CN116454501B - 一种模块化储能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种模块化储能装置，其包括底座，所述底座上设有纵横交错的纵槽道和横槽道，所述纵槽道和所述横槽道数量相等，两所述纵槽道和两所述横槽道之间形成有格子形电池位，其中外围一圈的所述电池位空置，内部的所述电池位设有电池模块，所述电池模块的底部设有万向轮底板，所述底座上方设有顶架，所述顶架罩着各所述电池模块的上方，所述顶架的四角设有向下延伸的电推杆，各所述电推杆的端部连接有电池盖板，所述电池盖板上设有对应连接各所述电池模块的正负极的正极接口和负极接口，各所述正极接口和其相邻的另一组的所述负极接口之间连接有导线，各所述导线上设有开关。

Description

一种模块化储能装置
技术领域
本发明涉及锂电储能技术领域，特别涉及一种模块化储能装置。
背景技术
随着新能源应用的越来越广泛，模块化储能装置的应用也越来越多，比如充电站。其实储能装置相当于一个大型的蓄电池，其内许多的锂电池是由新能源汽车中退役下来的，经过筛选将其串联成大容量的储能装置来使用。储能装置可以将电网的交流电整流为直流电，给蓄电池充电，然后再供给其他用电设备使用。
储能装置在充电时至少分两个阶段，第一阶段是大电流充电，第二阶段是恒流充电。然而，由于储能装置的锂电池多由各处旧电池串联而成，这些锂电池在使用一定时间后出现电压不均匀。因此在充电过程中就存在一个问题，即在串联电路中不能对欠充的进行补充，也不能对过充的限制充入量。如图1所示，是相互串联的三块锂电池，如果电池1先于电池2充满，将导致电池2不能充满，对于电池3而言也是如此。因为随着锂电池的使用，各锂电池充满的时间出现差异，这样在串联电路中，各锂电所输出的电压是不均匀的，存在差异的。这将导致储能装置的整体性能下降，使用寿命缩短。
发明内容
本发明要解决上述的技术问题，提供一种模块化储能装置，在充电过程中使各电池模块都充足，提升储能装置的整体性能。
本发明的技术方案是，一种模块化储能装置，包括底座，所述底座上设有纵横交错的纵槽道和横槽道，所述纵槽道和所述横槽道数量相等，两所述纵槽道和两所述横槽道之间形成有格子形电池位，其中外围一圈的所述电池位空置，内部的所述电池位设有电池模块，所述电池模块的底部设有万向轮底板，所述底座上方设有顶架，所述顶架罩着各所述电池模块的上方，所述顶架的四角设有向下延伸的电推杆，各所述电推杆的端部连接有电池盖板，所述电池盖板上设有对应连接各所述电池模块的正负极的正极接口和负极接口，各所述正极接口和其相邻的另一组的所述负极接口之间连接有导线，各所述导线上设有开关。所述顶架上活动连接有纵向移动的横梁臂，所述横梁臂上活动连接有横向移动的升降臂，所述升降臂上设有用于检测各所述电池模块在开路状态下输出电压的检测头，其中各所述开关断开使各所述电池模块处于开路状态，所述检测头检测各所述电池模块的开路输出电压并将检测数据发送至数据处理中心，所述数据处理中心根据各所述电池模块的开路输出电压由小到大向各所述电池模块分配内部唯一对应的所述电池位，以使各所述电池模块串联后其开路输出电压在充电时的电流路径上由小到大依次增加。所述底座的一侧设有多轴机械臂，所述多轴机械臂在所述电池盖板脱离所述电池模块后伸入所述电池盖板和所述电池模块之间，并且所述多轴机械臂响应于所述数据处理中心生成的位置分配情况以调整各所述电池模块的位置。
作为一种实施方式，当各所述电池模块位于内部的所述电池位时，相邻的所述电池模块之间设有间隙。
作为一种实施方式，所述顶架呈四边形，所述顶架的纵向两边活动连接有分别连接所述横梁臂两端的横梁驱动装置，所述横梁驱动装置沿着所述顶架的纵向两边进行活动，所述横梁臂上活动连接有连接所述升降臂的升降驱动装置，所述横梁臂和所述顶架的横向两边平行，所述升降驱动装置沿着所述顶架的横向两边进行活动。
作为一种实施方式，各所述电池模块上开设有散热孔。
作为一种实施方式，各所述电池模块上的所述散热孔朝向相同。
作为一种实施方式，所述电池模块包括箱式壳体和封板，所述散热孔开设在所述壳体上，所述电池模块的正负极设在所述封板上，所述封板上还设有伸缩式手柄。
作为一种实施方式，各所述电池模块的两端对应连接有可调电容器，各所述可调电容器的有效容量根据数据处理中心分配的容量指令进行配置。所述数据处理中心使串联的各所述电池模块执行和所述电池模块的总数相等的次数的放电，并且在各次放电过程中将测得的不能继续输出额定电压的所述电池模块对应的所述可调电容器接入所述电池模块，以执行下一次的放电，同时记录所述可调电容器的接入时间。当执行完毕末次放电时，所述数据处理中心记录最后一个所述可调电容器的接入时间，并且将所述接入时间作为基准时间，从而获得各所述可调电容器各次的接入时间和所述基准时间之间的时长，所述数据处理中心根据各所述时长、所述电池模块的额定电压、以及测得的放电电流获得对应的所述电池模块所需的容量并且生成所述容量指令。
作为一种实施方式，所述可调电容器的输出电压和所述电池模块的额定电压相等。
作为一种实施方式，在各次放电过程中，所述电池模块的放电电流相等。
作为一种实施方式，当执行完毕末次放电时，所述可调电容器接入所述电池模块后立即断开，以将所述可调电容器的有效容量置零。
本发明相比于现有技术的有益效果是：
1、通过设置底座，底座上有纵横交错的纵槽道和横槽道，同时配合竖立摆放的电池模块，使得在位置调整方向上各电池模块都占较小的电池位。于单个电池模块而言，因为底部有万向轮底板，所以在多轴机械臂的驱动下可以移动到底座的任何一个电池位上。于所有电池模块而言，因为底座只有内部的电池位设置电池模块，外围一圈的电池位都空置，在四个方向上都留出了让位的空间，所以可以根据需要任意调整各电池模块到所要到达的电池位上。
2、将各导线都集中集成在定制的电池盖板，在电池盖板上形成统一连接各电池模块的正负极的正极接口和负极接口。在电推杆的驱动下可将电池盖板同步安装到各电池模块上，也可将电池盖板从各电池模块上同步拆除。拆除后在电池盖板和电池模块之间留出供多轴机械臂进行调换各电池模块的位置的空间。
3、基于上述构造，由各开关控制各电池模块之间断开，然后通过检测头检测各电池模块的开路电压。检测头检测各电池模块的开路输出电压并将检测数据发送至数据处理中心，数据处理中心根据各电池模块的开路输出电压由小到大向各电池模块分配内部唯一对应的电池位，以使各电池模块串联后其开路输出电压在充电时的电流路径上由小到大依次增加。位置调换由上述的多轴机械臂执行，这样在每次充电过程中，使原来夹在中间不能足充的电池模块位于电流路径上的前面，在充电过程中虽然仍是最后面的电池模块先充满而抑制了充电电流，然而避免了前面的提前电流截断，使这些电池模块也足充。这样，将使储能装置的整体性能改善，使用寿命增长。
附图说明
图1背景技术中提及的传统储能装置的各电池的连接示意图；
图2为本发明实施方式提供的模块化储能装置的结构示意图；
图3为本发明实施方式提供的模块化储能装置的第一功能框图；
图4为本发明实施方式提供的模块化储能装置的第二功能框图。
图中：1、底座；2、纵槽道；3、横槽道；4、电池位；5、电池模块；6、万向轮底板；7、顶架；8、电推杆；9、电池盖板；10、正极接口；11、负极接口；12、导线；13、开关；14、横梁臂；15、升降臂；16、检测头；17、数据处理中心；18、多轴机械臂；19、间隙；20、横梁驱动装置；21、升降驱动装置；22、散热孔；23、壳体；24、封板；25、手柄；26、可调电容器。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的实施方式和优点进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的部分实施方式，而不是全部实施方式。
在一种实施方式中，如图2-3所示。
本实施方式提供的模块化储能装置，其包括底座1，底座1上设有纵横交错的纵槽道2和横槽道3，纵槽道2和横槽道3数量相等，两纵槽道2和两横槽道3之间形成有格子形电池位4，其中外围一圈的电池位4空置，内部的电池位4设有电池模块5，电池模块5的底部设有万向轮底板6，底座1上方设有顶架7，顶架7罩着各电池模块5的上方，顶架7的四角设有向下延伸的电推杆8，各电推杆8的端部连接有电池盖板9，电池盖板9上设有对应连接各电池模块5的正负极的正极接口10和负极接口11，各正极接口10和其相邻的另一组的负极接口11之间连接有导线12，各导线12上设有开关13。顶架7上活动连接有纵向移动的横梁臂14，横梁臂14上活动连接有横向移动的升降臂15，升降臂15上设有用于检测各电池模块5在开路状态下输出电压的检测头16，其中各开关13断开使各电池模块5处于开路状态，检测头16检测各电池模块5的开路输出电压并将检测数据发送至数据处理中心17，数据处理中心17根据各电池模块5的开路输出电压由小到大向各电池模块5分配内部唯一对应的电池位4，以使各电池模块5串联后其开路输出电压在充电时的电流路径上由小到大依次增加。底座1的一侧设有多轴机械臂18，多轴机械臂18在电池盖板9脱离电池模块5后伸入电池盖板9和电池模块5之间，并且多轴机械臂18响应于数据处理中心17生成的位置分配情况以调整各电池模块5的位置。
在本实施方式中，为解决现有技术中出现的储能装置内锂电池在充电过程中可能存在不足充的情况，而提出了一种新型构造的储能装置。如背景技术中所述，储能装置中锂电池多由新能源汽车中退役下来的，虽然在组装成储能装置时经过筛选相同电压相同容量的电池单元，即电池模块5。毕竟不能保证各电池模块5曾服役的时间都相同，而且即便服役时间相同，不同品牌不同厂家出厂的电池模块5在服役一段时间后所呈现出来的性能也存在差异。
在本实施方式中，首先改进了传统储能装置中关于电池模块5的摆放方式。众所周知，传统储能装置，其电池模块5是沿着水平方向插入电池舱位，各电池模块5的位置不方便调换。在本实施方式中，通过设置底座1，底座1上有纵横交错的纵槽道2和横槽道3，同时配合竖立摆放的电池模块5，使得在位置调整方向上各电池模块5都占较小的电池位4。于单个电池模块5而言，因为底部有万向轮底板6，所以在多轴机械臂18的驱动下可以移动到底座1的任何一个电池位4上。于所有电池模块5而言，因为底座1只有内部的电池位4设置电池模块5，外围一圈的电池位4都空置，在四个方向上都留出了让位的空间，所以可以根据需要任意调整各电池模块5到所要到达的电池位4上。其次改进了传统储能装置中关于电池模块5的接线方式。众所周知，传统储能装置，其电池模块5之间直接通过导线12进行连接，从而将各电池模块5进行串联。在本实施方式中，将各导线12都集中集成在定制的电池盖板9，在电池盖板9上形成统一连接各电池模块5的正负极的正极接口10和负极接口11。在电推杆8的驱动下可将电池盖板9同步安装到各电池模块5上，也可将电池盖板9从各电池模块5上同步拆除。拆除后在电池盖板9和电池模块5之间留出供多轴机械臂18进行调换各电池模块5的位置的空间。
在本实施方式中，在使用一段时间后，由各开关13控制各电池模块5之间断开，然后通过检测头16检测各电池模块5的开路电压。检测头16检测各电池模块5的开路输出电压并将检测数据发送至数据处理中心17，数据处理中心17根据各电池模块5的开路输出电压由小到大向各电池模块5分配内部唯一对应的电池位4，以使各电池模块5串联后其开路输出电压在充电时的电流路径上由小到大依次增加。位置调换由上述的多轴机械臂18执行，这样在每次充电过程中，使原来夹在中间不能足充的电池模块5位于电流路径上的前面，在充电过程中虽然仍是最后面的电池模块5先充满而抑制了充电电流，然而避免了前面的提前电流截断，使这些电池模块5也足充。这样，将使储能装置的整体性能改善，使用寿命增长。
在一种实施方式中，如图2-3所示。
本实施方式提供的模块化储能装置，当各电池模块5位于内部的电池位4时，相邻的电池模块5之间设有间隙19。
在本实施方式中，各电池模块5之间存在间隙19，所以有更好的散热性能。
在一种实施方式中，如图2所示。
本实施方式提供的模块化储能装置，其顶架7呈四边形，顶架7的纵向两边活动连接有分别连接横梁臂14两端的横梁驱动装置20，横梁驱动装置20沿着顶架7的纵向两边进行活动，横梁臂14上活动连接有连接升降臂15的升降驱动装置21，横梁臂14和顶架7的横向两边平行，升降驱动装置21沿着顶架7的横向两边进行活动。
在本实施方式中，顶架7呈四边形，两边沿着纵向，两边沿着横向。两横梁驱动装置20沿着顶架7的纵向移动，升降驱动装置21沿着横梁臂14移动，即沿着顶架7的横向移动。横梁驱动装置20可以是内部带有滚轮，滚轮从相对的两侧紧贴顶架7上下两面的构造，其滚轮由内置电机驱动。同理，升降驱动装置21也可以是内部带有滚轮，滚轮从相对的两侧紧贴顶架7上下两面的构造，其滚轮由内置电机驱动。
在一种实施方式中，如图2所示。
本实施方式提供的模块化储能装置，各电池模块5上开设有散热孔22。
在本实施方式中，像常规的结构一样，电池模块5上设置散热孔22，有助于其进行散热。
在一种实施方式中，如图2所示。
本实施方式提供的模块化储能装置，各电池模块5上的散热孔22朝向相同。
在本实施方式中，通过使各散热孔22朝向相同，使排出的热气不会乱向，同样有助于散热。
在一种实施方式中，如图2所示。
本实施方式提供的模块化储能装置，其电池模块5包括箱式壳体23和封板24，散热孔22开设在壳体23上，电池模块5的正负极设在封板24上，封板24上还设有伸缩式手柄25。
在本实施方式中，将各电池模块5的壳体23统一设置为箱式，并且在封板24上设置伸缩式手柄25，方便拿取电池模块5。平常使用时，伸缩式手柄25的大部分隐藏在封板24内。
在一种实施方式中，如图4所示。
本实施方式提供的模块化储能装置，各电池模块5的两端对应连接有可调电容器26，各可调电容器26的有效容量根据数据处理中心17分配的容量指令进行配置；数据处理中心17使串联的各电池模块5执行和电池模块5的总数相等的次数的放电，并且在各次放电过程中将测得的不能继续输出额定电压的电池模块5对应的可调电容器26接入电池模块5，以执行下一次的放电，同时记录可调电容器26的接入时间；当执行完毕末次放电时，数据处理中心17记录最后一个可调电容器26的接入时间，并且将接入时间作为基准时间，从而获得各可调电容器26各次的接入时间和基准时间之间的时长，数据处理中心17根据各时长、电池模块5的额定电压、以及测得的放电电流获得对应的电池模块5所需的容量并且生成容量指令。
在本实施方式中，为使各电池模块5所输出的电压是均匀的，进一步提升储能装置的整体性能。可以对各电池模块5的电压进行动态补偿，不同前述的对充电过程进行优化，本实施方式中是对放电过程进行优化。因为拼装的电池模块5，实际电池容量存在差异，即便初次使用前严格筛选了实际容量都相同的电池模块5，也会因着使用一端时间后实际容量产生不同变化而导致差异的出现。关于电池模块5的来源这点实际中不可控，因此不定期地执行以下动作。在串联各电池模块5后主动对其放电，测试哪个电池模块5最先不能再支持稳定输出额定电压，然后给它连上可调电容器26，接着测试下一个不能再支持稳定输出额定电压的电池模块5，如此往复，直到最后一个电池模块5。当然每次接上可调电容器26后都记录接入时间，并且以最后一次的接入时间作为基准时间，从而获得各可调电容器26各次的接入时间和基准时间之间的时长，数据处理中心17根据各时长、电池模块5的额定电压、以及测得的放电电流获得对应的电池模块5所需的容量并且生成容量指令。对应这个容量指令修改原来这些接入的可调电容器26的有效容量。当然这些可调电容器26的有效容量以最后接入的可调电容器26的有效容量数值为零值，比如最后接入的可调电容器26的有效容量为1，在其之前接入的那些可调电容器26的有效容量为多少建立在减去1的基础上。实际使用时就让这些可调电容器26接在电池模块5上，然后不定期的通过上述方式调整各可调电容器26的有效容量，这样可以保证各电池模块5的输出高度一致性。大大提升了储能装置的整体性能，也解决了目前储能装置的一大痛点。
在本实施方式中，可调电容器26的输出电压和电池模块5的额定电压相等。
在本实施方式中，在各次放电过程中，电池模块5的放电电流相等。
在本实施方式中，当执行完毕末次放电时，可调电容器26接入电池模块5后立即断开，以将可调电容器26的有效容量置零。
以上所述的具体实施方式，对本发明的发明目的、技术方案、以及有益效果进行了进一步的详细说明。应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员而言，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模块化储能装置，其特征在于，包括底座(1)，所述底座(1)上设有纵横交错的纵槽道(2)和横槽道(3)，所述纵槽道(2)和所述横槽道(3)数量相等，两所述纵槽道(2)和两所述横槽道(3)之间形成有格子形电池位(4)，其中外围一圈的所述电池位(4)空置，内部的所述电池位(4)设有电池模块(5)，所述电池模块(5)的底部设有万向轮底板(6)，所述底座(1)上方设有顶架(7)，所述顶架(7)罩着各所述电池模块(5)的上方，所述顶架(7)的四角设有向下延伸的电推杆(8)，各所述电推杆(8)的端部连接有电池盖板(9)，所述电池盖板(9)上设有对应连接各所述电池模块(5)的正负极的正极接口(10)和负极接口(11)，各所述正极接口(10)和其相邻的另一组的所述负极接口(11)之间连接有导线(12)，各所述导线(12)上设有开关(13)；
所述顶架(7)上活动连接有纵向移动的横梁臂(14)，所述横梁臂(14)上活动连接有横向移动的升降臂(15)，所述升降臂(15)上设有用于检测各所述电池模块(5)在开路状态下输出电压的检测头(16)，其中各所述开关(13)断开使各所述电池模块(5)处于开路状态，所述检测头(16)检测各所述电池模块(5)的开路输出电压并将检测数据发送至数据处理中心(17)，所述数据处理中心(17)根据各所述电池模块(5)的开路输出电压由小到大向各所述电池模块(5)分配内部唯一对应的所述电池位(4)，以使各所述电池模块(5)串联后其开路输出电压在充电时的电流路径上由小到大依次增加；
所述底座(1)的一侧设有多轴机械臂(18)，所述多轴机械臂(18)在所述电池盖板(9)脱离所述电池模块(5)后伸入所述电池盖板(9)和所述电池模块(5)之间，并且所述多轴机械臂(18)响应于所述数据处理中心(17)生成的位置分配情况以调整各所述电池模块(5)的位置。
2.根据权利要求1所述的模块化储能装置，其特征在于，当各所述电池模块(5)位于内部的所述电池位(4)时，相邻的所述电池模块(5)之间设有间隙(19)。
3.根据权利要求1所述的模块化储能装置，其特征在于，所述顶架(7)呈四边形，所述顶架(7)的纵向两边活动连接有分别连接所述横梁臂(14)两端的横梁驱动装置(20)，所述横梁驱动装置(20)沿着所述顶架(7)的纵向两边进行活动，所述横梁臂(14)上活动连接有连接所述升降臂(15)的升降驱动装置(21)，所述横梁臂(14)和所述顶架(7)的横向两边平行，所述升降驱动装置(21)沿着所述顶架(7)的横向两边进行活动。
4.根据权利要求1所述的模块化储能装置，其特征在于，各所述电池模块(5)上开设有散热孔(22)。
5.根据权利要求4所述的模块化储能装置，其特征在于，各所述电池模块(5)上的所述散热孔(22)朝向相同。
6.根据权利要求4所述的模块化储能装置，其特征在于，所述电池模块(5)包括箱式壳体(23)和封板(24)，所述散热孔(22)开设在所述壳体(23)上，所述电池模块(5)的正负极设在所述封板(24)上，所述封板(24)上还设有伸缩式手柄(25)。
7.根据权利要求1所述的模块化储能装置，其特征在于，各所述电池模块(5)的两端对应连接有可调电容器(26)，各所述可调电容器(26)的有效容量根据数据处理中心(17)分配的容量指令进行配置；
所述数据处理中心(17)使串联的各所述电池模块(5)执行和所述电池模块(5)的总数相等的次数的放电，并且在各次放电过程中将测得的不能继续输出额定电压的所述电池模块(5)对应的所述可调电容器(26)接入所述电池模块(5)，以执行下一次的放电，同时记录所述可调电容器(26)的接入时间；
当执行完毕末次放电时，所述数据处理中心(17)记录最后一个所述可调电容器(26)的接入时间，并且将所述接入时间作为基准时间，从而获得各所述可调电容器(26)各次的接入时间和所述基准时间之间的时长，所述数据处理中心(17)根据各所述时长、所述电池模块(5)的额定电压、以及测得的放电电流获得对应的所述电池模块(5)所需的容量并且生成所述容量指令。
8.根据权利要求7所述的模块化储能装置，其特征在于，所述可调电容器(26)的输出电压和所述电池模块(5)的额定电压相等。
9.根据权利要求7所述的模块化储能装置，其特征在于，在各次放电过程中，所述电池模块(5)的放电电流相等。
10.根据权利要求7所述的模块化储能装置，其特征在于，当执行完毕末次放电时，所述可调电容器(26)接入所述电池模块(5)后立即断开，以将所述可调电容器(26)的有效容量置零。
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