一种交流高压储能系统的制作方法

1.本发明涉及电力电子技术和电池管理的技术领域，特别涉及一种交流高压储能系统。


背景技术：

2.近些年来，能源问题在国际上受到了密切关注，而为了实现碳中和以及解决当前的能源供给问题，我国出台了很多政策用于大力支持清洁能源相关技术的发展，其中，用于储存电能的储能技术也得到了飞速的发展，利用储能技术储存的能量可以用做应急能源，而基于电力电子技术以及电池管理的储能技术更是受到广泛的关注。
3.在现有的直流储能系统中，为保证储能的容量，通常将多个直流电池包(pack)或簇通过直流系统串并联形成直流储能系统，由于电池或者电池单元电压的不均衡性导致电池或电池单元之间不断进行充放电，进而不断消耗能量，而随着工作时间越长，其中单节电池或电池单元的电量差异就越大，进而造成电池或电池单元之间的回流现象就越明显，最终导致整个储能系统储能效率快速下降。在储能系统进行充电和放电过程中，由于采用电池或者电池单元之间并联进行充电，当其中某一节电池或电池单元的容量快速下降，则会产生电池的过充和过放现象，影响电池的使用寿命和容量，严重时会损坏电池或者产生起火等现象，同时直流系统在运行过程中会产生拉弧现象，一旦发生直流拉弧会引发持续拉弧现象，严重时有可能会发生火灾等现象，存在严重的安全隐患。
4.因此，一种储能效率高且具有较高安全性的交流高压储能系统亟待研究。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种交流高压储能系统，解决了现有技术中的直流储能系统储能效率低且存在安全隐患的技术问题。
6.本发明提供了一种交流高压储能系统，包括：
7.至少两个可串联的交流输出电池模块，所述交流输出电池模块包括散热单元和两个h桥功率单元；
8.所述h桥功率单元的直流侧并联有电池单元，所述h桥功率单元包括两个并联的桥臂，每一所述桥臂包括两个串联的电力场效应晶体管组，每一所述电力场效应晶体管组包括多个并联的电力场效应晶体管，两个所述电力场效应晶体管组之间的连接点为所述桥臂的中点，每一所述中点引出一输出端，两个所述h桥功率单元通过所述输出端级联；
9.所述散热单元包括散热器，两个所述h桥功率单元与所述散热器贴合设置，所述散热器内部铺设有散热管路，所述散热管路与所述h桥功率单元相对设置。
10.可选的，所述交流输出电池模块还包括电池管理单元，所述电池管理单元与所述电池单元电连接，所述电池管理单元用于采集、传输以及均衡所述电池单元的运行数据。
11.可选的，所述交流输出电池模块还包括驱动保护单元，所述驱动保护单元与任一所述h桥功率单元电连接。
12.可选的，所述h桥功率单元的直流侧还并联有滤波电容。
13.可选的，两个级联的所述h桥功率单元分别为第一级h桥功率单元和第二级h桥功率单元，所述第一级h桥功率单元包括相并联的第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂的中点引出第一输出端，所述第二桥臂的中点引出第二输出端，所述第二级h桥功率单元包括相并联的第三桥臂和第四桥臂，所述第三桥臂的中点引出第三输出端，所述第四桥臂的中点引出第四输出端，所述第二输出端与所述第三输出端电连接，所述第一输出端与所述第四输出端作为所述交流输出电池模块的两个输出端口。
14.可选的，所述交流输出电池模块还包括滤波器，所述滤波器与任一所述输出端口电连接。
15.可选的，所述电池单元包括一个电池单体或多个相串联的电池单体。
16.可选的，所述散热器开设有空调进水口和空调出水口，所述散热器内部还铺设有冷却水管路，所述冷却水管路的进水端与所述空调进水口连接，所述冷却水管路的出水端与所述空调出水口连接，所述冷却水管路与所述散热管路连通。
17.可选的，所述散热单元还包括温度控制基板，所述温度控制基板贴合设置在所述h桥功率单元与所述散热器之间。
18.可选的，所述散热器还开设有消防进水口。
19.本发明提供的交流高压储能系统，将多个可串联的交流输出电池模块进行串联以构成交流高压储能系统，采用交流高压储能系统可有效避免拉弧现象的产生，提高设备的安全性，而每一交流输出电池模块采用两个h桥功率单元级联的连接方式，使得交流输出电池模块输出的交流电压的电压值和相位可调，电流可控，以便交流输出电池模块并网，并且可根据各个交流输出电池模块的电池存储能量值以调节其输出功率，使得各个电池单元处于电池均衡状态，提高设备整体的储能效率，同时，多个交流输出电池模块通过散热单元进行散热，降低设备可能存在的安全隐患。
20.本发明的其它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可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
21.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
22.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
23.图1为本技术实施例提供的一种交流高压储能系统的结构连接关系图；
24.图2为本技术实施例提供的一种交流高压储能系统中的h桥功率单元的电路图；
25.图3为本技术实施例提供的一种交流高压储能系统中的两个h桥功率单元级联的电路图；
26.图4为本技术实施例提供的一种交流高压储能系统的主视图。
27.图中：
28.1、h桥功率单元；2、电池单元；3、电池管理单元；4、驱动保护单元；5、输出端口；6、散热器；7、散热管路；8、空调进水口；9、空调出水口；10、冷却水管路；11、温度控制基板；12、
消防进水口。
具体实施方式
29.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。
30.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
31.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.本发明提供了一种交流高压储能系统，参见图1至图4，包括至少两个可串联的交流输出电池模块，交流输出电池模块包括散热单元和两个h桥功率单元1；h桥功率单元1的直流侧并联有电池单元2，h桥功率单元1包括两个并联的桥臂，每一桥臂包括两个串联的电力场效应晶体管组，每一电力场效应晶体管组包括多个并联的电力场效应晶体管，两个电力场效应晶体管组之间的连接点为桥臂的中点，每一中点引出一输出端，两个h桥功率单元1通过输出端级联；散热单元包括散热器6，两个h桥功率单元1与散热器贴合设置，散热器6内部铺设有散热管路，散热管路与h桥功率单元1相对设置。
33.本发明提供的交流高压储能系统，将多个可串联的交流输出电池模块进行串联以构成交流高压储能系统，采用交流高压储能系统可有效避免拉弧现象的产生，提高设备的安全性，而每一交流输出电池模块采用两个h桥功率单元1级联的连接方式，使得交流输出电池模块输出的交流电压的电压值和相位可调，电流可控，以便交流输出电池模块并网，并且可根据各个交流输出电池模块的电池存储能量值以调节其输出功率，使得各个电池单元2处于电池均衡状态，提高设备整体的储能效率，同时，多个交流输出电池模块通过散热单元进行散热，降低设备可能存在的安全隐患。
34.具体地，在上述实施例中，交流输出电池模块还包括电池管理单元3，电池管理单元3与电池单元2电连接，电池管理单元3用于采集、传输以及均衡电池单元2的运行数据。在本实施方式中，每一电池单元2均连接有一电池管理单元3，电池管理单元3用于实时采集并传输每一电池单元2的运行数据，运行数据具体包括各个电池单元2实时运行的电压、电流以及储能容量等，当检测出在长时间工作状态下，各个电池单元2之间差异不断加大，甚至逐渐产生回流现象时，及时调整电路运行策略以均衡各个电池单元2的运行数据，避免整个储能系统储能出现效率快速下降的现象。
35.具体地，在上述实施例中，交流输出电池模块还包括驱动保护单元4，驱动保护单
元4与任一h桥功率单元1电连接。在本实施方式中，驱动保护单元4与其中一个h桥功率单元1电连接，以实现对整体交流输出电池模块的短路过电压、过电流的保护，确保交流输出电池模块的稳定运行。
36.具体地，在上述实施例中，h桥功率单元1的直流侧还并联有滤波电容。在本实施方式中，h桥功率单元1的直流侧并联有电池单元2，电池单元2的输出端同时并联有滤波电容，滤波电容用于降低交流脉动波纹系数并将直流平滑输出，降低了交变脉动电流对电子电路的影响，同时还可吸收电子电路工作过程中产生的电流波动和经由交流电源串入的干扰，使得电路的工作性能更加稳定。
37.具体地，在上述实施例中，参见图2和图3，两个级联的h桥功率单元1分别为第一级h桥功率单元和第二级h桥功率单元，第一级h桥功率单元包括相并联的第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂的中点引出第一输出端，第二桥臂的中点引出第二输出端，第二级h桥功率单元包括相并联的第三桥臂和第四桥臂，第三桥臂的中点引出第三输出端，第四桥臂的中点引出第四输出端，第二输出端与第三输出端电连接，第一输出端与第四输出端作为交流输出电池模块的两个输出端口5。在本实施方式中，h桥功率单元1的核心功能是进行交直流的能量转换，在储能时可将交流转换为直流以给电池单元2进行充电，在释能时将电池单元2的直流转换为交流进行输出，h桥功率单元1选用电力场效应晶体管串联以搭建高压系统，结构简单，成本低廉；两个h桥功率单元均包括两个并联的桥臂，每个桥臂的中点均引出一输出端，通过第一级h桥功率单元的第二输出端与第二h桥功率单元的第三输出端电连接，以实现两个h桥功率单元的级联，级联的连接方式通常是指多个实现相同或相似功能的模块通过某种规律性的连接方式进行连接，两个h桥功率单元采用级联的连接方式能够延长交流输出电池模块的使用寿命，均衡各交流输出电池模块的电量，其余第一级h桥功率单元的第一输出端与第二h桥功率单元的第四输出端便作为交流输出电池模块的两个输出端口5，输出端口5一方面能够用来串联其他的交流输出电池模块，另一方面也能够连接其他元件或电路结构，可将不同电路拓扑的功率单元搭配使用，使得输出电压调节更加灵活多样。
38.进一步的，交流输出电池模块还包括滤波器，滤波器与任一输出端口5电连接。在本实施方式中，滤波器通常可对电路中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，以得到或消除一个特定频率的电源信号，在交流输出电池模块的输出端口5不连接滤波器时，交流输出电池模块输出为含有低频率调制信号调制高频率载波的方波信号，而在交流输出电池模块的输出端口5增加连接有滤波器时，可输出正弦交流电，滤波器的设置使得交流输出电池模块的使用更加灵活，应用场景更加广泛。
39.具体地，在上述实施例中，电池单元2包括一个电池单体或多个相串联的电池单体。在本实施方式中，电池单元2可根据实际使用需求自行设置，电池单元2至少包括一个电池单体，也可选择将多个电池单体进行串联设置。
40.具体地，在上述实施例中，参见图1，散热器6开设有空调进水口8和空调出水口9，散热器6内部还铺设有冷却水管路10，冷却水管路10的进水端与空调进水口8连接，冷却水管路10的出水端与空调出水口9连接，冷却水管路10与散热管路7连通。在本实施方式中，空调进水口8和空调出水口9开设在散热器6的同一侧，从空调进水口8内注入冷却水，冷却水通过冷却水管路10流经散热器6内的散热管路7，以实现对交流输出电池模块的散热冷却，而在完成散热过程后，便可从空调出水口9排出冷却水，也可通过外接的传递设备，将空调
进水口8与空调出水口9连通，在一段时间内通过冷却水持续不断地在冷却水管路10以及散热管路7内循环流动，以实现完整的循环散热过程。具体的，将冷却水管道设置成u型管道，便于以最快速度流经整个散热管道，以实现最好的散热效果，且冷却水管道通常设置在散热器6远离交流输出电池模块的一端，便于为注水以及排水留足操作空间。
41.具体地，在上述实施例中，散热单元还包括温度控制基板11，温度控制基板11贴合设置在h桥功率单元1与散热器6之间。在本实施方式中，散热器6以及h桥功率单元1之间贴合设置有能够进行温度调节的温度控制基板11，温度控制基板11具体包括温度显示屏以及温度调节按钮，温度显示屏上能够显示实际温度以及设定温度，可根据显示的h桥功率单元1实际温度以通过温度调节按钮将温度控制基板11调节到设定温度，进而实现对h桥功率单元1的散热降温，具体的，温度控制基板11主要对h桥功率单元1内的多个电力场效应晶体管进行散热，温度控制基板11与散热管路7组合使用，能够对h桥功率单元1起到良好的散热效果，同时，散热管路7内的冷却水同时能起到对温度控制基板11散热的作用。
42.具体地，在上述实施例中，散热器6还开设有消防进水口12。在本实施方式中，消防进水口12开设有在散热器6的侧面，便于从消防进水口12向散热器6内注入冷却水，以实现对交流输出电池模块快速散热及冷却，杜绝当系统出现异常导致出现无法控制的热失控，而散热管路7以及冷却水管路10需要一定的冷却时间无法及时进行散热，进而对设备或人员造成重大安全事故，消防进水口12同样是散热单元的一部分，消防进水口12作为备用手段主要负责交流输出电池模块的消防安全，消防进水口12能够及时处理可能发生的热失控，有效降低系统整体可能存在的安全隐患。
43.以上，仅为本发明专利较佳的具体实施方式，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。
44.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。