專利名稱：能量存儲系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能量存儲系統(tǒng)以及一種控制該能量存儲系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
由于諸如環(huán)境破壞和自然資源枯竭的問題，對用于存儲電能并有效使用存儲的電能的系統(tǒng)的興趣正在增加，并且對不會導致作為發(fā)電的副產(chǎn)物的污染的新可再生能源的興趣也正在增加。能量存儲系統(tǒng)是用于結(jié)合新的可再生能源、存儲在電池中的電能和典型電力網(wǎng)上的電能的系統(tǒng)，并且當前是作為對于當前環(huán)境變化的補救的積極研究和開發(fā)的對象。發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
本發(fā)明的一個或多個實施例包括能夠向負載穩(wěn)定地供電的能量存儲系統(tǒng)和控制該能量存儲系統(tǒng)的方法。
問題的解決方案
能量存儲系統(tǒng)的Iv實施例可被構(gòu)造有:電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，調(diào)整來自本地發(fā)電系統(tǒng)和多客戶電力分配電網(wǎng)的電力的分配，本地發(fā)電系統(tǒng)和電力分配電網(wǎng)的每個單獨連接到電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的不同端子?；陔姵氐拇鎯卧獑为毜剡B接到電力網(wǎng)與基于電池的存儲單元之間的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。電驅(qū)動負載可連接到能量存儲系統(tǒng)以被從電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)接收的電力驅(qū)動。
電驅(qū)動負載可根據(jù)電力網(wǎng)向電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)提供電力的能力、發(fā)電系統(tǒng)向電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)提供電力的能力、負載的電力消耗、存儲電池呈現(xiàn)的特性和時間而連接到能量存儲系統(tǒng)，以被從電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)接收的電力驅(qū)動。
開關(guān)級可與電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)旁路連接，以形成能夠在電網(wǎng)和負載之間傳輸電力的旁路。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，能量存儲系統(tǒng)能夠在能量存儲系統(tǒng)不能正常操作時的情況期間，向負載穩(wěn)定地供電，可提供控制該能量存儲系統(tǒng)的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種能量存儲系統(tǒng)，包括:電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，將電力發(fā)送到外部電網(wǎng)和從外部電網(wǎng)接收電力，經(jīng)由第一路徑將從所述外部電網(wǎng)接收的所述電力傳送到電負載；旁路開關(guān)，布置為提供不同的第二路徑，以將從所述外部電網(wǎng)接收的電能傳送到所述電負載。所述旁路開關(guān)可被布置為與所述電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)并聯(lián)。電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可包括沿著所述第一路徑的第一開關(guān)，當所述第一開關(guān)阻斷所述第一路徑時，所述接收的電力經(jīng)由所述第二路徑被傳送到所述電負載。電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可包括用于監(jiān)測電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的操作狀態(tài)的集成控制器，集成控制器基于監(jiān)測的操作狀態(tài)控制旁路開關(guān)的閉合和斷開狀態(tài)。旁路開關(guān)可以替換為手動開關(guān)。電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可包括用于監(jiān)測電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的操作狀態(tài)的集成控制器，集成控制器基于監(jiān)測的操作狀態(tài)，選擇性地，將第一開關(guān)置為閉合狀態(tài)同時旁路開關(guān)處于斷開狀態(tài)，將第一開關(guān)置于斷開狀態(tài)同時旁路開關(guān)處于閉合狀態(tài)。
旁路開關(guān)可被布置為與電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)串聯(lián)，并且可以是路徑改變電路，路徑改變電路適于基于第一開關(guān)的操作狀態(tài)，沿所述第一路徑或所述第二路徑發(fā)送從所述外部電網(wǎng)接收的電能。當旁路開關(guān)沒有從集成控制器接收到任何信號時，旁路開關(guān)可回到閉合狀態(tài)。外部電網(wǎng)可包括配電盤以及位于配電盤與電負載之間的斷路器，所述旁路開關(guān)和所述電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可并聯(lián)連接在斷路器與電負載之間。電負載可包括配電盤以及位于配電盤與外部電網(wǎng)之間的斷路器，所述旁路開關(guān)和所述電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)并聯(lián)連接在配電盤與外部電網(wǎng)之間。
本發(fā)明的有益效果
根據(jù)本發(fā)明的實施例，可提供即使能量存儲系統(tǒng)沒有正常操作也能夠向負載穩(wěn)定地供電的能量存儲系統(tǒng)以及控制能量存儲系統(tǒng)的方法。


通過在結(jié)合附圖進行考慮的同時參考下面的詳細描述，本發(fā)明的更完整的理解及其許多附帶的優(yōu)點將會容易地明白，同時其變得更好理解，在所述附圖中同樣的標號指示相同或相似的組件，其中:
圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的能量存儲系統(tǒng)的框圖2是用于描述用于操作根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的在圖1中示出的能量存儲系統(tǒng)的處理的示圖3是用于描述用于操作根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的在圖1中示出的能量存儲系統(tǒng)的處理的示圖4是示出用于操作根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的在圖1中示出的能量存儲系統(tǒng)的處理的流程圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的能量存儲系統(tǒng)的框圖6是用于描述用于操作根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的在圖5中示出的能量存儲系統(tǒng)的處理的示圖7是用于描述用于操作根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的在圖5中示出的能量存儲系統(tǒng)的處理的示圖8是示出用于操作根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的在圖5中示出的能量存儲系統(tǒng)的處理的流程圖9是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的能量存儲系統(tǒng)的框圖10是用于描述用于操作根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的在圖9中示出的能量存儲系統(tǒng)的處理的示圖11是用于描述用于操作根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的在圖9中示出的能量存儲系統(tǒng)的處理的示圖12是示出用于操作根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的在圖9中示出的能量存儲系統(tǒng)的處理的流程圖。
實現(xiàn)本發(fā)明的最佳實施方式
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種能量存儲系統(tǒng)，所述能量存儲系統(tǒng)包括:電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，將電力發(fā)送到外部電網(wǎng)和從外部電網(wǎng)接收電力，將從所述外部電網(wǎng)接收的所述電力經(jīng)由第一路徑傳送到電負載；旁路開關(guān)，布置成提供不同的第二路徑，以將從所述外部電網(wǎng)接收的電能傳送到所述電負載。
具體實施方式
本申請參考先前于2010年9月10日提交到美國專利商標局并且在那里實時地分配序列號61/381741的申請，將其合并于此，并要求35U.S.Cl 19條規(guī)定的所有權(quán)益。
盡管本發(fā)明的示例性實施例容許各種修改和替代形式，其特定實施例在附圖中通過示例的方式被示出，并且將在這里被詳細描述。然而，應該理解，不是為了將本發(fā)明的示例性實施例限制為所公開的具體形式，而是相反，本發(fā)明的示例性實施例在于覆蓋落入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等同物和替代。在下面的本發(fā)明的描述中，當已知功能和配置的包含可能使得對本發(fā)明的主題的理解不清楚時，包含于此的已知功能和配置的詳細描述將被省略。
以下，將通過參照附圖解釋本發(fā)明的實施例來詳細描述本發(fā)明。附圖中同樣的標號表不同樣的兀件，因此將省略重復的描述。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1，圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的能量存儲系統(tǒng)I的框圖。參照圖1，能量存儲系統(tǒng)I結(jié)合發(fā)電系統(tǒng)2和電力傳輸網(wǎng)3向負載4供電。
發(fā)電系統(tǒng)2通過使用能源進行發(fā)電。發(fā)電系統(tǒng)2將產(chǎn)生的電能提供給能量存儲系統(tǒng)I。發(fā)電系統(tǒng)2可以是太陽能光伏系統(tǒng)、風輪機系統(tǒng)或潮汐渦輪機系統(tǒng)，并且可包括用于通過使用新的可再生能源(諸如，太陽能或地熱能)進行發(fā)電的其他發(fā)電系統(tǒng)。具體地說，通過使用陽光產(chǎn)生電能的太陽能電池可以被容易地安裝在房屋或工廠中，因此可合適地用作房屋中使用的能量存儲系統(tǒng)I?；蛘?，發(fā)電系統(tǒng)2可包括電并聯(lián)的多個發(fā)電模塊，可通過使用每個發(fā)電模塊產(chǎn)生電力，因此可形成大容量電能系統(tǒng)。
電網(wǎng)3包括發(fā)電站、變電站和電力傳輸線纜以及用于電力的產(chǎn)生、傳輸和分配的其他組件。當電網(wǎng)3正常操作時，電網(wǎng)3將電力提供給能量存儲系統(tǒng)I以將電力提供給負載4和/或電池30，并從能量存儲系統(tǒng)I接收電能。當電網(wǎng)3異常操作時，從電網(wǎng)3提供到能量存儲系統(tǒng)I的電能被停止，并且能量存儲系統(tǒng)I提供給電網(wǎng)3的電能也被停止。
負載4消耗由發(fā)電系統(tǒng)2產(chǎn)生的電能、電池30中存儲的電能或從電網(wǎng)3提供的電能。房屋或工廠可以是負載4的示例。
能量存儲系統(tǒng)I可將由發(fā)電系統(tǒng)2產(chǎn)生的電能存儲在電池30中，并且可將產(chǎn)生的電能提供給電網(wǎng)3。此外，能量存儲系統(tǒng)I可將電池30中存儲的電能提供給電網(wǎng)3，或者可將從電網(wǎng)3提供的電能存儲在電池30中。此外，如果電網(wǎng)3具有錯誤，例如，如果電網(wǎng)3中斷，則能量存儲系統(tǒng)I可通過執(zhí)行不間斷電源(UPS)操作來向負載4供電。當電網(wǎng)3正常操作時，發(fā)電系統(tǒng)2可將產(chǎn)生的電能或存儲在電池30中的電能提供給負載4。
能量存儲系統(tǒng)I包括控制電能轉(zhuǎn)換的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(PCS) 10、電池管理系統(tǒng)(BMS) 20、電池30和手動開關(guān)40。
PCSlO將來自發(fā)電系統(tǒng)2、電網(wǎng)3和電池30的電能轉(zhuǎn)換為適當?shù)碾娔?，并將轉(zhuǎn)換的電能提供到需要的地方。PCSio包括電能轉(zhuǎn)換單元11、直流(DC)鏈接單元12、雙向逆變器13、雙向轉(zhuǎn)換器14、第一開關(guān)15、第二開關(guān)16和集成控制器17。
電能轉(zhuǎn)換單元11連接在發(fā)電系統(tǒng)2和DC鏈接單元12之間。電能轉(zhuǎn)換單元11將由發(fā)電系統(tǒng)2產(chǎn)生的電能傳送到DC鏈接單元12，在此情況下，電能轉(zhuǎn)換單元11將自己的輸出電壓轉(zhuǎn)換為DC鏈接電壓。
根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)2的類型，電能轉(zhuǎn)換單元11可包括轉(zhuǎn)換器、整流電路等。即，如果發(fā)電系統(tǒng)2產(chǎn)生DC電能，則電能轉(zhuǎn)換單元11可以是用于將DC電能轉(zhuǎn)換為DC電能的轉(zhuǎn)換器。另一方面，如果發(fā)電系統(tǒng)2產(chǎn)生交流(AC)電能，則電能轉(zhuǎn)換單元11可以是用于將AC電能轉(zhuǎn)換為DC電能的整流電路。具體地，發(fā)電系統(tǒng)2使用陽光發(fā)電，電能轉(zhuǎn)換單元11可包括用于執(zhí)行最大功率點跟蹤(MPPT)控制的MPPT轉(zhuǎn)換器，以根據(jù)例如日射和溫度的變化來控制發(fā)電系統(tǒng)2產(chǎn)生的最大功率。如果發(fā)電系統(tǒng)2沒有發(fā)電，則電能轉(zhuǎn)換單元11可停止操作，因此可最小化由轉(zhuǎn)換器等消耗的電能。
DC鏈接單元12連接在電能轉(zhuǎn)換單元11和雙向逆變器13之間，以穩(wěn)定地保持DC鏈接電壓。由于發(fā)電系統(tǒng)2或電網(wǎng)3的瞬時電壓下降、負載4的峰值負載等，DC鏈接電壓可具有不穩(wěn)定的大小，并且需要穩(wěn)定以正常地操作雙向轉(zhuǎn)換器14和雙向逆變器13。DC鏈接單元12可用于穩(wěn)定DC鏈接電壓，例如，DC鏈接單元12可以是大容量電容器。盡管DC鏈接單元12在圖1中被單獨地示出，但是DC鏈接單元12可以包括在電能轉(zhuǎn)換單元11、雙向逆變器13或雙向轉(zhuǎn)換器14中。
雙向逆變器13是連接在DC鏈接單元12和第一開關(guān)50之間的電能轉(zhuǎn)換器。在放電模式下，雙向逆變器13將從發(fā)電系統(tǒng)2和/或電池30輸出的DC鏈接電壓轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)3的AC電壓并輸出轉(zhuǎn)換的AC電壓。另一方面,在充電模式下,雙向逆變器13將電網(wǎng)3的AC電壓整流并轉(zhuǎn)換為DC鏈接電壓，并輸出轉(zhuǎn)換的DC鏈接電壓以將來自電網(wǎng)3的電能存儲在電池30中ο
雙向逆變器13可包括:濾波器，用于從輸出到電網(wǎng)3的AC電壓去除諧波。此外，為了抑制無效電能的產(chǎn)生，雙向逆變器13可包括:鎖相環(huán)(PLL)電路，用于使從雙向逆變器13輸出的AC電壓的相位與電網(wǎng)3的AC電壓的相位同步。此外，雙向逆變器13可執(zhí)行諸如電壓變化范圍的限制、功率因數(shù)改善、DC分量去除以及瞬變現(xiàn)象防護的功能。
如果雙向逆變器13不需要將發(fā)電系統(tǒng)20產(chǎn)生的電能或存儲在電池30中的電能提供給負載3或電網(wǎng)3，或者如果來自電網(wǎng)3的電能不需要充入電池30，則雙向逆變器13可停止操作，以最小化功耗。
在放電模式下，雙向轉(zhuǎn)換器14將存儲在電池30中的電能DC-DC轉(zhuǎn)換為雙向逆變器13所需的電壓電平(即，DC鏈接電壓)，并輸出轉(zhuǎn)換的電能。另一方面，在充電模式下，雙向轉(zhuǎn)換器14將從電能轉(zhuǎn)換單元11或雙向逆變器13輸出的電能DC-DC轉(zhuǎn)換為電池30所需的電壓電平(即，充電電壓)。如果電池30不需要充電或放電，則雙向轉(zhuǎn)換器14可停止操作，以最小化功耗。
第一開關(guān)15和第二開關(guān)16串聯(lián)連接在雙向逆變器13和電網(wǎng)3之間，并通過在集成控制器17的控制下執(zhí)行閉合和斷開操作來控制在發(fā)電系統(tǒng)2和電網(wǎng)3之間的電流的流動。第一開關(guān)15和第二開關(guān)16可根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)2、電網(wǎng)3和電池30的狀態(tài)而閉合或斷開?，F(xiàn)在將詳細描述第一開關(guān)15和第二開關(guān)16的操作。然而，示例性地提供下面的描述，它們的操作不限于此。
如果發(fā)電系統(tǒng)2和/或電池30的電能被提供給負載4，則第一開關(guān)15閉合。在此情況下，如果電網(wǎng)3的電能也被提供給負載4，則第二開關(guān)16也可閉合。否則，第二開關(guān)16可被斷開。
如果發(fā)電系統(tǒng)2和/或電池30的電能被出售給電網(wǎng)3，或者如果電網(wǎng)3的電能充入電池30,則第一開關(guān)15和第二開關(guān)16閉合。
如果僅電網(wǎng)3的電能被提供給負載4，則第二開關(guān)16閉合。在此情況下，如果電池30需要充電，則第一開關(guān)15也可閉合。否則，第一開關(guān)15可斷開。例如，當電網(wǎng)3的電能便宜(即，非高峰電)時，可執(zhí)行上述操作。
同時，如果電網(wǎng)3中斷，則第二開關(guān)16斷開，并且第一開關(guān)15閉合。這樣，來自發(fā)電系統(tǒng)2或電池30的電能可被提供給負載4，通過不允許提供給負載4的電能流向電網(wǎng)3(即，通過防止出售操作)可防止在電網(wǎng)3的電力線附近工作的工人的事故，例如，電擊。
集成控制器17監(jiān)測發(fā)電系統(tǒng)2、電網(wǎng)3、電池30和負載4的操作狀態(tài)，并根據(jù)監(jiān)測的結(jié)果控制電能轉(zhuǎn)換單元11、雙向逆變器13、雙向轉(zhuǎn)換器14、第一開關(guān)15、第二開關(guān)16和BMS20。例如，集成控制器17可監(jiān)測電網(wǎng)3是否中斷，以及發(fā)電系統(tǒng)2是否發(fā)電。此外，集成控制器17可監(jiān)測由發(fā)電系統(tǒng)2產(chǎn)生的電量、電池30的荷電狀態(tài)、負載4的功耗的大小以及時間。
此外，如果電網(wǎng)3中斷并因此能量存儲系統(tǒng)I用作UPS，則集成控制器17可控制負載4向包括在負載4中的多個裝置之中的具有供電優(yōu)先權(quán)的裝置供電。例如，如果能量存儲系統(tǒng)I安裝在房屋中，則集成控制器17可控制負載4優(yōu)先向冰箱供電。
集成控制器17可包括用于如上所述地監(jiān)測并控制發(fā)電系統(tǒng)2、電網(wǎng)3和負載4的通信單元(未示出)，并可經(jīng)由通信單元發(fā)送和接收各種類型的數(shù)據(jù)。
BMS20連接到電池30，并且在集成控制器17的控制下控制電池30的充電和放電操作。BMS20可執(zhí)行例如過充電保護、過放電保護、過電流保護、過電壓保護、過熱保護以及電池單體平衡，以保護電池30。為此，BMS20可監(jiān)測例如電池30的電壓、電流、溫度、剩余的殘余電量、壽命和荷電狀態(tài)，并可將監(jiān)測的這些結(jié)果發(fā)送到集成控制器17。
電池30接收并存儲由發(fā)電系統(tǒng)2產(chǎn)生的電能或電網(wǎng)3的電能，并將存儲的電能提供給負載4或電網(wǎng)3。
電池30可包括一個電池架(battery rack)或者串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的多個電池架，每個電池架可包括一個電池座盤(battery tray)或者串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的多個電池座盤。此外，每個電池座盤可包括多個電池單體。電池30可以是諸如鎳鎘(N1-Cd)電池、鉛(Pb)蓄電池、鎳金屬氫化物(NiMH)電池、鋰(Li)離子電池和Li聚合物電池的各種類型的電池之一。可根據(jù)例如能量存儲系統(tǒng)I所需的電容量和設(shè)計條件來確定包括在電池30中的電池架的數(shù)量。例如，如果負載4消耗較大量的電能，則電池30可包括多個電池架，如果負載4消耗少量的電能，則電池30可僅包括一個電池架。
同時，當發(fā)電系統(tǒng)2產(chǎn)生過剩的電能時，或者當可從電網(wǎng)3提供電能時，可由集成控制器17根據(jù)電池30的荷電狀態(tài)(SOC)確定是否對電池30充電。在此情況下，參考值或條件可被用于確定是否對電池30充電，該參考可根據(jù)能量存儲系統(tǒng)I的設(shè)置而變化。例如，如果不間斷電源(UPS)操作被認為是重要的，則需要在電池30中存儲盡可能多的電能。因此，能量存儲系統(tǒng)I可被設(shè)置為每當電池30沒有被充滿時就對電池30充電。否則，如果電池30的長壽命被認為是重要的，則能量存儲系統(tǒng)I可被設(shè)置為只要電池30沒有放完電就不對電池30充電。
同時，如果電池30被分層地形成，則可針對電池30的每個層包括BMS20。例如，如果電池30按照上述的電池單體一> 電池座盤一> 電池架一> 電池的次序被分層地形成,則BMS20可包括用于獨立控制多個電池座盤的多個座盤BMS、用于控制座盤BMS的多個架BMS以及用于控制架BMS的系統(tǒng)或主BMS。
手動開關(guān)40允許或阻止從電網(wǎng)3至負載4的供電。手動開關(guān)40并聯(lián)連接到第二開關(guān)16，以允許電能從電網(wǎng)3經(jīng)由第二開關(guān)16或手動開關(guān)40被提供給負載4。當PCSlO正常操作時，手動開關(guān)40斷開，從而來自電網(wǎng)3的電能經(jīng)由第二開關(guān)16被提供給負載4。然而，當PCSlO不正常操作同時電網(wǎng)3、PCS10和負載4串聯(lián)連接時，電網(wǎng)3的電能可不被提供給負載4。因此，在此情況下，用戶或管理者可手動地將手動開關(guān)40切換到閉合狀態(tài)，從而來自電網(wǎng)3的電能能夠提供給負載4。如上所述，手動開關(guān)40是由人物理地閉合或斷開的物理開關(guān)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，圖2是用于描述用于根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的在圖1中示出的能量存儲系統(tǒng)I的供電方法的示圖。參照圖2，PCS10和手動開關(guān)40并聯(lián)連接，并且被布置在斷路器51和負載4之間。在圖2中，PCSlO和手動開關(guān)40串聯(lián)地布置在配電盤50和斷路器51之后。這里，配電盤50和斷路器51包括在電網(wǎng)3中。配電盤50經(jīng)由各種路徑將從發(fā)電站提供的電能分配給多個負載4。斷路器51感測從配電盤50輸出以被提供給這些負載4的每個負載的功率，當?shù)扔诨虼笥陬A設(shè)的功率大小(即，額定功率)的電能被提供給與相應的電力分配路徑相應的負載4時，阻斷供電路徑(即，斷開相應的電力分配路徑)。
經(jīng)過斷路器51的電能被共同地施加到PCSlO和手動開關(guān)40。然而，當PCSlO正常操作時，從PCSio輸出的電能被提供給負載4。另一方面，當PCSlO損壞并因此不正常操作時，從手動開關(guān)40輸出的電能被提供給負載4。在此情況下，用戶或管理者不得不識別出PCSlO的故障然后將手動開關(guān)40切換到閉合(S卩，導電)狀態(tài)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3，圖3是用于描述根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的在圖1中示出的能量存儲系統(tǒng)I的供電方法的示圖。參照圖3，PCS10和手動開關(guān)40也并聯(lián)連接，并且布置在配電盤50和電網(wǎng)之間。在圖3中，PCSlO和手動開關(guān)40被布置為與配電盤50和斷路器51串聯(lián)。這里，配電盤50和斷路器51包括在負載4中。
從電網(wǎng)3提供的電能被共同地施加到PCSlO和手動開關(guān)40。然而，當PCSlO正常操作時，從PCSio輸出的電能被提供給負載4。另一方面，當PCSlO損壞并因此不正常操作以使得通過配電盤50和斷路器51進行電網(wǎng)3的電力的分配時，從手動開關(guān)40輸出的電能被提供給負載4。在此情況下，用戶或管理者不得不識別出PCSlO的故障，以將手動開關(guān)40切換到導電的閉合狀態(tài)。
從PCSlO或手動開關(guān)40輸出的電能被順序地施加到包括在負載4中的配電盤50和斷路器51，從斷路器51輸出的電能被最終提供以驅(qū)動負載4。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4，圖4是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的在圖1中示出的能量存儲系統(tǒng)I的供電方法的流程圖。參照圖4，能量存儲系統(tǒng)I提供來自電網(wǎng)3的電能，以驅(qū)動負載4。然后，能量存儲系統(tǒng)I實時確定能量存儲系統(tǒng)I是否經(jīng)歷錯誤(操作S10)。
如果能量存儲系統(tǒng)I沒有經(jīng)受錯誤，則能量存儲系統(tǒng)I通過使用PCSlO持續(xù)地將需要的電能提供給負載4。然而，如果能量存儲系統(tǒng)I經(jīng)受了錯誤，則手動開關(guān)40由例如管理者閉合(操作Sll)，并且來自電網(wǎng)3的電能經(jīng)由手動開關(guān)40的供電路徑被提供給驅(qū)動負載4(操作S12)。
這樣，如果能量存儲系統(tǒng)I具有錯誤并且因此不能將來自電網(wǎng)的電能提供給負載4，則可并行地形成從電網(wǎng)3至負載4的另外的供電路徑，并且來自電網(wǎng)3的電能可經(jīng)由新形成的替代供電路徑被提供給負載4，從而向負載4穩(wěn)定地供電。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖5，圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的能量存儲系統(tǒng)5的框圖。由于能量存儲系統(tǒng)5具有與圖1示出的能量存儲系統(tǒng)I的配置和功能類似的配置和功能，因此將僅描述它們之間的這些不同。
現(xiàn)在參照圖5，能量存儲系統(tǒng)5包括PCS10、BMS20、電池30和開關(guān)電路41。集成控制器17將用于控制開關(guān)電路41的控制信號(故障)施加到開關(guān)電路41。當PCSlO在自己正常的操作模式下執(zhí)行時，集成控制器17產(chǎn)生控制信號(故障)，該控制信號是用于阻斷從電網(wǎng)3經(jīng)由開關(guān)電路41至負載4的供電路徑的信號。另一方面，當PCSlO沒有正常操作時，集成控制器17產(chǎn)生作為控制信號(故障)的用于形成從電網(wǎng)3經(jīng)由開關(guān)電路41至負載4的供電路徑的信號。例如，當開關(guān)電路41是場效應晶體管(FET)時，集成控制器17可產(chǎn)生作為控制信號(故障)的用于控制FET的導電狀態(tài)(導通或斷開)的高電平信號或低電平信號?；蛘?，當開關(guān)電路41是繼電器時，集成控制器17可產(chǎn)生作為控制信號(故障)的用于控制繼電器的導電狀態(tài)(導通或斷開)的信號。
開關(guān)電路41允許或阻止從電網(wǎng)3至負載4的供電。開關(guān)電路41并聯(lián)地電連接到第二開關(guān)16，以允許從電網(wǎng)3經(jīng)由第二開關(guān)16或開關(guān)電路41提供到負載4的電力的傳輸。當PCSlO正常操作時，開關(guān)電路41根據(jù)從集成控制器17施加的控制信號(故障)而斷開(即，操作的開路電狀態(tài))，從而來自電網(wǎng)3的電能經(jīng)由第二開關(guān)16被提供給負載4。當PCSlO不正常操作同時電網(wǎng)3、PCSlO和負載4串聯(lián)連接時，來自電網(wǎng)3的電能可不被提供給負載4。因此，在此情況下，集成控制器17施加的控制信號(故障)是用于將開關(guān)電路41切換到導電的導通狀態(tài)的信號，該信號允許從電網(wǎng)3經(jīng)由開關(guān)電路41至負載4的電力的傳輸。根據(jù)從集成控制器17施加的控制信號(故障)，開關(guān)電路41被切換到導電的導通狀態(tài)，以將來自電網(wǎng)3的電能提供給負載4。開關(guān)電路41可以是例如FET或繼電器。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖6，圖6是用于描述根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的在圖5中示出的能量存儲系統(tǒng)5的供電方法的示圖。參照圖6，PCSlO和開關(guān)電路41并聯(lián)連接。在圖6中，PCSlO和開關(guān)電路41布置在斷路器51和負載4之間，并在配電盤50和斷路器51之后。這里，配電盤50和斷路器51包括在電網(wǎng)3中。
經(jīng)過斷路器51的電能被共同地施加到PCSlO和開關(guān)電路41。然而，當PCSlO正常操作時，從PCSio輸出的電能被提供給負載4。另一方面，當PCSlO損壞并因此不正常操作時，從開關(guān)電路41輸出的電能被提供給負載4。在該實施例中，開關(guān)電路41根據(jù)PCSlO的集成控制器17產(chǎn)生并被施加到開關(guān)電路41的控制信號(故障)，自動地切換到電能傳輸?shù)膶顟B(tài)或開路的斷開狀態(tài)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖7，圖7是用于描述根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的在圖5中示出的能量存儲系統(tǒng)5的供電方法的示圖。參照圖7，PCSlO和開關(guān)電路41也并聯(lián)連接。在圖7中，PCSlO和開關(guān)電路41位于電網(wǎng)3和配電盤50之間，并且在配電盤50和斷路器51之前。這里，配電盤50和斷路器51包括在負載4中。
從電網(wǎng)3提供的電能被共同地施加到PCSlO和開關(guān)電路41的輸入端子。然而，當PCSlO正常操作時，從PCSlO輸出的電能被提供給負載4。另一方面，當PCSlO損壞并因此不正常操作時，從開關(guān)電路41輸出的電能被提供給負載4。在該實施例中，開關(guān)電路41根據(jù)PCSlO產(chǎn)生并被施加到開關(guān)電路41的控制信號(故障)，自動地切換到電能傳輸?shù)膶顟B(tài)或開路的斷開狀態(tài)。從PCSlO或開關(guān)電路41輸出的電能被順序地施加到包括在負載4中的配電盤50和斷路器51，從斷路器51輸出的電能被最終提供給負載4。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖8，圖8是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的在圖5中示出的能量存儲系統(tǒng)5的供電方法的流程圖。現(xiàn)在參照圖8，能量存儲系統(tǒng)5將來自電網(wǎng)3的電能提供給負載4。隨后，集成控制器17實時確定能量存儲系統(tǒng)5是否有錯誤(操作S20)。
當能量存儲系統(tǒng)5沒有錯誤時，能量存儲系統(tǒng)5通過使用PCSlO持續(xù)地將需要的電能提供給負載4。然而，當能量存儲系統(tǒng)5具有錯誤時，PCSlO產(chǎn)生表示能量存儲系統(tǒng)5具有錯誤的控制信號(故障)(操作S21)。PCSlO將產(chǎn)生的控制信號(故障)施加到開關(guān)電路41，以形成用于將來自電網(wǎng)3的電能提供給負載4的新的供電路徑(操作S22)。SP，開關(guān)電路41導通。在根據(jù)控制信號(故障)形成供電路徑之后，電網(wǎng)3的電能經(jīng)由形成的供電路徑被提供給負載4 (操作S23)。
這樣，當能量存儲系統(tǒng)5具有錯誤并且因此不可將來自電網(wǎng)3的電能提供給負載4時，可并行地形成從電網(wǎng)3至負載4的另外的供電路徑，并且電網(wǎng)3的電能可經(jīng)由形成的供電路徑被提供給負載4，從而向負載4穩(wěn)定地供電。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖9，圖9是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的能量存儲系統(tǒng)9的框圖。由于能量存儲系統(tǒng)9具有與圖1示出的能量存儲系統(tǒng)I的配置和功能類似的配置和功能，因此將僅描述它們之間的不同。
現(xiàn)在參照圖9，能量存儲系統(tǒng)9包括PCS10、BMS20、電池30和路徑改變電路42。路徑改變電路42串聯(lián)連接在第二開關(guān)16與電網(wǎng)3的端子之間。路徑改變電路42從電網(wǎng)3接收電能，選擇性地將接收的電能輸出到與第二開關(guān)16連接的第一組輸出端子或與負載4連接的第二輸出端子。在該實施例中，當PCSlO正常操作時，路徑改變電路42經(jīng)由第一組輸出端子將從電網(wǎng)30提供的電能輸出到第二開關(guān)16。另一方面，當PCSlO沒有正常操作時，路徑改變電路42經(jīng)由第二組輸出端子將從電網(wǎng)3提供的電能輸出到負載4。
如在圖1中示出的手動開關(guān)40那樣，路徑改變電路42可以是用于改變供電路徑的物理開關(guān)。或者，如在圖5中示出的開關(guān)電路41那樣，路徑改變電路42可以是根據(jù)集成控制器17產(chǎn)生的信號自動改變供電路徑的FET或繼電器。然而，路徑改變電路42不限于此，可以是任何用于將提供的電能僅輸出到兩條途徑之一的各種元件。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖10，圖10是用于描述根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的在圖9中示出的能量存儲系統(tǒng)9的供電方法的示圖。參照圖10，PCS10和路徑改變電路42彼此串聯(lián)連接并且布置在斷路器51與負載之間，并且在配電盤50和斷路器51之后。這里，配電盤50和斷路器51包括在電網(wǎng)3中。
在圖10中，從電網(wǎng)3提供的電能被施加到路徑改變電路42。路徑改變電路42包括用于輸出提供的電能的并行的多條供電路徑，供電路徑經(jīng)由第一組輸出端子和第二組輸出端子連接到路徑改變電路42的外部。
在此情況下，當PCSlO正常操作時，路徑改變電路42經(jīng)由第一組輸出端子將提供的電能輸出到PCSio的第二開關(guān)16，PCSlO的第二開關(guān)16將從路徑改變電路42輸出的電能提供給負載4。另一方面，當PCSlO損壞并且因此不正常操作時，路徑改變電路42經(jīng)由第二組輸出端子將提供的電能直接輸出到負載4。
在該實施例中，電能改變電路42的供電路徑可以根據(jù)從集成控制器17施加的控制信號(故障)而自動改變，或者可以由用戶或管理者手動改變。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖11，圖11是用于描述根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的在圖9中示出的能量存儲系統(tǒng)9的供電方法的示圖。參照圖11，PCS10和路徑改變電路42彼此串聯(lián)連接并且布置在電網(wǎng)3與配電盤50之間，并且在配電盤50和斷路器51之前。這里，配電盤50和斷路器51包括在負載4中。圖11的供電方法與圖10中示出的供電方法基本相同，因此將不在這里提供其詳細描述。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖12，圖12根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的在圖9中示出的能量存儲系統(tǒng)9的供電方法的流程圖?，F(xiàn)在參照圖12，路徑改變電路42從電網(wǎng)3接收電能并經(jīng)由PCSlO將接收的電能提供給負載4。隨后，實時確定能量存儲系統(tǒng)9是否具有錯誤(操作S30)。
當能量存儲系統(tǒng)9沒有錯誤時，路徑改變電路42經(jīng)由第一組輸出端子輸出來自電網(wǎng)3的電能(操作S31)，并將輸出的電能提供給PCSlO的第二開關(guān)(操作S32)，PCSlO經(jīng)由第二開關(guān)16輸出提供的電能(操作S33)。輸出的電能被提供給負載4 (操作S35)。
另一方面，當能量存儲系統(tǒng)9具有錯誤時，路徑改變電路42經(jīng)由第二組輸出端子輸出電網(wǎng)3的電能(操作S34)，并將輸出的電能直接提供給負載4 (操作S35)。這樣，當能量存儲系統(tǒng)9具有錯誤并且因此不能將電網(wǎng)3的電能提供給負載4時，可并行形成從電網(wǎng)3至負載4的替代供電路徑，來自電網(wǎng)3的電能可經(jīng)由替代供電路徑被提供給負載4，從而向負載4穩(wěn)定地供電。
應該理解，這里描述的示例性實施例應被認為僅是描述性的，而非為了限制目的。每個實施例中的特征或方面的描述應該通常被認為對于其他實施例中的其他類似特征或方面是可用的。
權(quán)利要求
1.一種能量存儲系統(tǒng)，包括: 電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，適于將電力發(fā)送到外部電網(wǎng)和從外部電網(wǎng)接收電力，經(jīng)由第一路徑將從所述外部電網(wǎng)接收的所述電力傳送到電負載； 旁路開關(guān)，布置為提供不同的第二路徑，以將從所述外部電網(wǎng)接收的電力傳送到所述電負載。
2.如權(quán)利要求1所述的能量存儲系統(tǒng)，所述旁路開關(guān)被布置為與所述電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)并聯(lián)。
3.如權(quán)利要求1所述的能量存儲系統(tǒng)，電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括沿著所述第一路徑的第一開關(guān)，當所述第一開關(guān)阻斷所述第一路徑時，所述接收的電力經(jīng)由所述第二路徑被傳送到所述電負載。
4.如權(quán)利要求1所述的能量存儲系統(tǒng)，電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括用于監(jiān)測電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的操作狀態(tài)的集成控制器，集成控制器基于監(jiān)測的操作狀態(tài)控制旁路開關(guān)的閉合和斷開狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求1所述的能量存儲系統(tǒng)，旁路開關(guān)是手動開關(guān)。
6.如權(quán)利要求3所述的能量存儲系統(tǒng)，電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括用于監(jiān)測電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的操作狀態(tài)的集成控制器，集成控制器基于監(jiān)測的操作狀態(tài)，選擇性地，將第一開關(guān)置為閉合狀態(tài)同時旁路開關(guān)處于斷開狀態(tài)，將第一開關(guān)置于斷開狀態(tài)同時旁路開關(guān)處于閉合狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求1所述的能量存儲系統(tǒng)，旁路開關(guān)被布置為與電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)串聯(lián)，旁路開關(guān)是路徑改變電路，路徑改變電路適于基于第一開關(guān)的操作狀態(tài)，沿所述第一路徑或所述第二路徑發(fā)送從所述外部電網(wǎng)接收的電力。
8.如權(quán)利要求1所述的能量存儲系統(tǒng)，當旁路開關(guān)沒有從集成控制器接收到任何信號時，旁路開關(guān)回到閉合狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求1所述的能量存儲系統(tǒng)，其中，外部電網(wǎng)包括: 配電盤； 配電盤與電負載之間的斷路器，所述旁路開關(guān)和所述電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)并聯(lián)連接在斷路器與電負載之間。
10.如權(quán)利要求1所述的能量存儲系統(tǒng)，其中，電負載包括: 配電盤； 配電盤與外部電網(wǎng)之間的斷路器，所述旁路開關(guān)和所述電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)并聯(lián)連接在配電盤與外部電網(wǎng)之間。
全文摘要
一種能量存儲系統(tǒng)，構(gòu)造有電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，分別將電力發(fā)送到外部電網(wǎng)和從外部電網(wǎng)接收電力，經(jīng)由第一路徑將從所述外部電網(wǎng)接收的電力施加到電負載；旁路開關(guān)，與電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)旁路連接，以提供不同的第二路徑，以將從外部電網(wǎng)接收的電能施加到電負載。
文檔編號H02J3/38GK103155334SQ201080068927
公開日2013年6月12日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者樸鐘鎬, 崔鐘基 申請人:三星Sdi株式會社