CN114365374A

CN114365374A - 使用断连器的阻断电流装置和方法

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Publication number: CN114365374A
Application number: CN202080061147.5A
Authority: CN
Inventors: 李昌馥; 李在璨; 宋炫振
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2019-12-06
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2022-04-15
Anticipated expiration: 2040-11-30
Also published as: CN114365374B; US20220376520A1; JP2022544810A; KR20210071601A; JP7366237B2; EP4020750A1; EP4020750A4; WO2021112509A1

Abstract

根据本发明的实施例被配置为包括多个电池模块的ESS包括电池保护单元，其中，电池保护单元包括：被配置为控制ESS的充电和放电的MCU；第一主接触器和第二主接触器，其在MCU的控制下在多个电池模块和ESS的输出端子之间连接或者断连；和断连器，其被置放在第一主接触器和第二主接触器之间并且连接或者断开该多个电池模块、第一主接触器和第二主接触器，其中，取决于预定电压是否被施加，第一主接触器和第二主接触器被接通或者关断。

Description

使用断连器的阻断电流装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于在ESS中使用断连器切断电流的装置和方法。

背景技术

能量存储系统(ESS)被用于将从可再生能源生产的电力稳定地连接到电力系统。可再生能源是通过太阳能或者风力发电产生的电能，并且具有发电稳定性不良的缺点。为了解决这些缺点，可再生能源与ESS相组合地使用。ESS是使用Li离子电池(LIB)等的电池，并且存储多余的电力，且当电力不足时将其放电以稳定电力供应和需求。换言之，ESS通过当电力需求低时积累并且存储被无关紧要地收集的可再生能源并且然后在当电力需求高时的高峰时段期间使用所存储的电力来改进电力利用效率。

这种ESS要求针对异常情况或者检查由用户手动地切断电流的功能。

传统上，断路器(circuit breaker)被用于该功能。

然而，因为除了由用户手动地阻断电流的功能，传统断路器进一步包括在过电流的情形中阻断电流路径的功能，所以存在价格高的缺点。

在另一方面，能够替代昂贵的断路器通过使用断连器(disconnector)来手动地切断电流，但是断连器只能在无负载状态下被接通或者关断，从而存在当ESS在使用中时不能将其接通或者关断的缺点。

相应地，本发明提出一种装置和方法，用于通过使用廉价的断连器替代这种传统的昂贵的断路器，即便其不在无负载状态下也手动地切断电流。

(专利文献0001)韩国公开专利公报No.10-2015-0090371

发明内容

技术问题

本发明提供一种即使在无负载状态下也能够通过使用断连器来手动地阻断通过ESS流动的电流的装置和方法。

技术方案

根据本发明的实施例，一种ESS包括多个电池模块和电池保护单元，其中，电池保护单元包括：被配置为控制ESS的充电和放电的MCU；第一主接触器和第二主接触器，其在MCU的控制下在该多个电池模块和ESS的输出端子之间连接或者断连；和断连器，其被置放在第一主接触器和第二主接触器之间，并且连接或者断连该多个电池模块、第一主接触器和第二主接触器。

取决于预定电压是否被施加，第一主接触器和第二主接触器被接通或者关断。

断连器可以包括：第一电流切断开关，其具有连接到该多个电池模块的(+)端的一端和连接到第一主接触器的另一端，以阻断通过第一主接触器流动的电流路径；和第二电流切断开关，其具有连接到该多个电池模块的(-)端的一端和连接到第二主接触器的另一端，以阻断通过第二主接触器流动的电流路径。

断连器可以包括用于控制是否向第一主接触器和第二主接触器施加预定电压的辅助开关。

当辅助开关被关断时，通过切断供应到第一主接触器和第一主接触器的预定电力，第一主接触器和第二主接触器可以被关断，其中，当第一主接触器和第二主接触器被关断时，ESS可以变为无负载状态。

在第一和第二主接触器被关断之后，第一和第二电流切断开关可以被关断。

电池保护单元可以进一步包括：第一熔断器，其具有连接到该多个电池模块的(+)端的一端和通过断连器连接到第一主接触器的另一端；和第二熔断器，其具有连接到该多个电池模块的(-)端的一端和通过断连器连接到第二主接触器的另一端。

当检测到过电压、过电流和高温中的至少一个时，MCU可以关断第一主接触器和第二主接触器。

ESS可以进一步包括并联连接到第一主接触器以防止浪涌电流的预充电FET。

一种用于在包括根据本发明的实施例的断连器的ESS中执行手动电力断连的方法包括：将断连器的后端转换为无负载状态的主接触器关断步骤；和在执行主接触器关断步骤之后使用断连器阻断ESS的输出电流路径的电流路径阻断步骤。

主接触器关断步骤可以通过切断供应到主接触器的电力来关断主接触器，由此将断连器的后端转换为无负载状态。

电流路径阻断步骤可以在主接触器关断步骤被执行之后关断断连器的第一电流切断开关和第二电流切断开关，以阻断ESS的输出电流路径。

有利的效果

本发明能够在ESS中手动地切断电流而不使用昂贵的断路器。

另外，本发明设置有用于将ESS转换为无负载状态的电路，从而能够通过应用断连器替代传统断路器来应用低成本的无源电流切断装置，从而与现有技术相比较，能够以低成本提供电流切断装置。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的ESS的图。

图2是示意根据本发明的实施例的在ESS中手动地阻断电流的方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例使得本领域普通技术人员可以易于实现本发明。然而，本发明可以以各种形式实现而不限于在本文描述的实施例。在附图中，省略了与描述无关的部分从而清楚地描述本发明，并且贯穿本说明书地，类似的附图标记指代类似的元件。

1.根据本发明的实施例的ESS

如在背景技术部分中针对ESS描述的，存在用户(或检查者)为了ESS的异常或检查而必须手动切断输出电流的情况。

为了手动切断输出电流，通常使用断路器。除了手动切断电流的功能，断路器进一步包括通过检测过电流而自动切断电流的功能，从而是昂贵的部件。

在另一方面，断连器被用作用于手动地阻断电流的另一个元件。

然而，断连器具有廉价的优点，但是仅当断连器处于无负载状态下时，断连器的电流切断开关才能够被接通或者关断，使得通常，在连接到负载的ESS中应用和使用中存在限制。

因此，在本发明中，已经开发了一种用于即便断连器不处于无负载状态下，也使用断连器手动地阻断电流的装置。

即，在本发明中，由于在连接有断连器的电路中配置辅助开关，当需要手动电流中断时，通过控制辅助开关，断连器被切换到无负载状态以手动地切断电流。

图1是示出根据本发明的实施例的ESS的图。

在下文中，将参考图1描述根据本发明的实施例的ESS。

根据本发明的实施例的ESS 10可以被配置为包括电池保护单元200。

1)本发明的电池保护单元200

电池保护单元200包括控制ESS 10的充电和放电的MCU 230、在MCU 230的控制下连接或者阻断该多个电池模块100与ESS的输出端子的第一主接触器221和第二主接触器222，和被设置在第一主接触器221和第二主接触器222之间并且连接或者阻断该多个电池模块10与第一主接触器221和第二主接触器222的断连器240。

1-1)MCU 230

当ESS 10需要被充电或者放电时，根据本发明的实施例的MCU230通过接通第一主接触器221和第二主接触器222来对ESS进行充电或者放电，并且在ESS 10进行充电或者放电时，当检测到过电压、过电流和高温中的至少一个时，MCU 230可以通过关断第一主接触器221和第二主接触器222来阻断ESS 10的充电或者放电。

1-2)第一主接触器221和第二主接触器222

第一主接触器221和第二主接触器222可以在以上描述的MCU 230的控制下连接多个电池模块和ESS的输出端子或者使其短路。

例如，第一主接触器221被配置为连接在该多个电池模块的(+)输出端子和ESS的(+)输出端子之间，并且第二主接触器222被配置为连接在该多个电池模块的(-)输出端子和ESS的(-)输出端子之间。

同时，第一主接触器221和第二主接触器222可以被配置为当施加了预定电力时被接通或者关断的继电器。

在正常操作期间，第一主接触器221和第二主接触器222由MCU 230控制以连接或者阻断ESS充电或者放电路径。

在本发明中，除此之外，取决于是否施加了通过将在以后描述的断连器240的辅助开关243连接的外部电力，它具有接通或者关断第一主接触器221和第二主接触器222的附加功能，使得当电流被切断时断连器将ESS切换到无负载状态。

1-3)断连器240

断连器240被设置在多个电池模块100与第一主接触器221之间和多个电池模块与第二主接触器222之间以切断来自电池模块的输出。

这种断连器240包括用于阻断电池模块和第一主接触器221之间的连接的第一电流切断开关241、用于阻断电池模块和第二主接触器222之间的连接的第二电流切断开关242、和用于关断第一主接触器221和第二主接触器222以允许断连器240的后端处于无负载状态的辅助开关243。

1-3-1)第一电流切断开关241和第二电流切断开关242

具体地，第一电流切断开关241被连接在多个电池模块100的(+)端子和第一主接触器221之间，由此阻断通过第一主接触器221流动的电流路径。

第二电流切断开关242被连接在多个电池模块100的(-)端子和第二主接触器222之间，由此阻断通过第二主接触器222流动的电流路径。

通过第一和第二开关的这种切断控制，通过断连器，ESS的输出电流被切断。

同时，第一电流切断开关241和第二电流切断开关242可以被配置为仅当断连器240处于无负载状态下时才被接通或者关断的元件。

在本发明中，为了接通或者关断第一电流切断开关241和第二电流切断开关242，第一主接触器221和第二主接触器222被关断以将断连器切换到无负载状态。

1-3-2)辅助开关243

为了将断连器240转换为无负载状态，通过使用辅助开关243，第一主接触器221和第二主接触器222被关断。

具体地，辅助开关243可以被配置为包括旋转手柄。随着手柄旋转，辅助开关可以被接通或者关断。

例如，如果ESS 10处于正常状态，则辅助开关243在接通状态下操作并且向第一主接触器221和第二主接触器222供应预定电压，并且第一主接触器221和第二主接触器222被接通，使得形成第一熔断器211->第一电流切断开关241->第一主接触器221被连接的第一电流路径，并且形成第二熔断器212->第二电流切断开关242->第二主接触器222被连接的第二电流路径。

在另一方面，当ESS的异常操作发生或者需要检查ESS时，设置在断连器240中的辅助开关243被手动地切换到关断状态以将断连器切换到无负载状态。

具体地，当辅助开关243被手动地关断时，通过电力线300供应到第一主接触器221和第二主接触器222的电力被切断，使得第一主接触器221和第二主接触器222被关断以将断连器240转换到无负载状态。

以此方式，随着第一主接触器221和第二主接触器222被关断，当断连器处于无负载状态下时，第一电流切断开关241和第二电流切断开关242被控制为关断。

因此，当ESS的异常操作发生或者需要检查ESS时，断连器240可以被用于阻断第一主接触器221和第二主接触器222的前端。

换言之，通过以上描述的配置，可以实现通过传统断路器来手动地阻断电流路径的功能。

1-4)第一熔断器211和第二熔断器212

在另一方面，本发明的保护电路单元包括其中一端被连接到多个电池模块的(+)端并且另一端通过断连器被连接到第一主接触器的第一熔断器，和其中一端被连接到多个电池模块的(-)端并且另一端通过断连器被连接到第二主接触器的第二熔断器。

第一熔断器211和第二熔断器212可以实现在传统断路器中的、当过电流流动时阻断过电流的功能。

1-5)预充电FET 223

同时，根据本发明的实施例的ESS 10进一步包括与第一主接触器221并联连接以防止浪涌电流的预充电FET 223。

2.根据本发明的实施例在ESS中手动地阻断电流的方法。

根据本发明的实施例在ESS中手动地阻断电流的方法涉及使用断连器而不使用断路器在ESS中手动地阻断电流的方法。

更加具体地，本发明涉及一种替代昂贵的断路器，通过改变结构使得即使当断连器不处于无负载状态下时也能够被接通/关断，在ESS中手动地切断电流的方法。

图2是示意根据本发明的实施例的在包括断连器的ESS中手动地阻断电流的方法的流程图。

在下文中，将参考图2描述根据本发明的实施例的在包括断连器的ESS中手动地阻断电流的方法。

根据本发明的实施例的在包括断连器的ESS中手动地阻断电流的方法包括允许断连器的后端处于无负载状态的主接触器关断步骤S100，和在执行主接触器关断步骤之后使用断连器阻断ESS的输出电流路径的电流路径阻断步骤S200。

由于断连器只能在无负载状态下控制开关，为了使用断连器手动地切断电流，应该使得断连器处于无负载状态。

主接触器关断步骤S100是允许断连器处于无负载状态的步骤。

具体地，主接触器关断步骤S100是通过切断供应到主接触器的电力并且关断主接触器而将断连器的后端切换到无负载状态的步骤。

同时，电流路径阻断步骤S200是下述步骤：在执行主接触器关断步骤之后，随着主接触器被关断并且断连器的后端处于无负载状态，通过关断断连器的第一电流切断开关和第二电流切断开关来阻断ESS的输出电流路径。

以此方式，通过顺序地执行主接触器关断步骤S100和电流路径阻断步骤S200，能够使用断连器实现传统断路器阻断ESS的输出电流路径的功能。

在另一方面，虽然已经根据以上实施例具体地描述了本发明的技术思想，但是应该指出，以上实施例是为了解释的目的而非限制。另外，本发明的技术领域中的本领域技术人员将能够理解，在本发明的精神范围内，各种实施例都是可能的。

Claims

1.一种被配置为包括多个电池模块的ESS，

其中，所述ESS被配置为包括电池保护单元，

其中，所述电池保护单元包括：

MCU，所述MCU被配置为控制所述ESS的充电和放电；

第一主接触器和第二主接触器，所述第一主接触器和所述第二主接触器在所述MCU的控制下在所述多个电池模块和所述ESS的输出端子之间连接或者断连；和

断连器，所述断连器被置放在所述第一主接触器和所述第二主接触器之间，并且连接或者断连所述多个电池模块、所述第一主接触器和所述第二主接触器，

其中，取决于预定电压是否被施加，所述第一主接触器和所述第二主接触器被接通或者关断。

2.根据权利要求1所述的ESS，其中，所述断连器包括：

第一电流切断开关，所述第一电流切断开关具有连接到所述多个电池模块的(+)端的一端和连接到第一主接触器的另一端，以阻断通过所述第一主接触器流动的电流路径；和

第二电流切断开关，所述第二电流切断开关具有连接到所述多个电池模块的(-)端的一端和连接到第二主接触器的另一端，以阻断通过所述第二主接触器流动的电流路径。

3.根据权利要求2所述的ESS，其中，所述断连器包括用于控制是否向所述第一主接触器和所述第二主接触器施加预定电压的辅助开关。

4.根据权利要求3所述的ESS，其中，当所述辅助开关被关断时，通过切断供应到所述第一主接触器和所述第一主接触器的预定电力，所述第一主接触器和所述第二主接触器被关断，

其中，当所述第一主接触器和所述第二主接触器被关断时，所述ESS变为无负载状态。

5.根据权利要求4所述的ESS，其中，在所述第一主接触器和所述第二主接触器被关断之后，所述第一电流切断开关和所述第二电流切断开关被关断。

6.根据权利要求1所述的ESS，其中，所述电池保护单元进一步包括：

第一熔断器，所述第一熔断器具有连接到所述多个电池模块的(+)端的一端和通过所述断连器连接到所述第一主接触器的另一端；和

第二熔断器，所述第二熔断器具有连接到所述多个电池模块的(-)端的一端和通过所述断连器连接到所述第二主接触器的另一端。

7.根据权利要求1所述的ESS，其中，当检测到过电压、过电流和高温中的至少一个时，所述MCU关断所述第一主接触器和所述第二主接触器。

8.根据权利要求1所述的ESS，其中，所述ESS进一步包括并联连接到所述第一主接触器以防止浪涌电流的预充电FET。

9.一种用于在包括断连器的ESS中执行手动电力断连的方法，所述方法包括：

将所述断连器的后端转换为无负载状态的主接触器关断步骤；和

在执行所述主接触器关断步骤之后使用所述断连器阻断所述ESS的输出电流路径的电流路径阻断步骤。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述主接触器关断步骤通过切断供应到所述主接触器的电力来关断所述主接触器，由此将所述断连器的后端转换为无负载状态。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述电流路径阻断步骤在所述主接触器关断步骤被执行之后关断所述断连器的所述第一电流切断开关和所述第二电流切断开关，以阻断所述ESS的所述输出电流路径。