环境的温度信息和湿度信息，并将温度信息和湿度信息反馈至空调主机，以使空调主机根据温度信息和湿度信息生成空调控制指令，以对该电池舱中的环境(即电池模组所处的环境)进行管理，如对该电池舱进行制冷、制热或除湿等。需要说明的是，第一检测信息中可以仅包括温度信息，也可以仅包括湿度信息，或者同时包括温度信息和湿度信息，具体可以根据实际情况进行设置，本发明实施例对此不作限制说明。

消防主机13则用于获取检测单元212采集电池舱21的第二检测信息，并根据第二检测信息生成消防控制指令，以及将消防控制指令发送至电池舱21，以对电池舱21中的环境进行管理；其中，第二检测信息包括温度信息和/或烟雾信息和/或气体信息。具体地，检测单元通过温度传感器、烟雾传感器和可燃气体传感器采集电池舱中电池模组所处环境的温度信息、烟雾信息和气体信息(即可燃气体信息)，并将温度信息、烟雾信息和气体信息反馈至消防主机，以使消防主机根据温度信息、烟雾信息和气体信息生成消防控制指令，以对该电池舱中的环境(即电池模组所处的环境)进行管理，如对该电池舱进行消防灭火等。需要说明的是，第二检测信息中如果仅包括一种信息，如烟雾信息，则此时消防控制指令为报警指令，以便工作人员根据报警指令对该电池舱进行人工查看，如果第二检测信息中包括两种及以上信息，则此时消防控制指令为消防灭火指令，并对该电池舱进行消防灭火。

特别地，上述消防主机和空调主机可以同时对同一电池舱的环境进行管理，也可以同时分别对不同电池舱的环境进行管理，或者仅空调主机对多个电池舱的环境进行管理等，具体可以根据实际情况进行设置，本发明实施例对此不作限制说明。

上述集群式储能系统，通过电池舱模块中多个电池舱共用控制器、空调主机和消防主机以及PCS，实现了多个电池舱共享式充放电管理、共享式空调管理和共享式消防管理，减少了储能系统的成本，提高了储能系统的组装调试效率，具有较好的实用价值。

可选的，每个电池舱还包括空调内机(未示出)；在实际应用中，空调主机还用于将空调控制指令发送至电池舱的空调内机，以使空调内机根据空调控制指令对电池舱中的环境进行管理。具体地，由于每个电池舱的环境可能均不相同，因此，空调主机根据每个电池舱中检测单元采集的第一检测信息生成对应的空调控制指令，并将空调控制指令分别发送至对应的空调内机，以通过空调内机实现对应电池舱的环境管理，即通过空调主机向各个空调内机发送对应的空调控制指令，共享式空调主机对各个电池舱的环境进行管理，与现有的每个电池舱分别配置空调系统相比，不仅提高了电池舱环境管理的效率，提升了电池舱的温控效果，同时还降低了整个集群式储能系统的整体温控能耗，以及减少了每个电池舱的成本和占地面积，从而减少了集群式储能系统的成本。

可选的，每个电池舱还包括消防内机(未示出)；在实际应用中，消防主机还用于将消防控制指令发送至电池舱的消防内机，以使消防内机根据消防控制指令对电池舱中的环境进行管理。具体地，由于每个电池舱的环境可能均不相同，因此，消防主机根据每个电池舱中检测单元采集的第二检测信息生成对应的消防控制指令，并将消防控制指令分别发送至对应的消防内机，以通过消防内机实现对应电池舱的环境管理，即通过消防主机向各个消防内机发送对应的消防控制指令，共享式消防主机对各个电池舱的环境进行管理，与现有的每个电池舱分别配置消防系统相比，由于每个消防内机中不包含消防气体，仅在消防主机中包含消防气体，从而减少而来整个集群式储能系统的消防气体含量，同时对于单个电池舱而言，提升了可用消防气体的含量，在降低储能系统整体消防成本的基础上，确保了每个电池舱的消防灭火效果。

可选的，上述电池舱模块还包括与多个电池舱连接的直流汇流柜(未示出)；该直流汇流柜用于将多个电池舱的电池模组进行并联汇流，并将汇流信息输出至PCS，以使PCS根据汇流信息对多个电池舱的电池模组进行充放电管理；其中，汇流信息包括汇流电流和/或汇流电压。具体地，直流汇流柜将汇流信息输出至PCS，并结合控制器中发送的控制指令信息，从而更好的对电池模组进行充放电管理。

可选的，上述PCS包括控制单元和DC/AC双向变流器；其中，DC/AC双向变流器与多个电池舱连接；在实际应用中，控制单元用于获取第一控制指令，并根据第一控制指令触发DC/AC双向变流器按照对应的工作模式对多个电池舱的电池模组进行充放电管理；其中，工作模式包括充电模式和放电模式。具体地，DC/AC双向变流器通过切换电路与多个电池舱进行连接；其中，该切换电路的输入端与DC/AC双向变流器连接，输出端则包括多个接口，每个接口分别与电池舱的电池模组进行连接，即该切换电路相当于一个一对多的开关电路，通过输入端口连接不同的接口，实现DC/AC双向变流器与不同的电池模组进行连接，从而可以对连接的电池模组进行充放电管理，即多个电池模组共享一个PCS，与每个电池模组均配置一个PCS相比，减少了集群式存储系统的成本，且，提高了电池模组的充点电管理效率。

进一步的，上述智能箱变模块还包括隔离变压器；其中，隔离变压器包括第一开关和第二开关；具体地，隔离变压器通过第一开关与DC/AC双向变流器连接，以及，通过第二开关与外部电网连接，从而实现储能系统与外部电网的连接，如实现外部电网380KV与储能系统10KV的连接等。此外，在实际应用中，上述PCS还可以实现电能双向流动，如在电池模组处于充电状态时，PCS可以作为整流装置将外部电网中的交流电转变为直流电，并进行存储；在电池模组处于放电状态时，PCS可以作为逆变器将电池模组中的电能从直流电转变为交流电，并进行输出，从而实现储能系统的功能。

进一步的，如图2所示，上述控制模块10还包括与控制器11连接的供电模块14；该供电模块14用于对多个并联的电池舱进行供电。其中，上述供电模块14优选为UPS(Uninterrupted Power Supply，不间断电源)，且，通过低压供电方式对各个电池舱进行供电，以确保电池舱中的检测单元、消防内机和空调内机等正常工作。

在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了另一种集群式储能系统，如图3所示，控制模块10包括控制器11、空调主机12、消防主机13和供电模块14，其中，供电模块与控制器11连接，且，控制器11、空调主机12、消防主机13和供电模块14分别与电池舱模块20中每个电池舱21均连接，多个电池舱还均与智能箱变模块30连接，以及该智能箱变模块30还与外部电网连接，从而实现多个电池舱的共享充放电管理、共享空调管理和共享消防管理，不仅保证了储能系统的充放电效率、温控效果和消防效果，还减少了储能系统的成本和占地面积，具有较好的实用价值。

为了便于理解，这里以20MWH的集群式储能系统为例说明。如图4所示，电池舱模块20包含10个2MWH的电池舱，其中，10个电池舱共用一个控制模块10，即共用一个控制器11、空调主机12、消防主机13和供电模块14，以及共用一个智能箱变模块30，这里智能箱变模块30为5MW的逆变升压舱，经验证，由于每个电池舱中仅包含有空调内机和消防内机，无需再分别配置空调主机和消防主机，且，消防内机中不包含消防气体，则电池舱的容量密度可以提升至少20％，电池舱的占地面积则可以减少30％～40％，动力电缆可以节约20％～30％，由于多个电池舱并联，储能系统的转化效率可以提升1％～2％，以及，多个电池舱共享一个空调主机，每个电池舱通过内设空调内机分布式温控，制冷效率可以提升20％～30％，同时降低了储能系统的UPS备电成本；多个电池舱共享一个供电模块，如UPS低压供电系统，与每个电池舱均配置UPS低压供电系统相比，效率可以提升5％及以上；多个电池舱共享一个消防主机和消防气体，消防气体可以减少50％以上，单个电池舱的可用消防气体提高3～5倍，且，运维集中化，便于设备管理和维护；多个电池舱共用一个直流汇流柜等，从而进一步减少了储能系统的成本，提高了储能系统的组装调试效率，具有较好的实用价值。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。