CN117559063A - 一种塔架式储能系统及具备其的储能站房 - Google Patents

Abstract

本发明属于储能设备技术领域，具体公开了一种塔架式储能系统及具备其的站房，包括：塔架，塔架包括多层支撑段，以及连接在相邻两层支撑段之间的安装平台，相邻两层安装平台之间形成电池安装空间；安装平台底面上铺设有冷却板；冷却板上安装有一层电池模组，电池模组由依次串联且呈阵列排布的单电池组成，相邻两层电池安装空间中的电池模组依次串联；电池安装空间四面上设有取放单电池的检修口；塔架上还设有与每层冷却板连接且能冷却每层电池模组的冷却模组。本发明能对故障单电池进行及时检修或更换，并且不影响其他储能相关设备的正常使用。

Description

一种塔架式储能系统及具备其的储能站房

技术领域

本发明属于储能设备技术领域，更具体地，涉及种塔架式储能系统及具备其的储能站房。

背景技术

现有集装箱储能设备或柜体式储能设备等，将电池簇和储能相关的其它控制设备封闭集成在集装箱内或者柜体内等，其内部的基本储能单元是集成化的电池包，该些储能设备或储能系统的寿命一般为10年左右，其使用寿命的关键制约因素是电池，因储能电池的寿命受多种因素影响，包括电池类型、充放电次数、充放电速率、温度和电池管理系统等，比如：随着充放电次数的增加，电池的容量持续衰减，一般10年左右电池组已无法满足储能使用需求。在使用过程中，现有高度集成化的电池组件或者封闭的储能箱体或柜体等无法快速处理电池故障、无法方便更换故障电池或其它故障零部件，并且当电池组完全无法使用时，现有高度集成化的电池组件、封闭的储能箱体或柜体、电气控制设备等集成化设备等也无法重复利用，造成资源的极大浪费。如中国专利文献CN114006101A公开一种模块化储能单元，通过设置独立的柜体，且柜体内设置多个电池簇以及独立的控制模块，使得模块化储能单元可以独立使用也可以多个模块化储能单元并联使用，从而根据需求进行合理配置，减小系统体积，提高系统集成度，节省空间；且通过集成设置，日常巡检可以只检查柜内运行情况，省去了检查系统间线路的工程量，尤其是安装在暗装线槽内的线路的工作，大大降低了日常运行的管理和运维成本，该专利仍然采用标准集装箱式结构来实现背靠背连接和上下堆叠安装电池簇来最大化节省空间。但是该种高度集成的储能机柜或集装箱舱体存在需长期关闭，不方便日常巡检维护和快速处理内部单电池故障的问题。且传统的电化学储能的结构形式将电池以及其它部件高度集成在机柜或集装箱内并放置在户外，各柜体或箱体间还需考虑安装维护空间和消防通道等，所占用的土地资源多，组成的储能系统的功率密度等级低。现有的站房式储能系统也只是用站房替代集装箱或柜体，将电池簇和储能其它部件集成在站房内，但其基本储能单元是集成的电池包，也不能解决单电池故障难以检修或更换的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种塔架式储能系统及具备其的储能站房，以解决现有储能设备无法快速处理单电池故障，以及无法日常巡检维护的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种塔架式储能系统，包括：塔架，所述塔架包括多层支撑段，以及连接在相邻两层支撑段之间的安装平台，相邻两层安装平台之间形成电池安装空间；所述安装平台底面上铺设有冷却板；所述冷却板上安装有一层电池模组，所述电池模组由多个呈阵列排布且相互连接的单电池组成，相邻两层电池安装空间中的电池模组依次串联或并联；所述电池安装空间的侧面设有能取放单电池的检修口，所述塔架上还设有与每层冷却板连接且能冷却每层电池模组的冷却模组。

进一步的，所述支撑段为至少四根纵支承梁，每层安装平台边缘均与对应的纵支承梁连接，所述检修口为任意一对纵支承梁和相邻两层安装平台之间形成的开口。

进一步的，所述塔架外形为箱体，所述安装平台位于箱体内，且所述支撑段为相邻两层安装平台间的箱体侧壁，所述检修口开设于相邻两层安装平台间的每一面箱体侧壁上，且检修口长度与单电池阵列的长度或宽度相同，检修口宽度大于单电池高度。

进一步的，所述安装平台为由多根横支承梁相交组成的网状框架。

进一步的，所述冷却模组包括相互连接的冷却进液管组和冷却回液管组，所述冷却进液管组用于向每层冷却板中输入冷却液，所述冷却板中的冷却液能经由冷却液回液管组进入冷却进液管组中参与下一轮冷却循环。

更进一步的，所述冷却液进液管组包括第一级进液管、第二级进液管和第三级进液管，所述第一级进液管竖直设置于塔架外侧，其上开设有多个第一出液口；所述第二级进液管水平设置于每一层冷却板的外侧，第二级进液管具备进液端，所述进液端分别与对应的第一出液口连通；所述第二级进液管侧面开设有多个第二出液口，所述冷却板上设有多个第三进液口，所述第三级进液管两端分别与对应的第二进液口和第三进液口连通。

进一步的，所述冷却回液管组包括第一级回液管、第二级回液管和第三级回液管，所述第一级回液管竖直设置于所述塔架外侧，且其侧面开设有多个第一回液口，多个所述第二级回液管分别水平设置于每层冷却板旁，且其具备出液端，所述出液端与对应的第一回液口连通；所述第二级回液管侧面开设有多个第二回液口，所述冷却板上设有多个第三出液口，所述第三级回液管的两端分别与对应的第二回液口和第三出液口连通；所述第一级回液管与所述第一级进液管连通。

更进一步的，所述冷却板内部开设有冷却流道，所述第三进液口与所述第三出液口通过所述冷却流道相连通。

根据本发明的另一个方面，还公开一种具备如前任意一项所述的塔架式储能系统的储能站房，包括相互隔离的储能系统舱和电气控制舱，多组所述储能系统呈阵列等间距布置在所述储能系统舱中，所述电气控制舱中安装有用于控制各个储能系统的电气设备组件；所述储能系统舱的外侧壁上还设有温控系统，所述温控系统与所述冷却进液管组和所述冷却回液管组分别连接，形成封闭的冷却循环管路。

进一步的，相邻储能系统之间和/或储能系统舱的内壁与储能系统之间均形成检修通道，所述检修口均朝向所述检修通道。

进一步的，所述储能系统舱和所述电气控制舱的舱壁上均设有可启闭的检修门。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，主要具备以下优点：

本发明通过设计多层塔架形结构，塔架结构一般底端固定且顶端自由，因此可根据所需储能容量不调整塔架高度，本发明将多个串联的单电池组成的电池模组呈阵列布置到塔架的每一层上，且相邻两层安装平台之间的电池安装空间侧面上设有开放的检修口，任意单电池或者塔架内其他储能相关零部件故障后，可从该检修口中对故障处进行检修，该储能塔架上的单电池外无需罩设常规箱体结构，只需将串联后的单电池并排装配于各层冷板上即可，结构集成度高、储能容量大、占地面积小且便于检修。本发明中的冷却系统由冷却进液管组、冷却板和冷却回液管组组成，且冷却进液管组和冷却回液管组均包括三级，三级冷却进液管组能确保每一层冷却板中均能通入均匀的冷却液，以对每一排或每一列的单电池均匀冷却，三级回液管组则能将每一层冷却板中的冷却液回收后重新通入冷却进液管组中进行循环利用。 本发明设计的储能站房内通过设置的多个呈阵列分布的储能系统，相邻储能系统之间和/或储能系统储能系统舱壁之间均设有巡检通道，每个检修口均朝向巡检通道，从而实现储能站房中储能系统的日常巡检，便于及时发现故障和处理故障。本发明中储能系统的塔架层数可根据所需的储能系统容量确定，不受外部箱体或柜体的限制，配置更加灵活；本发明中的储能站房可根据储能系统塔架层数进行设计，从高度方向上扩充储能容量，减少占地面积、避免资源浪费。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种塔架式储能系统结构正视示意图；

图2是本发明实施例提供的一种塔架式储能系统结构俯视示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种塔架式储能系统外形示意图；

图4是本发明实施例提供的一种储能站房结构示意图。

图中：1-塔架、2-安装平台、3-电池安装空间、4-冷却板、5-电池模组、6-第一级进液管、7-第二级进液管、8-第三级进液管、9-第一级回液管、10-第二级回液管、11-第三级回液管、12-横支承梁、13-纵支承梁、14-储能系统舱、15-电气控制舱、16-温控系统、141-检修门、17-长条形检修口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的一个实施例提供了一种塔架式储能系统，该系统结构如图1和2所示，其包括塔架1，塔架1包括水平设置的多层安装平台2，且相邻两层安装平台之间形成电池安装空间3；安装平台2底面上铺设有冷却板4；冷却板4上安装有一层电池模组5，每层电池模组5由多个呈阵列排布且相互连接的单电池组成，相邻两层电池安装空间中的电池模组5依次串联，电池安装空间3的侧面设有取放单电池的检修口；塔架1上设置有用于冷却每一层电池模组的冷却模组。

具体的，前述单电池间的连接方式包括串联和并联，单个电芯容量和电压比较小，需要一定数量的单电池串联，当串联数量达到要求，则需要与其他单电池或者电池簇并联；此外，前述检修口的长度与对应的每一排或每一列单电池的排列宽度相匹配，并且电池安装空间3的高度大于单电池的高度，检修口的高度也高于单电池的高度，即将单电池放置到冷却板4上时，单电池顶部离上一层安装平台的底面还有特定高度的空间，且能从对应的检修口中取出更换故障电池，每层中的单电池阵列可为背对背紧密连接，也可为相间隔排布。

本实施例中，塔架1的外形为立方体框架，该立方体框架包括多根竖直设置的纵支承梁13，前述的支撑段为至少四根纵支承梁13，每层安装平台2边缘均与对应的各纵支承梁13连接，检修口为任意一对纵支承梁13和相邻两层安装平台之间形成的开口。

具体的，纵支承梁均为实心金属圆柱或多棱柱，且位于立方体框架棱边位置的纵支承梁比位于立方体框架侧面的纵支承梁粗，使得塔架的稳定性和支承能力更强。

在优选实施例中，塔架1也可为下大上小的多层塔形，安装平台的尺寸也由底到顶变小，每层安装平台上安装的单电池数量也相应减少。

本实施例中，前述安装平台2为由多根横支承梁12垂直相交或呈一定夹角相交组成的网状框架，网状框架水平设置于各纵支承梁13之间，且网状框架边缘与对应的纵支承梁13连接。

具体的，横支撑梁12也均为实心金属圆柱或多棱柱，且网架结构边缘均为各横支承梁的端部，各横支承梁的端部与对应的纵支撑梁焊接固定或者通过螺栓连接方式固定。

本实施例中，冷却模组包括冷却进液管组和冷却回液管组，冷却进液管组与每层冷却板均连通，其用于向每层冷却板4中同步输入冷却液，冷却板4中的冷却液能经由冷却液回液管组进入冷却进液管组中，以参与下一轮的循环冷却，从而提高冷却循环效率。

本实施例中，前述冷却液进液管组包括第一级进液管6、第二级进液管7和第三级进液管8，第一级进液管6竖直设置于塔架1外侧，其上开设有多个第一出液口；第二级进液管7水平设置于每一层冷却板4的外侧，第二级进液管7具备进液端，进液端分别与对应的第一出液口连通；第二级进液管7侧面开设有多个第二出液口，冷却板4上设有多个第三进液口，第三级进液管8两端分别与对应的第二进液口和第三进液口连通。

具体的，前述的第一级进液管6至少为一根，并平行设置于任意一根纵支承梁13的外侧，且第一级进液管6、第二级进液管7和第三级进液管8分别两两垂直，第一级进液管6上开设有进液口，且该进液口与外部冷却液供应设备连通，第一级进液管6上开设的第一出液口等间距均匀成排布置，且每个第一出液口均与每一层冷却板4一一对应，第二级进液管7设有与每层冷却板4一一对应的多根，第二级进液管7的端部设有进液端，每个进液端分别与对应的冷却板4连通，第三级进液管8将第二级进液管7和冷却板4相连通形成介质流道。

本实施例中，前述冷却回液管组包括第一级回液管9、第二级回液管10和第三级回液管11，第一级回液管9竖直设置于塔架1外侧，且其侧面开设有多个均匀成排布置的第一回液口；第二级回液管10水平设置于对应的每层冷却板旁，且每根第二级回液管10均具备出液端，该出液端与第一级回液管9上对应的第一回液口连通；每根第二级回液管10侧面还开设有多个呈排等间距均匀排布的第二回液口，冷却板4上设有多个等间距均匀排布的第三出液口，第三级回液管11的两端分别与对应的第二回液口和第三出液口连通；第一级回液管9则与第一级进液管6连通。

具体的，第一级回液管9与第一级进液管6分别设置在冷却板4的同一侧，第二级进液管7和第二级回液管10相互平行，且第一级回液管9与第一级进液管6分别设置于第二级进液管7和第二级回液管10相反的两端，冷却板4内部开设有冷却流道，冷却板4上的第三进液口与第三出液口通过冷却流道相连通，这样的布置方式能够使冷却液在冷却板4中均匀循环，达到更好的冷却效果。

在优选实施例中，如图3所示，塔架1外形为箱体，安装平台2位于箱体内，安装平台2为网状框架（由于视角问题附图中未标出），每层网状框架的侧边均与箱体侧壁相连接，冷却板4铺设于相应的网状框架上；且支撑段为相邻两层安装平台2间的箱体侧壁，箱体侧壁上均开设有检修口，且相对设置的检修口位于同一水平面上，且每一面上的检修口的长度与对应的单电池阵列的长度或宽度相同，且每个检修口的宽度均大于单电池高度。

具体的，该实施例中的进液冷却管组和回液冷却管组的布置与其他实施例中的均相同，仅塔架1的外框是由焊接形成的一体式箱体形状，箱体每一面上均开设有多个并列设置的长条形检修口17，上下相邻的两两长条形检修口之间的内部空间为电池安装空间3。

本发明另一个实施例还提供一种具备如前任意一项实施例所述的塔架式储能系统的储能站房，如图4所示，该站房包括相互隔离的储能系统舱14和电气控制舱15，多组储能系统呈阵列等间距布置在储能系统舱14中，具体有12组储能系统，且每组储能系统上的冷却管组均朝向同一侧，电气控制舱15中安装有用于控制各个储能系统的电气设备组件；储能系统舱14的外侧壁上还设有温控系统16，温控系统16与冷却进液管组和冷却回液管组分别连接，形成封闭的冷却循环管路。

本实施例中，储能站房内相邻储能系统之间和/或储能系统舱14的内壁与储能系统之间均形成检修通道，检修口均朝向检修通道。

本实施例中，储能系统舱14和电气控制舱15的舱壁上均设有可启闭的检修门141；具体的，储能系统舱14的同一侧面的左右两端均开设有检修门，电气控制舱15上的检修门与储能系统舱上的检修门在同一侧，且储能系统舱14的检修门可实现电气闭锁，保证舱内储能系统安全运行。

本实施例中，电气控制舱内主要包含：PCS储能变流器、储能系统辅助电源分配单元、储能控制单元、储能系统汇流单元、消防设备等。其中，储能系统辅助电源分配380Vac式电分别至冷却系统、控制系统和消防系统；储能控制单元控制3级BMS架构和PCS、EMS（能量管理系统）进行数据通信交互；储能系统汇流单元将直流主功率汇流后与PCS直流侧连接；PCS储能变流器交流侧通过升压变与电网连接，消防系统为储能舱内塔架上的单电池提供消防检测和灭火防护。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种塔架式储能系统，其特征在于，包括：塔架（1），所述塔架（1）包括多层支撑段，以及连接在相邻两层支撑段之间的安装平台（2），相邻两层安装平台之间形成电池安装空间（3）；所述安装平台（2）底面上铺设有冷却板（4）；所述冷却板（4）上安装有一层电池模组（5），所述电池模组（5）由多个呈阵列排布且相互连接的单电池组成，相邻两层电池安装空间中的电池模组（5）依次串联或并联，所述电池安装空间（3）的侧面均设有能取放单电池的检修口；所述塔架（1）上还设有与每层冷却板（4）连接且能冷却每层电池模组（5）的冷却模组。

2.如权利要求1所述的一种塔架式储能系统，其特征在于，所述支撑段为至少四根纵支承梁（13），每层安装平台（2）边缘均与对应的纵支承梁（13）连接，所述检修口为任意一对纵支承梁（13）和相邻两层安装平台之间形成的开口。

3.如权利要求1所述的一种塔架式储能系统，其特征在于，所述塔架（1）外形为箱体，所述安装平台（2）位于箱体内，且所述支撑段为相邻两层安装平台（2）间的箱体侧壁，所述检修口开设于相邻两层安装平台（2）间的每一面箱体侧壁上，且检修口宽度与单电池阵列的长度或宽度相同，检修口宽度大于单电池高度。

4.如权利要求2-3任意一项所述的一种塔架式储能系统，其特征在于，所述安装平台（2）为由多根第一横支承梁（12）相交组成的网状框架。

5.如权利要求1所述的一种塔架式储能系统，其特征在于，所述冷却模组包括相互连接的冷却进液管组和冷却回液管组，所述冷却进液管组与每层冷却板（4）连通，并向所述冷却板（4）中输入冷却液，所述冷却板（4）中的冷却液能经由冷却液回液管组进入冷却进液管组中参与下一轮冷却循环。

6.如权利要求5所述的一种塔架式储能系统，其特征在于，所述冷却液进液管组包括第一级进液管（6）、第二级进液管（7）和第三级进液管（8），所述第一级进液管（6）竖直设置于塔架（1）外侧，其上开设有多个第一出液口；所述第二级进液管（7）水平设置于每一层冷却板（4）的外侧，第二级进液管（7）具备进液端，所述进液端分别与对应的第一出液口连通；所述第二级进液管（7）侧面开设有多个第二出液口，所述冷却板上设有多个第三进液口，所述第三级进液管（8）两端分别与对应的第二进液口和第三进液口连通。

7.如权利要求6所述的一种塔架式储能系统，其特征在于，所述冷却回液管组包括第一级回液管（9）、第二级回液管（10）和第三级回液管（11），所述第一级回液管（9）竖直设置于所述塔架（1）外侧，且其侧面开设有多个第一回液口，多个所述第二级回液管（10）分别水平设置于每层冷却板旁，且其具备出液端，所述出液端与对应的第一回液口连通；所述第二级回液管（10）侧面开设有多个第二回液口，所述冷却板（4）上设有多个第三出液口，所述第三级回液管（11）的两端分别与对应的第二回液口和第三出液口连通；所述第一级回液管（9）与所述第一级进液管（6）连通；优选的，所述冷却板（4）内部开设有冷却流道，所述第三进液口与所述第三出液口通过冷却流道相连通。

8.一种具备如权利要求1-7任意一项所述的塔架式储能系统的储能站房，其特征在于，包括相互隔离的储能系统舱（14）和电气控制舱（15），多组所述储能系统呈阵列等间距布置在所述储能系统舱（14）中，所述电气控制舱（15）中安装有用于控制各个储能系统的电气设备组件；所述储能系统舱（14）的外侧壁上还设有温控系统（16），所述温控系统（16）与所述冷却进液管组和所述冷却回液管组分别连接，形成封闭的冷却循环管路。

9.如权利要求8所述的一种储能站房，其特征在于，相邻储能系统之间和/或储能系统舱（14）的内壁与储能系统之间均形成检修通道，所述检修口均朝向所述检修通道。

10.如权利要求8所述的一种储能站房，其特征在于，所述储能系统舱（14）和所述电气控制舱（15）的舱壁上均设有可启闭的检修门（141）。