CN217116761U - 一种中高压直挂储能系统及其冷却装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种中高压直挂储能系统及其冷却装置，涉及电力传输领域。本申请所提供冷却装置，包括液冷板，出水口以及进水口，通过进水口通入冷水，出水口排出散热后的热水，从而采取水冷的方式对IGBT进行散热，比起当前采取风冷技术或热管技术所设计而成的冷却装置，本申请提供的冷却装置解决了中高压直挂储能系统大容量工况下采用风冷技术或热管技术不能有效地将IGBT发热量散热出去，维持IGBT正常运行，降低IGBT容量利用率，同时，考虑中高压直挂储能系统运行于高电压的特点，采用液冷节省了中高压储能系统的空间，增强IGBT散热能力，提高IGBT载流能力，扩展IGBT安全工作区，提高了IGBT容量利用率。

Description

一种中高压直挂储能系统及其冷却装置

技术领域

本申请涉及电力传输领域，特别是涉及一种中高压直挂储能系统及其冷却装置。

背景技术

近年来，随着电力技术的不断进步，中高压直挂储能系统由于具有单机容量大、系统效率高、节省占地面积等优势，在新能源发电、电源侧、电网侧等应用场景已普遍受到人们关注。针对于中高压直挂储能系统，对于其散热一般采取传统的风冷散热器作为冷却装置。

现有的风冷散热器的冷却方式不能满足大功率IGBT散热的需求，IGBT经常由于工作温度过高而导致损坏，但风冷加散热器方式和热管技术都存在散热体积比较大，导致结构和电气设计增加了很大的难度，同时导致成本较高，且风冷技术需要采用风扇进行强制循环，而中高压直挂储能系统需要高位取电方式给风扇供电，供电功率受到一定限制，同时，风扇运行时间越长，可靠性差，故障率高，给系统的运行和维护带来诸多不便。

鉴于上述技术，寻找一种功率较大且可靠性较强的冷却装置是本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种冷却装置，以便于解决当前针对于中高压储能系统的散热功率较小且稳定性不高的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供一种冷却装置，应用于中高压直挂储能系统，包括：进水口，出水口，液冷板；

所述液冷板与所述中高压直挂储能系统的IGBT的表面相贴，用于为所述IGBT散热；

所述进水口设置于所述液冷板的一侧，用于接入散热所需用水；

所述出水口设置于所述液冷板的一侧，用于排出散热后的热水。

优选地，还包括：直流均压电阻与交流均压电阻；

每两个所述IGBT组成一个H桥变换器，各所述H桥变换器之间相互并联，每两个H桥变换器组成一个电流变换对；

所述直流均压电阻与所述交流均压电阻设置于所述液冷板上，所述直流均压电阻与各所述H桥变换器并联，所述交流均压电阻的一端连接所述电流变换对的其中一个所述H桥变换器的两个所述IGBT的公共端，另一端连接所述电流变换对的另一个所述H桥变换器的两个所述IGBT的公共端。

优选地，还包括：第一电阻，第二电阻；

所述第一电阻的一端连接所述液冷板的外壳，另一端连接各所述H桥变换器的第一端，所述第二电阻的一端连接所述液冷板的外壳，另一端连接各所述H桥变换器的第二端。

优选地，还包括：第一电容，第二电容，第三电容，所述第一电容、所述第二电容与所述第三电容的两端分别连接各所述H桥变换器的两端。

优选地，还包括：多个储能电容，每个所述储能电容的两端分别连接对应的所述H桥变换器的两端。

优选地，所述IGBT与所述直流均匀电阻和所述交流均压电阻与所述液冷板的接触面均设置有导热硅脂。

为解决上述问题，本申请还提供一种中高压直挂储能系统，包括：储能装置、电容模块以及上述的冷却装置。

优选地，所述储能装置与所述冷却装置集成在同一个单元，所述储能装置包括直流排和交流排，分别连接直流母线与交流母线；

所述电容模块通过外接接口连接所述储能装置的直流排。

优选地，所述电容模块包括多个电容，各所述电容之间通过复合铜排进行连接。

优选地，所述储能装置的一次端子连接储能设备，所述储能装置的二次端子连接控制线以及电源线，所述一次端子与所述二次端子相互独立。

本申请所提供冷却装置，包括液冷板，出水口以及进水口，通过进水口通入冷水，出水口排出散热后的热水，从而采取水冷的方式对IGBT进行散热，比起当前采取风冷技术或热管技术所设计而成的冷却装置，本申请提供的冷却装置解决了中高压直挂储能系统大容量工况下采用风冷技术或热管技术不能有效地将IGBT发热量散热出去，维持IGBT正常运行，降低IGBT容量利用率，同时，考虑中高压直挂储能系统运行于高电压的特点，采用液冷PCS技术，消除了统一大风道设计，节省了中高压储能系统宝贵的集装箱有效空间，增强IGBT散热能力，提高IGBT载流能力，扩展IGBT安全工作区，提高了IGBT容量利用率。

本申请所提供的中高压直挂储能系统包含上述的冷却装置，因此有益效果同上，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种冷却装置结构图；

图2为本申请实施例提供的一种储能相关电路图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护范围。

本申请的核心是提供一种冷却装置，以便于解决当前针对于中高压储能系统的散热功率较小且稳定性不高的问题。

高压直挂储能技术是指储能变流器(Power Contol System简称PCS)不经变压器，直接接入3kV及以上电压等级电网的新型MW级电池储能技术。单个储能电池电芯直流电压最高不超过4V，通常用于储能的电池系统直流电压在600-800V，PCS如何不经变压器直接接入3kV及以上电压等级电网，首要解决电压匹配问题。

高压直挂储能系统由电池组与单相PCS模块构成的储能单元组成，利用电压叠加原理实现高压直接输出。H-Cell电池组直流电经单相PCS转换成几百伏的交流电；多个硬件结构完全一致的单相PCS交流侧串联构成单相高压储能装置，产生与电网电压匹配的单相高压交流电；三组硬件结构完全一致的单相高压储能装置Y接构成三相高压储能装置，即直接输出与电网电压匹配的三相对称高压交流电。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

图1为本申请实施例提供的一种冷却装置结构图，应用于中高压直挂储能系统，如图1所示，该装置包括：进水口2，出水口3，液冷板1；

液冷板1与中高压直挂储能系统的IGBT4的表面相贴，用于为IGBT4散热；

进水口2设置于液冷板1的一侧，用于接入散热所需用水；

出水口3设置于液冷板1的一侧，用于排出散热后的热水。

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT4)，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT4综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

可以理解的是，本实施例中的冷却装置为液冷装置，通过热传导效应，从而通过通入冷水对IGBT4进行降温，需要说明的是，在本实施例中，针对于冷却装置的出水以及入水的具体控制不进行限定，可以是利用相匹配的过程控制系统，按照对应的IGBT4工作的产热量，进行自行出水冷却调节，也可以是设置温度传感器后用警报装置控制冷却装置进行水的调节，在此不进行限定。在本实施例中，对于液冷板1、出水口3、进水口2的材料，形状等本身性质不进行具体限定。

本申请所提供冷却装置，包括液冷板1，出水口3以及进水口2，通过进水口2通入冷水，出水口3排出散热后的热水，从而采取水冷的方式对IGBT4进行散热，比起当前采取风冷技术或热管技术所设计而成的冷却装置，本申请提供的冷却装置解决了中高压直挂储能系统大容量工况下采用风冷技术或热管技术不能有效地将IGBT4发热量散热出去，维持IGBT4正常运行，降低IGBT4容量利用率，同时，考虑中高压直挂储能系统运行于高电压的特点，采用液冷PCS技术，消除了统一大风道设计，节省了中高压储能系统宝贵的集装箱有效空间，增强IGBT4散热能力，提高IGBT4载流能力，扩展IGBT4安全工作区，提高了IGBT4容量利用率。

考虑到中高压直挂储能系统同时包含直流母线与交流母线，为了维持直流母线与交流母线的稳定，在此提出优选方案，该装置还包括：直流均压电阻5与交流均压电阻6；

图2为本申请实施例提供的一种储能相关电路图，如图2所示，每两个IGBT4组成一个H桥变换器，各H桥变换器之间相互并联，每两个H桥变换器组成一个电流变换对；

直流均压电阻5与交流均压电阻6设置于液冷板1上，直流均压电阻5与各H桥变换器并联，交流均压电阻6的一端连接电流变换对的其中一个H桥变换器的两个IGBT4的公共端，另一端连接电流变换对的另一个H桥变换器的两个IGBT4的公共端。

H桥是一种电子电路，可使其连接的负载或输出端两端电压反相/电流反向。这类电路可用于机器人及其它实作场合中直流电动机的顺反向控制及转速控制、步进电机控制(双极型步进电机还必须要包含两个H桥的电机控制器)，电能变换中的大部分直流-交流变换器(如逆变器及变频器)、部分直流-直流变换器(推挽式变换器)等，以及其它的功率电子装置。

需要说明的是，本实施例中对直流均压电阻5以及交流均压电阻6的大小以及个数均不进行限定，即对于交流均压电阻6的个数视电流变换对的个数而定，通过加入直流均压电阻5以及交流均压电阻6，保证每一个换流单元直流母线电压和交流侧电压的均衡控制，同时为了保证交直流均压电阻5发热量不至于影响中高压直挂系统的正常运行，将交直流均压电阻5放置在液冷板1上，通过液冷板1有效地将电阻发热量传导出去，避免交流直流均压电阻5发热量影响液冷PCS、电路板和其他元器件的正常运行，提高中高压直挂储能系统的可靠性和安全性。

考虑到整个系统中包含多个电流变换对，为了维持每个电流变换对的稳定，在此提出优选方案，利用中点虚地技术，该装置还包括：第一电阻，第二电阻；

第一电阻R1-1的一端连接液冷板1的外壳，另一端连接各H桥变换器的第一端，第二电阻R1-2的一端连接液冷板1的外壳，另一端连接各H桥变换器的第二端。

在本实施例中，不对第一电阻R1-1以及第二电阻R1-2的大小进行限定，可以理解的是，对于整个中点虚地技术而言，外壳与H桥变换器之间的电阻的个数也可以相应增加。

采用电阻分压中点虚地技术，保证每簇电流变换对和储能系统独立悬浮，外壳电位悬浮，使电流变换对组成的每一个电池簇框架成为悬浮的系统，保证电池簇之间的耐压水平和爬电距离满足设计要求，提高电流变换对安全运行可靠性。

考虑到整个系统中包含多个电流变换对，为了维持每个电流变换对的稳定，在此提出优选方案，利用中点虚地技术，该装置还包括：第一电容C1，第二电容C2，第三电容C3，第一电容C1、第二电容C2与第三电容C3的两端分别连接各H桥变换器的两端。

采用电容分压中点虚地技术，保证每簇电流变换对和储能系统独立悬浮，外壳电位悬浮，使电流变换对组成的每一个电池簇框架成为悬浮的系统，保证电池簇之间的耐压水平和爬电距离满足设计要求，提高电流变换对安全运行可靠性。

考虑到中高压直挂储能系统本身的储能过剩问题，在此提出优选方案包括：多个储能电容SC，每个储能电容SC的两端分别连接对应的H桥变换器的两端。

在本实施例中对于储能电容SC以及大小均不进行限定，通过储能电容SC，从而对H桥变换器中的储能过剩从而导致IGBT4的通过电流过大，从而损坏仪器的问题进行改善，因此维持了电路的安全性。

上述实施例中，未对IGBT4以及直流均压电阻5和交流均压电阻6与液冷板1的接触面进行限定，考虑到热传导效应，在此提出优选方案，IGBT4与直流均匀电阻和交流均压电阻6与液冷板1的接触面均设置有导热硅脂。

导热硅脂俗称散热膏，导热硅脂以有机硅酮为主要原料，添加耐热、导热性能优异的材料，制成的导热型有机硅脂状复合物，用于功率放大器、晶体管、电子管、CPU等电子原器件的导热及散热，从而保证电子仪器、仪表等的电气性能的稳定。

导热硅脂是一种高导热绝缘有机硅材料，几乎永远不固化，可在-50℃-+230℃的温度下长期保持使用时的脂膏状态。既具有优异的电绝缘性，又有优异的导热性，同时具有低游离度(趋向于零)，耐高低温、耐水、臭氧、耐气候老化。

通过导热硅脂，增加了散热率，从而使得冷却装置的冷却效果更强，增加了IGBT4以及直流均压电阻5和交流均压电阻6的安全性。

为解决上述问题，本申请还提供一种中高压直挂储能系统，包括：储能装置、电容模块以及上述的冷却装置。

由于中高压直挂储能系统包含上述冷却装置，因此具体实施例以及相关的有益效果见冷却装置部分，在此不进行赘述。

针对于中高压直挂储能系统，对于其传统结构而言，储能装置、冷却装置以及其相关的电容模块通常为了方便管理，从而集成为同一个模块，由于电容模块与冷却装置、储能装置的结合，从而导致在对整个系统进行运行维护时，需要对电容模块进行拆解安装，而针对于整个系统而言，容易出现故障的部分是储能模块以及冷却装置部分，对于电容模块而言，故障概率较低，所以在储能模块以及冷却装置故障时，需要对其集成的电容模块进行拆卸，然后进行维修，因此增加了不必要的人工成本，对于维护而言较为麻烦。在此提出优选方案，储能装置与冷却装置集成在同一个单元，储能装置包括直流排和交流排，分别连接直流母线与交流母线；

电容模块通过外接接口连接储能装置的直流排。

在本实施例中，对于电容模块以及冷却装置等等具体的内部元件均不进行限定，例如针对于电容模块中的电容个数以及电容间的连接方式均不进行限定。

本实施例所提供的中高压直挂储能系统，包括冷却装置，储能装置以及电容模块，冷却装置与储能装置进行集成，并通过直流排端口连接电容模块的外接端口，从而实现对直流母线的稳定滤波，维持系统正常运行，与之前的电容与散热模块相互集成的结构相比，由于电容模块与储能装置及冷却装置相互独立且通过外接端口直接连接储能装置的直流侧，从而对直流母线进行滤波，从而在储能装置及冷却装置出现故障需要维护时，只需要断开端口，即可进行正常维护，无需对电容模块进行拆卸，从而降低了运维的人工成本。

上述实施例中未对电容模块进行具体限定，在此提出优选方案，电容模块包括多个电容，各电容之间通过复合铜排进行连接。

由于铜的传导效率足够，因此通过复合铜排进行连接，更有利于针对直流母线进行滤波。

考虑到储能装置中，一次端子以及二次端子间会相互影响，在此提出优选方案，储能装置的一次端子连接储能设备，储能装置的二次端子连接控制线以及电源线，一次端子与二次端子相互独立。

以上对本申请所提供的一种中高压直挂储能系统及其冷却装置进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种冷却装置，其特征在于，应用于中高压直挂储能系统，包括：进水口，出水口，液冷板；

所述液冷板与所述中高压直挂储能系统的IGBT的表面相贴，用于为所述IGBT散热；

所述进水口设置于所述液冷板的一侧，用于接入散热所需用水；

所述出水口设置于所述液冷板的一侧，用于排出散热后的热水。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，还包括：直流均压电阻与交流均压电阻；

每两个所述IGBT组成一个H桥变换器，各所述H桥变换器之间相互并联，每两个所述H桥变换器组成一个电流变换对；

所述直流均压电阻与所述交流均压电阻设置于所述液冷板上，所述直流均压电阻与各所述H桥变换器并联，所述交流均压电阻的一端连接所述电流变换对的其中一个所述H桥变换器的两个所述IGBT的公共端，另一端连接所述电流变换对的另一个所述H桥变换器的两个所述IGBT的公共端。

3.根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，还包括：第一电阻，第二电阻；

所述第一电阻的一端连接所述液冷板的外壳，另一端连接各所述H桥变换器的第一端，所述第二电阻的一端连接所述液冷板的外壳，另一端连接各所述H桥变换器的第二端。

4.根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，还包括：第一电容，第二电容，第三电容，所述第一电容、所述第二电容与所述第三电容的两端分别连接各所述H桥变换器的两端。

5.根据权利要求3或4所述的冷却装置，其特征在于，还包括：多个储能电容，每个所述储能电容的两端分别连接对应的所述H桥变换器的两端。

6.根据权利要求5所述的冷却装置，其特征在于，所述IGBT与所述直流均匀电阻和所述交流均压电阻与所述液冷板的接触面均设置有导热硅脂。

7.一种中高压直挂储能系统，其特征在于，包括：储能装置、电容模块以及权利要求1至6任意一项所述的冷却装置。

8.根据权利要求7所述的中高压直挂储能系统，其特征在于，所述储能装置与所述冷却装置集成在同一个单元，所述储能装置包括直流排和交流排，分别连接直流母线与交流母线；

所述电容模块通过外接接口连接所述储能装置的直流排。

9.根据权利要求8所述的中高压直挂储能系统，其特征在于，所述电容模块包括多个电容，各所述电容之间通过复合铜排进行连接。

10.根据权利要求9所述的中高压直挂储能系统，其特征在于，所述储能装置的一次端子连接储能设备，所述储能装置的二次端子连接控制线以及电源线，所述一次端子与所述二次端子相互独立。

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