储能变流器及储能系统

技术领域

本申请属于储能技术领域，尤其涉及一种储能变流器及储能系统。

背景技术

现有储能变流器(Power Conversion System，PCS)内的RACK BMS(BatteryManagement System，电池管理控制器)板、ARM(处理器)以及DSP(Digital SignalProcessor，数字信号处理器)等需要持续供电，储能变流器长时间在直流侧取电，会使储能电池中剩余的可用电荷降低，电池电量放空，影响电池的寿命。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种储能变流器及储能系统，根据储能变流器的工作状态选择供电方式，同一时刻由直流开关电源电路或交流开关电源电路单独提供电源，降低直流电源的损耗。

第一方面，本申请提供了一种储能变流器，包括：根据本申请的直流开关电源电路，与储能变流器的直流侧端口耦接，且配置为利用直流侧端口的直流电提供第一电源；交流开关电源电路，与储能变流器的交流侧端口耦接，且配置为利用交流侧端口的交流电提供第二电源；供电电路，分别与直流开关电源电路和交流开关电源电路耦接，且配置为利用第一电源或第二电源为储能变流器供电；控制电路，分别与直流开关电源电路和交流开关电源电路耦接，且配置为根据储能变流器的运行状态，控制直流开关电源电路或交流开关电源电路向供电电路提供电源。

根据本申请的一个实施例，储能变流器的运行状态包括停机或待机状态，控制电路配置为在储能变流器处于停机或待机状态时，控制交流开关电源电路向供电电路提供第二电源。

根据本申请的一个实施例，储能变流器的运行状态包括离网运行状态，控制电路配置为在储能变流器处于离网运行状态时，控制直流开关电源电路向供电电路提供第一电源。

根据本申请的一个实施例，储能变流器的运行状态包括并网运行状态，控制电路配置为在储能变流器处于并网运行状态时，控制直流开关电源电路向供电电路提供第一电源。

根据本申请的一个实施例，储能变流器还包括：第一二极管，第一二极管的阳极与直流开关电源电路的输出端耦接，第一二极管的阴极与供电电路的输入端耦接；第二二极管，第二二极管的阳极与交流开关电源电路的输出端耦接，第二二极管的阴极与供电电路的输入端耦接。

根据本申请的一个实施例，直流开关电源电路配置为可控地输出具有第一电压或第二电压的第一电源，第二电源具有第三电压，第一电压小于第三电压，第二电压大于第三电压。

根据本申请的一个实施例，交流开关电源电路配置为可控地输出具有第四电压或第五电压的第二电源，第一电源具有第六电压，第四电压小于第六电压，第五电压大于第六电压。

根据本申请的一个实施例，直流开关电源电路和/或交流开关电源电路均包括输出电压调节电路，输出电压调节电路包括：串联的第一电阻单元和第二电阻单元，第一电阻单元的一端与开关电源电路的输出节点耦接，第二电阻单元的一端与接地节点耦接；电压基准芯片，与第二电阻单元并联；配置单元，与第一电阻单元或第二电阻单元并联，配置单元包括串联的开关和第三电阻单元；控制电路，配置为控制开关闭合或断开。

根据本申请的一个实施例，储能变流器还包括电池管理控制器和处理器，供电电路包括第一降压电路，第一降压电路的输入端分别与直流开关电源电路和交流开关电源电路耦接，第一降压电路的输出端分别与电池管理控制器、处理器耦接。

根据本申请的一个实施例，储能变流器还包括数字信号处理器，供电电路还包括第二降压电路，第二降压电路的输入端与直流开关电源电路耦接，第二降压电路的输出端与数字信号处理器耦接；直流开关电源电路，还配置为向第二降压电路提供第三电源。

根据本申请的一个实施例，供电电路还包括隔离电源电路，隔离电源电路的输入端与第一降压电路的输出端耦接，隔离电源电路的输出端与数字信号处理器耦接。

第二方面，本申请提供了一种储能系统，该储能系统包括：至少一个储能单元和储能变流器，储能变流器的直流侧与储能单元耦接。

根据本申请的储能变流器和储能系统，根据储能变流器的工作状态选择供电方式，同一时刻由直流开关电源电路或交流开关电源电路单独提供电源，减少直流电源的使用，降低直流电源的损耗。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施例提供的储能变流器的结构示意图之一；

图2是本申请实施例提供的储能变流器直流侧的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的储能变流器的结构示意图之二；

图4是本申请实施例提供的输出电压调节电路的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的储能变流器的结构示意图之三；

图6是本申请实施例提供的储能变流器的结构示意图之四；

图7是本申请实施例提供的储能变流器的结构示意图之五。

附图标记：

直流开关电源电路100，交流开关电源电路200，供电电路300，第一降压电路310，第二降压电路320，控制电路400，预充电电路500、输出电压调节电路600，配置单元610，电池管理控制器700，处理器800，数字信号处理器900，隔离电源电路1000，主接触器M1，缓起接触器K1，缓起电阻Rf，第一至第三熔丝F1～F3，第一至第二分流器L1～L2，负荷开关Kc和母线电容Cbus，第一至第四二极管D1～D4，第一至第三电阻R1～R3，电压基准芯片P，开关K。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“耦接到”或“连接到”另一元件或称元件/电路“耦接在”或“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

在描述中，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数字描述符在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

另外，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

如图1所示，本申请的一个实施例提供了一种储能变流器。储能变流器包括直流开关电源电路100、交流开关电源电路200、供电电路300和控制电路400。直流开关电源电路100与储能变流器的直流侧端口耦接，且配置为利用直流侧端口的直流电提供第一电源；交流开关电源电路200与储能变流器的交流侧端口耦接，且配置为利用交流侧端口的交流电提供第二电源；供电电路300分别与直流开关电源电路100和交流开关电源电路200耦接，且配置为利用第一电源或第二电源为储能变流器供电；控制电路400分别与直流开关电源电路100和交流开关电源电路200耦接，且配置为根据储能变流器的运行状态，控制直流开关电源电路100或交流开关电源电路200向供电电路300提供电源。

如图2所示，在一些实施例中，储能变流器的直流侧端口与电池耦接，储能变流器的直流侧可以包括多个预充电电路500、第一熔丝F1、第二熔丝F2、第三熔丝F3、第一分流器L1、第二分流器L2、预充电电路500、负荷开关Kc和母线电容Cbus。第一熔丝F1与电池组的正极和第一分流器L1耦接，第二熔丝F2与电池组的正极和第二分流器L2耦接，第三熔丝F3与电池组的负极耦接，可以用于在电流过流或短路时保护电路不被烧毁。

预充电电路500包括缓起接触器K1、主接触器M1、缓起电阻R1。预充电电路500设置在总线和正极输入的支线上，可以避免储能变流器的直流侧接通电池的瞬间电压过大击穿母线电容。预充电完成后负荷开关Kc闭合，储能变流器开始工作。

在一些实施例中，储能变流器的交流侧端口也可以设置滤波器和预充电电路500等。交流侧端口连接电网，从电网处取电供储能变流器工作。

在一些实施例中，直流开关电源电路100和交流开关电源电路200主要包括输入滤波电路、全桥变换器、输出滤波电路等。直流开关电源电路100可以用于将储能变流器直流侧输入的直流电降压滤波等处理后，提供稳定的第一电源，交流开关电源电路200可以用于将储能变流器交流侧输入的交流电降压滤波等处理后，提供稳定的第二电源。

在一些实施例中，供电电路300可以包括开关单元、整流电路和降压电路等，用于将直流开关电源电路100和交流开关电源电路200传输的电能经过转换后供给储能变流器使用。在接收到直流开关电源电路100提供的第一电源的电能后，将电能经降压等处理后供给储能变流器；供电电路300在接收到交流开关电源电路200提供的第二电源的电能后，将电能经整流等处理后供给储能变流器，实现交替供电，从而不需要持续地从直流侧取电。

在一些实施例中，控制电路400主要包括PWM控制模块、存储器和处理器等。控制电路400可以根据储能变流器的工作状态，利用脉冲宽度调制技术控制直流开关电源电路100和交流开关电源电路200交替供电。

根据本申请的储能变流器，根据储能变流器的工作状态选择供电方式，同一时刻由直流开关电源电路100或交流开关电源电路200单独提供电源，减少直流电源的使用，降低直流电源的损耗。

在一些实施例中，储能变流器运行状态包括停机或待机状态，控制电路400配置为在储能变流器处于停机或待机状态时，控制交流开关电源电路200向供电电路300提供第二电源。

储能变流器处于停机或待机状态下时，储能变流器内的各单元没有在正式工作，但部分单元需要持续供电。上述状态下，储能变流器仍然消耗电能，但电能消耗较低。交流开关电源电路200提供的第二电源足以使储能变流器保持停机或待机状态，此时控制电路400控制交流开关电源电路200向供电电路300提供第二电源。

在一些实施例中，储能变流器运行状态包括离网运行状态，离网状态控制电路400配置为在储能变流器处于离网运行状态时，控制直流开关电源电路100向供电电路300提供第一电源。

储能变流器处于离网运行状态下时，储能变流器的交流侧与电网断开连接，此时交流开关电源电路200没有电能，控制电路400控制直流开关电源电路100向供电电路300提供第一电源。

在一些实施例中，储能变流器运行状态包括并网运行状态，并网状态控制电路400配置为在储能变流器处于并网运行状态时，控制直流开关电源电路100向供电电路300提供第一电源。

储能变流器处于并网运行状态下时，储能变流器的交流侧可以从电网处取电，此时直流开关电源电路100从电池取电。并网运行状态下储能系统各单元都处于正常工作状态，所需电能较多，由控制电路400控制直流开关电源电路100向供电电路300提供第一电源。

在一些实施例中，储能变流器处于并网运行状态下时，也可以利用交流开关电源电路200向供电电路300提供第二电源。例如，当直流侧电池电量放空或直流侧电池电量不足以供储能变流器正常运行时，可以由交流开关电源电路200向供电电路300提供第二电源。

在一些实施例中，如图3所示，储能变流器还包括第一二极管D1和第二二极管D2。第一二极管D1的阳极与直流开关电源电路100的输出端耦接，第一二极管D1的阴极与供电电路300的输入端耦接；第二二极管D2的阳极与交流开关电源电路200的输出端耦接，第二二极管D2的阴极与供电电路300的输入端耦接。

储能变流器工作时，由于二极管具有单向导电性，第一二极管D1和第二二极管D2为共阴极接法，二者阴极电压相同，阳极电压高于阴极电压的二极管导通，反之二极管截止，因此同一时刻由直流开关电源电路100或交流开关电源电路200单独为储能变流器的工作提供电源。

第二二极管D2导通，第一二极管D1截止时，控制电路400控制交流开关电源电路200向供电电路300提供第二电源；第一二极管D1导通，第二二极管D2截止时，控制电路400控制直流开关电源电路100向供电电路300提供第一电源。

在一些实施例中，储能变流器的直流开关电源电路100配置为可控地输出具有第一电压或第二电压的第一电源，第二电源具有第三电压，第一电压小于第三电压，第二电压大于第三电压。

储能变流器处于停机状态下时，储能变流器的直流开关电源电路100输出具有第一电压的第一电源，储能变流器的交流开关电源电路200输出具有第三电压的第二电源，由于第一电压小于第三电压，故第二二极管D2导通，第一二极管D1截止，此时由交流开关电源电路200向供电电路300提供第二电源。

储能变流器处于离网运行状态下时，储能变流器的直流开关电源电路100输出具有第二电压的第一电源，储能变流器的交流开关电源电路200没有电能输出，第一二极管D1导通，第二二极管D2截止，此时由直流开关电源电路100向供电电路300提供第一电源。

储能变流器处于并网运行状态下时，储能变流器的直流开关电源电路100输出具有第二电压的第一电源，储能变流器的交流开关电源电路200输出具有第三电压的第二电源，由于第二电压大于第三电压，故第一二极管D1导通，第二二极管D2截止，此时由直流开关电源电路100向供电电路300提供第一电源。

在另一些实施例中，储能变流器处于并网运行状态下时，储能变流器的直流开关电源电路100也可以输出具有第一电压的第一电源，储能变流器的交流开关电源电路200输出具有第三电压的第二电源，由于第一电压小于第三电压，故第二二极管D2导通，第一二极管D1截止，此时由交流开关电源电路200向供电电路300提供第二电源。

在一些实施例中，储能变流器的交流开关电源电路200配置为可控地输出具有第四电压或第五电压的第二电源，第一电源具有第六电压，第四电压小于第六电压，第五电压大于第六电压。

储能变流器处于停机状态下时，储能变流器的直流开关电源电路100输出具有第六电压第一电源，储能变流器的交流开关电源电路200输出具有第五电压的第二电源，由于第五电压大于第六电压，故第二二极管D2导通，第一二极管D1截止，此时由交流开关电源电路200向供电电路300提供第二电源。

储能变流器处于离网运行状态下时，储能变流器的直流开关电源电路100输出具有第六电压第一电源，储能变流器的交流开关电源电路200没有电能输出，第一二极管D1导通，第二二极管D2截止，此时由直流开关电源电路100向供电电路300提供第一电源。

储能变流器处于并网运行状态下时，储能变流器的直流开关电源电路100输出具有第六电压第一电源，储能变流器的交流开关电源电路200输出具有第四电压的第二电源，由于第四电压小于第六电压，故第一二极管D1导通，第二二极管D2截止，此时由直流开关电源电路100向供电电路300提供第一电源。

在另一些实施例中，储能变流器处于并网运行状态下时，储能变流器的直流开关电源电路100也可以输出具有第六电压第一电源，储能变流器的交流开关电源电路200输出具有第五电压的第二电源，由于第五电压大于第六电压，故第二二极管D2导通，第一二极管D1截止，此时由交流开关电源电路200向供电电路300提供第二电源。

在一些实施例中，如图4所示，储能变流器的直流开关电源电路100和/或交流开关电源电路200均包括输出电压调节电路600，输出电压调节电路600包括串联的第一电阻单元和第二电阻单元、电压基准芯片P、配置单元610和控制电路400。第一电阻单元的一端与开关电源电路的输出节点耦接，第二电阻单元的一端与接地节点耦接；电压基准芯片P与第二电阻单元并联；配置单元610与第一电阻单元或第二电阻单元并联，配置单元610包括串联的开关K和第三电阻单元；控制电路400配置为控制开关闭合或断开。

第一电阻单元、第二电阻单元和第三电阻单元均可以包括一个或者多个串联的电阻。本实施方式以第一电阻单元包括第一电阻R1，第二电阻单元包括第二电阻R2，第三电阻单元包括第三电阻R3为例进行说明。

输出电压调节电路600主要利用串联电阻分压的原理，调节直流开关电源电路100和/或交流开关电源电路200提供的电压值。例如，储能变流器的直流开关电源电路100配置为可控地输出具有第一电压或第二电压的第一电源时，输出电压调节电路600通过控制接入电路的电阻值来控制第一电源在第一电压和第二电压间择一输出。

第一电阻R1和第二电阻R2串联，第一电阻R1和第二电阻R2两端电压的大小与电阻单元电阻值的大小成正比。第一电阻R1或第二电阻R2两端的电压值固定时，通过调节第一电阻R1或第二电阻R2阻值的大小即可调节输出电压的大小。

在一些实施例中，可以固定第一电阻R1和第二电阻R2的阻值，通过调节第一电阻R1或第二电阻R2两端电压值的大小来实现对输出电压大小的调节。

电压基准芯片P主要用于为第二电阻R2提供恒定的电压，保证第二电阻R2两端的电压值固定，此时通过调节第一电阻R1或第二电阻R2阻值的大小可以改变串联第一电阻R1和第二电阻R2阻值的比例，从而改变第一电阻R1两端的电压值的大小，实现对输出电压大小的调节。

配置单元610包括串联的开关和第三电阻R3。若配置单元610与第一电阻R1并联，开关闭合时，第三电阻R3接入输出电压调节电路600并与第一电阻R1并联，改变第一电阻R1的阻值。配置单元610与第二电阻R2并联的效果与上述情况类似，此处不再赘述。

控制电路400通过控制开关K的闭合或断开决定是否将第三电阻R3接入输出电压调节电路600，进而控制输出电压调节电路600输出电压的大小。

以控制电路400控制直流开关电源电路100输出可调的第一电压20V和第二电压24V，电压基准芯片P的基准电压为2.5V为例。当控制电路400控制开关K断开时，直流开关电源电路100输出电压Vout1＝2.5*(R1+R2)/R2＝20V；当控制电路400控制开关K闭合时，直流开关电源电路100输出电压Vout2＝2.5*(R1+R2//R3)/(R2//R3)＝24V，从而实现可调的电压输出。

在一些实施例中，如图5所示，储能变流器还包括电池管理控制器700和处理器800，供电电路300包括第一降压电路310，第一降压电路310的输入端分别与直流开关电源电路100和交流开关电源电路200耦接，第一降压电路310的输出端分别与电池管理控制器700、处理器800耦接。

电池管理控制器700主要用于监控电池的状态，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，需要始终处于得电状态。

处理器800可以为ARM处理器或CMU处理器。处理器800集成了存储器和通信接口等功能模块，可以实现对储能变流器的监控、控制和通信等功能。此外，处理器800还拥有高效的能源管理方式，使电池寿命更长，需要始终处于得电状态。

第一降压电路310接收直流开关电源电路100或交流开关电源电路200传输的电能，经降压处理后将电能传输至电池管理控制器700和电池管理控制器700等内部模块。

直流开关电源电路100和交流开关电源电路200传输给第一降压电路310的都是基本绝缘的电压，可以实现电路接触带电部件的保护。

在一些实施例中，如图6所示，储能变流器还包括数字信号处理器900，供电电路300还包括第二降压电路320，第二降压电路320的输入端与直流开关电源电路100耦接，第二降压电路320的输出端与数字信号处理器900耦接；直流开关电源电路100还配置为向第二降压电路320提供第三电源。

数字信号处理器900可以接收外部输入的模拟信号，然后将其转换为数字信号(为0或1)，再对数字信号进行运算处理，运行速度较高，需要始终处于得电状态。

第二降压电路320接收直流开关电源电路100提供的第三电源，将第三电源降压处理后将电能传输至数字信号处理器900。

第三电源为直流开关电源电路100提供的功能绝缘的电压值。功能绝缘可以实现电路本身导电部件之间的绝缘。

在一些实施例中，直流开关电源电路100提供12V的功能绝缘的电压值，经第二降压电路320处理后可以输出5V的功能绝缘的电压供给数字信号处理器900。

在一些实施例中，如图7所示，储能变流器的供电电路300还包括隔离电源电路1000，隔离电源电路1000的输入端与第一降压电路310的输出端耦接，隔离电源电路1000的输出端与数字信号处理器900耦接。

隔离电源电路1000利用第三二极管D3和第四二极管D4，通过隔离开输入端和输出端，可以实现输入端与输出端之间的电气隔离，提供稳定可靠的输出电压。此外，隔离电源电路1000还可以实现对储能变流器的过压、过流和过温等异常情况进行监测和保护，确保储能系统的安全运行。

本申请的一个实施例提供了一种储能系统。储能系统包括至少一个储能单元和储能变流器，储能变流器的直流侧与储能单元耦接。

根据本申请的储能系统，根据储能变流器的工作状态选择供电方式，同一时刻由直流开关电源电路100或交流开关电源电路200单独提供电源，减少直流电源的使用，降低直流电源的损耗。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。