可重构电单元、电路、储能系统及其重构与均衡方法与流程

本发明属于电化学储能，具体涉及一种可重构电单元、电路、储能系统及其重构与均衡方法。

背景技术：

1、电芯是电化学储能系统中最小的储能单元，电芯经过串联或并联或形成电池模组，电池模组经封装形成电池插箱。电池插箱再经过串联或并联形成电池包，也叫电池簇。目前，一旦形成串联或并联中的一种电路结构，就无法在使用过程中转变为另外的电路结构。

2、以1500v的电化学储能系统为例，单簇电池的串联电芯数量为384-400颗。在这一簇中，由于电芯存在不一致性，在充电或放电过程中，当容量最小的电芯优先完成充电或放电，为了避免过充或过放，即使其余电芯都处于可以运行的状态，其整簇电芯都需要退出运行，整簇电池的容量受到容量最小的电芯的限制，这就由于电芯串联导致的“木桶效应”。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种可重构电单元。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：一种可重构电单元，包括：

3、储能单元与拓扑切换电路；

4、所述拓扑切换电路包括第一开关、第二开关和第三开关；

5、所述第二开关、第三开关和所述储能单元形成串联回路；

6、所述第二开关与储能单元连接的节点为节点a，所述节点a与所述第一开关连接；

7、所述第二开关与第三开关连接的节点为节点b，所述第三开关与储能单元连接的节点为节点c；

8、所述节点b和节点c为极性相同的同极性节点，所述节点a为异极性节点。

9、进一步的，所述储能单元为电芯或电池插箱。

10、进一步的，还包括监测模块，用于实时采集电芯的电参数。

11、本发明还提供一种可重构电路，包括本发明的可重构电单元；在相邻两个可重构电单元中，一个可重构电单元的b节点与另一个可重构电单元的c节点连接，从而形成第一直流母线；每个重构电单元的a节点通过所述第一开关连接到与所述第一直流母线的极性相异的第二直流母线上。

12、进一步的，当需要储能单元形成并联电路时，闭合每个可重构电单元中的第三开关与第一开关，并且断开第二开关；

13、当需要储能单元形成串联电路时，除最后一个可重构电单元以外，每个可重构电单元中的第三开关与第一开关断开，并且第二开关闭合；最后一个可重构电单元中的第三开关与第二开关断开，并且第一开关闭合。

14、本发明还提供一种双层可重构储能系统，包括第一层储能系统与第二层储能系统；

15、所述第一层储能系统采用电芯作为第一层储能系统的储能单元，并形成如本发明所述的可重构电路；

16、所述第二层储能系统采用所述第一层储能系统作为第二层储能系统的储能单元，并形成如本发明所述的可重构电路。

17、进一步的，包括第一层控制器与第二层控制器；

18、所述第一层控制器用于实时采集第一层储能系统的储能单元的电参数，并控制第一层储能系统的拓扑切换电路；

19、所述第二层控制器根据第一层储能系统的储能单元的电参数计算第二储能系统的储能单元的电参数，并控制第二层储能系统的拓扑切换电路。

20、进一步的，所述第二层储能系统还包括双向逆变器，所述双向逆变器的两个接线端子分别与所述第二层储能系统的第一直流母线、第二直流母线连接。

21、本发明还提供一种双层可重构储能系统的均衡方法，当第一层储能系统或第二层储能系统为串联模式，并且内阻的不一致性大于等于第一阈值且小于第二阈值时，将第一层储能系统或第二层储能系统切换至并联模式；

22、当内阻的不一致性大于或等于第二阈值时，采用旁路的方式进行均衡：将内阻最大的储能单元作为靶向储能单元；旁路所述靶向储能单元：断开所述靶向储能单元所对应的拓扑切换电路中的第一开关和第二开关，并闭合第三开关。

23、本发明还提供一种双层可重构储能系统的重构方法，通过第一层储能系统的拓扑切换电路将第一层储能系统切换为串联电路或并联电路；通过第二层储能系统的拓扑切换电路将第二层储能系统切换为串联电路或并联电路。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

25、1、本发明的可重构电单元具有三个极性节点，极性节点与三个开关的配合实现串联电路与并联电路的切换以及旁路储能单元。

26、2、本发明实现了双层均衡：第一层均衡是电池插箱内部电芯之间的均衡，第二层均衡是电池簇中电池插箱之间的均衡。

27、3、本发明针对每层均衡均完全通过开关实现，比起采用dc/dc变换器来进行均衡，能够大大降低成本。

28、4、本发明不仅能够通过旁路的方式来改善木桶效应，还能够通过将串联模式切换为并模式来改善木桶效应，两者结合能大大减少木桶效应。

技术特征：

1.一种可重构电单元，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的可重构电单元，其特征在于：所述储能单元为电芯或电池插箱。

3.根据权利要求2所述的可重构电单元，其特征在于：还包括监测模块，用于实时采集电芯的电参数。

4.一种可重构电路，其特征在于：包括如权利要求1所述的可重构电单元；在相邻两个可重构电单元中，一个可重构电单元的b节点与另一个可重构电单元的c节点连接，从而形成第一直流母线；每个重构电单元的a节点通过所述第一开关连接到与所述第一直流母线的极性相异的第二直流母线上。

5.一种如权利要求4所述的可重构电路的重构方法，其特征在于：当需要储能单元形成并联电路时，闭合每个可重构电单元中的第三开关与第一开关，并且断开第二开关；

6.一种双层可重构储能系统，其特征在于：包括第一层储能系统与第二层储能系统；

7.根据如权利要求5所述的双层可重构储能系统，其特征在于：还包括第一层控制器与第二层控制器；

8.根据权利要求5所述的双层可重构储能系统，其特征在于：所述第二层储能系统还包括双向逆变器，所述双向逆变器的两个接线端子分别与所述第二层储能系统的第一直流母线、第二直流母线连接。

9.一种如权利要求6所述的双层可重构储能系统的均衡方法，其特征在于：

10.一种如权利要求6所述的双层可重构储能系统的重构方法，其特征在于：通过第一层储能系统的拓扑切换电路将第一层储能系统切换为串联电路或并联电路；通过第二层储能系统的拓扑切换电路将第二层储能系统切换为串联电路或并联电路。

技术总结本发明属于电化学储能技术领域，具体涉及一种可重构电单元、电路、储能系统及其重构与均衡方法，包括储能单元与拓扑切换电路；拓扑切换电路包括第一开关、第二开关和第三开关；第二开关、第三开关和储能单元形成串联回路；第二开关与储能单元连接的节点为节点a，节点a与第一开关连接；第二开关与第三开关连接的节点为节点b，第三开关与储能单元连接的节点为节点c。可重构电路中，一个可重构电单元的b节点与另一个可重构电单元的c节点连接，从而形成第一直流母线；a节点通过第一开关连接到与第一直流母线的极性相异的第二直流母线上。本发明不仅能够通过旁路的方式来改善木桶效应，还能够通过将串联模式切换为并模式来改善木桶效应。技术研发人员：沈聪受保护的技术使用者：北京天启鸿源新能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23