CN117219918B - 一种光伏供电电池的电源管理保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光伏供电电池的电源管理保护系统，包括光伏电池模块、储能模块。其中光伏电池模块与储能模块信号连接，将光伏电能传导至储能模块。其中储能模块包括安装载体、电池安装架、旋转单元。其中电池安装架包括电池仓，支撑板。电池仓为空心扁平长方体框架，用于安装锂电池包，电池仓的一面设有安装面板，安装面板也为扁平长方体，安装面板与电池仓接触的面上设有贯穿的通孔，N个电池仓水平连接排列，形成电池仓组，相邻电池仓通过旋转单元连接。本发明解决了现有系统无法在高温和低温状态均能保持效率的问题。

Description

一种光伏供电电池的电源管理保护系统

技术领域

本发明属于光伏发电领域，尤其涉及一种光伏供电电池的电源管理保护系统。

背景技术

在储能中，发展最成熟，使用最多的是水的重力储能和化学电池储能，但在光伏覆盖的这些区域几乎都是水资源短缺的，这就使得化学电池储能成为唯一的选项，在化学电池中，储能效率最高，使用年限最长的就是锂电池，但锂电池受使用环境的影响很大，当温度过热时会增加自然和爆炸的风险，当温度过低时储能效率又会降低很多，而且锂电池的成本相对较高，如无法达到正常使用年限，从经济的角度是很不划算的，这也是为何在光伏领域的储能中，锂电池储能很难落地普及。

锂电池储能现多用于新能源汽车，其通过将单个电池模块整合做薄，这增加散热能力，提高了电池密度，此方式虽然在高温状态减少了过热起火的风险，但在低温状态时，依然无法阻止电池效率的降低。

发明内容

本发明目的在于提供一种光伏供电电池的电源管理保护系统，以解决现有储能系统无法在高温和低温状态均能保持效率的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种光伏供电电池的电源管理保护系统，包括光伏电池模块、储能模块。其中光伏电池模块与储能模块信号连接，将光伏电能传导至储能模块。

其中储能模块包括安装载体、电池安装架、旋转单元。其中电池安装架包括电池仓，支撑板。电池仓为空心扁平长方体框架，用于安装锂电池包，电池仓的一面设有安装面板，安装面板也为扁平长方体，安装面板与电池仓接触的面上设有贯穿的通孔，N个电池仓水平连接排列，形成电池仓组，相邻电池仓通过旋转单元连接，以实现相邻的两个电池仓可以围绕某一点旋转一定角度，M个电池仓组纵向安装固定，相邻的电池仓组之间通过支撑板连接，上下相邻的安装面板位置对应，且固定连接，M个电池仓组组成了一个电池安装架，旋转单元使得所有电池仓均能相对于相邻电池仓进行旋转开合，电池安装架安装固定在安装载体内，安装载体固定在地面。

现有技术中的锂电池组在应用于大规模储能时，均为小间隔密集放置，这非常容易出现过热自燃的问题，而且这样排列在散热时只有使用水冷散热板才能实现有效散热，但其成本造价过高，而且维修更换十分困难。而且在冬季时，此散热结构使得电池的热量更难以留存，导致电池过冷，使得电池电量降低，效率降低。

优选的，储能模块还包括换热单元，换热单元包括重力热管、升降装置。升降装置的动力输出部分安装固定在安装载体底面，升降装置的升降部分的一端插入进地面中，另一端与动力输出装置连接，重力热管安装固定在升降装置的升降部分，随着升降部分移动而移动，升降装置用于重力热管的升高或降低。

重力热管根据温度需求，变更重力热管在储能模块内位置，当需要散热时，重力热管的下端也就是冷端置于储能模块内，此时重力热管的热端在上，与空气换热。当需要保温加热时，重力热管的冷端位于地下，热端置于储能模块内，土壤的储热能力是远大于空气的，所以当空气寒冷时，重力热管将地下的热传递到储能模块中，以实现保温的效果。

优选的，储能模块还包括风扇和保温箱。保温箱置于安装载体中，其内部包括了电池安装架、旋转单元、换热单元，保温箱上面设有用于重力热管穿出的通孔。风扇安装固定在储能模块内。

由于不同电池仓的热量不同，因此有一定可能出现局部过热的情况，风扇与保温箱形成一个密闭的空气循环系统，将保温箱内部的空气温度趋于相同，防止了局部过热的情况。

优选的，旋转单元具体包括铰接件、驱动机构、轮子。其中铰接件两端分别与任意相邻的两个电池仓连接固定，电池安装架的两端的安装面板下面均安装有驱动机构的移动组件，电池安装架的最下层电池仓组的下面设有轮子，移动组件与驱动机构的动力输出装置连接，使得动力输出装置能使移动组件移动到既定位置，其中电池安装架最下面的电池仓组的最中间的电池仓固定在安装载体上，铰接件的最大开合角不大于10度，不小于5度。

铰接件实现了相邻电池仓之间只能开合一定角度，当电池仓组两端受力向外运动时，其余相连的电池仓也会受力移动，从而达到最大开合角，实现散热，当电池仓组两端向内运动时，其余相邻电池仓组也会闭合，为防止受力不均的情况，使用轨道以限位，最终实现散热或保温。

优选的，换热单元还包括温度检测模块和控制模块，其中温度检测模块安装在电池安装架上，并与控制模块信号连接，控制模块与升降装置的动力输出部分连接，当温度过高或过低时，调整重力热管的升降。

当与光伏发电站一起使用时，所需要的使用的电池数量是巨大的，因此自动检测装置和自动控制装置是必不可少的。

优选的，一种光伏供电电池的电源管理保护系统，还包括自动控制模块，光伏电池模块与自动控制模块信号连接，控制系统与储能模块信号连接，使得光伏电池模块发出的电通过控制系统分配到用户负载、电网、储能模块。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明的重力热管根据温度需求，变更重力热管在储能模块内位置，当需要散热时，重力热管的下端也就是冷端置于储能模块内，此时重力热管的热端在上，与空气换热。当需要保温加热时，重力热管的冷端位于地下，热端置于储能模块内，土壤的储热能力是远大于空气的，所以当空气寒冷时，重力热管将地下的热传递到储能模块中，以实现保温的效果。

2、本发明电池仓在与相邻电池仓具有一定角度后，气流在经过此处后，会减小出现黏滞现象的程度，从而提高了空气对流换热的效率 ；

3、本发明重力热管作为众多重力热管类型中，技术最成熟，造价最低的重力热管，其散热能力也是非常出众，当重力热管的冷端，也就是下端位于相邻电池仓之间时，电池仓之间的黏滞空气会快速与重力热管进行换热，从而杜绝了出现局部过热的可能，而且在使用保温箱时，热端释放的热量不会重新进入电池安装架的周围的空气循环中，使得保温箱中的温度时刻保持在最佳温度，风扇加快了保温箱内空气的流速，防止了电池过热的风险。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为电池仓组的结构示意图；

图2为电池安装架的结构示意图；

图3为电池安装架在打开时的结构示意图；

图4为散热时的结构示意图；

图5为使用保温罩时的结构示意图；

图6为保温罩的剖视图；

图7为保温时的结构示意图；

图8为实施例中旋转单元结构示意图Ⅰ；

图9为实施例中旋转单元结构示意图Ⅱ；

图10为实施例中安装载体内的结构示意图；

图11为实施例中升降装置的结构示意图；

图12为本发明结构框图。

附图标记所代表的为：1-光伏电池模块、2-储能模块、3-安装载体、4-电池安装架、41-电池仓、42-电池仓组、51-驱动机构、6-换热单元、61-重力热管、62-滚轮组、7-散热单元、71-风扇、72-保温箱、8-自动控制模块。

实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。需要说明的是，本发明已经处于实际研发使用阶段。

实施例

如图1至图12所示，一种光伏供电电池的电源管理保护系统，包括光伏电池模块1、储能模块2。其中光伏电池模块1与储能模块2信号连接，将光伏电能传导至储能模块2。

其中储能模块2包括安装载体3、电池安装架4、旋转单元。其中电池安装架4包括电池仓41，支撑板。电池仓41为空心扁平长方体框架，用于安装锂电池包，电池仓41的一面设有安装面板，安装面板也为扁平长方体，安装面板与电池仓41接触的面上设有贯穿的通孔，15个电池仓41水平连接排列，形成电池仓组42，相邻电池仓41通过旋转单元连接，以实现相邻的两个电池仓41可以围绕某一点旋转一定角度，5个电池仓组42纵向安装固定，相邻的电池仓组42之间通过支撑板连接，5个电池仓组42组成了一个电池安装架4，旋转单元使得所有电池仓41均能相对于相邻电池仓41进行旋转开合，电池安装架4安装固定在安装载体3内，安装载体3固定在地面。

可以理解的有，支撑板仅作为上下相邻电池仓组42直接的固定使用，因此现有技术中的任何一个可以满足此效果的技术方案均可替换本实施例中的支撑板。

可以理解的有，现有技术中的锂电池的组装形态可变，因此现有技术的锂电池组是可以满足本实施例中电池仓41的形状要求的。

可以理解的有，由于电池安装架4不可能暴露于室外，因此任何可以将本实施例中的电池安装架4及其相关装置包含于内的现有装置，均属于安装载体3的范畴。

现有技术中的锂电池组均为小间隔密集放置，这非常容易出现过热自然的问题，而且这样排列在散热时只有使用水冷散热板才能实现有效散热，但其成本造价过高，而且维修更换十分困难。而且在冬季时，此散热结构使得电池的热量更难以留存，导致电池过冷，使得电池电量降低，效率降低。

在本实施例中，安装面板安装在电池仓41的最短边与第二长边围成的面上，安装面板的上下表面均设有固定用的卡扣，使得上下相邻安装面板可拆卸固定，便于组装以及更换维修。

可以理解的是，电池仓41只是用于安装电池，其结构只要能承载一个电池包即可，至于其表面是否开槽或者为镂空，不是本发明的改进点。

储能模块2还包括换热单元6，换热单元6包括重力热管61、升降装置。升降装置的动力输出部分安装固定在安装载体3底面，升降装置的升降部分的一端插入进地面中，另一端与动力输出装置连接，重力热管61安装固定在升降装置的升降部分，随着升降部分移动而移动，升降装置用于重力热管61的升高或降低，重力热管61的位置在水平的相邻的两个电池仓41之间，当电池仓41合起时，重力热管61降到地下，电池仓41开启时，重力热管61升起，进入相邻的两个电池仓41之间。

可理解的是，升降装置的作用是将重力热管61升起或落下，并且当升起的时候重力热管61的底端在电池安装架4的底端，重力热管61的顶端在电池安装架4上面外侧，而当落下时，重力热管61的上端在电池安装架4的底端，重力热管61的下端插进地面预留的空洞中，以实现将地下的热量传导至电池安装架4中。现有技术中，升降装置通常为涡轮丝杆升降或气压液压升降，在本实施例中，升降装置使用滚轮传动升降装置，其包括电机、主动滚轮组62、齿轮组，其中电机输出扭矩，传递到齿轮组上，齿轮组将扭矩传递到主动滚轮组62上，带动主动滚轮组62旋转，主动滚轮组62有三个滚轮，三个滚轮的旋转轴线在同一平面，此平面平行于地面，三条轴线围成的三角形为等边三角形，等边三角形的中心到滚轮的距离小于重力热管61的半径。当滚轮上转时，带动重力热管61向上移动，反正向下移动。在本实施例中，升降装置还包括从动滚轮组62，从动滚轮组62无动力输出，其结构形状与主动滚轮组62相同，从动滚轮组62起到了稳定重力热管61运动的作用，其位置在主动滚轮组62正上方或正下方，每个重力热管61均有一个对应的升降装置，其位置相对应。

在本实施例中，储能模块2还包括风扇71和保温箱72。保温箱72置于安装载体3中，其内部包括了电池安装架4、旋转单元、换热单元6，保温箱72上面设有用于重力热管61穿出的通孔。风扇71安装固定在储能模块2内。保温箱72从俯视视角看，保温箱72为一个长底边为一段圆弧的等边梯形，风扇71为灌流长风轮，其垂直安装在保温箱72底面。

保温箱72的形状使得空气在其内部流动时，会充分的到达每一个角落，充分的将不同温度的空气进行混合，提高了换热的效率。

在本实施例中，旋转单元具体包括铰接件、驱动机构51、轮子。其中铰接件两端分别与任意相邻的两个电池仓41连接固定，电池安装架4的两端的安装面板下面均安装有驱动机构51的移动组件，电池安装架4的最下层电池仓组42的下面设有轮子，移动组件与驱动机构51的动力输出装置连接，使得动力输出装置能使移动组件移动到既定位置，其中电池安装架4最下面的电池仓组42的最中间的电池仓41固定在安装载体3上，铰接件的最大开合角为6度。

可以理解的是，铰接件的最大开合角可以根据所需要的电池仓41数量，进行浮动旋转，更根据理论计算，同时满足散热与空间利用率的最佳开合角，在5-10度。

在本实施例中，换热单元6还包括温度检测模块和控制模块，其中温度检测模块安装在电池安装架4上，并与控制模块信号连接，控制模块与升降装置的动力输出部分连接，当温度过高或过低时，调整重力热管61的升降。

可以理解的是，控制模块是控制升降装置以实现重力热管61的升降，因此现有技术中任何可以满足此效果的技术均可替换。

在本实施例中，一种光伏供电电池的电源管理保护系统，还包括自动控制模块8，光伏电池模块1与自动控制模块8信号连接，控制系统与储能模块2信号连接，使得光伏电池模块1发出的电通过控制系统分配到用户负载、电网、储能模块2。

在本实施例中，安装载体3内设有12个电池安装架4以及与其对应连接的其余装置。

工作过程：

散热过程：初始状态为电池仓41之间平行放置，重力热管61置于地下，当需要散热时，旋转单元的驱动机构51受控制单元指令开始收缩移动组件，移动组件带着电池安装架4的两端电池仓41沿轨道移动，直到行程结束，电池仓41张开到最大角度，如温度还在上升，升降装置将重力热管61升起，使得重力热管61的上端穿出电池安装架4，重力热管61的下端位于电池安装架4最下层电池仓组42的对应位置。当使用保温箱72和风扇71时，当重力热管61升起后开启风扇71即可，其对应的重力热管61上端也要伸出保温箱72。

当安装载体3内温度不足以支撑换热时，可根据需求给安装载体3内通风或者适应性的增加制冷风机，以降低安装载体3内的温度。

保温过程：在极寒天气时，在初始状态无法保持温度流失时，重复散热过程，不同的是，重力热管61的上端只升高到电池安装架4高度的一半以下，重力热管61的下端置于地下，将地下的热量传递到电池安装架4中，并打开灌流长风轮，增加空气流动。

工作原理

1.电池仓41散热原理：电池仓41在于相邻电池仓41具有一定角度后，气流在经过此处后，会减小出现黏滞现象的程度，从而提高了空气对流换热的效率，但是当电池温度过高的时候，就需要重力热管61散热了，重力热管61作为众多重力热管61类型中，技术最成熟，造价最低的重力热管61，其散热能力也是非常出众，当重力热管61的冷端，也就是下端位于相邻电池仓41之间时，电池仓41之间的黏滞空气会快速与重力热管61进行换热，从而杜绝了出现局部过热的可能，重力热管61通过蒸发吸热和冷凝放热，以及重力对制冷剂的循环，使得热量可以源源不断从冷端转移到热端，而且不需要任何其余能量消耗，重力热管61置于两个电池仓中间，将最温度最集中的区域进行换热，从而最大程度的散热，而且在使用保温箱72时，热端释放的热量不会重新进入电池安装架4的周围的空气循环中，使得保温箱72中的温度时刻保持在最佳温度，风扇71加快了保温箱72内空气的流速，防止了电池过热的风险。

2.电池保温原理：在电池仓41最小间距也无法实现温度保持时，就需要有额外的热量进来，现有技术的加热方式均有很大的起火风险，特别是在这样的特种装备使用时，这也是为何在寒冷地区的电池保温，一种无法落地的原因。本发明使用重力热管61，将地下的热量传导至保温箱72，对电池周围的空气加热，在西北、华北地区，昼夜温差大，空气的储热能力远小于地面，因此到了晚上时，地下土地的温度是高于地上空气的，这就使得当重力热管61插入地下时，冷端与热端依然可以实现换热，将地下的热量传递到保温箱72中，风扇71加快了保温箱72内空气的流速，防止了电池过热的风险。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，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，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 (6)

1.一种光伏供电电池的电源管理保护系统，包括光伏电池模块（1），其特征在于，还包括储能模块（2），其中光伏电池模块（1）与储能模块（2）信号连接，将光伏电能传导至储能模块（2）；

其中储能模块（2）包括安装载体（3）、电池安装架（4）、旋转单元，其中电池安装架（4）包括电池仓（41），支撑板，电池仓（41）为空心扁平长方体框架，用于安装锂电池包，电池仓（41）的一面设有安装面板，安装面板也为扁平长方体，安装面板与电池仓（41）接触的面上设有贯穿的通孔，N个电池仓（41）水平连接排列，形成电池仓组（42），相邻电池仓（41）通过旋转单元连接，M个电池仓组（42）纵向安装固定，相邻的电池仓组（42）之间通过支撑板连接，上下相邻的安装面板位置对应，且固定连接，M个电池仓组（42）组成了一个电池安装架（4），旋转单元使得所有电池仓（41）均能相对于相邻电池仓（41）进行旋转开合，电池安装架（4）安装固定在安装载体（3）内，安装载体（3）固定在地面，M大于等于2，N大于等于2；

储能模块（2）还包括换热单元（6），换热单元（6）包括重力热管（61）、升降装置，升降装置的动力输出部分安装固定在安装载体（3）底面，升降装置的升降部分的一端插入进地面中，另一端与动力输出装置连接，重力热管（61）安装固定在升降装置的升降部分，随着升降部分移动而移动。

2.根据权利要求1所述的一种光伏供电电池的电源管理保护系统，其特征在于，储能模块（2）还包括风扇（71）和保温箱（72），保温箱（72）置于安装载体（3）中，其内部包括了电池安装架（4）、旋转单元、换热单元（6），保温箱（72）上面设有用于重力热管（61）穿出的通孔，风扇（71）安装固定在储能模块（2）内。

3.根据权利要求1所述的一种光伏供电电池的电源管理保护系统，其特征在于，旋转单元具体包括铰接件、驱动机构（51）、轮子，其中铰接件两端分别与任意相邻的两个电池仓（41）连接固定，电池安装架（4）的两端的安装面板下面均安装有驱动机构（51）的移动组件，电池安装架（4）的最下层电池仓组（42）的下面设有轮子，移动组件与驱动机构（51）的动力输出装置连接，使得动力输出装置能使移动组件移动到既定位置，其中电池安装架（4）最下面的电池仓组（42）的最中间的电池仓（41）固定在安装载体（3）上。

4.根据权利要求3所述的一种光伏供电电池的电源管理保护系统，其特征在于，铰接件的最大开合角不大于10度，不小于5度。

5.根据权利要求1所述的一种光伏供电电池的电源管理保护系统，其特征在于，换热单元（6）还包括温度检测模块和控制模块，其中温度检测模块安装在电池安装架（4）上，并与控制模块信号连接，控制模块与升降装置的动力输出部分连接，调整重力热管（61）的升降。

6.根据权利要求1所述的一种光伏供电电池的电源管理保护系统，其特征在于，还包括自动控制模块（8），光伏电池模块（1）与自动控制模块（8）信号连接，控制系统与储能模块（2）信号连接，使得光伏电池模块（1）发出的电通过控制系统分配到用户负载、电网、储能模块（2）。