CN114865196A - 一种寒区自控温光伏系统电池箱及控温方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种寒区自控温光伏系统电池箱，包括主箱体，主箱体内层铺设有绝热层，绝热层内部装载有载荷仓、储热仓和电加热单元，载荷仓与储热仓紧邻排列，电加热单元同时在覆盖载荷仓与储热仓顶部，载荷仓内布置有控制板和锂电池组件，控制板与锂电池组件、电加热单元之间分别以导线相连，储热仓内注入有相变材料；采用相变储热控温为主、电加热控温为辅的自控温策略；解决了传统电池控温技术存在的电池容量过度损耗的问题。

Description

一种寒区自控温光伏系统电池箱及控温方法
技术领域
本发明属于光伏系统电池技术领域，尤其涉及一种寒区自控温光伏系统电池箱及控温方法。
背景技术
0℃～45℃是锂电池适宜的工作温度，过低的工作温度会造成锂电池容量下降、寿命缩短甚至于损坏。在广大的寒冷地区，户外的环境温度远低于这个温度范围，可达-40℃，甚至更低。为了解决锂电池低温工作问题，通常的做法是简单地对电池进行电加热控温。这样做明显的缺陷是需要大量消耗有限的电池容量，额外增加了电池组件的体积、重量和物料成本。极端的情况下，因控温增加的电池容量，会接近甚至大于负载所需要的电池容量，因此现有技术的光伏系统电池控温技术存在的电池容量过度损耗的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种寒区自控温光伏系统电池箱及控温方法，以解决现有技术光伏系统电池控温技术存在的电池容量过度损耗的问题。
本发明的技术方案是：
一种寒区自控温光伏系统电池箱，包括主箱体，主箱体内层铺设有绝热层，绝热层内部装载有载荷仓、储热仓和电加热单元，载荷仓与储热仓紧邻排列，电加热单元同时在覆盖载荷仓与储热仓顶部，载荷仓内布置有控制板和锂电池组件，控制板与锂电池组件、电加热单元之间分别以导线相连，储热仓内注入有相变材料。
主箱体为金属材料制备。
金属材料为铝合金或不锈钢材料。
绝热层为隔热材料组成。
载荷仓与储热仓均由导热金属材料制备。
相变材料为相变点大于0℃且小于45℃的固液相变材料。
一种寒区自控温光伏系统电池箱的控温方法，它包括：
S1、电池箱外接的光伏板收集光伏能量并转换成电能；
S2、相变材料随温度变化自行进行吸热或放热；
S3、控制板判断锂电池组件中电能是否充满要求，若是，则执行S4；若否，则执行S11；
S4、控制板将多余的电能传输至电加热单元；
S5、电加热单元将电能转换成热能传输至储热仓；
S6、相变材料吸收热能发生固-液相变；
S7、控制板判断载荷仓温度是否小于45℃，若是，则执行S8；若否，则执行S10；
S8、锂电池组件释放电能至电加热单元；
S9、电加热单元将电能转换成热能给载荷仓和储热仓加热，返回S1；
S10、电加热单元关闭加热功能，返回S1；
S11、控制板将收集到的能量储存到锂电池组件，执行S12；
S12、控制板判断载荷仓温度是否大于0℃，若是，执行S10；若否，则执行S8。
所述温控方法包括：相变材料随温度变化自行进行吸热或放热，相变材料达到相变温度时，会自动发生相变，发生相变时会吸收或者释放热量。
光伏板收集的能量多于锂电池的容量时，电池箱把剩余光伏能量经电加热单元转换成热能，以潜热的形式储存到储热仓的相变材料中；到了晚间，环境温度下降，相变材料释放潜热，保持储热仓和载荷仓温度基本稳定于0℃～45℃范围。
光伏能量不足以维持载荷仓温度时，开始消耗锂电池储存的电量，由电加热单元对载荷仓和储热仓加热，以维护温度不低于0℃。
本发明的有益效果：
本发明将相变材料设计应用到电池箱中，充分利用相变材料的相变潜热进行能量的贮存和释放，就能够达到电池箱自控温的目的，极大地减少电池容量的损耗，缩小电池的体积和重量，降低产品的物料成本；本发明以相变材料的储热、放热为主要控温手段，以电加热为辅助控温手段，解决传统电池控温技术存在的电池容量过度损耗的问题。
本发明优点在于：：
第一，本发明充分利用剩余光伏能量，并将之转换为相变潜热实现电池箱自控温，最大限度地减少了对电池有效容量的耗用。
第二，本发明采用相变材料设计温控系统，具有装置简单、使用方便、管理和运维便捷的优点。
第三，本发明减小了电池箱的体积和重量，采用的相变材料价格低廉，大幅降低了产品的物料成本。
解决了传统电池控温技术存在的电池容量过度损耗的问题。
附图说明
图1是本发明提供的一种寒区自控温光伏系统电池箱结构图；
图2是本发明提供的一种寒区自控温光伏系统电池箱电路部件连接图；
图3是本发明提供的一种寒区自控温光伏系统电池箱电加热状态转换图；
图4是本发明提供的一种寒区自控温光伏系统电池箱控温策略图。
具体实施方式
本发明的一个较佳实施例提供了一种寒区自控温光伏系统电池箱，如图1、图2所示，包括主箱体、绝热层、载荷仓、储热仓、电加热单元；主箱体内层铺设绝热层，绝热层内部装载着载荷仓、储热仓和电加热单元，载荷仓与储热仓紧邻排列，电加热单元同时覆盖载荷仓与储热仓，载荷仓内布置控制板和锂电池组件，控制板与锂电池组件、电加热单元之间分别以导线相连，储热仓内放置相变材料。
在本实施例中，所述的主箱体，由金属材料组成，耐高温耐腐蚀，起到良好的防护作用。
在本实施例中，所述的绝热层，由隔热材料组成，起到隔热保温的作用。
在本实施例中，所述的载荷仓与储热仓，由导热金属材料组成，能够充分传导相变材料和电加热单元释放的热量，同时起到一定的防护作用。
在本实施例中，所述的相变材料，为相变点大于0℃且小于45℃的固液相变材料，固液相变材料在各类相变材料中发展和应用最为成熟，0℃～45℃是锂电池适宜的工作温度，相变材料可在锂电池达到损坏温度前发生相变进行吸热或放热，从而将载荷仓温度控制在锂电池适宜的工作温度中。
本实施例还提供了一种寒区自控温光伏系统电池箱控温策略，如图3、图4所示，该策略包括以下步骤：
S1，电池箱外接的光伏板收集光伏能量并转换成电能，执行S2；
S2，相变材料随温度变化自行进行吸热或放热，执行S3；
S3，控制板判断锂电池组件中电能是否充满，若是，执行S4；若否，则执行S11；
S4，控制板将多余的电能传输至电加热单元，执行S5；
S5，电加热单元将电能转换成热能传输至储热仓，执行S6；
S6，相变材料吸收热能发生固-液相变，执行S7；
S7，控制板判断载荷仓温度是否小于45℃，若是，执行S8；若否，则执行S10；
S8，锂电池组件释放电能至电加热单元，执行S9；
S9，电加热单元将电能转换成热能给载荷仓和储热仓加热，返回S1；
S10，电加热单元关闭加热功能，返回S1；
S11，控制板将收集到的能量储存到锂电池组件，执行S12；
S12，控制板判断载荷仓温度是否大于0℃，若是，执行S10；若否，则执行S8。
在本实施例中，所述的控温策略，是一种相变储热控温为主、电加热控温为辅的自控温策略。
在本实施例中，所述的相变材料随温度变化自行进行吸热或放热的方法为：相变材料达到相变温度时，会自动发生相变，发生相变时会吸收或者释放热量。
在本实施例中，如图1所示，电池箱由主箱体、绝热层、载荷仓、储热仓、电加热单元五部分组成。主箱体可采用铝合金或不锈钢材料；绝热层采用低导热系数材料；载荷仓和储热仓采用高导热系数金属材料。载荷仓内部为控制板和锂电池组件，储热仓内部可加注相变点为10℃左右的固液相变材料。
在本实施例中，如图2所示，控制板与锂电池组件、电加热单元之间分别以导线相连。光伏板不是本电池箱的组成部分，在图中示出仅为了表述连接关系。
在本实施例中，如图3、图4所示，主要采用相变储热控温为主、电加热控温为辅的自控温策略：
在通常的光照条件下，光伏板收集的能量会多于锂电池的容量。光照充足的白天，本发明所述电池箱把剩余光伏能量经电加热单元转换成热能，以潜热的形式储存到储热仓的相变材料中；到了晚间，环境温度下降，相变材料释放潜热，保持储热仓和载荷仓温度基本稳定于0℃～45℃范围。
如遇连续阴雨等光照不足的气象条件，剩余光伏能量（和与之相应的相变潜热）不足以维持载荷仓温度，此时会消耗锂电池储存的电量，由电加热单元对载荷仓和储热仓加热，以维护其温度不低于0℃。
如上所述，在绝大多数情况下，电池箱依靠把剩余光伏能量转换为相变潜热实现自控温，只有在极个别情况下，才会动用少许锂电池的有效容量。

Claims (10)

1.一种寒区自控温光伏系统电池箱，包括主箱体，其特征在于：主箱体内层铺设有绝热层，绝热层内部装载有载荷仓、储热仓和电加热单元，载荷仓与储热仓紧邻排列，电加热单元同时在覆盖载荷仓与储热仓顶部，载荷仓内布置有控制板和锂电池组件，控制板与锂电池组件、电加热单元之间分别以导线相连，储热仓内注入有相变材料。
2.根据权利要求1所述的一种寒区自控温光伏系统电池箱，其特征在于：主箱体为金属材料制备。
3.根据权利要求2所述的一种寒区自控温光伏系统电池箱，其特征在于：金属材料为铝合金或不锈钢材料。
4.根据权利要求1所述的一种寒区自控温光伏系统电池箱，其特征在于：绝热层为隔热材料组成。
5.根据权利要求1所述的一种寒区自控温光伏系统电池箱，其特征在于：载荷仓与储热仓均由导热金属材料制备。
6.根据权利要求1所述的一种寒区自控温光伏系统电池箱，其特征在于：相变材料为相变点大于0℃且小于45℃的固液相变材料。
7.如权利要求1所述的一种寒区自控温光伏系统电池箱的温控方法，其特征在于：它包括：
S1、电池箱外接的光伏板收集光伏能量并转换成电能；
S2、相变材料随温度变化自行进行吸热或放热；
S3、控制板判断锂电池组件中电能是否充满要求，若是，则执行S4；若否，则执行S11；
S4、控制板将多余的电能传输至电加热单元；
S5、电加热单元将电能转换成热能传输至储热仓；
S6、相变材料吸收热能发生固-液相变；
S7、控制板判断载荷仓温度是否小于45℃，若是，则执行S8；若否，则执行S10；
S8、锂电池组件释放电能至电加热单元；
S9、电加热单元将电能转换成热能给载荷仓和储热仓加热，返回S1；
S10、电加热单元关闭加热功能，返回S1；
S11、控制板将收集到的能量储存到锂电池组件，执行S12；
S12、控制板判断载荷仓温度是否大于0℃，若是，执行S10；若否，则执行S8。
8.根据权利要求7所述的一种寒区自控温光伏系统电池箱的温控方法，其特征在于：控温方法还包括：相变材料随温度变化自行进行吸热或放热，相变材料达到相变温度时，会自动发生相变，发生相变时会吸收或者释放热量。
9.根据权利要求7所述的一种寒区自控温光伏系统电池箱的控温方法，其特征在于：光伏板收集的能量多于锂电池的容量时，电池箱把剩余光伏能量经电加热单元转换成热能，以潜热的形式储存到储热仓的相变材料中；到了晚间，环境温度下降，相变材料释放潜热，保持储热仓和载荷仓温度基本稳定于0℃～45℃范围。
10.根据权利要求7所述的一种寒区自控温光伏系统电池箱的控温方法，其特征在于：光伏能量不足以维持载荷仓温度时，开始消耗锂电池储存的电量，由电加热单元对载荷仓和储热仓加热，以维护温度不低于0℃。
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