CN108140910B - 用于储能装置的热通量组件 - Google Patents

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Abstract

本公开针对一种用于储能装置(142)的热通量组件。储能装置包括具有限定内部容积的多个侧壁(148)的壳体(143,146)以及构造在内部容积内的多个电池。热通量组件包括构造成关于储能装置的壳体的侧壁布置的多个热通量构件(182)，以及关于多个热通量构件中的各个构造的一个或多个温度传感器。因此，温度传感器构造成监测多个热通量构件中的各个位置处的一个或多个温度。热通量组件还包括控制器，其构造成随监测的温度而变调整热通量构件中的各个的功率水平，以便在储能装置的操作期间减小跨过多个电池的温度梯度或差异。

Description

用于储能装置的热通量组件
技术领域
本公开大体上涉及储能装置，且更具体地涉及用于储能装置的热通量组件，其通过提供等温内部来减小和/或消除跨过储能装置的电池组的温度梯度。
背景技术
通常，对于离网或弱电网消耗实体，主电源可包括可用于备用情形的混合发动机-发电机/电池系统。例如，如果失去商业公共部门的电力，可启用发动机-发电机组来对设施供电。然而，发电机-发动机组的启动耗时；因此，电池可在该过渡时间段期间供电。如果发动机-发电机组不能启动(例如，耗尽燃料、经历机械故障等)，则电池能够在额外的时间段内提供电力。以此方式，电能生产不必急剧扩大和缩小来满足暂时的消耗。相反，生产可保持在更恒定的水平。因此，电力系统可在恒定的生产水平下更有效且容易地操作。
其它电池应用可包括连接电网的储能系统和/或基于动力的储存。例如，此类连接电网的电池系统可用于商业/工业设备中的调峰、缓冲配电网中的峰值负载、能源交易、夜间缓冲太阳能、太阳能/风力发电的升级，和/或任何其它适合的应用。
在上述电池应用以及任何其它适合的电池应用中，重要的是保持电池组或模块中的电池之间的温度一致。对于现代设计，冷却硬件使空气在电池组下方且然后在顶部上流动。然而，由于通常未密封空气流，故一些空气在空气进入电池时在前方电池上流动，从而引起前方电池相比其余电池冷却较多。当电池变得较冷时，其内部电阻增大，这可在以固定电流再充电期间驱动跨过电池的较高电压。该较高的电压可破坏冷电池，这可使电池的性能和/或可靠性降低。
在储能装置放电或充电之前，由于较热的位置和/或电池与周围环境之间的热阻通路，电池之间存在温差。大多数电池在该稳态温差下度过其使用寿命的大部分，这大体上称为浮动温度梯度。该温差的大小通常在放电和充电期间保持相同，且仅在冷却空气强制进入电池内部时(通常在再充电期间)才增长。因此，储能装置在浮动温度梯度状态度过其使用寿命的大部分，浮动温度梯度在浮动和放电期间看到。因此，最小化浮动温度梯度可显著地延长储能装置的使用寿命。
因此，将有利的是提供最小化浮动温度梯度且解决前述问题的储能装置的热通量组件。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中阐明，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明认识到。
本公开的一个示例性方面针对一种在电池之间具有减小的温度变化的储能系统。更具体而言，在某些实施例中，储能系统包括具有壳体的至少一个储能装置，壳体具有限定内部容积的一个或多个侧壁。侧壁至少包括底侧壁和前侧壁。储能装置还包括在底侧壁的顶上在壳体的内部容积内布置成矩阵的多个电池。此外，多个电池限定顶面。此外，储能装置包括多个热通量构件，其关于侧壁布置且构造成在储能装置的操作期间减小跨过多个电池的温度梯度(或差异)。更具体而言，至少一个热通量构件关于多个侧壁中的各个构造。
在一个实施例中，除底侧壁和前侧壁之外，多个侧壁还可包括顶侧壁、后侧壁和相对的侧壁。在另一个实施例中，热通量构件可包括任何适合的加热器、冷却装置或其组合。更具体而言，在某些实施例中，加热器可包括板式加热器、带式加热器、袋式加热器或类似物。此外，冷却装置可包括制冷蒸发板、热电冷却器、循环冷却水或类似物。
在另一个实施例中，各个加热器可至少部分地由一个或多个电绝缘板构造。更具体而言，在某些实施例中，电绝缘板可至少部分地由矿物材料(诸如云母)构造。此外，在特定实施例中，各个加热器可包括安装在电绝缘板中的一个上的至少一条加热丝。更具体而言，在某些实施例中，加热丝可包括镍铬铁(即，镍铬铁合金)加热带。在特定实施例中，加热器可包括布置成层叠构造的多个电绝缘板，其中至少一条加热丝夹在层叠的电绝缘板之间。
在额外的实施例中，电绝缘板可包括构造成允许储能装置内的空气流的一个或多个穿孔。
更具体而言，在某些实施例中，储能装置可包括公共引线，其将多个热通量构件中的各个电联接到彼此和电源。此外，在其它实施例中，储能装置可包括多条引线，其将多个热通量构件中的各个独立地电联接到电源。更具体而言，多条引线可电联接到热通量构件中的各个的加热丝或带。因此，热通量构件可共同地或独立地受控制，例如，经由电池管理系统。例如，在一个实施例中，加热器的独立控制可通过了解储能装置的操作期间的热通量且通过丝截面面积、丝密度或两者预调节热通量图案来实现，从而允许自动控制。
此外，在某些实施例中，储能装置还可包括一个或多个温度传感器，其关于多个热通量构件中的各个构造，以便监测多个电池的温度。因此，在某些实施例中，储能装置还可包括控制器，其构造成随监测的温度而变调整热通量构件中的各个的功率水平。
在又一个实施例中，储能装置还可包括至少部分地构造在多个电池的顶面外侧的至少一个外部加热器。
在另一方面，本公开针对一种用于储能装置的热通量组件。储能装置包括具有限定内部容积的多个侧壁的壳体以及构造在内部容积内的多个电池。热通量组件包括构造成关于储能装置的壳体的侧壁布置的多个热通量构件。此外，热通量组件包括关于多个热通量构件中的各个构造的一个或多个温度传感器。因此，温度传感器构造成监测多个电池内的各个位置处的温度。热通量组件还包括控制器，其构造成随监测的温度而变调整热通量构件中的各个的功率水平，以便在储能装置的操作期间减小跨过多个电池的温度梯度。在一个实施例中，多个热通量构件可包括板式加热器、带式加热器或袋式加热器中的至少一者。
在又一方面，本公开针对一种用于减小储能装置中的温度变化性的方法。储能装置包括具有限定内部容积的多个侧壁的壳体以及构造在内部容积内的多个电池。因此，该方法包括将多个热通量构件置于储能装置的壳体内。更具体而言，该方法可包括关于多个侧壁中的各个放置至少一个加热器。该方法还包括经由一个或多个温度传感器检测壳体内的多个电池的一个或多个温度。此外，该方法包括经由控制器随检测的温度而变在储能装置的操作期间控制多个热通量构件。
在一个实施例中，经由控制器在储能装置的操作期间控制一个或多个温度的步骤还可包括随监测的温度而变调整热通量构件中的各个的功率水平。
在另一个实施例中，如提到的那样，热通量构件可包括任何适合的加热器、冷却装置或其组合。因此，在某些实施例中，该方法还可包括定制各个加热器的热通量密度或图案。此类定制可通过改变丝的截面面积、通过改变加热器内的丝密度或两者来达成。因此，在某些实施例中，各个加热器的热通量图案可为相同的。备选地，各个加热器的热通量图案可为不同的。在另一个实施例中，该方法还可包括基于各个加热器的热通量要求来定制加热器的各个加热丝的丝卷绕密度和丝截面面积。
在另外的实施例中，该方法还可包括经由公共引线将多个热通量构件电联接到彼此和电源。此外，该方法可包括经由多条引线来将多个热通量中的各个独立地联接到电源。更具体而言，在某些实施例中，该方法可包括将多条引线中的各个电联接到热通量构件中的各个的加热丝。因此，热通量构件构造成将热量或冷却提供至储能装置的所有侧，以便产生装置内的等温区。
本发明的这些及其它特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且连同描述用于阐释本发明的原理。
附图说明
针对本领域的普通技术人员包括其最佳模式的本发明的完整且开放的公开内容在参照附图的说明书中提出，在附图中：
图1示出了构造成使用根据本公开的一个或多个储能装置的混合电力系统的一个实施例的示意图；
图2示出了根据本公开的控制器的一个实施例的框图；
图3示出了根据本公开的储能装置的一个实施例的透视图；
图4示出了图3的储能装置的透视图，其中内壳体的顶侧壁除去以进一步示出包含在其中的多个电池；
图5示出了图4的储能装置的顶视图；
图6示出了图4的储能装置的前视图；
图7示出了图3的储能装置的分解视图；
图8示出了根据本公开的热通量组件的一个实施例的透视图，特别示出了多个电绝缘板；
图9示出了根据本公开的热通量组件的另一个实施例的顶视图；
图10示出了根据本公开的热通量组件的又一个实施例的透视图；
图11示出了根据本公开的热通量组件的一个实施例的示意图；
图12示出了根据本公开的加热器的一个实施例的侧视图；
图13示出了图11的热通量组件的各个热通量构件的一个实施例的局部示意图；
图14示出了用于根据本公开的热通量组件的控制方案的一个实施例的示意图，特别示出了单通道加热器控制；
图15示出了用于根据本公开的热通量组件的控制方案的另一个实施例的示意图，特别示出了多通道加热器控制；
图16示出了图15的控制方案，特别示出了构造成向其提供测得的温度的多个温度传感器；
图17示出了根据本公开的储能装置的一个实施例的截面视图，特别示出了多个热通量构件和构造在其中的相关联的温度传感器；以及
图18示出了根据本公开的用于减小储能装置的电池之间的温度变化性的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。各个示例通过阐释本发明的方式提供，而不限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中作出各种改型和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可结合另一个实施例使用以产生又一个实施例。因此，期望本发明覆盖落入所附权利要求和其等同物的范围内的此类改型和变型。
大体上，本公开针对一种用于减小电池之间的温度变化性的储能装置的热通量组件。因此，本公开可用于任何适合的电池应用，包括但不限于消耗实体、连接电网的储能系统和/或基于动力的储存。在各种实施例中，储能装置包括具有限定内部容积的一个或多个侧壁的壳体。例如，在一个实施例中，侧壁可至少包括顶侧壁和底侧壁、前侧壁和后侧壁，以及相对的侧壁。储能装置还包括在底侧壁的顶上在壳体的内部容积内布置成矩阵的多个电池，例如，钠氯化镍电池。此外，储能装置包括多个热通量构件(例如，加热器或冷却装置)，其关于侧壁布置且构造成在储能装置的操作期间减小跨过多个电池的温度梯度。更具体而言，至少一个加热器关于多个侧壁中的各个构造，从而对储能装置的所有侧都提供热，以便在装置内产生等温区。
在许多情况中，长持续时间的高能电池循环是预先公知的。因此，现有的算法在储能装置开始加热之后开始冷却。本公开将加热决定联系至计划的高功率电池循环。更具体而言，本公开的控制方案在通常可引起需要冷却的高功率操作之前关闭加热。此类操作将储能装置的能力扩展到在较高功率下运行，而不主动冷却，这然后驱动最热电池与最冷电池之间的较高温差。
本公开具有现有技术中未提出的许多优点。例如，热通量组件减小电池浮动和/或放电期间跨过电池的温度梯度。此外，在某些实施例中，热通量组件可在不改变电池壳体的情况下实施。此外，热通量组件可在不改变电池管理系统的情况下实施。此外，由于较低温度梯度，热通量组件向储能装置提供较低电池浮动温度。此外，较低温度梯度还减慢电池退化且因此改善电池寿命。
现在参看附图，图1为可受益于本公开的储能装置142的混合电网电力系统100的一个实施例的图示。此外，本领域的普通技术人员应当理解到，本公开的储能装置142可用于任何其它适合的电池应用，例如，连接电网的能量储存、基于动力的储存和/或类似物，且图1的实施例仅出于示范目的提供。如图所示，图1绘出了多个电源，包括AC电网110、发动机-发电机电源或发动机-发电机组(EGS)120、替代能源130，以及电池电源140，如图所示，其包括多个储能装置142。转换开关115允许在AC电网110与EGS 120以及可能可用的其它AC电力之间转换操作。EGS 120通常依靠由燃料源125(例如，储存箱)提供的燃料(例如，柴油燃料)运行。可用性开关135允许替代能源130(例如，太阳能、风或燃料电池)(如果可用)也切换至电力系统100的DC总线145或AC总线155。如果切换到AC总线155，则逆变器170(下文所述)可联接在替代能源130与AC总线155之间。
电池电源140为电力电源。更具体而言，在某些实施例中，电池电源140可包括具有一个或多个储能装置(例如，电池模块142)的储能系统。此电池模块142可包含本领域中已知的任何适合的电池。例如，在各种实施例中，电池模块142可包含一个或多个钠氯化镍电池、钠硫电池、锂离子电池、镍金属氢化物电池、燃料电池或类似物。更具体而言，在某些实施例中，电池模块142可包括布置成矩阵(例如，成多排和多列)的多个钠氯化镍电池162。此外，在特定实施例中，各个电池162可包括分开相邻电池的电极的陶瓷电解质材料。因此，在充电期间，氯离子可从氯化钠释放且与镍组合来形成氯化镍。留下的钠离子可通过电解质移到储器中。在电池产生电力的情况下，离子通过电极移回且反应反转。该过程通常在绝缘容器或内壳体146(图3-7)内在大约300摄氏度(℃)下发生。由于其短的充电时间，钠氯化镍电池特别适用，其可驱动EGS 120到峰值效率，从而降低电力系统100的燃料成本。此外，钠氯化镍电池的性能不受环境温度影响；因此，此电池可在具有极端温度变化的场所使用。此外，电池模块142通常在多个大小范围可用，即，kWh或MWh。
仍参看图1，AC总线155提供AC电力来驱动系统的AC负载160，例如，诸如用于电力系统100的照明和/或空气调节。此外，AC总线155可提供AC电力至双向逆变器170，其将AC电力转换至DC电力，这提供DC电力至DC总线145来驱动电力系统100的DC负载180。电力系统100的示例性DC负载包括电力系统100的无线电、开关和放大器。DC总线145也从逆变器170提供DC电力来对电池电源140充电，且在电池电源140放电时将DC电力从电池电源140提供至DC负载180。逆变器170可调节来自DC电力电源(例如，太阳能系统或燃料电池能系统)的DC电力，而不是AC电力电源。总体上，主电源可提供AC或DC电力，其由电力系统100的储能装置(例如，由DC电池电源140)使用。
在混合电力系统100的操作期间，当EGS 120开启时，EGS 120构造成将电力提供至DC负载180，且在循环的充电部分期间提供至电池电源140。当EGS 120关闭时，电池电源140构造成在循环的放电部分期间将电力提供至DC负载180。此外，电池电源140可由电池管理系统(BMS)144控制。如本文使用的BMS 144大体上是指管理可再充电池模块(例如，电池或电池组)的任何电子系统，诸如通过保护电池模块免于在安全操作模式外操作、监测电池模块的状态、计算和报告电池模块的操作数据、控制电池模块环境，和/或任何其它适合的控制动作。例如，在若干实施例中，BMS 144构造成监测和/或控制一个或多个储能装置(例如，电池模块142)的操作。此外，BMS 144可构造成通过发送启动命令来与EGS 120通信，以便根据BMS 144的控制逻辑来启动EGS 120的发动机。此外，BMS 144例如可为单纯以硬件实施的逻辑控制、固件可编程数字信号处理器，或基于可编程处理器的软件控制的计算机。
电力系统100也可包括控制器190，其构造成监测和/或控制如图1和2中所示的电力系统100的各个方面。例如，控制器190可构造成命令EGS 120的发动机根据控制器190的控制逻辑来开启或关闭。根据各种实施例，控制器190可为单独的单元(如图所示)，或可为电池电源140的BMS 144的一部分。更具体而言，如图2中所示，示出了根据本公开的控制器190(或BMS 144)的一个实施例的框图。如图所示，控制器190可包括一个或多个处理器192和相关联的存储器装置194，其构造成执行多种计算机可执行的功能(例如，执行方法、步骤、计算等，以及储存如本文公开的相关数据)。此外，控制器190还可包括通信模块196，以便于控制器190与电力系统100的各种构件之间的通信。此外，通信模块196可包括传感器接口198(例如，一个或多个模数转换器)，以允许从一个或多个传感器(例如，温度传感器173,174,175,176,177,178)传输的信号转换成可由处理器192理解和处理的信号。应当认识到的是，传感器可使用任何适合的手段可通信地联接至通信模块198。例如，传感器可经由有线连接联接至传感器接口198。然而，在其它实施例中，传感器可经由无线连接联接至传感器接口198，诸如通过使用本领域中已知的任何适合的无线通信协议。因此，处理器192可构造成从传感器接收一个或多个信号。
如所述使用的用语"处理器"不但指本领域中称为包括在计算机中的集成电路，而且指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路，以及其它可编程电路。此外，存储器装置194可大体上包括存储器元件，包括但不限于，计算机可读介质(例如，随机存储存储器(RAM))、计算机可读非易失性介质(例如，闪速存储器)、软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能盘(DVD)和/或其它适合的存储器元件。此存储器装置194可大体上构造成储存适合的计算机可读指令，其在由处理器192实施时，将控制器190构造成执行如本文所述的各种功能。
现在参看图3-20，示出了具有根据本公开的热通量组件150的储能装置142的各种视图，热通量组件150提供电池之间的减小的温度变化性。如具体在图3-4和图6-7中所示，储能装置142包括容纳在外壳体143内的内壳体146。更具体而言，如图所示，内壳体146包括限定其内部容积149的一个或多个侧壁148。此外，如图4-7中所示，一片或多片绝缘材料193可设在内壳体146的侧壁148与外壳体143之间。更具体而言，如图所示，侧壁148至少包括底侧壁152、前侧壁154、顶侧壁151、后侧壁153，以及相对的垂直侧壁157。此外，如图所示，前侧壁154具有空气入口156和空气出口158。此外，如图所示，储能装置142还包括在内壳体146的内部容积149内(例如，在其底侧壁152的顶上)布置成矩阵的多个电池162(例如，钠氯化镍电池)。此外，电池162限定顶面164。此外，储能装置142还可包括电连接器165，其构造成将储能装置142电联接到如本文所述的电源(例如，BMS 144)。
具体参看图5-7，储能装置142还可包括关于内壳体146的底侧壁152构造的空气流分送网络184。此外，如图所示，空气流分送网络184可从后侧壁153沿纵向延伸至内壳体146的前侧壁154。因此，空气流分送网络184构造成将空气流从空气入口156(例如，经由未示出的风机)通过内壳体146的后空气流通道179引导至后侧壁153，且然后至电池162的顶面164。更具体而言，在某些实施例中，空气流分送网络184可包括由槽板186覆盖的一个或多个空气流管185。此外，槽板186可包括限定用于一个或多个空气流管185的通道的多个穿孔和/或波形轮廓。例如，在一个实施例中，空气流分送网络184可包括包含在穿孔槽板通道内的冷却空气流管。因此，穿孔构造成允许冷却空气以最小压降流过储能装置142。此外，在一个实施例中，槽板186可构造在多个空气流管185的顶上。备选地，槽板186可具有交错的空气流管185构造在槽板186下方的备选构造，其中每隔一个空气流管185构造在槽板186的顶上。
大体上参看图3-17，储能装置142的热通量组件150包括关于内壳体146的侧壁148布置的多个热通量构件182。因此，热通量构件182构造成在储能装置142的操作期间减小跨过多个电池162的温度梯度。在某些实施例中，热通量构件182可包括任何适合的加热器、冷却装置或其组合。更具体而言，如图所示，至少一个热通量构件182可关于多个侧壁148中的各个构造。例如，如图7中所示，顶部加热器181关于内壳体146的顶侧壁151构造。类似地，如图6和7中所示，底部加热器183关于内壳体146的底侧壁152构造。此外，前加热器188关于内壳体146的前侧壁154构造。此外，相对侧的加热器189关于内壳体146的相对的侧壁157(即，右垂直侧壁和左垂直侧壁)构造。因此，本公开的热通量组件150提供热量或冷却至电池组的所有侧，以便产生组内的等温区。在备选实施例中，不是所有侧壁都可包括加热器182。
具体参看图7和图11-13，各个加热器182可至少部分地由一个或多个电绝缘板191构造。此外，应当理解，如本文所述的电绝缘板191可由任何适合的电绝缘材料构造。例如，如提到的那样，一个或多个电绝缘板191可至少部分由矿物材料构造。在此实施例中，矿物材料可包括云母。此外，如本文所述的电绝缘板191可具有任何适合的厚度。例如，在某些实施例中，电绝缘板191的厚度可范围从大约0.5毫米(mm)到大约2mm。此外，电绝缘板191的材料或厚度可改变以控制总体加热。
此外，如图12中所示，各个加热器182可包括布置成层叠构造的多个电绝缘板191，其中至少一条加热丝199或带夹在层叠的电绝缘板191之间。更具体而言，在特定实施例中，加热丝199可为镍铬铁(例如，镍铬铁合金)加热带，其在电绝缘板191之间布置成预定图案。此外，如图所示，在图13中，各个加热器182的加热丝10可针对储能装置142的各个侧壁定制。例如，在某些实施例中，独立加热器182的热通量分布可由丝卷绕密度或间距确定。例如，在某些实施例中，独立加热器182的热通量分布可由丝截面面积确定。因此，在某些实施例中，加热器的独立控制可通过在储能装置142的操作期间了解加热器的热通量以及通过丝卷绕密度、丝截面面积或两者预先调节加热器来达成，从而允许自动控制。
在备选实施例中，如图8中所示，热通量构件182可包括一个或多个穿孔197或孔，其构造成允许储能装置142内的空气流，例如，电池之间。在此实施例中，可将孔197冲孔到电绝缘板191中，以便提供独立的或电池水平的温度控制。
在额外实施例中，各个加热器182还可包括布置在电绝缘板191上的一个或多个加热线圈195。因此，穿孔197允许空气在电池162之间自由流动，从而导致更充分的冷却。更具体而言，如图8和12中所示，侧加热器189可安装在实心云母带上，而顶部加热器181和底部加热器183可为带型加热器。在此实施例中，主加热和控制可由顶部加热器181和底部加热器183提供，而侧加热器189可用于辅助加热来将侧部温度保持在独立设置点。还应当理解，还可使用如本文所述的电绝缘板191的任何组合。
更具体而言，如图8和10中所示，加热器182可为带式加热器、板式加热器或具有构造在其上的一个或多个加热线圈195的袋式加热器。如本文使用的袋式加热器大体上包含可安装在各个电池之上的独立加热元件，即，袋式加热器可类似袋配合在各个电池162的顶上，从而允许电池水平下的较精细控制。
现在参看图10，储能装置142还可包括至少一个外部加热器201，其至少部分地构造在多个电池162的顶面164外。此实施例使用两个加热器，例如，一个用于电池162外侧，且另一个用于电池162内侧。因此，在某些实施例中，外部加热器201可安装在内部加热器182上。更具体而言，内部加热器182可安装在内周上的电绝缘板或片上，例如由孔203指出。因此，外部加热器201构造成提供电池温度的较精细控制，且确保外侧比内侧加热较少。此外，此外部加热器201可安装在两个不同的电绝缘板上，且/或在分离的情况下安装在一个板中。
具体参看图11-16，热通量组件150还可包括共同的负引线200，其将多个热通量构件182中的各个电联接到彼此和/或电源(例如，BMS 144)。此外，在某些实施例中，热通量组件150可包括多条正引线(例如，丝202,204,206,208,210和212)，其将多个热通量构件182中的各个独立地电联接到电源。更具体而言，多条引线可电联接到各个热通量构件182的加热丝199或带。因此，热通量构件182可例如经由BMS 144共同地或独立地控制。
此外，如图16-17中所示，储能装置142可包括关于多个热通量构件182构造的一个或多个温度传感器173, 174, 175, 176, 177, 178。因此，在其它实施例中，控制器190(或BMS 144)可构造成从温度传感器173, 174, 175, 176, 177, 178接收监测的温度测量结果，且随测量结果而变来调整热通量构件182中的一个或多个的功率水平。更具体而言，BMS144可构造成具有加热器控制算法，其连续地调整对各个加热器182的电力来以最小电池组温度梯度达到设置点(即，平均)温度。因此，在某些实施例中，BMS 144可编程为具有六通道加热器控制，其具有六个温度感测反馈。更具体而言，如图20中所示，多个温度感测点可允许电池162中的温度梯度的连续最小化。应当理解，温度传感器173, 174, 175, 176, 177,178可包括任何适合的温度感测装置，包括但不限于电阻温度装置(RTD)、热电偶(T/C)、光纤，或测量跨过电池组的多个点处的温度的任何其它适合的技术。
更具体而言，如图14-15中所示，BMS 144可使用单通道加热器控制(图14)或多通道加热器控制(图15)。例如，如图14中所示，此系统可关于现有BMS使用，且因此不需要新BMS硬件或软件。此外，各个加热器电阻(例如，R1,R2,R3,R4,R5和R6)可调节，使得电池组温度梯度在浮动状态期间最小，其在仅使用单通道加热器控制(例如，如图14中所示)时需要。备选地，如图15中所示，BMS 144可关于新的硬件和软件更新，其允许电池组温度梯度针对储能装置142的各个操作状态定制。例如，在电池浮动期间，电池温度应当保持在预定温度(例如，在大约300摄氏度(℃))。相比之下，在储能装置142的放电和再充电期间，电池162需要使用外部空气冷却。因此，在加热期间，BMS 144可构造成将对顶部加热器181(例如，R1)的电力调节至100%电力水平，且对底部加热器183(例如，R5)的电力调节至50%电力水平，以增大电池组的温度梯度。此外，如提到的那样，热通量构件182可控制成最小化浮动期间的温度梯度。此外，在放电期间，通过使某些热通量构件抵消冷却空气温度梯度影响，BMS 144可控制热通量构件182以最小化温度梯度。
具体参看图17，温度传感器173, 174, 175, 176, 177, 178的位置(且因此温度的测量点)可包括热通量构件182附近的任何位置，以便提高加热器控制算法的稳定性。因此，在某些实施例中，有利的是将温度传感器定位成远离热通量构件182，而非直接在热通量构件182上。例如，如图所示，右温度传感器174和左温度传感器175位于离其相应加热器的电池组长度的大约5%到大约10%的距离处。此外，如图所示，顶部传感器173和底部传感器177可位于离其相应的加热器182达到大约一个电池长度。此位置例如仅出于举例目的提供，且应当理解，任何位置组合都可使用，以便提供加热器控制算法的稳定性。
在额外实施例中，BMS 144还可控制热通量构件182来扩展至防护物冷却，例如，在储能装置142的内部温度控制成低于环境时。在此实施例中，热通量构件182可包括一个或多个冷却装置，例如，类似于外壳体146的所有侧上的制冷蒸发板、热电冷却器、循环冷却水或类似物中的至少一者。
现在参看图18，示出了电池的各种操作阶段期间用于减小储能装置142中的温度变化性的方法300的流程图。如提到的那样，储能装置142包括具有限定内部容积149的多个侧壁148的内壳体146，以及构造在内部容积149内的多个电池162。因此，如302处所示，方法300包括将多个热通量构件182置于储能装置142的内壳体146内。更具体而言，方法300还可包括关于多个侧壁148中的各个放置至少一个加热器185。如304处所示，方法300包括经由一个或多个温度传感器来检测内壳体146内的多个电池162的一个或多个温度。此外，如306处所示，方法300包括经由BMS 144随检测的温度而变在储能装置142的操作期间控制一个或多个热通量构件。
尽管本发明的各种实施例的特定特征可能在一些图中示出且在其它图中未示出，但这仅是为了方便。根据本发明的原理，附图的任何特征可与任何其它图的任何特征组合来参照和/或要求保护。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果此类其它实施例包括并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则期望此类其它示例在权利要求的范围内。

Claims (16)

1.一种储能系统，包括：
至少一个储能装置，所述储能装置包括：
壳体，其包括限定内部容积的多个侧壁，所述多个侧壁至少包括底侧壁和前侧壁；
多个电池，其在所述底侧壁的顶上在所述内部容积内布置成矩阵且限定顶面；
在所述内部容积内关于所述多个侧壁布置的多个热通量构件，所述多个热通量构件构造成在所述储能装置的操作期间减小跨过所述多个电池的温度梯度，其中至少一个热通量构件关于所述多个侧壁中的各个构造；
关于所述多个热通量构件构造的一个或多个温度传感器，所述温度传感器构造成监测所述多个电池的各个位置处的一个或多个温度；
构造成随监测的温度而变调整所述热通量构件中的各个的功率水平的控制器；以及
将所述多个热通量构件中的各个电联接到彼此和电源的公共负引线，以及将所述多个热通量构件中的各个独立且分别电联接到所述电源的多条正引线。
2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述多个侧壁还包括顶侧壁、后侧壁和相对的侧壁。
3.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述热通量构件还包括加热器、冷却装置或其组合中的至少一者。
4.根据权利要求3所述的储能系统，其特征在于，所述加热器包括板式加热器、带式加热器或袋式加热器中的至少一者，且其中所述冷却装置包括制冷蒸发板、热电冷却器或循环冷却水中的至少一者。
5.根据权利要求4所述的储能系统，其特征在于，所述加热器中的各个至少部分地由一个或多个电绝缘板构造。
6.根据权利要求5所述的储能系统，其特征在于，所述加热器还包括安装在所述电绝缘板中的一个上的至少一条加热丝。
7.根据权利要求6所述的储能系统，其特征在于，所述加热丝还包括镍铬铁加热带。
8.根据权利要求5所述的储能系统，其特征在于，所述一个或多个电绝缘板至少部分地由云母构造。
9.根据权利要求5所述的储能系统，其特征在于，所述电绝缘板中的一个或多个包括构造成允许所述储能装置内的空气流的一个或多个穿孔。
10.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述多条正引线电联接到所述热通量构件中的各个的加热丝。
11.一种用于储能装置的热通量组件，所述储能装置具有带有限定内部容积的多个侧壁的壳体以及构造在所述内部容积内的多个电池，所述热通量组件包括：
构造成关于所述储能装置的壳体的侧壁布置的多个热通量构件；
将所述多个热通量构件中的各个电联接到彼此和电源的公共负引线，以及将所述多个热通量构件中的各个独立且分别电联接到所述电源的多条正引线；
关于所述多个热通量构件中的各个构造的一个或多个温度传感器，所述温度传感器构造成监测所述多个电池的各个位置处的一个或多个温度；以及，
控制器，其构造成随监测的温度而变调整所述热通量构件中的各个的功率水平，以便在所述储能装置的操作期间减小跨过所述多个电池的温度梯度。
12.一种用于减小储能装置中的温度变化性的方法，所述储能装置具有带有限定内部容积的多个侧壁的壳体以及构造在所述内部容积内的多个电池，所述方法包括：
将多个热通量构件置于所述储能装置的壳体内，其中至少一个热通量构件关于所述多个侧壁中的各个构造；
经由公共负引线将所述多个热通量构件中的各个电联接到彼此和电源；
经由多条正引线将所述多个热通量构件中的各个独立且分别电联接到所述电源；
经由一个或多个温度传感器检测所述壳体内的多个电池中的各个位置处的一个或多个温度；以及
经由控制器随监测的温度而变在所述储能装置的操作期间控制所述多个热通量构件。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，经由所述控制器在所述储能装置的操作期间控制所述一个或多个温度还包括随所述监测的温度而变调整所述热通量构件中的各个的功率水平。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述多个热通量构件包括加热器、冷却装置或其组合中的至少一者，所述方法还包括针对所述储能装置的多个侧壁中的各个定制所述加热器的一条或多条加热丝的热通量密度或热通量图案中的至少一者。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，定制所述加热丝的热通量密度或热通量图案中的至少一者还包括基于所述加热器中的各个的热通量要求来改变所述加热器的各条加热丝的丝截面面积、丝卷绕密度中的至少一者。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述多条正引线中的各个电联接到所述热通量构件中的各个的加热丝。
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