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近年來，由於氣候變化等各方面的因素，分佈式可再生能源發電系統（即使用太陽能、風能、燃料電池等可再生資源產生能源的系統）迅速增加。其中，太陽能發電系統應用最為廣泛。
太陽能發電系統包括光伏（PV）模塊，可以將太陽能轉換為電力提供給公用電網或負載。一些光伏能量產生系統可以將來自PV模塊和公用電網的能量存儲在電池中以供將來使用。
【現有技術的方案】
光伏（PV）能量產生系統通常包括在一個或多個陣列中連接在一起的光伏模塊陣列，其產生來自太陽的直流（DC）功率；一個或多個PV轉換器將來自陣列的DC功率轉換成AC功率，然後通過物理接口進入公用電網。
傳統的太陽能發電系統將過量的AC電力能量提供回公用電網，從而為客戶帶來成本效益或產生電網服務的來源。目前存在兩種類型的PV能量產生系統：交流（AC）耦合光伏系統和直流（DC）耦合光伏系統。
01、交流耦合光伏系統
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近年來，由於氣候變化等各方面的因素，分佈式可再生能源發電系統（即使用太陽能、風能、燃料電池等可再生資源產生能源的系統）迅速增加。其中，太陽能發電系統應用最為廣泛。
太陽能發電系統包括光伏（PV）模塊，可以將太陽能轉換為電力提供給公用電網或負載。一些光伏能量產生系統可以將來自PV模塊和公用電網的能量存儲在電池中以供將來使用。
【現有技術的方案】
光伏（PV）能量產生系統通常包括在一個或多個陣列中連接在一起的光伏模塊陣列，其產生來自太陽的直流（DC）功率；一個或多個PV轉換器將來自陣列的DC功率轉換成AC功率，然後通過物理接口進入公用電網。
傳統的太陽能發電系統將過量的AC電力能量提供回公用電網，從而為客戶帶來成本效益或產生電網服務的來源。目前存在兩種類型的PV能量產生系統：交流（AC）耦合光伏系統和直流（DC）耦合光伏系統。
01、交流耦合光伏系統
圖1
如圖1所示，交流耦合光伏系統100包括用於產生直流電的光伏陣列102和用於將產生的直流電轉換為交流電的PV轉換器104。光伏陣列102可以是單個光伏組件或光伏組件陣列，能夠從太陽等光源發出的光子產生直流電壓。
PV轉換器104包括用於將接收到的來自光伏陣列102的直流電源上升或下降到合適的倒置水平的DC/DC轉換器108，以及用於將直流電源轉換為交流電源以輸出到交流電網106和備用負載108的DC/AC轉換器110。
交流耦合光伏系統100還包括用於儲存能量的電池組114。電池組114可以是任何鉛酸或高級鉛酸、鋰離子電池、流動電池、有機電池組等。
電池組114釋放的電能可提供給存儲轉換器116，存儲轉換器116包括用於將電池組114提供的直流電壓升高或降低到適合的倒置水平的DC/DC轉換器118。存儲轉換器116還包括用於將電池組114的直流電源轉換為交流電源以輸出到交流電網106或備用負載108的DC/AC轉換器120。
傳輸繼電器124可在存儲轉換器116內設置，以在存儲轉換器116和交流電網106或備用負載108之間直接供電。在各種實施例中，當傳輸繼電器124處於第一位置時，存儲轉換器116可向交流電網106提供電源或從交流電網106接收電源；當傳輸繼電器124處於第二位置時，存儲轉換器116可向備用負載108提供電源。
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近年來，由於氣候變化等各方面的因素，分佈式可再生能源發電系統（即使用太陽能、風能、燃料電池等可再生資源產生能源的系統）迅速增加。其中，太陽能發電系統應用最為廣泛。
太陽能發電系統包括光伏（PV）模塊，可以將太陽能轉換為電力提供給公用電網或負載。一些光伏能量產生系統可以將來自PV模塊和公用電網的能量存儲在電池中以供將來使用。
【現有技術的方案】
光伏（PV）能量產生系統通常包括在一個或多個陣列中連接在一起的光伏模塊陣列，其產生來自太陽的直流（DC）功率；一個或多個PV轉換器將來自陣列的DC功率轉換成AC功率，然後通過物理接口進入公用電網。
傳統的太陽能發電系統將過量的AC電力能量提供回公用電網，從而為客戶帶來成本效益或產生電網服務的來源。目前存在兩種類型的PV能量產生系統：交流（AC）耦合光伏系統和直流（DC）耦合光伏系統。
01、交流耦合光伏系統
圖1
如圖1所示，交流耦合光伏系統100包括用於產生直流電的光伏陣列102和用於將產生的直流電轉換為交流電的PV轉換器104。光伏陣列102可以是單個光伏組件或光伏組件陣列，能夠從太陽等光源發出的光子產生直流電壓。
PV轉換器104包括用於將接收到的來自光伏陣列102的直流電源上升或下降到合適的倒置水平的DC/DC轉換器108，以及用於將直流電源轉換為交流電源以輸出到交流電網106和備用負載108的DC/AC轉換器110。
交流耦合光伏系統100還包括用於儲存能量的電池組114。電池組114可以是任何鉛酸或高級鉛酸、鋰離子電池、流動電池、有機電池組等。
電池組114釋放的電能可提供給存儲轉換器116，存儲轉換器116包括用於將電池組114提供的直流電壓升高或降低到適合的倒置水平的DC/DC轉換器118。存儲轉換器116還包括用於將電池組114的直流電源轉換為交流電源以輸出到交流電網106或備用負載108的DC/AC轉換器120。
傳輸繼電器124可在存儲轉換器116內設置，以在存儲轉換器116和交流電網106或備用負載108之間直接供電。在各種實施例中，當傳輸繼電器124處於第一位置時，存儲轉換器116可向交流電網106提供電源或從交流電網106接收電源；當傳輸繼電器124處於第二位置時，存儲轉換器116可向備用負載108提供電源。
圖2
02、直流耦合光伏系統
另一種類型的光伏系統是如圖2所示的直流耦合光伏系統，包括用於產生直流電的光伏陣列202和用於將產生的直流電轉換為交流電以輸出到交流電網214或備用負載216的轉換器電源控制系統204。
在各種實施例中，當傳輸繼電器224處於第一位置時，轉換器電源控制系統204可向交流電網214提供電源或從交流電網214接收電源；當傳輸繼電器224處於第二位置時，轉換器電源控制系統204可向備用負載216提供電源。
轉換器電源控制系統204包括DC/DC轉換器206，以確保提供給DC/AC轉換器208的電壓足夠高。
轉換器電源控制系統204還包括連接到電池組210的直流連接總線，以便來自光伏陣列202的直流電源可用於向電池組210輸送直流電源。直流連接總線由電容器組207表示，電容器組207顯示在圖2中的兩個DC/DC轉換器206和212以及DC/AC轉換器208之間。
電池組210可具有最小和最大相關工作電壓窗口，例如12伏到1000伏。由於電池組210具有最大暴露輸入電壓限制（例如，1000伏），在許多情況下，該限制低於串輸出的理論最大直流電壓（例如，開路時為600-1000伏），因此可以在串級光伏之間設置降壓升壓電路206或212。
轉換器電源控制系統204的輸入與電池組210的直流連接。降壓升壓電路電路206或電路212的加入將防止電池組210暴露在高於安全閾值的電壓下，從而消除因過電壓應力而損壞電池組210的可能性。
上述兩種光伏能量產生系統包括許多彼此相互作用的部件，這些部件在製造、運輸或組裝過程中可能被損壞或被不正確地安裝，這可能導致電氣不連續性，因而可能立即引起或隨時間累積諸如電弧的熱事件。
電弧放電是通過通常不導電的介質（例如空氣）的電流放電。如果不立即解決熱事件，則這種熱事件的發生可能導致能量產生系統的一個或多個電氣部件的損壞。
解讀：目前常用的光伏能量產生系統中會產生電弧，但是針對電弧沒有很好的解決辦法，從而可能導致能量產生系統的一個或多個電氣部件的損壞，整個系統無法正常運行。
【特斯拉的解決方案】
特斯拉的一份名為“發電系統電池組電弧故障檢測”的專利（公開號：US20190058338A1）提供了一種解決方案，此專利於2017年8月15日申請，並於2019年2月21日公開。
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近年來，由於氣候變化等各方面的因素，分佈式可再生能源發電系統（即使用太陽能、風能、燃料電池等可再生資源產生能源的系統）迅速增加。其中，太陽能發電系統應用最為廣泛。
太陽能發電系統包括光伏（PV）模塊，可以將太陽能轉換為電力提供給公用電網或負載。一些光伏能量產生系統可以將來自PV模塊和公用電網的能量存儲在電池中以供將來使用。
【現有技術的方案】
光伏（PV）能量產生系統通常包括在一個或多個陣列中連接在一起的光伏模塊陣列，其產生來自太陽的直流（DC）功率；一個或多個PV轉換器將來自陣列的DC功率轉換成AC功率，然後通過物理接口進入公用電網。
傳統的太陽能發電系統將過量的AC電力能量提供回公用電網，從而為客戶帶來成本效益或產生電網服務的來源。目前存在兩種類型的PV能量產生系統：交流（AC）耦合光伏系統和直流（DC）耦合光伏系統。
01、交流耦合光伏系統
圖1
如圖1所示，交流耦合光伏系統100包括用於產生直流電的光伏陣列102和用於將產生的直流電轉換為交流電的PV轉換器104。光伏陣列102可以是單個光伏組件或光伏組件陣列，能夠從太陽等光源發出的光子產生直流電壓。
PV轉換器104包括用於將接收到的來自光伏陣列102的直流電源上升或下降到合適的倒置水平的DC/DC轉換器108，以及用於將直流電源轉換為交流電源以輸出到交流電網106和備用負載108的DC/AC轉換器110。
交流耦合光伏系統100還包括用於儲存能量的電池組114。電池組114可以是任何鉛酸或高級鉛酸、鋰離子電池、流動電池、有機電池組等。
電池組114釋放的電能可提供給存儲轉換器116，存儲轉換器116包括用於將電池組114提供的直流電壓升高或降低到適合的倒置水平的DC/DC轉換器118。存儲轉換器116還包括用於將電池組114的直流電源轉換為交流電源以輸出到交流電網106或備用負載108的DC/AC轉換器120。
傳輸繼電器124可在存儲轉換器116內設置，以在存儲轉換器116和交流電網106或備用負載108之間直接供電。在各種實施例中，當傳輸繼電器124處於第一位置時，存儲轉換器116可向交流電網106提供電源或從交流電網106接收電源；當傳輸繼電器124處於第二位置時，存儲轉換器116可向備用負載108提供電源。
圖2
02、直流耦合光伏系統
另一種類型的光伏系統是如圖2所示的直流耦合光伏系統，包括用於產生直流電的光伏陣列202和用於將產生的直流電轉換為交流電以輸出到交流電網214或備用負載216的轉換器電源控制系統204。
在各種實施例中，當傳輸繼電器224處於第一位置時，轉換器電源控制系統204可向交流電網214提供電源或從交流電網214接收電源；當傳輸繼電器224處於第二位置時，轉換器電源控制系統204可向備用負載216提供電源。
轉換器電源控制系統204包括DC/DC轉換器206，以確保提供給DC/AC轉換器208的電壓足夠高。
轉換器電源控制系統204還包括連接到電池組210的直流連接總線，以便來自光伏陣列202的直流電源可用於向電池組210輸送直流電源。直流連接總線由電容器組207表示，電容器組207顯示在圖2中的兩個DC/DC轉換器206和212以及DC/AC轉換器208之間。
電池組210可具有最小和最大相關工作電壓窗口，例如12伏到1000伏。由於電池組210具有最大暴露輸入電壓限制（例如，1000伏），在許多情況下，該限制低於串輸出的理論最大直流電壓（例如，開路時為600-1000伏），因此可以在串級光伏之間設置降壓升壓電路206或212。
轉換器電源控制系統204的輸入與電池組210的直流連接。降壓升壓電路電路206或電路212的加入將防止電池組210暴露在高於安全閾值的電壓下，從而消除因過電壓應力而損壞電池組210的可能性。
上述兩種光伏能量產生系統包括許多彼此相互作用的部件，這些部件在製造、運輸或組裝過程中可能被損壞或被不正確地安裝，這可能導致電氣不連續性，因而可能立即引起或隨時間累積諸如電弧的熱事件。
電弧放電是通過通常不導電的介質（例如空氣）的電流放電。如果不立即解決熱事件，則這種熱事件的發生可能導致能量產生系統的一個或多個電氣部件的損壞。
解讀：目前常用的光伏能量產生系統中會產生電弧，但是針對電弧沒有很好的解決辦法，從而可能導致能量產生系統的一個或多個電氣部件的損壞，整個系統無法正常運行。
【特斯拉的解決方案】
特斯拉的一份名為“發電系統電池組電弧故障檢測”的專利（公開號：US20190058338A1）提供了一種解決方案，此專利於2017年8月15日申請，並於2019年2月21日公開。
圖3
圖3是電池組300的簡化圖，電池組300可包括電池陣列302和DC/DC轉換器306。電池陣列302可以由多個單獨的電池單元304a-304h構成，這些電池單元可以以各種配置排列。
DC/DC轉換器306可耦合至電池陣列302以管理從外部裝置（例如，轉換器316可為本文所討論的任何轉換器，例如圖1中的存儲轉換器116和圖2中的轉換器電源控制系統204）輸入到電池陣列302的電壓，並由電池陣列輸出至外部設備。
電池組300還可以包括一個或多個電池管理系統，用於控制電池組300內電氣部件的操作。例如，電池管理系統308可以啟用或禁用電池陣列302的整體或部分操作。
例如，電池管理系統308可以啟用單元304a-d的操作，禁用單元304e-h的操作。除了電池管理系統308，電池組300還可以包括轉換器管理系統310，可以管理電池組300內電壓轉換器的操作。
例如，轉換器管理系統310可以啟用/禁用電池直流直流轉換器306的操作，以便將電源輸出到轉換器，例如，轉換器316，或者啟用/禁用電池直流到直流轉換器306的操作，以便接收來自轉換器316的輸入電源。電池組300還可包括一組正負輸出端子312，通過該端子電源可從電池組300輸出或輸入至電池組300。
本文首發於微信公眾號“RideIP玩轉知識產權”（ID：RideIP0606）
近年來，由於氣候變化等各方面的因素，分佈式可再生能源發電系統（即使用太陽能、風能、燃料電池等可再生資源產生能源的系統）迅速增加。其中，太陽能發電系統應用最為廣泛。
太陽能發電系統包括光伏（PV）模塊，可以將太陽能轉換為電力提供給公用電網或負載。一些光伏能量產生系統可以將來自PV模塊和公用電網的能量存儲在電池中以供將來使用。
【現有技術的方案】
光伏（PV）能量產生系統通常包括在一個或多個陣列中連接在一起的光伏模塊陣列，其產生來自太陽的直流（DC）功率；一個或多個PV轉換器將來自陣列的DC功率轉換成AC功率，然後通過物理接口進入公用電網。
傳統的太陽能發電系統將過量的AC電力能量提供回公用電網，從而為客戶帶來成本效益或產生電網服務的來源。目前存在兩種類型的PV能量產生系統：交流（AC）耦合光伏系統和直流（DC）耦合光伏系統。
01、交流耦合光伏系統
圖1
如圖1所示，交流耦合光伏系統100包括用於產生直流電的光伏陣列102和用於將產生的直流電轉換為交流電的PV轉換器104。光伏陣列102可以是單個光伏組件或光伏組件陣列，能夠從太陽等光源發出的光子產生直流電壓。
PV轉換器104包括用於將接收到的來自光伏陣列102的直流電源上升或下降到合適的倒置水平的DC/DC轉換器108，以及用於將直流電源轉換為交流電源以輸出到交流電網106和備用負載108的DC/AC轉換器110。
交流耦合光伏系統100還包括用於儲存能量的電池組114。電池組114可以是任何鉛酸或高級鉛酸、鋰離子電池、流動電池、有機電池組等。
電池組114釋放的電能可提供給存儲轉換器116，存儲轉換器116包括用於將電池組114提供的直流電壓升高或降低到適合的倒置水平的DC/DC轉換器118。存儲轉換器116還包括用於將電池組114的直流電源轉換為交流電源以輸出到交流電網106或備用負載108的DC/AC轉換器120。
傳輸繼電器124可在存儲轉換器116內設置，以在存儲轉換器116和交流電網106或備用負載108之間直接供電。在各種實施例中，當傳輸繼電器124處於第一位置時，存儲轉換器116可向交流電網106提供電源或從交流電網106接收電源；當傳輸繼電器124處於第二位置時，存儲轉換器116可向備用負載108提供電源。
圖2
02、直流耦合光伏系統
另一種類型的光伏系統是如圖2所示的直流耦合光伏系統，包括用於產生直流電的光伏陣列202和用於將產生的直流電轉換為交流電以輸出到交流電網214或備用負載216的轉換器電源控制系統204。
在各種實施例中，當傳輸繼電器224處於第一位置時，轉換器電源控制系統204可向交流電網214提供電源或從交流電網214接收電源；當傳輸繼電器224處於第二位置時，轉換器電源控制系統204可向備用負載216提供電源。
轉換器電源控制系統204包括DC/DC轉換器206，以確保提供給DC/AC轉換器208的電壓足夠高。
轉換器電源控制系統204還包括連接到電池組210的直流連接總線，以便來自光伏陣列202的直流電源可用於向電池組210輸送直流電源。直流連接總線由電容器組207表示，電容器組207顯示在圖2中的兩個DC/DC轉換器206和212以及DC/AC轉換器208之間。
電池組210可具有最小和最大相關工作電壓窗口，例如12伏到1000伏。由於電池組210具有最大暴露輸入電壓限制（例如，1000伏），在許多情況下，該限制低於串輸出的理論最大直流電壓（例如，開路時為600-1000伏），因此可以在串級光伏之間設置降壓升壓電路206或212。
轉換器電源控制系統204的輸入與電池組210的直流連接。降壓升壓電路電路206或電路212的加入將防止電池組210暴露在高於安全閾值的電壓下，從而消除因過電壓應力而損壞電池組210的可能性。
上述兩種光伏能量產生系統包括許多彼此相互作用的部件，這些部件在製造、運輸或組裝過程中可能被損壞或被不正確地安裝，這可能導致電氣不連續性，因而可能立即引起或隨時間累積諸如電弧的熱事件。
電弧放電是通過通常不導電的介質（例如空氣）的電流放電。如果不立即解決熱事件，則這種熱事件的發生可能導致能量產生系統的一個或多個電氣部件的損壞。
解讀：目前常用的光伏能量產生系統中會產生電弧，但是針對電弧沒有很好的解決辦法，從而可能導致能量產生系統的一個或多個電氣部件的損壞，整個系統無法正常運行。
【特斯拉的解決方案】
特斯拉的一份名為“發電系統電池組電弧故障檢測”的專利（公開號：US20190058338A1）提供了一種解決方案，此專利於2017年8月15日申請，並於2019年2月21日公開。
圖3
圖3是電池組300的簡化圖，電池組300可包括電池陣列302和DC/DC轉換器306。電池陣列302可以由多個單獨的電池單元304a-304h構成，這些電池單元可以以各種配置排列。
DC/DC轉換器306可耦合至電池陣列302以管理從外部裝置（例如，轉換器316可為本文所討論的任何轉換器，例如圖1中的存儲轉換器116和圖2中的轉換器電源控制系統204）輸入到電池陣列302的電壓，並由電池陣列輸出至外部設備。
電池組300還可以包括一個或多個電池管理系統，用於控制電池組300內電氣部件的操作。例如，電池管理系統308可以啟用或禁用電池陣列302的整體或部分操作。
例如，電池管理系統308可以啟用單元304a-d的操作，禁用單元304e-h的操作。除了電池管理系統308，電池組300還可以包括轉換器管理系統310，可以管理電池組300內電壓轉換器的操作。
例如，轉換器管理系統310可以啟用/禁用電池直流直流轉換器306的操作，以便將電源輸出到轉換器，例如，轉換器316，或者啟用/禁用電池直流到直流轉換器306的操作，以便接收來自轉換器316的輸入電源。電池組300還可包括一組正負輸出端子312，通過該端子電源可從電池組300輸出或輸入至電池組300。
圖4
圖4是電池組400實施例的簡化圖，所述電池組400具有耦合在電池單元和用於檢測起弧事件的電池轉換器之間的電弧故障檢測系統。
與圖3中的電池組300類似，電池組400可包括電池陣列302、DC/DC轉換器306、電池管理系統308和轉換器管理系統310。電池組400可通過一組輸出端子312和314連接到轉換器316，用於接收和輸出功率。
電池組400的電弧故障檢測系統可以包括控制器402和多個傳感器404、406和408。控制器402可以是任何合適的電子設備，包括存儲器和處理器，處理器配置為根據存儲器中的指令執行命令，根據傳感器404、406和408的信息對系統308和310進行管理。
例如，控制器402可以是微控制器、現場可編程門陣列（FPGA）等。控制器402可配置為接收來自傳感器404、406和408關於單元陣列302和DC/DC轉換器306之間的電壓水平和電流量的測量。
傳感器404可以是耦合在電池陣列302和DC-DC轉換器306之間的正電源線410和負電源線412上的電壓傳感器。在電池放電過程中，儲存在電池陣列302中的能量首先輸出到直流變換器306，然後輸出到正負極312和314，再輸出到轉換器316。
因此，傳感器404可以測量來自電池陣列302的正極和負極電源線410和412之間的電壓，以確定在電池放電期間電池陣列302之間是否發生電氣不連續或電弧。如果電池陣列302內出現電氣不連續或電弧，則傳感器404可以測量電弧引起的電壓水平異常。
控制器402可以從傳感器404和控制信息管理系統308接收這些測量值，以禁用單元陣列302。通過在檢測到電氣不連續或電弧時禁用電池陣列302，電弧故障檢測系統可以防止對電池組400或能量生成系統內的其他組件進一步損壞。
在一些實施例中，控制器402還可以耦合到轉換器管理系統310，並且可以配置為在檢測到電氣不連續或電弧事件時禁用DC-DC轉換器306。因此，當單元陣列302被禁用時，直流-直流轉換器306可能無法繼續工作。
除了用於在電池放電期間測量來自電池陣列302的正負電源線410和412之間的電壓的傳感器404外，還可以沿著各自的正負電源線410和412設置傳感器406和408，以測量流過的電流量。
例如，傳感器406可以是電流傳感器，用於測量從單元陣列302流過正電源線410的電流量。同樣，傳感器408可以是用於測量從單元陣列302流過負電源線412的電流量的電流傳感器。如果電池陣列302和/或正負電源線410/412中出現電氣不連續或電弧，則傳感器406和/或408可以測量電池放電期間電弧引起的電流異常。
控制器402可以從傳感器406和/或408接收這些測量值，並控制電池BMS 308以禁用電池陣列302，以防止對電池組400或能量生成系統內的其他組件造成進一步損壞。
解讀：通過在電池組中設置一種電弧故障檢測系統，對電池組中的電壓和電流進行檢測，當檢測到電壓或電流異常時，電弧故障檢測系統禁止電池組工作。
總結
特斯拉提供的技術方案，提供一種電弧故障檢測系統，通過在發生熱事件時關閉和/或禁用電池組來最小化由電池組中的熱事件引起的損壞；電弧故障檢測系統可包括一個或多個傳感器和控制器；控制器可以被配置為從傳感器接收信息並且當接收的信息指示已經發生熱事件時立即禁用電池組，從而最小化對能量產生系統造成不可修復的損壞的機會。
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