CN113611929A - 一种防止热失控的电池均衡储能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防止热失控的电池均衡储能系统，包括多个串联的内部封闭灌注有相变固体绝缘介质的电池模组，电池模组连接有电压均衡管理器，相邻的电池模组之间串联充放电连接线上连接有一个均衡开关，均衡开关的两个常闭触点分别与相邻的电池模组的正极和负极连接，所有均衡开关的正极动触点与均衡正极汇流排连接，所有均衡开关的负极动触点与均衡负极汇流排连接；电压均衡管理器实时检测各个电池模组的电压值，当发现某支路各电池模组电压差值超过设定，启动该支路全部均衡开关动作至均衡状态，检测各电池模组电压差值符合要求后，通过均衡状态时间控制，使均衡状态结束，断开均衡开关，均衡开关回位至常闭触点接通状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力储能系统，尤其涉及一种防止热失控的电池均衡储能系统。
背景技术
电力储能系统一般由多个电池电芯并联而成的模组，再经过多个模组串联成为一个电池储能支路，多个电池储能支路并联组成储能系统。电池模组是电力储能的基本单元。由于电芯之间的容量差、内阻差和自漏电差，每个电芯在长期充放电工作过程中，会导致单体或模组的电压差异。在模组串联充放电的过程中，电压高的模组充电快，电压低的放电快，为保证充放电模组的电压一致性，必须对大容量储能系统进行电压均衡。目前电力储能支路都是采用BMS系统进行均衡和电压管理，由于其均衡电流一般低于5安，因此每个支路的容量一般低于100安时，对于1000兆瓦时大容量储能系统，BMS管理器的数量很多，均衡元件高达数千只，故障率随之增加。另外BMS中的均衡元件存在不少的功耗。电池储能系统若出现均衡问题，轻则造成系统容量下降，重则会导致电池模组的过充，易发生电芯内部短路甚至使模块及系统热失控。
电池电芯模组的安全性十分重要。在空气介质中，模块内的并联电芯因内部晶枝短接、隔膜缺陷和过充等原因能产生短路，电芯由于内部短路等原因产生热失控，可使该故障电芯温度急剧上升、电解液气化和自燃，并逐步波及周围电芯温度也急剧上升产生连锁反应，致使整个电池模块热失控或自燃。因锂电电芯内的电解液高温条件下能释放氢气、一氧化碳等有机可燃气体，该模组从而易产生燃烧和燃爆，并能波及其它模组能造成储能系统热失控。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够快速均衡各个电池模组电压值的防止热失控的电池均衡储能系统。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种防止热失控的电池均衡储能系统，包括多个串联的内部封闭灌注有相变固体绝缘介质的电池模组，所述电池模组连接有电压均衡管理器，相邻的所述电池模组之间串联充放电连接线上连接有一个均衡开关，所述均衡开关的两个常闭触点分别与相邻的所述电池模组的正极和负极连接，所有所述均衡开关的正极动触点与均衡正极汇流排连接，所有所述均衡开关的负极动触点与均衡负极汇流排连接。
作为一种优选的技术方案，所述电压均衡管理器包括与所述电池模组一一对应连接的多个电压检测器，所述电压检测器的数据输出端连接有控制器，所述控制器的信号输出端与所述均衡开关的控制端连接。
作为一种优选的技术方案，所述控制器包括可编程逻辑器件。
作为一种优选的技术方案，所述电池模组包括密封设置的模组壳体，所述模组壳体内安装有电芯组，所述模组壳体上安装有与所述电芯组连接的正极柱和负极柱，所述模组壳体内填充有所述相变固体绝缘介质，所述电芯组被包裹在所述相变固体绝缘介质中；所述电池模组还包括安装在所述模组壳体上的模组故障巡检装置。
作为一种优选的技术方案，所述相变固体绝缘介质的熔点为50℃～80℃。
作为一种优选的技术方案，所述模组故障巡检装置包括安装在所述模组壳体上且测试端位于所述模组壳体内的温度检测装置。
作为一种优选的技术方案，所述温度检测装置包括安装在所述模组壳体的顶端且测试端位于所述模组壳体内的温度传感器。
作为一种优选的技术方案，所述相变固体绝缘介质包括石蜡与硬脂酸，所述石蜡的质量分数为70％～85％，所述硬脂酸的质量分数为5％～10％。
作为一种优选的技术方案，所述模组壳体的外壁上排列设置有散热片。
作为一种优选的技术方案，所述电芯组包括电芯支架，所述电芯支架上并联排列有多个单体电芯，所述单体电芯的正极通过正集流体并联在一起并与所述正极柱连接，所述单体电芯的负极通过负集流体并联在一起并与所述负极柱连接。
由于采用了上述技术方案，一种防止热失控的电池均衡储能系统，包括多个串联的内部封闭灌注有相变固体绝缘介质的电池模组，所述电池模组连接有电压均衡管理器，相邻的所述电池模组之间串联充放电连接线上连接有一个均衡开关，所述均衡开关的两个常闭触点分别与相邻的所述电池模组的正极和负极连接，所有所述均衡开关的正极动触点与均衡正极汇流排连接，所有所述均衡开关的负极动触点与均衡负极汇流排连接；电压均衡管理器实时检测各个电池模组的电压值，当发现某支路各电池模组电压差值超过设定，启动该支路全部均衡开关动作至均衡状态，检测各电池模组电压差值符合要求后，通过均衡状态时间控制，使均衡状态结束，断开均衡开关，均衡开关回位至常闭触点接通状态，即各电池模组串联充放电模式。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例的原理图；
图3是本发明实施例电池模组的外部结构图；
图4是本发明实施例电池模组的内部结构图；
图中：11-电池模组；12-串联充放电连接线；21-均衡开关；22-均衡正极汇流排；23-均衡负极汇流排；31-模组壳体；32-正极柱；33-负极柱；34-散热片；4-温度传感器；51-电芯支架；52-单体电芯。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
如图1和图2所示，一种防止热失控的电池均衡储能系统，包括多个串联的内部封闭灌注有相变固体绝缘介质的电池模组11，所述电池模组11连接有电压均衡管理器，相邻的所述电池模组11之间串联充放电连接线12上连接有一个均衡开关21，所述均衡开关21的两个常闭触点分别与相邻的所述电池模组11的正极和负极连接，所有所述均衡开关21的正极动触点与均衡正极汇流排22连接，所有所述均衡开关21的负极动触点与均衡负极汇流排23连接。
所述电压均衡管理器包括与所述电池模组11一一对应连接的多个电压检测器，所述电压检测器的数据输出端连接有控制器，所述控制器的信号输出端与所述均衡开关21的控制端连接。所述控制器包括可编程逻辑器件，例如单片机。
如图3和图4所示，所述电池模组11包括密封设置的模组壳体31，所述模组壳体31内安装有电芯组，所述模组壳体31上安装有与所述电芯组连接的正极柱32和负极柱33，所述模组壳体31内填充有所述相变固体绝缘介质，所述相变固体绝缘介质的熔点很低，其熔点范围为50℃～80℃，所述相变固体绝缘介质包括石蜡与硬脂酸，所述石蜡的质量分数为70％～85％，所述硬脂酸的质量分数为5％～10％；纯石蜡导热系数相对比较低，硬脂酸和石蜡的混合物能大幅提高导热系数。
所述相变固体绝缘介质除了采用石蜡与硬脂酸的混合物外，还可以添加5％～25％的其它导热化合物，例如添加氧化镁细粉，能提高石蜡、硬脂酸混合体的散热效果。
所述电芯组包裹在所述相变固体绝缘介质内，当电芯组内部某个电芯发生热失控达到一定温度时，周围的低温相变固体绝缘介质熔化吸热，防止发生模组内部热失控连锁反应；所述电池模组11还包括安装在所述模组壳体31上的模组故障巡检装置。所述模组故障巡检装置包括安装在所述模组壳体31上且测试端位于所述模组壳体31内的温度检测装置。所述温度检测装置包括安装在所述模组壳体31的顶端且测试端位于所述模组壳体31内的温度传感器4。
所述模组壳体31的外壁上排列设置有散热片34。
所述均衡开关21的具体结构和工作原理参考专利申请2021101829892，这里不再赘述。
所述电芯组包括电芯支架51，所述电芯支架51上并联排列有多个单体电芯52，所述单体电芯52的正极通过正集流体并联在一起并与所述正极柱32连接，所述单体电芯52的负极通过负集流体并联在一起并与所述负极柱33连接。所述单体电芯52的容量小于50AH。
本防止热失控的电池均衡储能系统的特点：
1.防止热失控的电池均衡储能系统的支路主要由灌注有相变固体绝缘介质的电池模组11、均衡开关21、模组故障巡检器与电压均衡管理器组成。
2.灌注有相变固体绝缘介质电池模组11由单体电芯52并联组成，单体电芯52被密封电池模组壳体中的相变固体绝缘介质包裹，引出总正极与总负极。同时配置有温度在线检测装置，当检测到电芯的模块温度过高时进行报警，执行相应控制。电池模组11外壳焊接有散热片34，有利于降低整体模块的温升。
3.电压均衡管理器实时检测各模组电压，管理监控相应支路各模组电压，当发现该支路各模组电压差值超过设定，启动该支路全部均衡开关21动作至均衡状态，检测各电池模组11电压差值符合要求后，通过均衡状态时间控制，使均衡状态结束，断开均衡开关21，回位至常闭触点接通状态，即各模组串联充放电模式。
4.该防止热失控的电池均衡储能系统由多个灌注有相变固体绝缘介质的电池模组11通过均衡开关21连接组成的大容量串联支路并联组成。
本技术方案的有益效果：
1.当电池模组11内单个或几个单体电芯52发生短路或热失控温度升高时，故障电芯周围的相变固体绝缘介质会吸收故障电芯的急剧释放的热量，由于相变固体绝缘介质有一定的比热容和较大熔化比热容，加上局部温升通过熔化的固体绝缘介质导热而扩散，在吸收故障电芯放热的同时，还能良好的实现热扩散，而不会引起故障电芯较大的温升，从而降低了电池模组11发生连锁热失控的几率，提高储能系统的安全性。
2.为了减少电力储能系统支路数和模组数，采用由较多个50AH以下的电芯并联的大容量模组，比如模组容量几百或几千安时，用大电流均衡开关21串联各模组成为完整支路，并可实现基本小功耗的大电流均衡管理。
3.每个电池模组11均设置有温度测试装置，当故障电芯发生模块总体温升过高时，发出故障报警，及时排除危险。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种防止热失控的电池均衡储能系统，其特征在于：包括多个串联的内部封闭灌注有相变固体绝缘介质的电池模组，所述电池模组连接有电压均衡管理器，相邻的所述电池模组之间串联充放电连接线上连接有一个均衡开关，所述均衡开关的两个常闭触点分别与相邻的所述电池模组的正极和负极连接，所有所述均衡开关的正极动触点与均衡正极汇流排连接，所有所述均衡开关的负极动触点与均衡负极汇流排连接。
2.如权利要求1所述的防止热失控的电池均衡储能系统，其特征在于：所述电压均衡管理器包括与所述电池模组一一对应连接的多个电压检测器，所述电压检测器的数据输出端连接有控制器，所述控制器的信号输出端与所述均衡开关的控制端连接。
3.如权利要求1所述的防止热失控的电池均衡储能系统，其特征在于：所述控制器包括可编程逻辑器件。
4.如权利要求1所述的防止热失控的电池均衡储能系统，其特征在于：所述电池模组包括密封设置的模组壳体，所述模组壳体内安装有电芯组，所述模组壳体上安装有与所述电芯组连接的正极柱和负极柱，所述模组壳体内填充有所述相变固体绝缘介质，所述电芯组被包裹在所述相变固体绝缘介质中；所述电池模组还包括安装在所述模组壳体上的模组故障巡检装置。
5.如权利要求4所述的防止热失控的电池均衡储能系统，其特征在于：所述相变固体绝缘介质的熔点为50℃～80℃。
6.如权利要求4所述的防止热失控的电池均衡储能系统，其特征在于：所述模组故障巡检装置包括安装在所述模组壳体上且测试端位于所述模组壳体内的温度检测装置。
7.如权利要求6所述的防止热失控的电池均衡储能系统，其特征在于：所述温度检测装置包括安装在所述模组壳体的顶端且测试端位于所述模组壳体内的温度传感器。
8.如权利要求4所述的防止热失控的电池均衡储能系统，其特征在于：所述相变固体绝缘介质包括石蜡与硬脂酸，所述石蜡的质量分数为70％～85％，所述硬脂酸的质量分数为5％～10％。
9.如权利要求4所述的防止热失控的电池均衡储能系统，其特征在于：所述模组壳体的外壁上排列设置有散热片。
10.如权利要求4至9任一权利要求所述的防止热失控的电池均衡储能系统，其特征在于：所述电芯组包括电芯支架，所述电芯支架上并联排列有多个单体电芯，所述单体电芯的正极通过正集流体并联在一起并与所述正极柱连接，所述单体电芯的负极通过负集流体并联在一起并与所述负极柱连接。
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