一种储能柜及充电系统的制作方法

本技术涉及储能，尤其涉及一种储能柜及充电系统。

背景技术：

1、近年来，交通电动化已成为不可逆转的行业趋势，电动汽车的市场渗透率越来越高。充电技术的演进和充电基础设施已成为制约电动汽车行业快速发展的重要因素。目前，充电系统设施的设计方案中往往会配置光伏系统和储能系统。通过光伏发电、以及储能系统的峰谷套利模式进行充放电调控，可以提升充电系统的整体经济性。

2、目前，市场上主要采用交流耦合的架构在充电系统中配置储能系统。采用交流耦合的架构且共用交流母线的光储充一体场站系统在使用时，首先需要将光伏系统和储能系统等能源转为交流电，然后再进行利用，工作环节多，效率较低。而且很难扩展，造价较高，整个场站系统的能量调度非常复杂，需要配置有源滤波装置，可靠性较低。如何能够更加便捷地为充电系统增加储能功能，提升充电系统的充放电能量效率，减小对充电系统的改造程度，降低成本，是现今急需解决的问题。

技术实现思路

1、本技术提供了一种储能柜及充电系统，用以实现提升系统充放电能量效率且降低系统成本。

2、第一方面，本技术实施例提供一种储能柜，包括：柜体、电池包、直流变换器、簇控制盒和转接盒。其中，柜体用于结构防护，电池包一般为多个，电池包用于电能的储存和释放，直流变换器用于对电池包中存储电能的直流升降压，簇控制盒用于对储能柜的整体控制和调度，转接盒用于实现储能柜的对外功率连接和电气安全关断。柜体的内部分为电池仓和功率仓，功率仓位于电池仓的下方；电池仓内放置电池包，功率仓内放置直流变换器、簇控制盒和转接盒，直流变换器位于簇控制盒之上，转接盒位于直流变换器之上，有利于改善储能柜内部布线便利性且使内部结构更紧凑。电池包的总输出接口与簇控制盒的输入接口连接，簇控制盒的输出接口与直流变换器的输入接口连接，直流变换器的输出接口和转接盒的输入接口连接，直流变换器和簇控制盒避让转接盒的输出接口设置，转接盒的输出接口与线缆的一端连接，线缆的另一端穿过位于功率仓底部的开孔伸出柜体，用于输出线缆的开孔设置柜体的底部，有利于在柜体的四周支持合并柜体。转接盒的输出可以向下设计且与功率仓底部的开孔相对而置，直流变换器和簇控制盒避让转接盒的输出设置。

3、在本技术中，在储能柜中配置与直流变换器连接的转接盒实现储能柜的直流输出，在将储能柜配入充电系统后，可以提升系统的充放电效率，降低系统成本。并且，在储能柜中配置转接盒，并将转接盒的输出接口与位于下方的直流变换器和簇控制盒进行物理空间的避让设计，相较于从直流变换器的输出接口直接通过弯折的线缆输出至储能柜的外部，可以改善用于功率输出的线缆的接线便利性。

4、在本技术一些实施例中，转接盒的输入接口和输出接口均可以设置在转接盒朝向柜体的柜门一侧，即转接盒的输入接口和输出接口均可以设置在转接盒的前侧，有利于线路连接。并且，转接盒的输出接口的插拔线出口方向可以朝向功率仓底部设置即向下设计，用于输出线缆的开孔可以设置柜体的底面，有利于在柜体的四周支持合并柜体。转接盒的输出接口与开孔可以正对设置，使得线缆大致竖直布线，有利于线路连接。并且，由于工艺对位误差的存在，或者受限于柜体内部空间等因素的影响，在实际应用中，开孔与转接盒的输出接口之间并不能完全对齐，因此在实际应用中，线缆可能存在一定的弯折，但线缆大致沿着竖直方向布线。

5、在本技术一些实施例中，为了实现直流变换器和簇控制盒避让转接盒的输出接口设置，柜体的宽度方向上，直流变换器和簇控制盒的长度可以均小于转接盒的长度，使得直流变换器和簇控制盒可以位于转接盒的输入接口的下方，而转接盒在柜体的宽度方向上可以具有伸出直流变换器的部分，以便转接盒的输出接口设置在转接盒在柜体的宽度方向上伸出直流变换器的部分，有利于留出线缆的走线空间。

6、在本技术一些实施例中，储能柜内一般还会设置液冷机组，液冷机组实现对柜体内部的温度控制。液冷机组可以位于柜体的柜门内侧，柜门设置于柜体的前侧。在本技术中，储能柜可以采用单开门布置，柜体的前侧设置为柜门，这样有利于在柜体的顶部进行泄爆设计，并且，在柜体的左右两侧以及后侧可以支持合并柜体，可以实现储能柜的高能量密度布置。在本技术中，液冷机组可以嵌于柜门的门板上，并在柜门的门板上开设通孔，实现液冷机组的进风和出风，完成与外部环境的热交换。示例性地，还可以在柜门的门板上靠近左侧开孔作为换气风扇的出口，以便在柜体内部热失效时，可燃气体的排放。

7、在本技术一些实施例中，可以对电池仓和功率仓分别设置相互独立的冷却回路，以便实现对电池仓和功率仓的独立温度控制。示例性地，液冷机组与用于为电池包散热的第一液冷板之间具有第一冷却回路，液冷机组与用于为直流变换器散热的第二液冷板之间具有第二冷却回路。具体地，液冷机组的外部可以设置四个接口，具体可以分为第一进液接口，第一出液接口，第二进液接口，第二出液接口。其中，第一进液接口和第一出液接口均连接第一主管路，第一主管路上设置多个三通接头，各三通接头通过支管路与各第一液冷板连接，形成第一冷却回路，实现对各电池包的温度控制。第二进液接口和第二出液接口均连接第二主管路，第二主管路上设置三通接头，三通接头通过支管路与第二液冷板连接，形成第二冷却回路，实现对直流变换器的温度控制。并且，可以在主管路和支管路上均设置双向截止阀，在冷却机组维护换液时，可以保证管路不漏液，减少由于漏液引起的电路故障。

8、在本技术一些实施例中，可以将液冷机组的管路和配电线路分开设置，实现水电隔离，提高安全性。具体地，第一液冷板可以位于电池包远离输出接口一侧的外部，即第一液冷板和电池包的输出接口可以设置在电池包前侧的不同位置且具有足够的间距。第二液冷板可以位于直流转换器远离输出接口一侧的外部，即第二液冷板和直流转换器的输出接口可以设置在直流转换器前侧的不同位置且具有足够的间距。示例性地，当柜门与柜体连接的铰链设置在柜体的左侧时，第一液冷板和第二液冷板可以均位于靠近柜体的左侧，电池仓和功率仓内的配电线路可以位于靠近柜体的右侧，实现水电隔离，提高安全性。

9、在本技术一些实施例中，簇控制盒的输入接口和输出接口可以均位于簇控制盒朝向柜体的柜门一侧，电池包的输出端口可以位于电池包朝向柜体的柜门一侧，且簇控制盒的输出接口和电池包的输出接口均平行于柜体的底面设置即横向设置，且朝向相同，以方便接线。配电线路可以具体包括：相邻电池包之间的第一连接线路，电池包的总输出接口与簇控制盒的输入接口之间的第二连接线路，以及转接盒的输出接口连接的线缆。具体地，相邻的电池包手拉手连接。示例性地，各电池包的正负极输出接口可以设置在电池包的同一侧例如右侧，簇控制盒的输入接口也可以设置在簇控制盒的右侧，转接盒的输出接口也可以设置在转接盒的右侧，以便第一连接线路、第二连接线路和线缆均位于柜体的右侧，有利于与液冷机组的管路实现水电隔离。

10、在本技术中，转接盒的输出接口可以采用ot接口，便于线缆的外部接线，提高连接可靠性。而转接盒的输入接口可以采用快插端子，有利于与直流变换器的输出接口之间的插拔接线。

11、在本技术中，储能柜作为一个高电压和高能量的系统，为了保证储能柜的电气安全，可以在功率仓内的直流功率回路上设计电气保护电路，降低安全风险。并且，还可以设置多级电气保护电路，进行分级电气保护。

12、在本技术一些实施例中，可以在转接盒内设置有串联在输入接口和输出接口之间的第一电气安全装置，并设置与其对应的启动阈值，以便实现安全保护。在储能柜运行的过程中，在检测到储能柜中直流功率回路的漏电流异常，且判断漏电流大于第一设定值时，可以确定电池绝缘失效发生对地共模短路，第一电气安全装置进行快速主动关断其所在电路，降低电池绝缘失效对地共模短路的安全风险。并且，在主动关断第一电气安全装置的同时，还可以发出故障告警，储能柜停机，以便维修人员上站维修，之后导通第一电气安全装置。在储能柜运行的过程中，在检测到漏电流异常，且判断漏电流小于第一设定值时，可以不关断第一电气安全装置，判断设定时间内漏电流异常是否恢复，若恢复，则正常运行储能柜，若未恢复，则发出故障告警，以便维修人员远程分析故障原因，判断是否需要上站维修。上述漏电流异常的判断可以通过设置在直流功率回路上的电流检测器(rcd)检测漏电流并与设定漏电流阈值进行比较，确定是否发生漏电流异常，其中，漏电流阈值小于上述第一设定值。

13、在本技术一些实施例中，第一电气安全装置具体可以采用爆炸熔丝。在储能柜运行的过程中，在检测到漏电流异常，且判断漏电流大于第一设定值时，启动爆炸熔丝，进行直流功率回路的快速关断，并可以发出故障告警，储能柜停机，以便维修人员上站维修，更换爆炸熔丝。并且，在检测到漏电流异常，且判断漏电流小于第一设定值时，不启动爆炸熔丝f1，判断设定时间内漏电流异常是否恢复，若恢复，则正常运行储能柜，若未恢复，则发出故障告警，以便维修人员远程分析故障原因，判断是否需要上站维修。

14、在本技术一些实施例中，第一电气安全装置也可以采用断路器，并且，断路器可以连接主动脱扣装置，主动脱扣装置可以控制断路器在闭合和断开之间切换，以便在维修人员可以主动断开断路器对储能柜进行上站检测。在储能柜运行的过程中，在检测到储能柜中直流功率回路的漏电流异常，且判断漏电流大于第一设定值时，断开断路器所在电路，进行直流功率回路的快速关断，并可以发出故障告警，储能柜停机，以便维修人员上站维修，手动闭合断路器。并且，在检测到漏电流异常，且判断漏电流小于第一设定值时，不断开断路器，判断设定时间内漏电流异常是否恢复，若恢复，则正常运行储能柜，若未恢复，则发出故障告警，以便维修人员远程分析故障原因，判断是否需要上站维修。

15、在本技术一些实施例中，当转接盒内配置有断路器时，可以将断路器的主动脱扣装置设置在转接盒的外部，以便在维修人员在不拆卸转接盒的情况下，主动断开断路器，使得在转接盒内部连接输入接口和输出接口的线路断开，以便对储能柜进行检测。

16、在本技术一些实施例中，还可以在簇控制盒内设置有串联在输入接口和输出接口之间的第二电气安全装置。在储能柜运行的过程中，设置在直流功率回路中任意位置的分流器检测短路电流，在判断储能柜中直流功率回路的短路电流大于第二设定值时，可以确定存在短路电流异常，第二电气安全装置进行快速关断，降低直流功率回路中发生差模短路的安全风险。并且，在关断第二电气安全装置的同时，还可以发出故障告警，储能柜停机，以便维修人员上站维修，更换短路模块。

17、在本技术中，按照不同电气安全需求，在簇控制盒内可以设置一个或多个第二电气安全装置。示例性地，在本技术一些实施例中，第二电气安全装置具体可以包括串联的保险丝和接触器，分别设置与其对应的不同启动阈值，以便实现分级安全保护。在储能柜运行的过程中，在判断短路电流大于第二设定值且小于第三设定值时，第三设定值大于第二设定值，可以断开接触器，进行直流功率回路的快速关断，并可以发出故障告警，储能柜停机，以便维修人员上站维修，更换短路模块。在储能柜运行的过程中，在判断短路电流大于第三设定值时，保险丝熔断，进行直流功率回路的快速关断，并可以发出故障告警，储能柜停机，以便维修人员上站维修，更换短路模块。

18、第二方面，本技术实施例提供一种充电系统，包括：充电机、配电柜和上述第一方面任意实施例提供的储能柜。其中，储能柜用于在场站控制器的控制下对电池包进行充放电，充电机作为充电系统的核心部件用于接收电网和储能柜的能量馈入，配电柜用于连接储能柜和充电机并进行功率传输。具体地，储能柜的输出接口与配电柜的输入接口电连接，配电柜的输出接口与充电机的直流母线电连接。充电机一般包括：交流输入模块、ac/dc模块、dc/dc模块、投切矩阵模块；其中，交流输入模块用于接收电网能量馈入，ac/dc模块用于交流到直流的功率变换，dc/dc模块用于直流到直流的功率变换，投切矩阵模块用于执行从充电机到充电终端的能量输出。

19、本技术实施例提供的充电系统中，储能柜与充电机之间采用直流耦合架构替代现有的交流耦合架构，利用储能柜中的直流变换器直接与充电机中的直流变换器进行能量传输，可直接利用储能柜中的能源，其能量转换环节较少、能量效率高，控制系统和结构较为简单，并且，可以在低电价时存贮电网电量，降低车辆在用电高峰时的电力成本。