[实用新型]可在现场更换电池模块的储能电池供应系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及电池供应系统，尤其涉及一种可在现场 更换电池模块的储能电池供应系统，此类电池供应系统尤其 适用于大型再生能源发电系统储能或中大型电动车。其中， 单体缓冲电池可为铅酸电池、锂电池、超级电容或以上三者 的组合。

背景技术

由于太阳能、风能及电网需量调节需求增加，相关大容 量电池制造技术随之进步，大容量储能电池可应用于电动车、 工业供电系统或家庭用电系统上，每一种中型或大型电池模 块，都是由大量的小电池组成。

基于上述的情况，传统一套大容量储能电池供应系统一 般由复杂且大量的电池单元通过串并联所形成。电池单元由 锂电池所组成，由于能量密度比高，有下列特性:1.基于工厂 制造工艺、材料特性及环境状况的不同，导致电池单元(锂电 池)充放电时化学反应并无法完全相同。2.在实际使用中，由 于安装位置温度差异，快速充/放电流，导致电池基板的特性 改变。3.电池单元隔离膜因外力因素，导致漏电情况不一。上 述情况均会使电池单元在使用中特性不一致(电压)。

一般传统大容量储能电池供应系统的基本架构是由电池 单元(锂电池)以串并联方式组成电池模块，再由电池模块以串 联方式形成电池串，由于锂电池单元的电压一般约在 2.8V～4.2V之间，而大容量储能电池供应系统需要高电压驱 动，其电压在360V～600V之间，因此需要大量的串接。且单 体锂电池能量低，因此需要大量并接。因此电池单元在使用 一段时间后，其电压及蓄电能量会逐渐产生差异。在电池单 元串并联组合成电池模块后，当某电池单元的蓄电能量低于 或高于其它电池时。电池模块内部将会形成回流，从而导致 各电池模块特性不一致，并发生电压差异。此现象若不改善(电 压一致性)，当某一电池串在充电时，能量较大的电池模块将 会率先充饱(电压超出电池模块高压临界)，但其它与之串联的 电池模块则还未充饱，若整串电池未停止充电，则该高电压 电池模块将会发生过充电状况，使该电池模块内的电池单元 因为电压过高导致基板隔离层绝缘劣化，产生短路或漏电， 导致电池燃烧或劣化。当某一电池串在放电时，能量比较低 的电池模块将会率先放完(电压低于电池模块低压临界)，但 其它与之串联的电池模块则还未完全放电，若整串电池未停 止放电，则该低电压电池模块将会发生过放电状况，导致该 电池模块内的电池单元劣化并可能形成负载发热，情况严重 时也会导致电池燃烧。

目前锂电池工厂为了要符合用户使用习惯，大多依照客 户的电压及容量的需求，先将电池单元串并联成 12V/24V/48V50AH/100AH或更高容量的电池模块(模拟传 统铅酸电池的规格)。再将电池模块串接成高电压的电池串。 再依照大容量储能电池系统容量的需求，将多个电池串以直 流汇流排进行并接后，形成电池组直接供给负载。系统同时 安装电池监视系统监测电池模块的电压，随时检测电池模块 电压的一致性，避免电池模块的特性不一而导致灾害。如此 设计有下列优缺点:

优点:1.串并联工艺简单。2.电池监控器以电池模块为监 测单元，监测数量大幅度减少，节约电池监控器数量成本。

缺点:1.电池模块内部由许多电池单元所串并联而成，电 池监控器无法监测电池单元的状况。2.电池单元异常导致电池 模块异常，虽然电池监视器监测异常，提醒更换，但由于电 池已进行大量的串并联并与同一汇流排连接形成巨大的能 量，要把电池串中的电池模块更换相当不容易，且危险。3. 当电池模块更新(或修复异常电池单元)形成电池串后，由于电 池串电压与直流汇流排电压不相等，故无法直接与汇流排并 联，必需通过电阻放电或其它方式使两端电压一致时再并联， 其过程非常繁琐。4.当更换某一电池模块后，由于新电池特性 好，故在充电时容易使该电池串电压增高，但由于电池串是 并联于直流汇流排，电池串电压无法增加，除形成电池串之 间不均流外，会持续影响汇流排中特性较差的电池串，长久 形成恶性循环，会间接地影响电池组的容量与寿命。5.电池组 通过汇流排直接与电机连接，在负载启动及瞬间充电时，会 有瞬间大放电电流及瞬间大回充电流，冲击电流会影响锂电 池的寿命。6.电池监测器检测电池模块异常后，送回电池工厂， 电池工厂必需拆解电池模块变成电池单元再逐一检验，更换 异常电池单元后，再组合回电池模块，然而新旧电池单元， 特性无法控制，电池模块性能不易维持。7.汇流排电压会随着 电池系统放电的情况逐一下降，其电压变动可高达25％。