1.本实用新型涉及一种储能领域，具体地说，涉及一种储能单元以及级联型储能系统。
背景技术：2.高压直挂储能系统(例如，光伏级联直挂储能接入系统、风电级联直挂储能接入系统)一般不需要采用升压变压器即可实现6kv-35kv等级电网与电池能量的直接交换。然而，在高压直挂储能系统中，每个桥臂的功率变换单元的数量较多，系统复杂程度较高。
3.级联升压储能系统(例如，光伏级联升压储能接入系统、风电级联升压储能接入系统)虽然需要升压变压器，但是每个桥臂的功率变换单元的数量较少，系统复杂化程度较低。
4.上述储能系统通过将多个功率变换单元的直流侧单独设置，并分别连接各自的储能电池，交流侧进行链式串联，每一个链节的储能电池彼此独立，避免了大规模电池的串并联，缓解了电池大规模串并联所存在的“短板效应”，配合相应的均衡控制策略可以实现不同容量的储能电池甚至不同介质电池组的混用，大大提高了储能系统的能量可用率和经济性。
5.然而，如果不将电池簇并联，就难以增大容量以及功率，无法发挥大容量的优势。再者，目前的储能系统一般需要软启开关、软启电阻、主支路开关等电气组件，这大大降低了电池系统的可靠性。
6.另外，滤波电感的使用，增加了成本，同时增大了功率单元的体积。此外，电感的散热设计难度大、成本高。如果在每个功率单元上安装电流互感器，采样数量多，成本高，经济性差。现有的一些电池系统也没有硬件保护器件，直接与功率变换电路连接，这样配置的可靠性和安全性都比较低。
技术实现要素：7.本实用新型的目的之一提供一种能够增大容量的储能单元。
8.本实用新型的目的之一在于提供一种能够提高可靠性的储能单元。
9.根据本实用新型的第一方面，提供一种储能单元，储能单元包括：储能电池模块及功率变换模块，储能电池模块包括并联连接的n组电池簇串联组件，每组电池簇串联组件包括支路熔断器及串联连接的多个电池组件，支路熔断器连接在多个电池组件与功率变换模块的直流侧之间；每组电池簇串联组件通过电池侧正母排和电池侧负母排连接到功率变换模块的直流侧，功率变换模块的交流侧用于与其他储能单元级联。
10.根据本公开的实施例，每组电池簇串联组件还可包括支路传感器，支路传感器设置在支路熔断器与多个电池组件之间。
11.根据本公开的实施例，功率变换模块可包括dc/dc变换器、电源模块、母线电容和网侧h桥组件，dc/dc变换器的电源侧正端口与电源模块的正端口、母线电容的正端口及网
侧h桥组件的正端口电连接；dc/dc变换器的电源侧负端口与电源模块的负端口、母线电容的负端口及网侧h桥组件的负端口电连接。
12.根据本公开的实施例，功率变换模块还可包括旁路开关，旁路开关并联连接在网侧h桥组件的交流端口之间。
13.根据本公开的实施例，储能单元还可包括链节控制器，链节控制器与电池簇串联组件、支路熔断器和支路传感器通信连接。
14.根据本公开的实施例，储能单元还可包括链节控制器，链节控制器与dc/dc变换器、电源模块、网侧h桥组件和旁路开关通信连接。
15.根据本实用新型的第二方面，提供一种级联型储能系统，级联型储能系统包括a相储能链路、b相储能链路及c相储能链路，各储能链路均包括m组如上所述的储能单元，m组储能单元的交流侧级联，其中，m为不小于1的正整数。
16.根据本公开的实施例，级联型储能系统还可包括多个电流采样单元，多个电流采样单元中的每个设置在相应相与三相星接点之间。
17.根据本公开的实施例，多个电流采样单元中的每个可包括电流传感器和绝缘伞裙，绝缘伞裙可固定在相电流母线上，电流传感器可通过开设的通孔套在绝缘伞裙上并且保持固定。
18.根据本公开的实施例，级联型储能系统还可包括级联储能控制单元，级联储能控制单元分别与每个储能单元的链节控制器、每一相的电流采样单元通信。
19.根据本公开的实施例，每相的储能单元、每相的电流采样单元可电连接到同一级联储能控制系统。
20.根据本公开的实施例的储能单元可增大容量和功率，发挥大容量的优势。
21.根据本公开的实施例的储能单元不需要软启开关、软启电阻、主支路开关等电气组件，提高了储能系统的可靠性。
22.根据本公开的实施例的储能单元可靠性以及安全性高。
附图说明
23.通过下面结合附图对本实用新型的实施例进行的描述，本实用新型的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
24.图1是示出本实用新型的实施例的储能单元的示意性框图；
25.图2是示出本实用新型的实施例的隔离型dc/dc功率变换器的电气结构；
26.图3是示出本实用新型的实施例的级联型储能系统的示意性框图；
27.图4是示出本实用新型的实施例的电流采样单元的连接方式的示意图。
具体实施方式
28.本实用新型的实施例提供一种大容量的级联型储能系统，该级联型储能系统可以使电池簇并联，增大容量和功率，发挥大容量的优势。
29.根据本实用新型的实施例的级联型储能系统可包括多个储能单元，每个可包括储能电池模块和功率变换模块，储能电池模块可具有并联连接的n组电池簇串联组件。
30.下面将结合图1至图4描述本实用新型的技术构思。
31.图1是示出本实用新型的实施例的储能单元的示意性框图，图2是示出本实用新型的实施例的隔离型dc/dc功率变换器的电气结构。
32.如图1所示，根据本实用新型的实施例的储能单元可包括储能电池模块100及功率变换模块300。
33.储能电池模块100可包括并联连接的n组电池簇串联组件，n为大于等于1的正整数，n可根据实际需要进行选择。n组电池簇串联组件中的每组电池簇串联组件101可以包括串联连接的多个电池组件110和支路熔断器，例如，每组电池簇串联组件101可包括多个电池组件110和第一支路熔断器120。
34.此外，每组电池簇串联组件101还可包括第二支路熔断器131以及支路传感器130中的至少一个。支路传感器130可以设置在支路熔断器与多个电池组件110之间。例如，支路传感器130可以设置在第一支路熔断器120与多个电池组件110之间，或者支路传感器130可以设置在第二支路熔断器131与多个电池组件110之间。
35.具体地，第一支路熔断器120可以串联连接在电池组件110的正极与电池侧正母排210之间，作为上臂支路熔断器，或者可串联连接在电池组件110的负极与电池侧负母排220之间，作为下臂支路熔断器。
36.当第一支路熔断器120用作上臂支路熔断器时，可以保护电池组件，例如，当电池组件110与电池侧正母排210之间出现短路或者在其他位置发生短路时，第一支路熔断器120可以迅速熔断，例如，切断故障电池组与储能电池的其他组件之间的电连接，避免故障的扩大。
37.类似地，当第一支路熔断器120用作下臂支路熔断器时，也可以保护电池组件，例如，当电池组件110与电池侧负母排220之间出现短路或者在其他位置发生短路时，第一支路熔断器120可以迅速熔断，从而避免故障的扩大。
38.在电池组件110的正负极与相应的电池正负母排之间可以分别提供支路熔断器。也就是说，每组电池簇串联组件101可包括第一支路熔断器120和第二支路熔断器131两者。
39.如图1所示，每组电池簇串联组件101还可包括第二支路熔断器131，第二支路熔断器131可串联连接在电池组件110的正极与电池侧正母排210之间，或者串联连接在电池组件110的负极与电池侧负母排220之间。
40.也就是说，第一支路熔断器120和第二支路熔断器131中的一者可作为上臂支路熔断器，另一者可作为下臂支路熔断器。
41.上臂支路熔断器可利用铜排串联连接在电池侧正母排210与电池组件110的正极之间，下臂支路熔断器可利用铜排串联连接在电池侧负母排220与电池组件110的负极之间。同时使用两个支路熔断器可以应对电池侧正母排与机壳短路，或者电池侧负母排对机壳短路的情况。
42.每组电池簇串联组件101通过电池侧正母排210和电池侧负母排220连接到功率变换模块300的直流侧，功率变换模块300的交流侧用于与其他储能单元级联。
43.电池组件110可包括串联连接的多个电池单体，串联连接的电池单体的数量可根据需要自由选择。电池组件110中的多个电池单体可以连接在电池侧正母排210与电池侧负母排220之间。
44.虽然没有示出，但是电池组件110可包括检测模块(例如，温度检测模块)，每个检
测模块可电连接到链节控制器400(下文将详细描述)。
45.支路传感器130可以连接在电池组件110的正极与电池侧正母排210之间或者连接在电池组件110的负极与电池侧负母排220之间。
46.作为示例，支路传感器130可以连接在电池组件110的正极与第一支路熔断器120之间。支路传感器130也可以连接在电池组件110的负极与第二支路熔断器131之间。
47.这里，支路传感器130可包括针对电池组件110的采样电流传感器和采样电压传感器，采样电流传感器、采样电压传感器与电池组件110的连接方式可根据具体的电流采样电路和电压采样电路适应性调整。
48.如图1所示，其他组的电池簇串联组件中的每个的构造均可与电池簇串联组件101相同，这里省略对其他组的电池簇串联组件的详细描述。
49.作为示例，每组电池簇串联组件可包括相同的组件以及相同的连接方式。然而，在一个示例中，每组电池簇串联组件可以在支路熔断器和支路传感器的数量以及设置位置方面存在差异。
50.根据本实用新型的实施例的储能单元可以不包括设置在电池侧的软启开关、软启电阻、主支路开关等电气组件，不会发生由于软启开关、主支路开关无法正常通断而引起的故障，因此根据本实用新型的实施例的储能单元的可靠性和安全性更高。
51.如图1所示，支路传感器130、支路熔断器、电池组件110均可经由第一总线510电连接到链节控制器400。作为示例，支路传感器130、支路熔断器、电池组件110等组件也可直接电连接到链节控制器400。
52.本实用新型的储能单元还可包括功率变换模块300，功率变换模块300可以设置在电网(或其他电源)与储能电池模块100之间，用于对电网输入的电力进行转换。
53.如图1所示，功率变换模块300可包括dc/dc变换器310。此外，功率变换模块300还可包括电源模块330、母线电容370和网侧h桥组件340。
54.dc/dc变换器310的电源侧正端口dc+与电源模块330的正端口、母线电容370的正端口及网侧h桥组件340的正端口电连接。
55.dc/dc变换器310的电源侧负端口dc-与电源模块330的负端口、母线电容370的负端口及网侧h桥组件340的负端口电连接。
56.如图1和图2所示，电池侧正母排210可以与dc/dc变换器310的电池侧正端口b+连接，电池侧负母排220可以与dc/dc变换器310的电池侧负端口b-连接。
57.如图2所示，dc/dc变换器310可以是隔离型dc/dc变换器，dc/dc变换器310可以将储能电池模块与电源模块隔开，可起到稳压的作用。此外，由于dc/dc变换器310的存在，即使某一储能单元的电池串出现故障，也不会影响级联在一起的其他储能单元。
58.dc/dc变换器310可包括电池侧直流变换h桥组件3111、电源侧直流变换h桥组件3112、隔离变压器3113、电池侧直流变换电容3114和电源侧直流变换电容3115。
59.如图2所示，dc/dc变换器310的电池侧正端口b+可以与电池侧直流变换h桥组件3111的正输出端连接，dc/dc变换器310的电池侧负端口b-可以与电池侧直流变换h桥组件3111的负输出端连接。
60.dc/dc变换器310的电源侧正端口dc+可以与电源侧直流变换h桥组件3112的正输入端连接，dc/dc变换器310的电源侧负端口dc-可以与电源侧直流变换h桥组件3112的负输
入端连接。
61.隔离变压器3113可以设置在电池侧直流变换h桥组件3111以及电源侧直流变换h桥组件3112之间。
62.隔离变压器3113的电池侧的第一接口可以连接到电池侧直流变换h桥组件3111的第一交流端b1，隔离变压器3113的电池侧的第二接口可以连接到电池侧直流变换h桥组件3111的第二交流端b2，隔离变压器3113的电源侧的第一接口可以连接到电源侧直流变换h桥组件3112的第一交流端p1，隔离变压器3113的电源侧的第二接口可以连接到电源侧直流变换h桥组件3112的第二交流端p2。
63.电池侧直流变换h桥组件3111和电源侧直流变换h桥组件3112均可利用igbt、mosfet等可控晶体管进行构造。另外，虽然附图中没有示出，但是每个晶体管的受控端子均可连接到驱动板，每个驱动板可电连接到相应的控制器(例如，如图1所示的链节控制器400)。
64.电池侧直流变换电容3114可连接在电池侧正端口b+与电池侧负端口b-之间，电源侧直流变换电容3115可连接在电源侧正端口dc+与电源侧负端口dc-之间。电池侧直流变换电容3114和电源侧直流变换电容3115均可用作稳压电容器。
65.如图1所示，电源模块330可以连接在功率正母排331与功率负母排332之间，母线电容370可以与电源模块330并联并且可以连接在功率正母排331与功率负母排332之间。
66.电源模块330可以对母线电容370的充放电进行控制。例如，电源模块330可以在链节控制器400的控制下对母线电容370的充放电进行控制。
67.网侧h桥组件340的正直流端口可以连接到功率正母排331，网侧h桥组件340的负直流端口可以连接到功率负母排332。
68.网侧h桥组件340的第一交流端口和第二交流端口之间可并联旁路开关350。第一交流端口作为网侧h桥组件340的第一外接功率端口，第二交流端口作为网侧h桥组件340的第二外接功率端口。网侧h桥组件340的第一交流端口可以与旁路开关350的第一电气接口连接，网侧h桥组件340的第二交流端口可以与旁路开关350的第二电气接口连接。
69.功率正母排331可以连接到dc/dc变换器310的电源侧正端口dc+，功率负母排332可以连接到dc/dc变换器310的电源侧负端口dc-。
70.如图1所示，网侧h桥组件340可利用igbt、mosfet等可控晶体管进行构造，每个晶体管的受控端子可电连接到相应的驱动板(例如，第一驱动板341、第二驱动板342、第三驱动板343和第四驱动板344)，每个驱动板可电连接到相应的控制器，例如，每个驱动板均可经由第二总线520电连接到链节控制器400，也可直接连接到链节控制器400。
71.链节控制器400可实时与n组电池组件、n组上臂支路熔断器、n组下臂支路熔断器、n组支路传感器、dc/dc变换器、电源模块、整流组件中的驱动板进行信息的交互，从而对储能系统的各个可控组件进行控制。
72.虽然图1中示出储能电池模块不包括链节控制器400，但链节控制器400也可以是储能电池模块100的一部分。
73.在一个示例中，单个链节控制器400可以将一个桥臂(例如，a相)上的n个模块的控制信号全部汇集综合起来，进行集中处理和判断，从而执行命令，链节控制器400可执行分层控制。链节控制器400的构造不受具体限制。链节控制器400可以与电池簇串联组件、支路
熔断器和支路传感器通信连接。
74.在一个示例中，链节控制器400也可以仅将一个桥臂上的所有储能电池部分的控制信号汇集综合起，然后进行相应的控制，每个桥臂可以具有一个或更多链节控制器。
75.图3是示出本实用新型的实施例的级联型储能系统的示意性框图，图4是示出本实用新型的实施例的电流采样单元的连接方式的示意图。
76.如图3所示，本实用新型的级联型储能系统可包括a相储能链路、b相储能链路及c相储能链路。各储能链路均包括m组如上所述的储能单元。
77.其中，m为不小于1的正整数，m可根据需要自由设置，例如，可以根据储能电池模块的电压以及电网电压进行计算，m可以为6。
78.每相级联的储能单元均可以是如上所述的储能单元。虽然图3中示出的网侧h桥组件与储能单元彼此独立，但网侧h桥组件也可以是储能单元的一部分。
79.本实用新型的级联型储能系统还可包括多个电流采样单元，多个电流采样单元中的每个设置在相应相与三相星接点之间。例如，多个电流采样单元可包括a相电流采样单元610、b相电流采样单元620和c相电流采样单元630。
80.如图3所示，a相、b相和c相的一端可以通过高压(例如，35kv)母线直挂电网，也可以电连接到公共的储能升压变换器，a相、b相和c相的另一端可以公共连接于三相星接点s。
81.每相的电流采样单元的位置可相同，例如，a相电流采样单元610可以连接在a相与三相星接点s之间，例如，连接在a相上的串联组件与三相星接点s之间，b相电流采样单元620可以连接在b相与三相星接点s之间，例如，连接在b相上的串联组件与三相星接点s之间，c相电流采样单元630可以连接在c相与三相星接点s之间，例如，连接在c相上的串联组件与三相星接点s之间。每相的电流采样单元的位置也可以存在差异。
82.a相电流采样单元610、b相电流采样单元620和c相电流采样单元630可具有相同的连接结构。
83.例如，a相电流采样单元610、b相电流采样单元620和c相电流采样单元630中的每个可包括电流传感器900和绝缘伞裙910，绝缘伞裙910固定在相电流母线920上，电流传感器900通过开设的通孔套在绝缘伞裙910上并且保持固定。
84.根据本实用新型的实施例的电流采样单元采用定制化的连接方式，通过绝缘伞裙将高压母线的高电压与低压电流传感器的低压控制系统隔离开，降低了使用成本。再者，绝缘伞裙固定在相电流母线上，电流传感器通过开孔而套在绝缘伞裙的中间位置，这样的连接方式可以保持与带电的相电流母线的安全爬电距离，提高储能系统的安全性。
85.级联型储能系统还可包括级联储能控制单元，级联储能控制单元可分别与每个储能单元的链节控制器、每一相的电流采样单元通信。
86.作为示例，每相的储能单元、每相的电流采样单元可以电连接到同一级联储能控制单元700，例如，a相电流采样单元610、b相电流采样单元620和c相电流采样单元630可分别电连接到级联储能控制单元700。级联储能控制单元700可执行全局储能控制。
87.根据本公开的实施例的储能单元和级联型储能系统可增大容量和功率，发挥大容量的优势。
88.根据本公开的实施例的储能单元和级联型储能系统可以不需要软启开关、软启电阻、主支路开关等电气组件，降低了供电系统的可靠性。
89.根据本公开的实施例的储能单元和级联型储能系统可对电流采样电源的连接进行定制化，提高储能安全性。
90.上面对本实用新型的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善(例如，可以对不同实施例中描述的不同特征进行组合)，这些修改和完善也应在本实用新型的保护范围内。
技术特征：1.一种储能单元，其特征在于，所述储能单元包括：储能电池模块及功率变换模块，所述储能电池模块包括并联连接的n组电池簇串联组件，每组电池簇串联组件包括支路熔断器及串联连接的多个电池组件，所述支路熔断器连接在所述多个电池组件与所述功率变换模块的直流侧之间；每组电池簇串联组件通过电池侧正母排和电池侧负母排连接到所述功率变换模块的直流侧，所述功率变换模块的交流侧用于与其他储能单元级联。2.根据权利要求1所述的储能单元，其特征在于，每组电池簇串联组件还包括支路传感器，所述支路传感器设置在所述支路熔断器与所述多个电池组件之间。3.根据权利要求1所述的储能单元，其特征在于，所述功率变换模块包括dc/dc变换器、电源模块、母线电容和网侧h桥组件，dc/dc变换器的电源侧正端口与电源模块的正端口、母线电容的正端口及网侧h桥组件的正端口电连接；dc/dc变换器的电源侧负端口与电源模块的负端口、母线电容的负端口及网侧h桥组件的负端口电连接。4.根据权利要求3所述的储能单元，其特征在于，所述功率变换模块还包括旁路开关，所述旁路开关并联连接在所述网侧h桥组件的交流端口之间。5.根据权利要求2所述的储能单元，其特征在于，所述储能单元还包括链节控制器，所述链节控制器与所述电池簇串联组件、所述支路熔断器和所述支路传感器通信连接。6.根据权利要求4所述的储能单元，其特征在于，所述储能单元还包括链节控制器，所述链节控制器与所述dc/dc变换器、所述电源模块、所述网侧h桥组件和所述旁路开关通信连接。7.一种级联型储能系统，其特征在于，所述级联型储能系统包括a相储能链路、b相储能链路及c相储能链路，各储能链路均包括m组如权利要求1-6中任一项权利要求所述的储能单元，m组储能单元的交流侧级联，其中，m为不小于1的正整数。8.根据权利要求7所述的级联型储能系统，其特征在于，所述级联型储能系统还包括多个电流采样单元，所述多个电流采样单元中的每个设置在相应相与三相星接点之间。9.根据权利要求8所述的级联型储能系统，其特征在于，所述多个电流采样单元中的每个包括电流传感器和绝缘伞裙，所述绝缘伞裙固定在相电流母线上，所述电流传感器通过开设的通孔套在所述绝缘伞裙上并且保持固定。10.根据权利要求7至9中任一项所述的级联型储能系统，其特征在于，所述级联型储能系统还包括级联储能控制单元，所述级联储能控制单元分别与每个储能单元的链节控制器、每一相的电流采样单元通信。
技术总结本实用新型公开一种储能单元以及级联型储能系统。储能单元包括：储能电池模块及功率变换模块，所述储能电池模块包括并联连接的N组电池簇串联组件，每组电池簇串联组件包括支路熔断器及串联连接的多个电池组件，述支路熔断器连接在所述多个电池组件与所述功率变换模块的直流侧之间；每组电池簇串联组件通过电池侧正母排和电池侧负母排连接到所述功率变换模块的直流侧，所述功率变换模块的交流侧用于与其他储能单元级联。根据本公开的实施例的储能单元可实现电池簇的并联，增大容量和功率。率。率。
技术研发人员：杨有涛
受保护的技术使用者：新疆金风科技股份有限公司
技术研发日：2021.12.14
技术公布日：2022/7/5
