TW201715817A - 串接式儲能系統 - Google Patents

Abstract

一種串接式儲能系統，其包含有多數相互串聯之儲能轉換器；多數分別與各儲能轉換器連接之電池模組；以及一與至少二儲能轉換器連接之交流電源，另外各儲能轉換器係可進一步連接有一控制模組。藉此，可使電池模組於系統運轉中進行更換，而不會中斷供電以及影響系統正常運作，且可根據各電池模組之狀態，透過控制模組分配各個電池模組之輸出權重，使其達成平衡，進而達到具備市電併聯、孤島運轉等儲能系統之功能。

Description

串接式儲能系統

本發明是有關於一種串接式儲能系統，尤指一種可使電池模組於系統運轉中進行更換，而不會中斷供電以及影響系統正常運作，且可根據各電池模組之狀態，透過控制模組分配各個電池模組之輸出權重，使其達成平衡，進而達到具備市電併聯、孤島運轉等儲能系統之功能者。

為達成能源永續運用與解決能源危機的問題，再生能源的研究與應用是很熱門的課題，其中常見的風力發電與太陽能具有間歇性與不穩定等特性，在微電網中提供的能量常常是不連續且不穩定，此時需要將微電網中的能量做有效的運用。 在微電網系統中，除了再生能源與負載，儲能系統扮演著不可或缺的角色，它除了提高微系統的電力品質，也可以調節系統中能量的供需平衡。當再生能源或其他能源提供的能量大於負載需求，可以將能量透過儲能系統儲存下來；若再生能源不足或需要儲能系統提供能量時，儲能系統則透過電池模組放電以提供能量。。 儲能系統發生異常，常常是因為其電池模組發生異常，可能是其中的電芯損壞或某電池模組電壓太低，導致電池模組進入保護狀態而無法供應直流電壓，進而使儲能系統無法正常運作，因此電池模組的平衡與穩定是非常重要的課題。 現在市面上常見的電池模組管理系統主要著重在電池間的平衡，其穩定度受到每個電池模組電芯的良莠而影響，但電芯到達其壽命界限是必然會發生的，只是是否在電池模組運作的過程中發生。當電芯故障後，勢必要停止電池模組運作，進行電芯的更換維護，此時儲能系統也無法運作。因此本專利也針對這部分進行研究，使儲能系統可以克服電池模組先天上的劣勢，在微電網的使用中達到穩定與平衡。 以往常見的電池模組維護方法是透過在充電過程中進行電池模組平衡，例如中華民國專利證書號I379486 - 電池充電控制裝置及電池平衡充電控制器，其電路架構示意圖如下圖一，主要透過偵測其相鄰的電池模組電壓是否有差異，當差異過大時則進行電池模組平衡，使電壓較高的電池模組的電流流入電壓較低的電池模組。此電池模組平衡法是最常見的平衡法，主要用於充電時的電池模組平衡，但其限制只能用於充電的時機，且電池模組平衡期間無法使用。 另一種電池平衡的作法是透過更換併聯電池模組而使整體平衡，如中華民國證書號專利證書號I431896，當有其中一電池模組判斷電壓過高或過低，其微控制單元使其脫離，並單獨對其進行充電或放電，當電池模組電壓與系統參考電壓相同後，透過微控制單元再次併入電池系統，同時對電壓過高或過低的電池模組進行調整，此方法不失為一個使電池模組維持平衡且持續運作的方法，但其方法須使異常電池模組脫離電池系統進行電壓平衡，此時則會使整體電池系統電壓下降。 亦有另一平衡法為電池模組之間有共用電池模組，如中華民國專利證書號 I369381，透過共用模組及功能模組的迴路，進行充放電而使各電池模組達成平衡，但其控制法與電池架構過於複雜，若要壓低成本及簡化其結構可能仍有困難。 因此，為改善上述之缺失，本案之發明人特特潛心研究，開發出一種「串接式儲能系統」，以有效改善習用之缺點。

本發明之主要目的係在於，可使電池模組於系統運轉中進行更換，而不會中斷供電以及影響系統正常運作，且可根據各電池模組之狀態，透過控制模組分配各個電池模組之輸出權重，使其達成平衡，進而達到具備市電併聯、孤島運轉等儲能系統之功能。 為達上述之目的，本發明係一種串接式儲能系統，其係包含有：多數相互串聯之儲能轉換器；多數分別與各儲能轉換器連接之電池模組；以及一與至少二儲能轉換器連接之交流電源。 於本發明之一實施例中，各儲能轉換器係為直交流雙向轉換器。 於本發明之一實施例中，各儲能轉換器係進一步連接有一控制模組。 於本發明之一實施例中，該控制模組係包含有分別與各儲能轉換器連接之控制命令處理器、及一與各控制命令處理器連接之數位控制器。 於本發明之一實施例中，各電池模組係為鋰電池或鎳氫電池。

請參閱『第１圖』所示，係本發明第一實施例之基本架構示意圖。如圖所示：本發明係一種串接式儲能系統１，其至少包含有多數儲能轉換器１１、多數電池模組１２以及一交流電源１３所構成。 上述所提之各儲能轉換器１１係相互串聯，而各儲能轉換器１１係為直交流雙向轉換器。 各電池模組１２係分別與各儲能轉換器１１連接，而各電池模組１２係為鋰電池或鎳氫電池，且各電池模組２將原本之高壓直流電源分成多個較低電壓的直流電源。 該交流電源１３係與至少二儲能轉換器１１連接。如是，藉由上述之結構構成一全新之串接式儲能系統。 當本發明串接式儲能系統１於使用時，若交流電源１３對各電池模組１２進行充電，則各儲能轉換器１１便將交流電源轉換成直流電源供應至各電池模組１２進行充電；反之若各電池模組１２提供直流電源時，各儲能轉換器１１則將直流電源轉換成交流電源輸出交流電源。 就本實施例而言，係將串接式儲能系統１分成多個儲能系統模組a（包含一儲能轉換器１１及一電池模組１２），若該串接式儲能系統１為5kW之儲能系統，而分成10個小儲能系統模組a，每一電池模組１２為48V，再透過儲能系統模組a將直流電轉成交流電並與其他儲能系統模組a做疊加，進而輸出220V的交流電壓；而當其中有電池模組１２異常時，其儲能系統模組a不輸出，此時，透過繼電器等斷路裝置（圖未示）使異常的電池模組１２解聯，由其他儲能系統模組a持續進行疊加輸出220V交流電壓，並進行電池模組１２之修復，待修復完成後，再次以全部的儲能系統模組a進行疊加輸出220V交流電壓，如此，便可於運作過程中不須停止系統而將電池模組１２加以抽換。 請參閱『第２圖』所示，係本發明第二實施例之基本架構示意圖。如圖所示：本發明之串接式儲能系統１除上述第一實施例所提結構型態之外，更可為本第二實施例之結構型態，而其所不同之處係在於，各儲能轉換器１１係進一步連接有一控制模組１４，而該控制模組１４係包含有分別與各儲能轉換器１１連接之控制命令處理器１４１、及一與各控制命令處理器１４１連接之數位控制器１４２；其中該數位控制器１４２係用以作為各儲能轉換器１１以、各電池模組１２以及各控制命令處理器１４１之控制中心，而各控制命令處理器１４１係於數位控制器１４２下達命令後進行加權處理，再對各儲能轉換器１１下達控制命令。 以本第二實施例而言之，若於放電模式時有一電池模組１２之電壓較高時，而於控制命令處理器１４１偵測到此訊息後，便由控制命令處理器１４１，通知該電壓較高之電池模組１２的儲能轉換器１１提高放電功率；反之，若為充電模式時，則通知電壓較高之電池模組１２的儲能轉換器１１降低輸出功率，藉以平衡各電池模組１２間之電壓。 請參閱『第３圖』所示，係本發明之狀態使用示意圖。如圖所示：本發明亦可應用於電力系統２中進行使用，當電力系統２中有再生能源２１併入，再生能源２１的不穩定與間歇性等特性，可透過串接式儲能系統１使電力系統２將再生能源２１所提供的能源儲存下來，供應電力系統２使用，另外，當電力系統２發生異常時，串接式儲能系統１可立即提供穩定電壓源，使電力系統２上的負載設備２２、２３不會脫離。 例如：透過串接式儲能系統１在電壓220V之電力系統中，針對其電力需求進行充、放電之調節，當串接式儲能系統１於併聯市電２４時，將再生能源２１或多餘的電力透過充方式電儲存於電池模組１２中，若電力系統需要較高電源時，串接式儲能系統１便可藉由電池模組１２放電至電力網路中，提供額外的電力需求，且當市電２４異常時，串接式儲能系統１之控制模組１４偵測到此故障訊息，立即通知與市電２４脫離，並進入孤島運轉模式，此時由串接式儲能系統１建立一穩定電壓源，提供給電力網路內的負載設備２２、２３進行使用。 綜上所述，本發明串接式儲能系統可有效改善習用之種種缺點，可使電池模組於系統運轉中進行更換，而不會中斷供電以及影響系統正常運作，且可根據各電池模組之狀態，透過控制模組分配各個電池模組之輸出權重，使其達成平衡，進而達到具備市電併聯、孤島運轉等儲能系統之功能；進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合消費者使用之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

１‧‧‧串接式儲能系統
１１‧‧‧儲能轉換器
１２‧‧‧電池模組
１３‧‧‧交流電源
１４‧‧‧控制模組
１４１‧‧‧控制命令處理器
１４２‧‧‧數位控制器
２‧‧‧電力系統
２１‧‧‧再生能源
２２、２３‧‧‧負載設備
２４‧‧‧市電
a‧‧‧儲能系統模組

第１圖，係本發明第一實施例之基本架構示意圖。 第２圖，係本發明第二實施例之基本架構示意圖。 第３圖，係本發明之狀態使用示意圖。

1‧‧‧串接式儲能系統

11‧‧‧儲能轉換器

12‧‧‧電池模組

13‧‧‧交流電源

a‧‧‧儲能系統模組

Claims (5)

1. 一種串接式儲能系統，包括有： 多數儲能轉換器，各儲能轉換器係相互串聯； 多數電池模組，係分別與各儲能轉換器連接；以及 一交流電源，係與至少二儲能轉換器連接。
2. 依申請專利範圍第１項所述之串接式儲能系統，其中，各儲能轉 換器係為直交流雙向轉換器。
3. 依申請專利範圍第２項所述之串接式儲能系統，其中，各儲能轉 換器係進一步連接有一控制模組。
4. 依申請專利範圍第３項所述之串接式儲能系統，其中，該控制模 組係包含有分別與各儲能轉換器連接之控制命令處理器、及一與各控制命令處理器連接之數位控制器。
5. 依申請專利範圍第１項所述之串接式儲能系統，其中，各電池模 組係為鋰電池或鎳氫電池。