一种隔离型储能电池包的独立控制装置及储能电站的制作方法

1.本实用新型涉及能源技术领域，尤其涉及一种隔离型储能电池包的独立控制装置及储能电站。


背景技术：

2.目前储能电站比较普遍的方案是电池簇组合成集装箱式储能电站方案，在该方案中：先由电池箱体、电池模组、电池管理系统、熔断器 f1装配成电池包，再由多个相同规格的电池包串联成一个电池簇，将多个电池簇并联成一个总电池组，总电池组再和集装箱组件、电池管理系统、配电盒、变流器系统、能量监控系统、消防安全辅助系统组成储能电站。
3.其中，集装箱式储能电站方案由于其每一电池簇均配一路开关控制，虽然能够实现电池簇的通断控制，但无法独立控制单个电池包的通断，本案研究人员在研究过程中发现对于该技术设计会存在以下不足：
4.(1)热失控风险较大：由于每一电池簇的通断靠电池簇下高压盒中断路器来控制通断，无法实现单个电池包的单独快速切断，有些低成本方案甚至取消电池包中熔断器f1，因此当某一电池包电池出现热失控时无法快速切断该故障电池包，电池簇热失控风险较大。
5.(2)匹配不灵活：由于集装箱式储能电站以电池簇为单位来控制通断，如果需要调整电站的输出电压或容量，则需要人工机械地去调整电池包串并联关系来实现。
6.(3)运营成本较高：由于无法从后台远程快速切断单个电池包，为避免发生安全事故，需要安排多个维护人员定期巡查，以避免储能电站出现故障，效率低、人工成本高。


技术实现要素：

7.鉴于此，本实用新型提供一种有效解决以上问题的隔离型储能电池包的独立控制装置及储能电站。
8.本实用新型提供了一种隔离型储能电池包的独立控制装置，其包括：电池包、设于所述电池包内以监控对应电池包电芯工作状态的子控制系统、由多个电池包串联形成的电池簇和电联并监控所述电池簇工作状态的主控制系统，所述子控制系统接收到所述主控制系统发送的上高压指令时，所述子控制系统对所述电池包电芯自检，在所述电池包电芯无故障时接入电池簇电路，在所述电池包电芯故障时断开电池包电路，隔离故障电池包。
9.优选实施例中，所述电池包与所述子控制系统一一对应，在将所述故障电池包移出后，所述主控制系统通过控制所述子控制系统连接正常的电池包，以与所述电池簇重新连接。
10.优选实施例中，所述电池包内设有控制电路，所述控制电路设有与所述子控制系统信号连接的主负接触器k1和应急接触器k2，在所述子控制系统自检判断所述电池包正常时，闭合所述主负接触器k1，所述电池包接入所述电池簇电路；在所述子控制系统自检判断所述电池包故障时，断开所述主负接触器k1并闭合所述应急接触器k2，将故障电池包从所
述电池簇电路中隔离。
11.优选实施例中，所述控制电路包括电池模组、正极端子和负极端子，所述主负接触器k1设在所述电池模组与所述负极端子之间的导线连线上，所述主负接触器k1与所述电池模组的输入端之间串联有熔断器f1，所述电池模组、所述熔断器f1与所述主负接触器k1并联在所述应急接触器k2的两接线端。
12.优选实施例中，所述装置还包括电池箱体和设于其上的主正插座、主负插座和通讯插座，所述电池模组、所述主负接触器k1、所述应急接触器k2、所述熔断器f1和所述子控制系统设于所述电池箱体上，所述主正插座通过第一铜排与所述电池模组的输出端连接，所述主负插座与所述电池模组的输入端通过第二铜排连接至所述主负接触器k1和所述熔断器f1，所述主正插座与所述主负插座通过第三铜排连接至所述应急接触器k2，所述通讯插座通过第一控制线束与所述子控制系统连接。
13.优选实施例中，所述电池模组为多个时，所述电池模组之间通过串联铜排、电池采集线束和第二控制线束连接。
14.优选实施例中，所述第一铜排包括第一主正插座铜排，所述主正插座通过所述第一主正插座铜排连接至所述电池模组的输出端。
15.优选实施例中，所述第二铜排包括主负接触器铜排、主负熔断器铜排和主负模组一铜排，所述主负插座通过所述主负接触器铜排连接至所述主负接触器k1的输入端，所述主负接触器k1的输出端通过主负熔断器铜排连接至所述熔断器f1的输入端，所述熔断器f1的输出端通过主负模组一铜排连接至所述第一电池模组的输入端。
16.优选实施例中，所述第三铜排包括应急接触器铜排和第二主正插座铜排，所述主正插座通过所述第二主正插座铜排连接至所述应急接触器 k2的输入端，所述主负插座通过所述应急接触器铜排连接至所述应急接触器k2的输出端。
17.本实用新型还提供了一种储能电站，其包括以上所述的隔离型储能电池包的独立控制装置。其中，所述储能电站为集装箱式储能电站。
18.本实用新型通过设计了一种隔离型储能电池包的独立控制装置，通过由一个主控制系统和各个电池包内子控制系统实时通讯，监控和控制整个电池簇中每个电池包的工作状态，当监测到电池簇下某一电池包内出现故障时，可通过子控制系统快速切断故障电池包内电路，将故障电池包从电池簇工作电路中移出，结构精简，安全可靠，安装方便，既可以作为集装箱储能站的抽屉电池包使用，也可作为家庭小型储能装置使用，且其在避免储能电站电池热失控、提高系统安全性和节能降耗方面作用明显，是实现国家碳达峰和碳中和宏伟目标的有效设备，市场潜力巨大。
19.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
20.图1为本实用新型提供的一种隔离型储能电池包的独立控制装置中电池簇的一具体实施例的结构示意图；
21.图2为本实用新型提供的一种隔离型储能电池包的独立控制装置的一具体实施例
的结构框图；
22.图3为图2中电池包内控制电路的一具体实施例的电路图；
23.图4为图3中安装在电池箱上电池包的分解示意图；
24.图5为图4中电池包的轴侧视图；
25.图6为图4中电池包的正视图。
具体实施方式
26.为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型详细说明如下。
27.如图1和图2所示，电池簇组合成集装箱式储能电站方案中：先由电池箱体、电池模组、电池管理系统、熔断器f1、接触器(k1\k2)装配成电池包，再由多个相同规格的电池包串联成一个电池簇，将多个电池簇并联成一个总电池组，总电池组再和集装箱组件、电池管理系统、配电盒、变流器系统、能量监控系统、消防安全辅助系统组成储能电站。
28.基于以上技术内容本实用新型提供了一种隔离型储能电池包的独立控制装置的具体实施例，其采用如下技术方案：
29.包括电池包10、设于电池包10内以监控对应电池包电芯工作状态的子控制系统100、由多个电池包10串联形成的电池簇20和电联并监控电池簇20工作状态的主控制系统200，子控制系统100接收到主控制系统100发送的上高压指令时，子控制系统100对电池包电芯自检，在电池包电芯无故障时接入电池簇电路，在电池包电芯故障时断开电池包电路，隔离故障电池包10。
30.本实用新型实施例中的每个电池簇电池管理系统由一个主控制系统(bms主机)和各个电池包10内子控制系统组成，通过主控制系统和子控制系统之间实时通讯，监控和控制整个电池簇中每个电池包的工作状态，当监测到电池簇20下某一电池包10内出现故障时，通过控制子控制系统以快速切断故障电池包内电路，将故障电池包从电池簇工作电路中移出，结构精简，安全可靠，安装方便，既可以作为集装箱储能站的抽屉电池包使用，也可作为家庭小型储能装置使用，且其在避免储能电站电池热失控、提高系统安全性和节能降耗方面作用明显，是实现国家碳达峰和碳中和宏伟目标的有效设备，市场潜力巨大。
31.再次参考图2，本实用新型实施例中，电池包10与子控制系统100 一一对应，在将故障电池包10移出后，主控制系统200通过控制子控制系统100连接正常的电池包10，以与电池簇20重新连接。在该具体实施例中，主控制系统200通过控制子控制系统100在故障电池包10移出后重新连接移出故障电池包的电池簇使其仍然保持正常工作，结合了智能网联应用可以实现远程运营管理，同时大大提高系统安全性同时降低运营成本。
32.如图3～图6所示，本实用新型实施例中，子控制系统100根据检测的对应的电池包10内电池包电芯工作状态控制电池包10接入或隔离的内容为：电池包10内设有控制电路101，控制电路101设有与子控制系统100信号连接的主负接触器k1和应急接触器k2，在子控制系统100 自检判断电池包10正常时，闭合主负接触器k1(此时应急接触器k2 断开)，电池包10接入电池簇电路；在子控制系统100自检判断电池包 10故障时，断开主负接触器k1并闭合应急接触器k2，将故障电池包 10从电池簇电路中隔离。
33.在该实施例中子控制系统100为能独立控制隔离型储能电池包的独立运行的bms
(battery management system，电池管理系统)管理系统，将独立运行的bms单独布置在电池包10内，实时监控电池包内电芯状态，并通过控制每个电池包内两个独立的接触器来有效将储能电池包从电池簇中接入和分离。
34.进一步地，参考图5，电池包10内的控制电路101包括电池模组101a、正极端子101b和负极端子101c，主负接触器k1设在电池模组101a与负极端子101c之间的导线连线上，主负接触器k1与电池模组101a的输入端之间串联有熔断器f1，电池模组101a、熔断器f1与主负接触器k1 并联在应急接触器k2的两接线端，可以理解，本实用新型技术方案通过闭合主负接触器k1完成上高压，此时正常工作的电池包串联接入电池簇电路，而当检测有故障时则断开主负接触器k1，同时闭合应急接触器k2，此时存在故障的电池包由于没有接入电池簇电路，而使得故障电池包在电池簇电路中处于隔离状态，保证电池簇20能正常完成上电工作。
35.更具体地，参考图4和图6，本实用新型实施例提供的隔离型储能电池包的独立控制装置还包括电池箱体1和设于其上的主正插座8、主负插座11和通讯插座9，其中，前述的电池模组101a、主负接触器k1、应急接触器k2、熔断器f1、子控制系统100、主正插座8、主负插座11 和通讯插座9均设置于电池箱体1上；详细地，主正插座8通过第一铜排与电池模组101a的输出端连接，主负插座11与电池模组101a的输入端通过第二铜排连接至主负接触器k1和熔断器f1，主正插座8与主负插座11通过第三铜排连接至应急接触器k2，通讯插座9通过第一控制线束(未示出，作用同第二控制线束18)与子控制系统100连接。可以理解，在自检时，电池模组101a正常，则闭合主负接触器k1(此时应急接触器k2断开)，使得电池模组101a正常接入电池簇电路，而在电池模组101a出现故障时，断开主负接触器k1、闭合应急接触器k2，此时电流由主正插座8经应急接触器k2流向主负插座11，电池模组101a 不再接入电池簇电路，使得故障电池包在电池簇电路中处于隔离状态，保证电池簇20能正常完成上电工作。
36.在该具体实施例中，电池模组101a为多个时，电池模组101a之间通过串联铜排16、电池采集线束13和第二控制线束18连接。
37.再次参考图4，在该具体实施例中，第一铜排包括第一主正插座铜排7，主正插座8通过第一主正插座铜排7连接至电池模组101a的输出端。
38.在该具体实施例中，第二铜排包括主负接触器铜排19、主负熔断器铜排22和主负模组一铜排21，主负插座11通过主负接触器铜排19连接至主负接触器k1的输入端，主负接触器k1的输出端通过主负熔断器铜排22连接至熔断器f1的输入端，熔断器f1的输出端通过主负模组一铜排21连接至第一电池模组101a的输入端。
39.在该具体实施例中，第三铜排包括应急接触器铜排6和第二主正插座铜排5，主正插座8通过第二主正插座铜排5连接至应急接触器k2 的输入端，主负插座11通过应急接触器铜排6连接至应急接触器k2的输出端。
40.更详细地，再次参考图3、图4和图5，在电池模组101a包括第一电池模组12和第二电池模组17，第一电池模组12的输出端通过串联铜排16、电池采集线束13和电池通讯控制线束18连接至第二电池模组17 的输入端，以该实施例为例，进一步介绍电池模组101a内控制电路101 所涉的相关零部件安装过程包括如下：外六角螺栓3、
41.第一步：将主正插座8、主负插座11、通讯插座9、子控制系统100 (子bms系统)、主
负接触器k1、熔断器f1、应急接触器k2通过槽头螺栓安装到电池箱体1上，并安装主负接触器铜排(主负插座至主负接触器铜排)19、主负熔断器铜排(主负接触器至熔断器铜排)22、主负模组一铜排(熔断器至模组一铜排)21、应急接触器铜排(主负插座至应急接触器铜排)6、第一主正插座铜排(模组二至主正插座铜排)7、第二主正插座铜排(应急接触器至主正插座铜排)5；
42.第二步：将第一电池模组(模组一)17和第二电池模组(模组二) 12通过螺杆14安装到电池箱体组件1上，并将主负模组一铜排(熔断器至模组一铜排)21和第一主正插座铜排(模组二至主正插座铜排)7 通过槽头螺栓对应安装到第一电池模组17和第二电池模组12上；
43.第三步：在第一电池模组17与第二电池模组12之间安装模组串联铜排16、电池采集线束13和电池通讯控制线束18。
44.上述实施例中，如图4和图6所示，主正插座8、主负插座11通过十字槽头螺栓25安装至电池箱体1上，通讯插座9通过十字槽头螺栓 26安装至电池箱体1上，主正插座8、主负插座11通过外六角螺栓3安装至第一主正插座铜排7、第二主正插座铜排5和主负接触器铜排19上，子控制系统100通过槽头螺栓4安装至电池箱体1上，主负接触器k1、熔断器f1、应急接触器k2通过槽头螺栓24安装至电池箱体1上的支架，串联铜排16通过槽头螺栓15安装，电池采集线束13用于采集第一电池模组17、第二电池模组12内电芯电压、温度以及接触器状态的工作数据，并将其传输至子控制系统100，而电池通讯控制线束18用于传输根据采集获得的电池模组的工作数据采集信号生成控制接触器的控制信号，且在该实施例中，电池通讯控制线束18为一can总线线束。
45.本实用新型提供的隔离型储能电池包的独立控制装置，在当电池包内子控制系统(电池包内bms)接收到主控制系统(电池簇电池管理系统)发送的上高压指令后先进入自检，自行依照预设的标准或规整检测检测对应电池包内电芯电压、温度、接触器状态以及子控制系统(电池管理系统)等是否有故障，如无故障则通过闭合主负接触器k1完成上高压，此时无故障电池包10串联接入电池簇电路；而在当主控制系统 200检测电池包内电芯电压、温度、接触器状态以及子控制系统100有故障，则断开主负接触器k1并闭合应急接触器k2，此时故障电池包从电池簇电路中隔离，因此电池簇能正常完成上电工作。
46.本实用新型还可针对不用使用场景需要，电池管理系统可以通过控制各个电池包内接触器的闭合或断开来改变电池组的串并联方式，从而灵活匹配出满足要求的电压和电量的电池组。
47.本实用新型提供的技术方案具有以下优点：
48.(1)提高了储能电站的安全性；由于本实用新型独立控制隔离型储能电池包为独立控制，可以在毫秒级快速切断故障电池包以避免热失控造成的严重后果。
49.(2)匹配灵活；得益于电池包的独立控制，由此独立控制隔离型储能电池包组成的储能电站可以通过修改电池管理系统软件即可实现电池包串并联方案的快速调整，无需移动电池包。
50.(3)降低运营成本；由于本实用新型独立控制隔离型储能电池包电池管理系统为菊花链式一主多从通讯方式且电池包可独立控制，管理人员可以轻松通过网络监控后台实现电池状态和故障监控，并快速切断故障电池，大大降低了运营成本。
51.本实用新型还提供了一种储能电站，其包括以上所述的隔离型储能电池包的独立控制装置。其中，储能电站为集装箱式储能电站。
52.综上所述，本实用新型实施例通过由一个主控制系统和各个电池包内子控制系统实时通讯，监控和控制整个电池簇中每个电池包的工作状态，当监测到电池簇下某一电池包内出现故障时，可通过子控制系统快速切断故障电池包内电路，将故障电池包从电池簇工作电路中移出，结构精简，安全可靠，安装方便，既可以作为集装箱储能站的抽屉电池包使用，也可作为家庭小型储能装置使用，且其在避免储能电站电池热失控、提高系统安全性和节能降耗方面作用明显，是实现国家碳达峰和碳中和宏伟目标的有效设备，市场潜力巨大。
53.以上，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。