CN216288702U - 一种储能电池柜及储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种储能电池柜及储能系统，涉及退役电池包回收利用技术领域，储能电池柜能够将退役电池包整包放入，对退役电池包原有的托盘、电池模块、电池管理系统和制冷件加以利用，无需对退役电池包进行拆解；使用过程中，将储能变流器与电池模块的充放电接口电连接，系统控制器与电池管理系统的通讯接口电连接，冷却机组与制冷件连接，系统控制器能够直接获取原有电池管理系统的参数信息，对退役电池包的充放电以及散热系统进行控制，实现储能电池柜的储能；无需重新开发电池管理系统及其电气、结构零部件，省去传统的拆解、筛选步骤，有利于退役电池包的快速梯次利用，大大节约了梯次利用的成本，同时提升了安全性。

Description

一种储能电池柜及储能系统

技术领域

本实用新型涉及退役电池包回收利用技术领域，特别涉及一种储能电池柜及储能系统。

背景技术

随着我国新能源汽车产业连续多年高速发展，新能源汽车对缓解能源与环境压力具有重要意义，与此同时，新能源汽车中动力电池带来的一系列问题也引起了广泛关注，其中，动力电池退役后的处置问题尤为显著。从新能源汽车上退役动力电池通常具有初始容量60％～80％的剩余容量，其容量和功率仍然可以满足其他对动力性要求不高的储能场合的需求，如通讯基站，电网储能、数据中心等场合，将新能源汽车上退役的电池再利用到其他场合，以充分发挥退役动力电池的剩余价值的方式被称之为“梯次利用”。

目前，对于退役动力电池的梯次利用，通常是将退役动力电池包拆解成电池，再对电池进行筛选，筛选出性能相近的电池再组成电池系统，还需二次开发适配的电池管理系统，才能对退役动力电池加以利用。

采用上述梯次利用的方式，在对退役动力电池进行拆解、筛选以及二次开发过程中，会耗费大量的人力物力，增加了退役动力电池梯次利用的成本；同时，在拆解过程中，一般是由人工操作，一旦操作不当就会危害操作人员的人身安全，拆解风险高，耗时长。

实用新型内容

本实用新型提供一种储能电池柜及储能系统，旨在解决现有技术中，退役动力电池拆解风险高、耗时长，梯次利用成本高的问题。

本实用新型公开了一种储能电池柜，用于放置退役电池包，所述退役电池包包括：托盘以及设置于所述托盘上的电池模块、电池管理系统和制冷件，所述储能电池柜包括：柜体、以及设置于所述柜体的储能变流器、系统控制器和冷却机组，所述系统控制器分别与所述储能变流器和所述冷却机组电连接；

所述储能变流器与所述电池模块的充放电接口电连接；

所述系统控制器与所述电池管理系统的通讯接口电连接；

所述冷却机组与所述制冷件连接。

可选地，所述柜体包括：骨架和设置于骨架上的至少一对层架，一对所述层架相对设置，所述层架用于放置所述退役电池包。

可选地，所述层架设有安装孔，所述安装孔用于与所述托盘连接。

可选地，所述柜体设置有限位槽；

在所述退役电池包放置于所述柜体内时，所述退役电池包的至少一侧嵌设于所述限位槽。

可选地，所述制冷件包括：液冷管路；

所述冷却机组包括：至少一个液冷空调；

所述液冷管路与所述液冷空调的进出水口连通。

可选地，所述储能电池柜还包括：消防系统；

所述消防系统包括：钢瓶、瓶头阀以及火探管；

所述钢瓶用于储存灭火剂；

所述瓶头阀与所述钢瓶连接；

所述火探管与所述瓶头阀连接。

可选地，所述消防系统还包括：末端压力开关和末端压力表；

所述末端压力开关和所述末端压力表设置于所述火探管的末端。

可选地，所述储能电池柜还包括：第一柜门、第二柜门以及第三柜门；

所述第一柜门、所述第二柜门以及所述第三柜门设置于所述柜体的同一侧，并分别与所述柜体铰接。

可选地，所述第一柜门、所述第二柜门以及所述第三柜门与所述柜体铰接的一侧设置有密封框；

所述密封框与所述柜体可拆卸连接；

所述密封框包括三个密封单元，所述第一柜门、所述第二柜门以及所述第三柜门分别对应一个所述密封单元。

本实用新型还公开了一种储能系统，所述储能系统包括上述的储能电池柜。

本实用新型实施例中，储能电池柜能够将退役电池包整包放入，对退役电池包原有的托盘、电池模块、电池管理系统和制冷件加以利用，无需对退役电池包进行拆解；使用过程中，将储能变流器与电池模块的充放电接口电连接，系统控制器与电池管理系统的通讯接口电连接，冷却机组与制冷件连接，系统控制器能够直接获取原有电池管理系统的参数信息，对退役电池包的充放电以及散热系统进行控制，实现储能电池柜的储能。无需重新开发电池管理系统及其电气、结构零部件，省去传统的拆解、筛选步骤，有利于退役电池包的快速梯次利用，大大节约了梯次利用的成本，同时提升了安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本实用新型实施例中的一种储能电池柜结构示意图之一；

图2示出了本实用新型实施例中的一种储能电池柜结构示意图之二；

图3示出了本实用新型实施例中的一种储能电池柜结构示意图之三；

图4示出了本实用新型实施例中的一种密封框结构示意图；

图5示出了本实用新型实施例中的一种退役电池包结构示意图之一；

图6示出了本实用新型实施例中的一种消防系统结构示意图；

图7示出了本实用新型实施例中的一种液冷系统结构示意图；

图8示出了本实用新型实施例中的一种退役电池包结构示意图之二；

图9示出了本实用新型实施例中的一种储能系统正常启动时序图；

图10示出了本实用新型实施例中的一种储能系统正常停机时序图；

图11示出了本实用新型实施例中的一种储能系统功率执行时序图；

图12示出了本实用新型实施例中的一种储能系统通信异常执行保护停机时序图；

图13示出了本实用新型实施例中的一种储能系统开关量输入检测异常停机保护时序图；

图14示出了本实用新型实施例中的一种储能系统发生火警停机保护时序图。

附图标记说明

10-退役电池包；20-柜体；30-消防系统；101-螺栓安装孔；201-冷却机组；202-骨架；203-层架；204-限位槽；205-冷却机组安装支架；206-密封框；207-第一柜门；208-第二柜门；209-第三柜门；301-钢瓶；302-瓶头阀；303-火探管；304-火探管三通接头；305-末端压力开关；306-末端压力表。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1-14所示，本实用新型实施例公开了一种储能电池柜，用于放置退役电池包10，所述退役电池包10包括：托盘以及设置于所述托盘上的电池模块、电池管理系统和制冷件，所述储能电池柜包括：柜体20、以及设置于所述柜体20的储能变流器、系统控制器和冷却机组201，所述系统控制器分别与所述储能变流器和所述冷却机组201电连接；所述储能变流器与所述电池模块的充放电接口电连接；所述系统控制器与所述电池管理系统的通讯接口电连接；所述冷却机组201与所述制冷件连接。

具体的，现有的新能源汽车由动力电池包提供电能，在动力电池包使用过程中，由于老化现象无法正常为新能源汽车提供电能时，会从新能源汽车上退役下来。退役电池包10通常包括：托盘以及设置于托盘上的电池模块、电池管理系统(Battery ManagementSystem，BMS)和制冷件，托盘为退役电池包10主要承载部件，用于承载上述的电池模块、BMS和制冷件，并集成为一个整体，在托盘上还设置有用于与车辆固定的连接结构，如螺栓安装孔101、卡接勾等结构；电池模块由若干电芯串联而成，电池模块还集成有充放电接口，通过充放电接口对电池模块进行充放电；BMS能够对电池模块的电压、温度等参数进行实时监控和记录，同时，还对监控数据进行处理，控制电池模块的充放电以及协调控制，以保证电池的最佳使用性能，在退役电池包10上还设置有BMS通讯接口；由于电池模块在工作过程中会产生热量，制冷件与冷却机组201连接，能够对电池模块的工作温度进行调整，避免电池模块温度较高导致性能下降以及自燃等问题，制冷件可以包括液冷管路或半导体制冷片等。

储能电池柜包括：柜体20、以及设置于柜体20的储能变流器(Power ConversionSystem，PCS)、系统控制器(UC)和冷却机组201，UC分别与PCS和冷却机组201电连接。柜体20用于将上述的退役电池包10整包放入，柜体20的材质可以选用金属或合金等材质，在柜体20表面可以喷涂绝缘防腐涂层，以提升柜体20的安全性和耐久性。

在柜体20上还设置有PCS、UC和冷却机组201，PCS与电池模块的充放电接口电连接，可控制退役电池包10的充电和放电过程，进行交直流的变换。冷却机组201与制冷件连接，能够为制冷件提供热交换的动力循环。

UC是整个储能系统的大脑，分别与PCS和冷却机组201电连接的同时，还与BMS的通讯接口电连接，通过通信端口控制BMS、PCS以及冷却机组201的运行并读取相关参数信息。

参照图7所示，采用液冷空调与液冷管路配合的液冷系统，液冷系统由九个退役电池包10和一个液冷空调进行连接，一个完整的回路由三个退役电池包10串联，三串管路并联组成，通过UC读取退役电池包10的温度以及液冷管路的进水温度和出水温度，对液冷空调进行控制，当退役电池包10的温度低于23℃时进行加热，当退役电池包10的温度高于25℃时进行冷却散热，使退役电池包10一直处于工作室温环境内。

参照图8所示，BMS包括多个级联的电池信息采集器(Battery InformationCollector_，BIC)，BIC间采用变压器隔离的级联菊花链通信，位于顶端的BIC经过电池通信转接器(Battery Communication converter，BCC)，将级联菊花链通信转成控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)与电池管理单元(Battery Management Cell，BMC)数据通信，BMC再将数据传输给UC。BMC电池管理单元用于监测退役电池包10的状态，并根据退役电池包10状态对其进行热管理、电量均衡、电芯状态检测及控制、充放电控制等。

本实用新型实施例中，储能电池柜能够将退役电池包10整包放入，对退役电池包10的原有部件加以利用，无需对退役电池包10进行拆解；使用过程中，将PCS与电池模块的充放电接口电连接，UC与BMS的通讯接口电连接，冷却机组201与制冷件连接，UC能够直接获取原有BMS的参数信息，对退役电池包10的充放电以及散热系统进行控制，实现储能电池柜的储能。无需重新开发BMS及其电气、结构零部件，省去传统的拆解、筛选步骤，有利于退役电池包10的快速梯次利用，大大节约了梯次利用的成本，同时提升了安全性。

可选地，参照图1至图5所示，所述柜体20包括：骨架202和设置于骨架202上的至少一对层架203，一对所述层架203相对设置，所述层架203用于放置所述退役电池包10。

具体的，柜体20包括骨架202，骨架202由若干横梁和立柱组成，沿立柱的高度方向设置有至少一对层架203，一对层架203相对设置，能够对退役电池包10的两侧进行支撑，层架203与横梁或立柱之间可采用焊接或螺栓连接的方式进行固定，相邻层架203之间具有一定的间隙，该间隙略大于退役电池包10的厚度，能够保证退役电池包10顺利放入层架203中，通过设置层架203，能够提升空间利用率，增加单个储能电池柜中退役电池包10的放置数量，提升储能效率。

可选地，参照图1和图5所示，所述层架203设有安装孔，所述安装孔用于与所述托盘连接。

具体的，在退役电池包10与柜体20安装时，由于退役电池包10较重，底部偏软，只允许退役电池包10托盘的四周框架受力，所以，层架203可以仅对托盘的四周框架进行支撑。在层架203上设有安装孔，安装孔与能够与托盘上的螺栓安装孔101配合，对退役电池包10进行固定，以提升退役电池包10安装的稳定性。

层架203可以采用铝型材进行制作，铝型材层架203对退役电池包10托盘的四周框架进行支撑，便于轻量化设计；不同规格的退役电池包10，其长度、宽度、厚度各不相同，但总的安装方式不会改变，以托盘四周为框架，周边安装固定，所以针对不同尺寸的退役电池包10，铝型材层架203的结构可实现通用，从根本上解决了因退役电池包10规格不同而导致设计变更成本增加的问题。

可选地，参照图1至图4所示，所述柜体20设置有限位槽204；在所述退役电池包10放置于所述柜体20内时，所述退役电池包10的至少一侧嵌设于所述限位槽204。

具体的，在柜体20内设置有限位槽204，限位槽204可设置于柜体20的内壁，可以通过设置两组平行的限位板，限位板之间形成限位槽204，也可以直接在柜体20的内壁上通过冲压的方式形成限位槽204。限位槽204与层架203处于同一平面，限位槽204的槽宽略大于退役电池包10的厚度，退役电池包10放置于柜体20内时，退役电池包10能够嵌设在限位槽204内，对退役电池包10的厚度方向进行限位，避免退役电池包10在柜体20内发生翻转，提升退役电池包10安装的稳定性。

储能电池柜还包括：冷却机组安装支架205；冷却机组安装支架205用于放置冷却机组201。冷却机组安装支架205与柜体20的横梁或者立柱连接，具体可以通过焊接或者螺栓连接的方式进行固定，冷却机组201可放置于安装支架上，以提升柜体20内部的空间利用率。

可选地，参照图1至图2所示，所述制冷件包括：液冷管路；所述冷却机组包括：至少一个液冷空调；所述液冷管路与所述液冷空调的进出水口连通。

具体的，采用液冷管路的制冷件，对应的冷却机组201为液冷空调，液冷管路布设于退役电池包10内，在退役电池包10相对的两侧分别设置有液冷管路的进出水口，液冷空调的出水管与液冷管路的进水口连通，液冷管路的出水口与液冷空调的进水管连通，从而能够将电池模块在工作中产生的热量通过冷却液带出退役电池包10，并进入液冷空调内部进行冷却；还可以将多块退役电池包10的液冷管路进行串联，液冷空调的出水管和进水管与串联管路连通；液冷空调采用快插管路，可实现快速连接和拆卸。

还可以采用半导体制冷片作为制冷件，半导体制冷片包括冷端和热端，冷端可布设于电池模块的间隙中，热端与冷却机组201连接进行热交换，及时将半导体制冷片热端产生的热量传递至外部，避免半导体制冷片工作温度过高，导致损坏，也进一步提升了半导体制冷片的制冷效率。

可选地，参照图6所示，所述储能电池柜还包括：消防系统30；所述消防系统30包括：钢瓶301、瓶头阀302以及火探管303；所述钢瓶301用于储存灭火剂；所述瓶头阀302与所述钢瓶301连接；所述火探管303与所述瓶头阀302连接。

具体的，在柜体20内设置有钢瓶瓶架，钢瓶301放置于瓶架上，能够防止钢瓶301在释放灭火剂时产生振动、摇晃；钢瓶301内放置有灭火剂，灭火剂可采用七氟丙烷或二氧化碳等，钢瓶301的开口处设置有瓶头阀302，瓶头阀302用于控制灭火剂的喷放，瓶头阀302上设置有压力表，用于检测瓶内气体压力；火探管303与瓶头阀302连通，火探管303为非金属合成品，集长时间抗漏、良好的柔韧性及有效的感温性于一体，可将火探管303置于火源最可能发生处的上方，同时沿火探管303的诸多探测点进行探测，一旦着火时，火探管303在受热温度最高处可被软化并爆破，管内预充氮气迅速释放，使瓶头阀302打开，灭火剂通过爆裂处释放，熄灭火灾。

可选地，参照图6所示，所述消防系统30还包括：末端压力开关305和末端压力表306；所述末端压力开关305和所述末端压力表306设置于所述火探管303的末端。

具体的，在火探管303上设置有火探管三通接头304，能够分处三条火探管303，保证三条火探管303的气密性良好；在其中两条火探管303的末端分别设置有末端压力开关305和末端压力表306，末端压力开关305由本体、点动开关、活塞、弹簧等组成，安装于火探管303末端，平时开关触点闭路，在释放气体后管网压力为零，压力开关活塞复位，开关触点断开，送出工作信号给报警铃或原有报警控制系统显示系统已启动；末端压力表306能够对火探管303内压力进行监控，以检测火探管303的气密性。

可选地，参照图1至图4所示，所述储能电池柜还包括：第一柜门207、第二柜门208以及第三柜门209；所述第一柜门207、所述第二柜门208以及所述第三柜门209设置于所述柜体20的同一侧，并分别与所述柜体20铰接。

具体的，为便于退役电池包10的放置和取出，需在柜体20上设置柜门，由于柜体20较大，采用传统的单个柜门时，柜门尺寸较大，容易发生变形，不利于柜门的锁闭及密封，因此，在柜体20的同一侧上设置有第一柜门207、第二柜门208以及第三柜门209，第一柜门207、第二柜门208以及第三柜门209分别与柜体20通过铰接的方式连接，可分别控制第一柜门207、第二柜门208以及第三柜门209的开启和关闭，便于退役电池包10的放置和取出。通过在柜体20的同一侧设置三个柜门，能够保证三个柜门的结构强度，避免了在采用单个柜门时，由于柜门较大容易发生变形，不利于柜体20密封的问题。

可选地，参照图1至图5所示，所述第一柜门207、所述第二柜门208以及所述第三柜门209与所述柜体20铰接的一侧设置有密封框206；所述密封框206与所述柜体20可拆卸连接；所述密封框206包括三个密封单元，所述第一柜门207、所述第二柜门208以及所述第三柜门209分别对应一个所述密封单元。

具体的，在第一柜门207、第二柜门208以及第三柜门209与柜体20铰接的一侧设置有密封框206，密封框206设置有三个密封单元，相邻密封单元之间设置有隔断，每个密封单元上均设置有独立的密封条，第一柜门207、第二柜门208以及第三柜门209分别对应一个密封单元，当第一柜门207、第二柜门208以及第三柜门209处于关闭状态时，柜门能够与密封单元上的密封条贴合，大大提升柜体20的密封性能。

并且，第一柜门207、第二柜门208以及第三柜门各自对应一个密封单元，在单独开启一个柜门时，不会对其它柜门产生影响，能够避免灰尘等杂物侵入柜体内。

密封框206与柜体20采用可拆卸连接的方式进行固定，具体可采用螺栓连接、卡接等方式，采用上述可拆卸连接的方式，在退役电池包10的取放过程中，可将密封框206取下，完成退役电池包10的取放后，再将密封框206重新安装，不会影响退役电池包10的取放，大大提升了工作效率。当密封框206上的密封条出现老化现象时，也可将密封框206拆下进行更换维修。

参照图1-14所示，本实用新型还公开了一种储能系统，所述储能系统包括上述的储能电池柜。

具体的，储能系统可以包括多组上述的储能电池柜，通过串联或者并联的方式组成储能系统网，主要用于负荷低谷储能、负荷高峰阶段给重要负荷供电，可适用于大型储能电站，也可应用小型的商场及家庭。

储能系统的具体工作方式如下，参照图9所示，该图为储能系统正常启动时序图，HMI接收用户手动输入的启动命令，用户也可以通过网络连接远程控制，将启动命令转发至UC，UC先控制BMS启动，BMS启动完成后，PCS再启动，储能系统状态变化过程为停止-待机-运行。

参照图10所示，该图为储能系统正常停机时序图，HMI接收用户手动输入的停止命令(或者电池请求，系统故障，PCS故障)，用户也可以通过网络连接远程控制，UC收到停止命令后，先控制PCS停止，停止完成后再控制BMS停止，储能系统状态变化过程为运行-待机-停止。

参照图11所示，该图为储能系统功率执行时序图，UC根据电池信息计算出功率限值，通过比较HMI下发的功率目标以及系统的最大值，取最小值下发给PCS执行功率运行，系统实时比较保证工作在安全区域。

参照图12所示，该图为储能系统通信异常时执行保护停机时序图，UC会时刻进行通信断线检测，当UC检测到PCS和BMS每个接口持续60s无数据通信时，系统自动进入故障保护停机状态，PCS也会时刻进行通信断线检测，当PCS接口持续60s无数据通信时自动停机，保证储能系统安全。

参照图13所示，该图为储能系统开关量输入检测异常停机保护时序图，当UC检测到开关量输入异常信号时，发送异常告警信息给HMI，UC控制储能系统进入停机状态，确保储能系统安全。

参照图14所示，该图为储能系统发生火警停机保护时序图，当UC采集到箱体火警信号时，发送异常告警信息，UC控制储能系统进入停机状态，火警发生3s后，UC控制储能系统断开供电接触器。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (10)

1.一种储能电池柜，用于放置退役电池包，所述退役电池包包括：托盘以及设置于所述托盘上的电池模块、电池管理系统和制冷件，其特征在于，所述储能电池柜包括：柜体、以及设置于所述柜体的储能变流器、系统控制器和冷却机组，所述系统控制器分别与所述储能变流器和所述冷却机组电连接；

所述储能变流器与所述电池模块的充放电接口电连接；

所述系统控制器与所述电池管理系统的通讯接口电连接；

所述冷却机组与所述制冷件连接。

2.根据权利要求1所述的储能电池柜，其特征在于，所述柜体包括：骨架和设置于骨架上的至少一对层架，一对所述层架相对设置，所述层架用于放置所述退役电池包。

3.根据权利要求2所述的储能电池柜，其特征在于，所述层架设有安装孔，所述安装孔用于与所述托盘连接。

4.根据权利要求1所述的储能电池柜，其特征在于，所述柜体设置有限位槽；

在所述退役电池包放置于所述柜体内时，所述退役电池包的至少一侧嵌设于所述限位槽。

5.根据权利要求1所述的储能电池柜，其特征在于，所述制冷件包括：液冷管路；

所述冷却机组包括：至少一个液冷空调；

所述液冷管路与所述液冷空调的进出水口连通。

6.根据权利要求1所述的储能电池柜，其特征在于，所述储能电池柜还包括：消防系统；

所述消防系统包括：钢瓶、瓶头阀以及火探管；

所述钢瓶用于储存灭火剂；

所述瓶头阀与所述钢瓶连接；

所述火探管与所述瓶头阀连接。

7.根据权利要求6所述的储能电池柜，其特征在于，所述消防系统还包括：末端压力开关和末端压力表；

所述末端压力开关和所述末端压力表设置于所述火探管的末端。

8.根据权利要求1所述的储能电池柜，其特征在于，所述储能电池柜还包括：第一柜门、第二柜门以及第三柜门；

所述第一柜门、所述第二柜门以及所述第三柜门设置于所述柜体的同一侧，并分别与所述柜体铰接。

9.根据权利要求8所述的储能电池柜，其特征在于，所述第一柜门、所述第二柜门以及所述第三柜门与所述柜体铰接的一侧设置有密封框；

所述密封框与所述柜体可拆卸连接；

所述密封框包括三个密封单元，所述第一柜门、所述第二柜门以及所述第三柜门分别对应一个所述密封单元。

10.一种储能系统，其特征在于，所述储能系统包括权利要求1-9任一项所述的储能电池柜。

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