CN113131078A - 一种动态响应的大规模固态电池储能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种动态响应的大规模固态电池储能系统，属于储能电池技术领域。每个常温固态电池模组和每个高温固态电池模组均分别与一个DC‑DC模块连接，所有DC‑DC模块相互并联后与固态电池储能管理模块连接，固态电池储能管理模块与DC‑AC模块连接，DC‑AC模块连接至外部电网；常温固态电池模组包括设置在储能集装箱内的若干固态电池单体；高温固态电池模组包括设置在储能集装箱内的若干固态电池单体和若干加热单元；常温固态电池模组和高温固态电池模组中均设有若干温度传感器；温度传感器和加热单元均与固态电池储能管理模块连接。本发明极大提升了固态电池储能系统的响应速度和应用范围，解决了固态电池在常温下放电倍率低的问题。
Description
技术领域
本发明属于储能电池技术领域，具体涉及一种动态响应的大规模固态电池储能系统。
背景技术
随着新能源的大力发展，电力清洁化必然提速，以风电和光伏发电为主的可再生能源将迎来加速发展。作为高比例可再生能源的关键支撑技术，电池储能技术在促进电力低碳转型进程中不可或缺。
随着电池的大规模应用，液态锂离子电池因含有大量的液态电解液易引发安全忧虑，300Wh/kg的能量密度已达极限。而固态电池不含任何可燃的有机电解液，可从根本上解决传统液态电池带来的负面问题，固态电池可有效提高电池的安全性、能量密度和循环寿命。但是目前固态电解质的离子电导率相较于液态电解液偏低，并且固态电池中界面是固-固接触，界面阻抗较大，放电倍率也相对较低。
发明内容
为了解决上述现有问题，本发明的目的在于提供一种动态响应的大规模固态电池储能系统，能够极大提升固态电池储能系统的响应速度和应用范围，解决固态电池在常温下放电倍率低的问题。
本发明通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种动态响应的大规模固态电池储能系统，包括DC-AC模块、固态电池储能管理模块、DC-DC模块、若干常温固态电池模组和若干高温固态电池模组；
每个常温固态电池模组和每个高温固态电池模组均分别与一个DC-DC模块连接，所有DC-DC模块相互并联后与固态电池储能管理模块连接，固态电池储能管理模块与DC-AC模块连接，DC-AC模块连接至外部电网；
常温固态电池模组包括设置在储能集装箱内的若干固态电池单体；高温固态电池模组包括设置在储能集装箱内的若干固态电池单体和若干加热单元；常温固态电池模组和高温固态电池模组中均设有若干温度传感器；温度传感器和加热单元均与固态电池储能管理模块连接。
优选地，固态电池单体为氧化物固态电池、硫化物固态电池、聚合物固态电池或复合固态电池。
优选地，若干温度传感器均布在常温固态电池模组和高温固态电池模组内的固态电池单体之间；若干加热单元均布在高温固态电池模组内的固态电池单体之间。
优选地，每个常温固态电池模组和每个高温固态电池模组内的固态电池单体的容量相等。
优选地，常温固态电池模组内部设有冷却装置。
进一步优选地，冷却装置为风冷装置或液冷装置。
优选地，高温固态电池模组外部包裹有保温层。
优选地，高温固态电池模组内的运行温度为60～200℃。
优选地，常温固态电池模组的充放电量＜1C，高温固态电池模组的充放电量≥1C。
优选地，所述大规模固态电池储能系统至少包括一个常温固态电池模组和一个高温固态电池模组。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的一种动态响应的大规模固态电池储能系统，将若干常温固态电池模组和若干高温固态电池模组整合在一个储能系统内，各电池模组都是分散式接入，模块化管理，受固态电池储能管理模块的独立控制和调度，可根据需要任意扩展为大规模的固态电池模组。采用大规模固态电池替代传统的液态电池可以提高储能系统的安全性，极大降低系统自燃和爆炸的风险；将固态电池加热到一定温度可充分发挥固态电池的高温稳定性的优势，提高固态电池的充放电性能，解决固态电池在常温下放电倍率较低的问题，满足电网瞬时大倍率充放电的需求；常温固态电池可以在低倍率下进行充放电，满足电网长时间的削峰填谷的需求，这部分电池无需加热可降低能耗，在保证大规模固态电池储能系统满足电网需求的同时，最大化程度地降低储能系统本身的能耗；固态电池储能管理模块可以独立控制常温固态电池和高温固态电池的充放电，方便系统扩展和应用，实现动态响应电网需求。
进一步地，固态电池单体可以为氧化物固态电池、硫化物固态电池、聚合物固态电池或复合固态电池，可根据实际需求进行选择，兼容性好。
进一步地，若干温度传感器均布，能够准确监测电池模组内每个部位的温度数据，提高系统的安全性和稳定性；若干加热单元均布，能够使高温固态电池模组内各处的温度相对一致。
进一步地，每个常温固态电池模组和每个高温固态电池模组内的固态电池单体的容量相等，确保电池模组中电芯的一致性，延长储能系统的整体循环寿命。
进一步地，常温固态电池模组内部设有冷却装置，保持各常温固态电池模组之间温度的合理性和一致性。
更进一步地，冷却装置采用风冷装置或液冷装置，设置灵活，兼容性好。
进一步地，高温固态电池模组外部包裹有保温层，使高温固态电池模组内部保持恒定运行温度。
进一步地，由于固态电池在常温下的电池内部阻抗较大，电池放电倍率较低，通常仅可进行小倍率充放电，可让常温固态电池模组进行低倍率较长时间的充放电；而固态电池的阻抗随着温度的上升会快速下降，因此固态电池在高温下可进行高倍率放电，可让高温固态电池快速响应电网大倍率充放电需求。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图中：1为DC-AC模块，2为固态电池储能管理模块，3为DC-DC模块，4为常温固态电池模组，5为高温固态电池模组，6为温度传感器，7为加热单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
如图1，为本发明的一种动态响应的大规模固态电池储能系统，包括DC-AC模块1、固态电池储能管理模块2、DC-DC模块3、若干常温固态电池模组4和若干高温固态电池模组5；至少包括一个常温固态电池模组4和一个高温固态电池模组5。
每个常温固态电池模组4和每个高温固态电池模组5均分别与一个DC-DC模块3连接，所有DC-DC模块3相互并联后与固态电池储能管理模块2连接，固态电池储能管理模块2与DC-AC模块1连接，DC-AC模块1连接至外部电网。
常温固态电池模组4包括设置在储能集装箱内的若干固态电池单体；高温固态电池模组5包括设置在储能集装箱内的若干固态电池单体和若干加热单元7，优选地，若干加热单元7均布在高温固态电池模组5内的固态电池单体之间。固态电池单体为氧化物固态电池、硫化物固态电池、聚合物固态电池或复合固态电池。常温固态电池模组4和高温固态电池模组5中均设有若干温度传感器6，优选地，若干温度传感器6均布在常温固态电池模组4和高温固态电池模组5内的固态电池单体之间。温度传感器6和加热单元7均与固态电池储能管理模块2连接。
在本发明的一个较优的实施例中，每个常温固态电池模组4和每个高温固态电池模组5内的固态电池单体的容量相等。
在本发明的一个较优的实施例中，常温固态电池模组4内部设有冷却装置。具体地，冷却装置为风冷装置或液冷装置。
在本发明的一个较优的实施例中，高温固态电池模组5外部包裹有保温层。
在系统运行时，高温固态电池模组5内的运行温度控制在60～200℃；常温固态电池模组4的充放电量＜1C，高温固态电池模组5的充放电量≥1C。
实施例
储能系统所应用的固态电池为氧化物固态电池，配置4MW/4MWh的固体电池储能系统，其中常温固态电池为3MW/3MWh，高温固态电池为1MW/1MWh，电池单体容量保持一致为160Ah，由若干电池单体组成125kW/125kWh的电池模组，每个电池模组与DC-DC模块3串联后，经过DC-DC模块3升压，高温固态电池模组5和常温固态电池模组4受固态电池储能管理模块2统一调度，最后经过DC-AC模块1进行交流转换连接外电网。
高温固态电池模组5中，加热单元7安置于每个电池单体的两侧，温度传感器6位于电池单体之间，温度传感器6将电池单体的实际温度反馈给固态电池储能管理模块2，将高温固态电池模组5的温度恒定控制在100℃，并通过高温固态电池模组5外侧的保温层进行保温，减小能耗。常温固态电池模组4通过风冷保持各个常温固态电池模组4之间的温度差距较小，保持温度和合理性和一致性。
固态电池储能管理模块2通过控制与常温和高温固态电池模组连接的DC-DC模块3来控制对应模组的充放电。由于固态电池在常温下的电池内部阻抗较大，电池放电倍率较低，通常仅可进行小倍率充放电(<1C)，可让常温固态电池模组4进行低倍率较长时间的充放电。固态电池的阻抗随着温度的上升会快速下降，因此固态电池在高温下可进行高倍率放电，可让高温固态电池模组5快速响应电网大倍率充放电需求(≥1C)。例如电网指令需要以2C电流进行调频调峰放电，则固态电池储能管理模块2指令高温固态电池模组5进行放电，电网指令需要以0.5C电流进行削峰填谷放电，则固态电池储能管理模块2指令常温固态电池模组4进行放电。当单一储能形式无法满足充放电指令时，两者再相互补充进行充放电。
各电池模组都是分散式接入，模块化管理，受固态电池储能管理模块2的独立控制和调度。将各电池模组进行模块化管理，出现故障时可以单独退出，不影响其它电池模块的运行，也可以直接进行扩展，灵活方便，形成动态响应的大规模固态电池储能系统。
在本申请所提供的实施例中，所揭露的技术内容，主要是针对常温和高温固态电池相结合的储能系统，以上所述仅为本发明实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内可轻易想到的变化或者替换，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或直接、间接运用在其他相关技术领域的情况，均应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种动态响应的大规模固态电池储能系统，其特征在于，包括DC-AC模块(1)、固态电池储能管理模块(2)、DC-DC模块(3)、若干常温固态电池模组(4)和若干高温固态电池模组(5)；
每个常温固态电池模组(4)和每个高温固态电池模组(5)均分别与一个DC-DC模块(3)连接，所有DC-DC模块(3)相互并联后与固态电池储能管理模块(2)连接，固态电池储能管理模块(2)与DC-AC模块(1)连接，DC-AC模块(1)连接至外部电网；
常温固态电池模组(4)包括设置在储能集装箱内的若干固态电池单体；高温固态电池模组(5)包括设置在储能集装箱内的若干固态电池单体和若干加热单元(7)；常温固态电池模组(4)和高温固态电池模组(5)中均设有若干温度传感器(6)；温度传感器(6)和加热单元(7)均与固态电池储能管理模块(2)连接。
2.根据权利要求1所述的动态响应的大规模固态电池储能系统，其特征在于，固态电池单体为氧化物固态电池、硫化物固态电池、聚合物固态电池或复合固态电池。
3.根据权利要求1所述的动态响应的大规模固态电池储能系统，其特征在于，若干温度传感器(6)均布在常温固态电池模组(4)和高温固态电池模组(5)内的固态电池单体之间；若干加热单元(7)均布在高温固态电池模组(5)内的固态电池单体之间。
4.根据权利要求1所述的动态响应的大规模固态电池储能系统，其特征在于，每个常温固态电池模组(4)和每个高温固态电池模组(5)内的固态电池单体的容量相等。
5.根据权利要求1所述的动态响应的大规模固态电池储能系统，其特征在于，常温固态电池模组(4)内部设有冷却装置。
6.根据权利要求5所述的动态响应的大规模固态电池储能系统，其特征在于，冷却装置为风冷装置或液冷装置。
7.根据权利要求1所述的动态响应的大规模固态电池储能系统，其特征在于，高温固态电池模组(5)外部包裹有保温层。
8.根据权利要求1所述的动态响应的大规模固态电池储能系统，其特征在于，高温固态电池模组(5)内的运行温度为60～200℃。
9.根据权利要求1所述的动态响应的大规模固态电池储能系统，其特征在于，常温固态电池模组(4)的充放电量＜1C，高温固态电池模组(5)的充放电量≥1C。
10.根据权利要求1所述的动态响应的大规模固态电池储能系统，其特征在于，所述大规模固态电池储能系统至少包括一个常温固态电池模组(4)和一个高温固态电池模组(5)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210716 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |