CN111081929A - 一种易于控制的高压级联储能电池包 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种易于控制的高压级联储能电池包，包括顶板、电池模组，底壳和支撑座，所述电池模组通过螺钉固定在支撑座上，所述顶板和底壳固定连接形成密封空腔，所述支撑座设于密封空腔内。电池包包括由多个储能单元构成级联型储能系统，大幅度减少了电池堆内电池单体数量，提高了单机容量和电池包容量利用率，在每个储能单元设有储能变流器PCS以对储能单元的状态进行针对性控制，并通过调节通风孔对电池包内单个储能单元温度进行精确调节，使得电池包更加智能，易于控制，增加电池包的使用寿命，确保设备安全高效运行。

Description

一种易于控制的高压级联储能电池包
技术领域
本发明涉及一种电气设备，尤其涉及一种易于控制的高压级联储能电池包。
背景技术
传统电池储能电站常以500kW/1000kWh(电池安装容量1200kWh左右)为最小储能单元。每个储能单元配置一台500kW的PCS和一个安装电量1200kWh的电池堆(通过硬导线串/并联连接在一起，共用AC/DC转换设备的电池单体集合)，一般设计直流电压为700V左右，交流电压不到400V，须采用变压器升压以后接入大电网。传统储能技术具有技术门槛低，配置灵活等优点，但是同时也存在供应商技术水平参差不齐，电池系统安全问题突出，电池并联数量过多，单套系统容量小等缺点。
传统的电池储能方案的电池堆内电池单体数量庞大(数千电池单体)，单体并联数量多，单体间耦合性强，电池堆内单体SOC离散程度高，电池容量利用率偏低。电池堆体积大、占地面积较大使得堆内温度难以保持一致，电池单体衰减速度差异大，SOH离散速度快。电站内储能系统数量大，系统间协调困难，调度响应时间过长，难以满足电网紧急调度使用需求。
中国专利文献CN108574077A公开了一种“电池包”。包括箱体组件，所述箱体组件具有一容置空间；隔板，位于所述箱体组件内，使所述容置空间划分为第一连通域和第二连通域，所述第一连通域和所述第二连通域相互独立；电池模组，位于所述第一连通域内；以及液冷组件，位于所述第二连通域内，所述液冷组件与所述电池模组通过所述隔板进行热传导。本发明提供的电池包增加电池包的可靠性。该装置采用液冷方式对电池包进行降温，但是第二连通域与第一连通域的接触面积有限，仅能对接触面进行冷却，冷却效果有限，在电池包高速工作时无法对电池包迅速降温。
发明内容
本发明主要解决原有的电池堆占地面积大，电池包容量利用率低，温度不易控制的技术问题，提供一种易于控制的高压级联储能电池包，由多个储能单元构成级联型储能系统，大幅度减少了电池堆内电池单体数量，提高了单机容量和电池包容量利用率，在每个储能单元设有储能变流器PCS以对储能单元的状态进行针对性控制，并通过调节通风孔对电池包内单个储能单元温度进行精确调节，使得电池包更加智能，易于控制，增加电池包的使用寿命，确保设备安全高效运行。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括顶板、电池模组和底壳，其特征在于，还包括支撑座，所述电池模组通过螺钉固定在支撑座上，所述顶板和底壳固定连接形成密封空腔，所述支撑座设于密封空腔内。顶板和底壳固定连接形成密封空腔，避免外界物质进入，影响电池包正常工作，所述电池模组通过螺钉固定在支撑座上，电池模组悬空放置便于热量发散。
作为优选，所述的支撑座四角设有支撑脚，支撑座表面设有通风孔，所述支撑脚表面覆盖有橡胶。通风孔用于帮助电池模组散发工作产生的热量，支撑脚表面覆盖橡胶用于避免传导静电影响电池模组工作。
作为优选，所述的通风孔处设有挡板，所述挡板下边与通风孔边缘铰接，上边通过热双材料与支撑座相连。在常温状态下，热双材料保持收缩状态，当某个储能单元温度升高时，热双材料受热膨胀，挡板下落，通风孔张开直径增大，风量增大，使储能单元迅速降温。
作为优选，所述的底壳上设有进风口和出风口，所述进风口和出风口沿底壳的对角线设置，所述进风口靠近底壳底端，所述出风口靠近底壳与顶板接触处。进风口和出风口沿底壳的对角线设置使得进风口和出风口间距离最大，能够将电池包内部的热量尽可能排出，进风口进气后内部气压增大，由于内部气体温度较高，密度较小因此悬浮在上方，设置于底壳与顶板接触处的出气口更易排出热空气。
作为优选，所述的进风口内侧和出风口外侧分别设有橡胶挡板，所述橡胶挡板静止时紧贴进风口和出风口。橡胶挡板静止时紧贴进风口和出风口保持电池包内部的密封状态，进风和出风时橡胶挡板受到风的作用力翻动，使得电池包内部的风冷降温正常进行。
作为优选，所述的电池模组包括三组单相储能单元，所述每组单相储能单元由若干储能单元串联连接而成。一定数量的储能单元交流侧串联即可直接输出6kV左右的单相电压。三组输出电压6kV的单相储能单元，采用Y接法，通过电角度互差120度的算法控制，即可输出对称的10kV线电压，组成三相交流高压储能系统。
作为优选，所述的储能单元包括电池簇和储能变流器PCS，所述每个电池簇与一个储能变流器PCS相连。每个电池簇配置一台功率单元，根据各电池簇实际SOC和SOH对电池簇出力进行控制，增强了储能系统在电池寿命周期内的参数离散适应能力，使得电池包容量利用率下降速度近似于电池老化速度。
作为优选，所述的电池管理系统包括电池组管理单元BMU、电池组控制单元BCMU、电池堆管理系统BAMS和高压控制箱。每个电池箱由电池管理单元BMU管理12串电池，负责对电池进行单体电压、温度采集，均衡等，电池的单体信息(单体电压、温度及单体SOC)由BMU实现数据对上发送。电池组配置1个电池组控制单元BCMU，对电池组进行总电压、电流采集及电池组接触器控制，并对上进行数据通讯。整个系统配置1个电池堆管理系统BAMS，对电池组控制单元BCMU上传的电池信息进行处理，具有显示、设置参数、故障报警、数据记录等功能，并与逆变器和监控后台通讯。
本发明的有益效果是：由多个储能单元构成级联型储能系统，大幅度减少了电池堆内电池单体数量，提高了单机容量和电池包容量利用率，在每个储能单元设有储能变流器PCS以对储能单元的状态进行针对性控制，并通过调节通风孔对电池包内单个储能单元温度进行精确调节，使得电池包更加智能，易于控制，增加电池包的使用寿命，确保设备安全高效运行。
附图说明
图1是本发明的一种爆炸图。
图2是本发明的一种侧视图。
图3是本发明的通风孔的局部示意图。
图4是本发明的电池模组电路图。
图5是本发明的功能结构图。
图中1顶板，2电池模组，2.1储能单元，2.11储能变流器PCS，2.12电池簇，3支撑座，3.1支撑脚，3.2通风孔，4底壳，4.1进风口，4.2出风口，4.3橡胶挡板，5电池管理系统，5.1电池组管理单元BMU，5.2电池组控制单元BCMU，5.3电池堆管理系统BAMS，5.4高压控制箱
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种易于控制的高压级联储能电池包，如图1、图2、图3所示，包括顶板1、电池模组2、支撑座3、底壳4和电池管理系统5，顶板1和底壳2接触面通过卡扣或螺钉固定连接形成密封空腔，支撑座3设于密封空腔内部，放置在底壳2上，电池模组2通过螺钉固定在支撑座3上。在支撑座3四角设有支撑脚3.1，支撑脚3.1表面覆盖有橡胶，支撑座3表面设有通风孔3.2，在通风孔3.2处安装有挡板3.3，挡板3.3的下边与通风孔3.2边缘铰接，上边通过热双材料3.4与支撑座3相连，在常温状态下，热双材料3.4保持收缩状态，当某个储能单元2.1温度升高时，热双材料3.4受热膨胀，挡板3.3在热双材料3.4的推力和重力作用下下落，使通风孔3.2张开直径增大，风量增大，使储能单元2.1迅速降温。通风孔3.2用于帮助电池模组2散发工作产生的热量，支撑脚3.1将支撑座3悬空，便于支撑脚3.1表面覆盖橡胶用于避免传导静电影响电池模组工作。在底壳4上设有进风口4.1和出风口4.2，进风口4.1和出风口4.2沿底壳4的对角线设置，进风口4.1靠近底壳4底端，出风口4.2靠近底壳4与顶板1接触处。进风口4.1和出风口4.2沿底壳的对角线设置使得进风口4.1和出风口4.2间距离最大，能够将电池包内部的热量尽可能排出，进风口4.1进气后使电池包内部气压增大，由于电池包内部原有气体温度较高，因此密度较小悬浮在上方，设置于底壳2与顶板1接触处的出气口4.2更易排出电池包内部的热空气。进风口4.1内侧和出风口4.2外侧分别设有橡胶挡板4.3，橡胶挡板4.3的表面积略大于进气口4.1和出气口4.2的横截面积，橡胶挡板4.3的上边通过螺钉固定在进气口4.1和出气口4.2的上边缘，静止状态下，橡胶挡板4.3紧贴进风口4.1和出风口4.2，被风吹动时，橡胶挡板4.3顺着风吹动的方向翻动使风顺利进入，吹风结束后橡胶挡板4.3依靠本身橡胶弹性形变的材质特性恢复原状，橡胶挡板4.3的安装位置使得风进入的方向固定，若反向吹风，橡胶挡板能够阻碍风的进入。
如图4所示，电池模组2包括三组单相储能单元，每组单相储能单元由若干储能单元2.1串联连接而成，一定数量的储能单元交流侧串联即可直接输出6kV左右的单相电压。三组输出电压6kV的单相储能单元，采用Y接法，通过电角度互差120度的算法控制，即可输出对称的10kV线电压，组成三相交流高压储能系统。每个储能单元包括电池簇2.12和储能变流器PCS 2.11，每个电池簇2.12与一个储能变流器PCS 2.11相连。每个电池簇2.12配置一个储能变流器PCS 2.11，根据各电池簇2.12实际荷电状态SOC和电池健康度SOH对电池簇2.12进行控制，增强了储能系统在电池寿命周期内的参数离散适应能力，使得电池包容量利用率下降速度近似于电池老化速度。
如图5所示，电池管理系统5包括电池组管理单元BMU 5.1、电池组控制单元BCMU5.2、电池堆管理系统BAMS 5.3和高压控制箱5.4。每个电池箱由电池管理单元BMU 5.1管理12串电池，负责对电池进行单体电压、温度采集，均衡等，电池的单体信息(单体电压、温度及单体SOC)由电池管理单元BMU 5.1实现数据对上发送。电池组配置1个电池组控制单元BCMU 5.2，对电池组进行总电压、电流采集及电池组接触器控制，并对上进行数据通讯。整个系统配置1个电池堆管理系统BAMS 5.3，对电池组控制单元BCMU 5.2上传的电池信息进行处理，具有显示、设置参数、故障报警、数据记录等功能，并与逆变器和监控后台通讯。
工作时，每个储能单元2.1输出300多伏的单相交流电压，将一定数量的储能单元2.1交流侧串联即可直接输出6kV左右的单相电压。三组输出电压6kV的单相储能单元，采用Y接法，通过电角度互差120度的算法控制，即可输出对称的10kV线电压，组成三相交流高压储能系统。同时电池管理系统5实时测量电池组串电压，充放电电流、温度和单体电池端电压、绝缘检测等参数，依据确保电池安全、可靠、稳定运行，保证电池使用寿命要求和满足对单体电池、电池组和电池组串的运行优化控制的要求来确定电池管理系统5的具体测量值及测量值采样周期、采样精度等。在电池系统运行出现过压、欠压、过流、高温、低温、绝缘阻值低、通信异常、电池管理系统异常等状态时，立即显示并上报报警信息。每个储能单元2.1的温度由相邻的通风孔3.2自行调节通风孔大小进行物理控制，同时由储能变流器PCS2.11辅助调节，更加高效可靠。以储能单元2.1构成的高压储能系统与电池管理系统5结合，使得电池包更加智能，易于控制，增加电池包的使用寿命，确保设备安全高效运行。

Claims (8)

1.一种易于控制的高压级联储能电池包，包括顶板(1)、电池模组(2)和底壳(4)，其特征在于，还包括支撑座(3)，所述电池模组(2)通过螺钉固定在支撑座(3)上，所述顶板(1)和底壳(4)固定连接形成密封空腔，所述支撑座(3)设于密封空腔内。
2.根据权利要求1所述的一种易于控制的高压级联储能电池包，其特征在于，所述支撑座(3)四角设有支撑脚(3.1)，支撑座(3)表面设有通风孔(3.2)，所述支撑脚(3.1)表面覆盖有橡胶。
3.根据权利要求1所述的一种易于控制的高压级联储能电池包，其特征在于，所述通风孔(3.2)处设有挡板(3.3)，所述挡板(3.3)下边与通风孔(3.2)边缘铰接，上边通过热双材料(3.4)与支撑座(3)相连。
4.根据权利要求1所述的一种易于控制的高压级联储能电池包，其特征在于，所述底壳(4)上设有进风口(4.1)和出风口(4.2)，所述进风口(4.1)和出风口(4.2)沿底壳(4)的对角线设置，所述进风口(4.1)靠近底壳(4)底端，所述出风口(4.2)靠近底壳(4)与顶板(1)接触处。
5.根据权利要求3所述的一种易于控制的高压级联储能电池包，其特征在于，所述进风口(4.1)内侧和出风口(4.2)外侧分别设有橡胶挡板(4.3)，所述橡胶挡板(4.3)静止时紧贴进风口(4.1)和出风口(4.2)。
6.根据权利要求1所述的一种易于控制的高压级联储能电池包，其特征在于，所述电池模组(2)包括三组单相储能单元，所述每组单相储能单元由若干储能单元(2.1)串联连接而成。
7.根据权利要求4所述的一种易于控制的高压级联储能电池包，其特征在于，所述储能单元包括电池簇(2.12)和储能变流器PCS(2.11)，所述每个电池簇(2.12)与一个储能变流器PCS(2.11)相连。
8.根据权利要求1所述的一种易于控制的高压级联储能电池包，其特征在于，所述电池管理系统(5)包括电池组管理单元BMU(5.1)、电池组控制单元BCMU(5.2)、电池堆管理系统BAMS(5.3)和高压控制箱(5.4)。
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