CN211045672U - 一种调频用锂离子电池储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种调频用锂离子电池储能系统，涉及锂离子电池储能系统领域，调频用锂离子电池储能系统包括包括控制单元、储能锂电池单元、第一电动阀门、换热器、储液罐、循环水泵、制冷单元和第二电动阀门，储能锂电池单元、第一电动阀门和换热器通过冷却循环管道相互连接，换热器、循环水泵和储液罐通过热循环管道相互连接，第二电动阀门连接在冷却循环管道上，制冷单元用于冷却冷却循环管道；控制单元用于根据储能锂电池单元的温度控制第一电动阀门、第二电动阀门、循环水泵和制冷单元的运行。储能锂电池单元产生的热量可以及时被带走以实现储能系统内的锂离子电池工作在一个合理的温度范围。

Description

一种调频用锂离子电池储能系统

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池储能系统领域，具体涉及一种调频用锂离子电池储能系统。

背景技术

随着锂离子电池及其集成技术的不断发展，应用锂离子电池储能电站参与发电控制系统调频逐渐成为了一种可行方案。锂离子电池储能机组与传统的发电机组相比具有响应速度快，启停时间短等优势，将在配电网系统及智能电网的调频控制中发挥重要作用。

锂离子电池在充放电过程中会产生一定热量，从而导致电池温度上升，而温度升高会影响电池的很多工作特性参数，如内阻、充放电效率和电池寿命等。电池热效应问题也会影响到储能系统整体性能和循环寿命，因此，做好热管理对储能系统的性能和使用寿命十分重要。

实用新型内容

针对现有技术中的不足，本实用新型提供一种调频用锂离子电池储能系统，储能锂电池单元产生的热量可以及时被带走以实现储能系统内的锂离子电池工作在一个合理的温度范围。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种调频用锂离子电池储能系统，其包括控制单元、储能锂电池单元、第一电动阀门、换热器、储液罐、循环水泵、制冷单元和第二电动阀门，所述储能锂电池单元、所述第一电动阀门和所述换热器通过冷却循环管道相互连接，所述换热器、所述循环水泵和所述储液罐通过热循环管道相互连接，所述第二电动阀门连接在所述冷却循环管道上，所述制冷单元用于冷却所述冷却循环管道；所述控制单元用于根据所述储能锂电池单元的温度控制第一电动阀门、第二电动阀门、循环水泵和制冷单元的运行。

如上所述的调频用锂离子电池储能系统，进一步地，所述储能锂电池单元包括液冷板和锂离子电池，所述锂离子电池单元包括若干层叠设置的锂离子电池，所述液冷板贴合覆盖在所述锂离子电池的侧表面。

如上所述的调频用锂离子电池储能系统，进一步地，所述液冷板呈蛇形向两端延伸以形成有U型空间，所述U型空间贴合包裹所述锂离子电池单元的连续三个侧面，两端延伸端与所述冷却循环管道连通。

如上所述的调频用锂离子电池储能系统，进一步地，所述液冷板通过导热垫片与所述锂离子电池的侧表面接触。

如上所述的调频用锂离子电池储能系统，进一步地，所述第二电动阀门连接在所述第一电动阀门与所述换热器之间的管道上，所述制冷单元用于冷却所述第一电动阀门与所述第二电动阀门之间的管道，

如上所述的调频用锂离子电池储能系统，进一步地，所述制冷单元为冷水机或空调。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果在于：本实用新型可以根据储能锂电池单元的发热情况控制第一电动阀门、第二电动阀门、循环水泵和制冷单元的运行，及时带走储能锂电池单元在工作过程中产生的热量，实现储能系统内的锂离子电池工作在一个合理的温度范围，有利于储能系统中锂离子电池寿命的延长，同时提升整个储能系统能量效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例的调频用液冷式储能系统的示意图；

图2为本实用新型储能电池单元内部的示意图；

图3为调频用锂电池储能系统液冷式热管控方法流程图；

图4为调频用锂电池储能系统液冷式热管控方法实施例一中简化图。

其中：1、储能锂电池单元；11、锂离子电池；12、液冷板；21、第一电动阀门；22、第二电动阀门；3、制冷单元；4、换热器；5、储液罐；6、循环水泵。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容做进一步详细说明。

实施例：

参见图1、图2和图4，一种调频用锂离子电池储能系统，其包括控制单元、储能锂电池单元1、第一电动阀门21、换热器4、储液罐5、循环水泵6、制冷单元3和第二电动阀门22，储能锂电池单元1、第一电动阀门21和换热器4通过冷却循环管道相互连接，换热器4、循环水泵6和储液罐5通过热循环管道相互连接，第二电动阀门22连接在冷却循环管道上，制冷单元3用于冷却冷却循环管道；控制单元用于获取储能锂电池单元1的温度数据并控制第一电动阀门21、第二电动阀门22、循环水泵6和制冷单元3的运行。

储能系统的工作原理为：热循环管道的冷却液经过储能锂电池单元1带走其工作过程中的热量，换热器4对冷却液换热冷却以保持热循环管道的冷却液的合适温度，第一电动阀门21、第二电动阀门22可以控制热循环管道的冷却液的流量，进入换热器4的冷却液则到储液罐5的水循环利用，控制单元的工作原理可以是采集储能锂电池单元1的温度数据，当温度超过设定值则利用第一电动阀门21、第二电动阀门22、循环水泵6和制冷单元3增大工作效率以降低储能系统中储能锂电池单元的温度，控制单元的实现可以采用常用的可编程逻辑控制器(PLC)。

进一步地，冷却需求包括冷却液的进口温度和流量，散热边界参数包括散热面热流密度，进口温度和流量是确定所需冷却液的重要物理量。

进一步地，储能锂电池单元1包括液冷板12和锂离子电池11，锂离子电池11单元包括若干层叠设置的锂离子电池11，液冷板12贴合覆盖在锂离子电池11的侧表面，该结构形式为储能锂电池单元1的一种优选实施方式，液冷板12通过吸热方式带走锂离子电池11工作过程中的热量。

进一步地，液冷板12呈蛇形向两端延伸以形成有U型空间，U型空间贴合包裹锂离子电池11单元的连续三个侧面，两端延伸端与冷却循环管道连通，两端延伸端与冷却循环管道连通。

进一步地，液冷板12通过导热垫片与锂离子电池11的侧表面接触。

在本优选实施例中，液冷板12蛇形蜿蜒延伸并通过导热垫片紧密围绕在锂离子电池11 的相邻的三个侧面上，两端延伸端与冷却循环管道连通实现冷却液换热，该结构形式可以更好地覆盖尽量多的锂离子电池11并减少液冷板12所需要的布置空间。

进一步地，第二电动阀门22连接在第一电动阀门21与换热器4之间的管道上，制冷单元3用于冷却第一电动阀门21与第二电动阀门22之间的管道，制冷单元3为冷水机或空调。在本述实施例中，在保证冷却需求的前提下，循环水泵6完全可以将锂离子电池11冷却到合理的温度范围，此时所需的制冷功率为0，因此制冷单元3可以完全关闭，如图4所示，但更一般情况下，调频用锂离子电池储能系统的冷却循环过程中需要用到制冷单元3，因此可根据调频用锂离子电池储能系统散热量的大小，适当地将制冷功率和泵功率等进行增减。优选地，制冷单元3为冷水机或空调，冷水机或空调可以简单获取且其制冷效果能满足储能系统的应用。

参见图3，一种调频用锂离子电池液冷式热管控方法，该方法用于管控调频用锂离子电池储能系统，调频用锂离子电池储能系统的一种优选实现形式包括控制单元、储能锂电池单元1、第一电动阀门21、换热器4、储液罐5和循环水泵6。储能锂电池单元1、第一电动阀门21和换热器4通过冷却循环管道相互连接，控制第一电动阀门21的开启与关闭大小可以控制冷却循环管道内的冷却液的流量，换热器4用于对冷却液进行换热冷却，本实施例中冷却液可以为冷却剂、水或其混合物。换热器4、循环水泵6和储液罐5通过热循环管道相互连接，循环水泵6工作促进热循环管道的水循环带走热量。调频用锂离子电池储能系统还包括制冷单元3和第二电动阀门22，第二电动阀门22连接在冷却循环管道上，制冷单元3接受控制单元的指令用于冷却冷却循环管道。储能锂电池单元1内同时设置多个温度和电压监控点，控制单元用于获取储能锂电池单元1的温度和电压数据，所收集的温度和电压数据是液冷式热管控方法进行判断的依据，同时还为电动阀门2开启和关闭大小的提供控制参数依据运行循环水泵6和制冷单元3。

液冷式热管控方法包括以下步骤：

步骤1：接收设定时间区间内的调频任务工况曲线。

步骤2：根据储能锂电池单元1当前的荷电状态(SOC)及接收到的调频任务工况曲线，评估出设定时间区间内的储能锂电池单元1内锂离子电池11的发热曲线，然后根据锂离子电池11已知的物性，逆推出维持锂离子电池11的温度在设定范围内所需的散热边界参数，如散热面热流密度。

步骤3：根据散热边界参数形成的曲线计算出冷却需求，从而确定设定时间区间内制冷功率及泵功率。优选地，冷却需求包括冷却液的进口温度和流量，进口温度和流量是确定所需冷却液的重要物理量。

步骤4：在保证冷却需求的前提下，调整制冷功率及泵功率的比例以确定功耗方案，该方案为最低功耗方案，并在调频任务到达时，通过控制第一电动阀门21和第二电动阀门22 开启和关闭的大小以控制流量，依照最低功耗方案运行循环水泵6和制冷单元3。

本液冷式热管控方法根据调频任务工况需求预估电池发热量，并转换为所需的冷却剂流量及温度，进而通过控制第一电动阀门21开启和关闭的大小以控制冷却循环管道内的冷却液流量，根据冷却液流量可以变频方式运行循环水泵6和制冷单元3，该方法可做到高倍率下电池峰值温度控制在合理范围，并实现温度一致性管控，有效提升系统能量效率。本方法将锂离子储能系统中锂电池产生的热量通过液冷方式传递出去，同时将调频用储能系统液冷式的热管控方法对储能系统内耗散的最优化，有利于储能系统中锂离子电池寿命的延长，同时提升整个储能系统能量效率。该液冷式管控方法的核心是在保证冷却需求前提下，调整制冷功率及泵功率比例，获取最低功耗方案，并在调频任务到达时，通过控制电动阀门开启和关闭的大小，依照最低功耗方案运行制冷系统。

上述实施例只是为了说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种调频用锂离子电池储能系统，其特征在于，包括控制单元、储能锂电池单元、第一电动阀门、换热器、储液罐、循环水泵、制冷单元和第二电动阀门，所述储能锂电池单元、所述第一电动阀门和所述换热器通过冷却循环管道相互连接，所述换热器、所述循环水泵和所述储液罐通过热循环管道相互连接，所述第二电动阀门连接在所述冷却循环管道上，所述制冷单元用于冷却所述冷却循环管道；所述控制单元用于根据所述储能锂电池单元的温度控制第一电动阀门、第二电动阀门、循环水泵和制冷单元的运行。

2.根据权利要求1所述的调频用锂离子电池储能系统，其特征在于，所述储能锂电池单元包括液冷板和锂离子电池，所述锂离子电池单元包括若干层叠设置的锂离子电池，所述液冷板贴合覆盖在所述锂离子电池的侧表面。

3.根据权利要求2所述的调频用锂离子电池储能系统，其特征在于，所述液冷板呈蛇形向两端延伸以形成有U型空间，所述U型空间贴合包裹所述锂离子电池单元的连续三个侧面，两端延伸端与所述冷却循环管道连通。

4.根据权利要求3所述的调频用锂离子电池储能系统，其特征在于，所述液冷板通过导热垫片与所述锂离子电池的侧表面接触。

5.根据权利要求1所述的调频用锂离子电池储能系统，其特征在于，所述第二电动阀门连接在所述第一电动阀门与所述换热器之间的管道上，所述制冷单元用于冷却所述第一电动阀门与所述第二电动阀门之间的管道。

6.根据权利要求1所述的调频用锂离子电池储能系统，其特征在于，所述制冷单元为冷水机或空调。

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