CN114006056A - 一种模块化储能系统 - Google Patents

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史迪新
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Abstract

本发明提供一种模块化储能系统，其能够方便安装、拆卸、运输以及维修，提升储能系统整体的安全性，该模块化储能系统包括：电池簇、储能系统管理模块和智能消防装置，电池簇通过多个模块化的储能电池包根据实际设计需求串联和/或并联而成；储能系统管理模块连接电池簇；智能消防装置分别连接储能电池包和储能系统管理模块。

Description

一种模块化储能系统
技术领域
本发明涉及储能系统领域，具体而言，涉及一种模块化储能系统。
背景技术
随着社会的发展，储能电站是电力使用中重要的一环。近年来，储能产业快速发展，电网侧项目的大规模投运带来了行业的变局和机遇，电化学储能投运规模在不断增加，储能系统体积庞大不便于运输装配。且电池由于其具有较高的能量密度和易燃易爆的材料体系，而极易发生热失控燃烧。电池火灾是一个热量聚集的过程。电池热失控以后释放大量的有机物质，包括CO、H2等易燃有毒气体，电池储能系统的工作环境相对密闭，易燃气体散发不出去并大量聚集在一起会有爆炸风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模块化储能系统，其能够方便安装、拆卸、运输以及维修，提升储能系统整体的安全性。
本发明的实施例是这样实现的：
一种模块化储能系统，该模块化储能系统包括：电池簇、储能系统管理模块和智能消防装置，电池簇通过多个模块化的储能电池包根据实际设计需求串联和/或并联而成；储能系统管理模块连接电池簇；智能消防装置分别连接储能电池包和储能系统管理模块。
在本发明的较佳实施例中，上述电池簇包括：串联电池包、失配电池包和均衡控制器，串联电池包由多个储能电池包依次串联而成；失配电池包一个或多个失配电池包与串联电池包并联；均衡控制器并联串联电池包和失配电池包。
在本发明的较佳实施例中，上述储能电池包包括：电池包壳体、储能电池模组、烟雾探测器和电池模组管理单元，电池包壳体的整体呈长方体型；储能电池模组装配在电池包壳体内；一个或多个烟雾探测器分布在电池包壳体和储能电池模组之间的空间中；电池模组管理单元连接储能电池模组。
在本发明的较佳实施例中，上述电池包壳体包括压铸铝合金，电池包壳体上配置有单向透气阀。
在本发明的较佳实施例中，上述储能系统管理模块包括：电池簇管理单元、逆变器和消防控制器，电池簇管理单元连接每个电池模组管理单元；逆变器连接电池簇；消防控制器连接每个烟雾探测器和电池簇管理单元，采集每个储能电池包内的气体信息和储能电池模块的温度信息。
在本发明的较佳实施例中，上述智能消防装置包括：消防支路和消防主路，消防支路连接储能电池包，每条消防支路上配置有消防支路电磁阀，消防支路电磁阀与消防控制器通讯连接；消防主路包括消防药剂瓶，消防药剂瓶连接每条消防支路，消防药剂瓶上配置有消防主路电磁阀，消防主路电磁阀与消防控制器通讯连接。
在本发明的较佳实施例中，上述模块化储能系统还包括：底座、第二快速定位结构，底座表面设置有第一快速定位结构；第二快速定位结构分别设置于储能电池包和储能系统管理模块的外壁，第一快速定位结构和第二快速定位结构配合，将储能电池包、储能系统管理模块快速装配在底座上。
在本发明的较佳实施例中，上述第一快速定位结构包括直线型导轨，第二快速定位结构包括直线型导槽。
在本发明的较佳实施例中，上述底座还包括用于固定储能系统管理模块和电池簇的挡板，储能系统管理模块和电池簇和挡板之间通过螺栓加固连接。
在本发明的较佳实施例中，上述模块化储能系统还包括模板固定板，一个或多个模板固定板位于储能系统管理模块和电池簇的中部和/或上部，储能系统管理模块和电池簇通过螺栓与模板固定板连接。
本发明实施例的有益效果是：在本发明中的电池簇由模块化的储能电池包构成，储能系统管理模块也进行模块化设计，使得整个模块化储能系统方便安装、拆卸、运输以及维修，在单个模块出现故障时能短时间内完成替换，智能消防装置连接储能系统管理模块，由储能系统管理模块接收到的系统信息进行判定是否启动智能消防装置，智能消防装置连接每一个储能电池包，一模组一控制，实现精准灭火，不对整个储能系统造成损害。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例模块化储能系统电路连接示意图；
图2为本发明实施例模块化储能系统的电气连接示意图；
图3为本发明实施例模块化储能系统的整体结构示意图；
图4和图5为本发明实施例的储能电池包外部结构示意图；
图6为本发明实施例储能系统管理模块的内部结构示意图。
图标：100-储能系统管理模块；200-电池簇；300-智能消防装置；210-储能电池包；211-储能电池模组；212-烟雾探测器；213-电池模组管理单元；214-维修开关；110-电池簇管理单元；120-逆变器；130-消防控制器；310-消防支路电磁阀；320-消防主路电磁阀；330-消防药剂瓶；340-消防支路；101-导热基板；102-散热翅片；103-管理模块箱体；104-管理模块箱盖；201-箱体；202-箱盖；203-消防接口；204-低压型号插件口；205-正负极航插座；206-单向透气阀；001-底座；002-端面挡板；003-模板固定板；004-支脚；005-第一挡板。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第一实施例
请参见图1-3，本实施例提供一种模块化储能系统，其包括两两相互连接的储能系统管理模块100、电池簇200和智能消防装置300。
储能系统管理模块100的功能包括但不仅限于控制蓄电池的充电和放电过程中进行交直流的转换、电池簇200管理以及控制智能消防装置300开启关闭。
电池簇200为多个储能电池包210根据实际需求设计串联、并联或串并联等方式组合而成，用于电能存储。在本实施例中为了保证快充和能量均衡，采用4个串联的储能电池包并联一个用于失配的储能电池包，在本实施例中的失配电池包为或有项，大多数场景都会存在，正常串联的储能电池包和失配储能电池包并联一个均衡控制器构成电池簇。当某个储能电池包210失效时，储能系统依旧可以正常运作。在储能电池包210充放电过程中，正常串联的储能电池包210和失配电池包通过均衡控制器也能达到快速均衡的目的。
智能消防装置300连接每一个储能电池包210，用于在电池包发生起火时，降低因电气失效而不触发消防装置的可能性，并且一电池包一控制，实现精准灭火，从而不对整个储能系统造成损害。
更为具体的，储能电池包210包括储能电池模组211、烟雾探测器212和电池模组管理单元213。本实施例中，每个储能电池包210均配置有烟雾探测器212和电池模组管理单元213，烟雾探测器212用于采集储能电池包210内的气体信息；电池模组管理单元213连接储能电池模组211，用于储能电池模组211的充放电安全管理和电压、温度采集，并将采集信号传输到储能系统管理模块100，由储能系统管理模块100分析后判定是否给出灭火处理信号，智能消防装置300接收到灭火处理信号后对单一的储能电池包210进行灭火处理。
更为具体的，储能系统管理模块100包括电池簇管理单元110和逆变器120、消防控制器130。
电池簇管理单元110：每个电池模组管理单元213连接至电池簇管理单元110，用于整个电池簇200的充放电安全管理和电压、温度采集。
逆变器120：电池簇200接入逆变器120，用于电池簇200和交流电网之间双向能量转换，更为具体的，逆变器120将电网三相电转换成直流传输到电池簇200储存，或者将电池簇200中储存的电能由直流转换成交流电传输到电网或者用户端。
消防控制器130：烟雾探测器212和电池簇管理单元110分别连接到消防控制器130，将烟雾探测器212采集的气体信息和电池簇管理单元110采集的温度信息传输至消防控制器130，由消防控制器130判定是否开启智能消防装置300。
智能消防装置300包括一条消防主路和多条消防支路340，消防主路上配置有依次连接的消防主路电磁阀320和消防药剂瓶330，消防支路340上配置有消防支路340电磁阀310。
更为具体的，在本实施例中消防支路340：每个储能电池包210连接一条消防支路340，消防支路340采用消防不锈钢管道，每条消防支路340上配置有消防支路340电磁阀310，每个消防支路340连接至消防药剂瓶330，消防支路340电磁阀310用于开启或关断消防药剂瓶330至单个储能电池包210内部的消防通道，其数量等于储能电池包210的数量。
消防主路：消防药剂瓶330上配置有消防主路电磁阀320，用于消防主路的开启和关断；消防主路电磁阀320和消防支路340电磁阀310分别连接消防控制器130，消防主路采用的不锈钢编织消防软管，由消防控制器130控制消防药剂瓶330的开启和关闭、某个或多个支路的消防支路340开启和关闭，从而有针对性的进行灭火，防止起火对整个储能系统造成损坏。消防药剂瓶330中的药剂成分包括七氟丙烷。
更为具体的，在本技术方案中的储能系统、储能系统管理模块100和储能电池包210均为模块化配置，将储能系统管理模块100和储能电池包210有序的装配在储能系统上。将各个部件模块化，方便整个储能系统的安装、拆卸、运输以及维修，当单个部件出现故障时，能短时间内完成替换，不影响客户体验和收益。
具体的，请参见图6，储能系统管理模块100包括：导热基板101、散热翅片102、模块化电抗器、储能系统管理电路、管理模块箱体103、管理模块箱盖104。
储能系统管理电路集成在导热基板101的一面，散热翅片102和模块化电抗器集成在导热基板101的另一面，管理模块箱体103和管理模块箱盖104组成矩形壳体，用于装配导热基板101、散热翅片102、模块化电抗器、储能系统管理电路，其中管理模块箱体103的底部开设有供散热翅片102和模块化电抗器穿出的通孔，使得散热翅片102和模块化电抗器穿出到管理模块箱体103的外部，增加散热效果。同时在管理模块箱体103的外壁其中一面设置有一个PCS信号插座和4个交流插座；另一面设置有直流插座，用于连接电网或用户端。
储能系统管理电路包括直流配电模块、储能逆变器、电池管理系统、能量管理系统、浪涌保护器、绝缘检测器。
直流配电模块接直流电源正负极后连接储能逆变器，储能逆变器120连接用电设备，直流配电模块与直流电源连接的电路上还连接有用于测试绝缘性的绝缘检测器、直流配电模块连接电池管理系统、储能逆变器120连接能量管理系统、绝缘检测器和能量管理系统分别连接电池管理系统；在储能逆变器120的输出端还设置有保护用电设备的浪涌保护器。
具体的，请参见图4-5，储能电池包210包括：矩形的电池包壳体，在本实施例中的电池包壳体整体呈长方体型，在其他实施例中也可以采用其他合理的多边形状，如正方体等，电池包壳体采用压铸铝合金箱体，储能电池包210采用矩形的压铸铝合金壳体，体积小，质量轻，适用于狭小或者不方便运输的环境，如矮小的机房，或者无电梯且人力运输困难的高楼楼顶、山岗等地。
在本实施例中，为了方便储能电池包210装配，矩形电池包壳体的底部设置有直线型导槽，方便将储能电池包210轻松推到储能系统底座的储能电池包210设计位置。在其他实施例中，也可以使用滑槽、定位凹槽等能够快速定位安装的结构进行储能电池包210的装配。
在本实施例中，为了方便储能电池模组211等内部器件的安装，还将矩形电池包壳体分为箱体201和箱盖202，箱体201采用压铸铝合金箱体201，铝合金质量轻，结构强度大，且铝合金导热系数高，能让电芯产生的热量快速导出，散热效果好，若电池模组产生热耗大，还很方便在箱体201上增加液冷与强迫风冷组件。在其他实施例中，为了节约成本等原因还可以将箱盖202设置成其他材料的箱盖202。箱盖202和箱体201之间连采用先涂抹密封胶，再采用螺栓固定的方式，保证储能电池包210满足IP67的设计需求。
矩形电池包壳体内设置有储能电池模组211、烟雾探测器212、电池模组管理单元213和维修开关214，维修开关与储能电池模组211连接并穿出到矩形电池包壳体的顶部外。
矩形电池包壳体外壁还设置有消防接口203、低压型号插件口204、正负极航插座205和单向透气阀206。
消防接口203用于连接消防支路340，顺储能电池包210内部的消防通道将灭火药剂精准喷入到储能电池包210内。
低压型号插件口204用于连接储能系统管理模块100，储能系统管理模块100集成在PCU叠片上，每个储能电池包210都配置有低压型号插件口204，使得一个或多个储能电池包210能够根据设计进行组合形成对应的电池簇200，提升储能系统的适配性。
正负极航插座205用于连接各个的储能电池模组211，组合成设计电池簇200。
单向透气阀206作为防爆组件，单向透气阀206正常工作状态下，空气与水分子都无法穿透，只有当智能消防装置300启动或者包内电池空气体积急速增加，超过了单向透气阀206的阈值时，内部气体就会通过单向透气阀206快速排出。
在本实施例中，压铸压铸铝合金与高压航插件组成IP67的外壳防护等级，整个储能系统的防护等级满足IP67，能适应复杂的恶劣天气，能有效保护内部产品电气元件。高压航插件用于传输直流电，低压航插件用于信号传递。
为了形成模块化装配，储能系统包括底座001、端面挡板002、模板固定板003。
底座001包括承重板、支脚004、第一挡板005和第二挡板，承重板的表面设置有直线导轨，直线导轨与储能系统管理模块100和电池簇200底部的直线型导槽配合方便装配，在其他实施例中可以对应设置滑轨、定位突起等定位件；承重板的底部四角设置有支脚004；第一挡板005和第二挡板分别设置在直线导轨延伸方向的两侧，第一挡板005和第二挡板的两端设置有端面固定孔用于装配端面挡板002，第一挡板005和第二挡板的中部设置有模块固定孔，用于固定储能系统管理模块100和多个储能电池包210。模板固定板003为条状连接板，通过螺栓连接各个固定储能系统管理模块100和多个储能电池包210的中部和上部位置。
储能系统的装配顺序：将储能系统管理模块100推至合适位置，将多个储能电池包210推至合适位置，叠在一起，当储能电池包210与储能系统管理模块100通过螺栓安装固定在底座001上后，再使用模块固定板将各个模块固定在一起，最后依次安装端面挡板002、安装模组间的串联铜排、高低压电缆装配。
综上所述，本技术方案将产品模块化，方便安装、拆卸、运输以及维修，单个模块出现故障能短时间内完成替换，不影响客户体验和收益。储能系统模块防护等级满足IP67，能适应复杂的恶劣天气，能有效保护内部产品电气元件。体积小，质量轻在在狭小或者不方便运输的环境，如矮小的机房，或者无电梯且人力运输困难的高楼楼底，山岗等地。主动智能消防系统，采用温度、烟雾双探测，降低因电气失效而不触发消防系统的可能性，并且一模组一控制，实现精准灭火，不对整个储能系统造成损害。
本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。应理解，说明书中的实施例可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。公开的具体结构和功能细节不应当作限定解释，仅仅是教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。本领域内的技术人员应理解，参考任一附图说明和描述的多个特征可以与一个或多个其它附图中说明的特征组合以形成未明确说明或描述的实施例。说明的组合特征提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本发明的教导一致的特征的多种组合和变型可以根据需要用于特定应用或实施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模块化储能系统，其特征在于，所述模块化储能系统包括：
电池簇，通过多个模块化的储能电池包根据实际设计需求串联和/或并联而成；
储能系统管理模块，连接所述电池簇；
智能消防装置，分别连接所述储能电池包和所述储能系统管理模块。
2.根据权利要求1所述的模块化储能系统，其特征在于，所述电池簇包括：串联电池包，由多个所述储能电池包依次串联而成；
失配电池包，一个或多个所述失配电池包与所述串联电池包并联；
均衡控制器，并联所述串联电池包和所述失配电池包。
3.根据权利要求1所述的模块化储能系统，其特征在于，所述储能电池包包括：
电池包壳体；
储能电池模组，装配在所述电池包壳体内；
烟雾探测器，一个或多个所述烟雾探测器分布在所述电池包壳体和所述储能电池模组之间的空间中；
电池模组管理单元，连接所述储能电池模组。
4.根据权利要求3所述的模块化储能系统，其特征在于，所述电池包壳体包括压铸铝合金，所述电池包壳体上配置有单向透气阀。
5.根据权利要求3所述的模块化储能系统，其特征在于，所述储能系统管理模块包括：
电池簇管理单元，连接每个所述电池模组管理单元；
逆变器，连接所述电池簇；
消防控制器，连接每个所述烟雾探测器和所述电池簇管理单元，采集每个储能电池包内的气体信息和储能电池模块的温度信息。
6.根据权利要求5所述的模块化储能系统，其特征在于，所述智能消防装置包括：
消防支路，所述消防支路连接所述储能电池包，每条所述消防支路上配置有消防支路电磁阀，所述消防支路电磁阀与所述消防控制器通讯连接；消防主路，包括消防药剂瓶，所述消防药剂瓶连接每条所述消防支路，所述消防药剂瓶上配置有消防主路电磁阀，所述消防主路电磁阀与所述消防控制器通讯连接。
7.根据权利要求1所述的模块化储能系统，其特征在于，所述模块化储能系统还包括：
底座，所述底座表面设置有第一快速定位结构；
第二快速定位结构，分别设置于所述储能电池包和所述储能系统管理模块的外壁，所述第一快速定位结构和所述第二快速定位结构配合，将所述储能电池包、所述储能系统管理模块快速装配在所述底座上。
8.根据权利要求7所述的模块化储能系统，其特征在于，所述第一快速定位结构包括直线型导轨，所述第二快速定位结构包括直线型导槽。
9.根据权利要求7所述的模块化储能系统，其特征在于，所述底座还包括用于固定所述储能系统管理模块和电池簇的挡板，所述储能系统管理模块和电池簇和所述挡板之间通过螺栓加固连接。
10.根据权利要求1所述的模块化储能系统，其特征在于，所述模块化储能系统还包括模板固定板，一个或多个所述模板固定板位于所述储能系统管理模块和电池簇的中部和/或上部，所述储能系统管理模块和电池簇通过螺栓与所述模板固定板连接。
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