CN217306606U - 一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，通过多个标准电池储能模组箱，组成标准电池储能柜以及电池储能系统，采用两个液冷装置互补并集中为液冷主管道交换冷液，再通过PACK箱冷液管道及电控阀灵活受控选通电池模组PACK箱及为电池模组PACK箱交换冷液；并采用液冷板条在标准电池储能模组箱中的电池串联组串包两侧贴装，根据电池单体运行产生热量的中心区域，设计与安装高效热交换区域的液冷板条面积尺寸，缩短了热量传导距离，实现冷暖双向热能快速交换，实现电池串联组串包实时在线维护，减少对系统运行影响的短板效应，克服了现有技术的缺陷与不足；在保障热交换功效与安全的同时，提高了液冷系统的利用率，降低了热管理本身的能耗。
Description
技术领域
本实用新型属于电池储能技术领域，具体涉及一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统。
背景技术
新型电力系统中大规模新能源电力的应用，需要储能系统作为灵活调度资源，参与新能源电力互补和电力系统运行的安全稳定控制。目前应用的大规模电池储能系统，普遍存在电池本身的运行安全隐患问题，其主要问题之一，是电池本身的不一致性和温度特性的影响，使得电池储能系统的安全性受到挑战。因而需要有效提升电池温度一致性控制能力，保证电池储能系统中电池模组满足运行过程中温度一致性范围的要求，提升电池储能系统的安全性。
电池储能系统的温度控制，需要达到电池簇的每一个电池包温度一致性控制在允许的范围之内，任何一颗电池单体或一个电池包超出允许的温度一致性范围时，整个电池簇停止运行，影响系统的整体效率，产生储能系统的短板效应。
现有技术在电池储能系统研究与应用中，进行了相应的创新与实践，提出了不少技术方案，采用液冷技术与系统解决电池储能系统的温度调控就是技术路线之一。如：国家知识产权局公布的(CN114050352A)专利《一种箱式电源非接触式液冷系统及控制方法》，根据其方案的权利要求书、说明书及说明书附图的内容可知，该方案采用液冷板非接触方式安装在每一个电池包的上方，由电池包进行非接触热交换，再通过液冷板及连接的制冷装置进行调温，完成电池包的温度调节。其方案的缺陷十分明显，主要问题是：
1)液冷板放在电池包上方，电池包与液冷板进行非接触以辐射方式传导的热能交换。并且电池包的多个串联的电池单体是紧排列的结构，其电池包上部与液冷板之间距离有限，以及电池标准箱内部热辐射的热能交换空间受到了极大的限制，会造成整体热交换不一致，而且整体热交换效率不高的缺陷。
2)由于电池包的每个电池单体的温度传感器，通常安装在电池上端极耳连接部位，因此，液冷板放在电池包上方，液冷板的温度直接辐射到温度传感器上，将影响传感器采样的相应精度和时效性，从而影响温度控制系统的有效控制。
3)储能液冷装置的组成，其电机、水泵、控制元件等机电部件比较多，使其运行的可靠性、安全性、在线可维护性，都远远低于电池包本身。现有技术方案中，每个电池包一一对应安装一个液冷板，每一个电池标准箱安装一个制冷装置，大大增加了制冷装置的安装数量，任意一个制冷装置产生相应设备故障时，将影响整个电池簇的正常运行，增加了储能系统整体短板效应的概率。
为了克服现有技术方案的缺陷与不足，本实用新型将采用液冷板条在电池包两侧贴装和制冷装置双机温控热交换，以及电池包液冷板条进出液独立阀控，实现灵活、快速、高效、节能的冷暖双向热能快速交换，科学、系统的统筹设计，以高效的系统架构与部件连接关系，构成系统整体高效热控制的液冷集散控制的电池模块及储能系统，具有高效运行、低成本运维及全寿命投资减少的优势，提电池储能系统的可靠性安全性。
发明内容
为了克服现有技术及方案的缺陷与不足，本实用新型提出一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，第1液冷装置和第2液冷装置分别通过液冷进液主管道、液冷出液主管道，连接多个液冷调温电池模组PACK箱，且通过相邻液冷调温电池模组PACK箱之间正负极串联，并安装在液冷调温电池储能单元系统柜中，构成电池模组PACK组串簇，由电池模组PACK组串簇通过电池簇高压保护电路及直流母线与储能变流器连接，同时连接储能能量管理系统EMS，构成液冷集散控制的电池储能单元系统。
所述一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，所述第1液冷装置、第2液冷装置的内部配置了控制器、制冷机、加热器、风扇、冷液罐及冷液。
所述一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，所述储能能量管理系统EMS通过储能系统控制总线分别连接各液冷调温电池模组PACK箱、电池簇高压保护电路及直流母线、储能变流器、第1液冷装置、第2液冷装置、储能柜消防系统；并且第1液冷装置、第2液冷装置分别与液冷进液主管道、液冷出液主管道连接，且由液冷进液主管道分组电控阀、液冷出液主管道分组电控阀分别接入在第1液冷装置和第2液冷装置之间的液冷进液主管道和液冷出液主管道上；同时第1液冷装置和第2液冷装置通过液冷装置监控线分别连接液冷进液主管道分组电控阀、液冷出液主管道分组电控阀，还分别连接各液冷调温电池模组PACK箱中，电池模组液冷进液管道和电池模组液冷出液管道上的电池模组PACK箱进液管道电控阀和电池模组PACK箱出液管道电控阀，以及连接相应液冷板条进液电控阀和液冷板条出液电控阀，构成电池储能系统的热管理与能量和消防的控制路径及液冷集散式调温控制的电池储能管控系统。
所述一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，所述液冷调温电池模组PACK箱包括：液冷电池模组PACK箱体、电池串联组串包、电池单体、液冷板条、电池监控系统，其特征还在于，由多个电池单体串联构成电池串联组串包，多个所述电池串联组串包串联，且安装在液冷电池模组PACK箱体内，并且每一个电池串联组串包两侧均紧贴安装液冷板条，构成各电池单体通过液冷板条的接触式液冷板条快速热交换结构；同时，电池监控系统连接每一个电池单体，构成实时监测电池单体运行参数的电池管控系统，并通过电池模组PACK通信连接端子与上位储能能量管理系统EMS连接，构成液冷集散控制的电池模块能量管控与电池热管理的信息路径及系统。
所述一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，电池模组PACK箱体正面，安装电池监控系统及电池模组PACK通信连接端子、电池模组PACK正极端子、电池模组PACK负极端子，以及液冷板条进液口和液冷板条出液口。
所述一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，所述液冷板条采用条形液冷板，长宽尺寸满足长度大于等于电池串联组串包的长度，宽度大于电池单体高度的三分之一，小于电池单体高度的三分之二，并依据电池产品规格的产生热量的核心区域参数或实测数据进行精细化配置的修订。
所述一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，分别接入第1液冷装置和第2液冷装置的液冷进液主管道和液冷出液主管道，分别通过电池模组液冷进液电控阀和电池模组液冷出液电控阀，连接各液冷调温电池模组PACK箱中的电池模组PACK箱进液管道和电池模组PACK箱出液管道，以及通过各相应的液冷板条进液电控阀和液冷板条出液电控阀，连接液冷板条进液口和液冷板条出液口，构成液冷集散式控制的热交换与热管理路径及系统。
如图6所示，所述一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，电池簇高压保护电路及直流母线、储能变流器、储能能量管理系统EMS、储能柜消防系统，集中安装在液冷调温电池储能单元系统柜的下部或上部或侧面的相应空间，并满足液冷调温电池模组PACK箱利用柜体高度空间设计与摆放；或者将储能变流器、储能能量管理系统EMS、储能柜消防系统安装在分体的独立设备柜体中。
本实用新型一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，通过多个标准电池储能模组箱，组成标准电池储能柜以及电池储能系统，采用两个液冷装置互补并集中为液冷主管道交换冷液，再通过PACK箱冷液管道及电控阀灵活受控选通电池模组PACK箱及为电池模组PACK箱交换冷液；并采用液冷板条在标准电池储能模组箱中的电池串联组串包两侧贴装，通过电池串联组串包两侧液冷板条独立阀控与制冷装置双机温控进行多层级集散式热交换控制与运行，在电池串联组串包两侧贴装的优化设计中，根据电池单体运行产生热量的中心区域，设计与安装高效热交换区域的液冷板条面积尺寸，不仅增加了热交换的速度及均衡性，还缩短了热量传导距离，实现冷暖双向热能快速交换，并且在液冷板条的冷液进出口安装控制阀，实现电池串联组串包实时在线维护，减少对系统整体运行影响的短板效应，克服了现有技术方案的缺陷与不足；在保障热交换功效与安全的同时，提高了液冷系统的利用率，降低热管理控制系统本身的能耗。
附图说明
图1是一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统与构成及安装布局的原理示意框图。
图2是一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统的控制路径及管控系统连接的原理示意框图。
图3是液冷调温电池模组PACK箱(200)构成及安装布局的原理示意框图(俯视图)。
图4是电池模组PACK箱体(210)及上盖安装布局示意图(正视图)。
图5是液冷调温的电池模组PACK(200)箱的正面布局及安装示意图。
图6是一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统的储能单元系统柜(100)中，在侧面安装电池组串高压保护电路及直流母线(300)、储能变流器(400)、储能能量管理系统EMS(500)、储能柜消防系统(700)的安装布局示意图。
具体实施方式
作为实施例子，结合附图对一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统给予说明，但是，所描述的实施例是本实用新型应用于一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统的一部分实施例，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，都属于本实用新型保护的范围；本实用新型的技术与方案不限于本实施例子给出的内容。
如图1所示，一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，第1液冷装置(601)和第2液冷装置(602)分别通过液冷进液主管道(605)、液冷出液主管道(606)，连接多个液冷调温电池模组PACK箱(200)，且通过相邻液冷调温电池模组PACK箱(200)之间正负极串联，并安装在液冷调温电池储能单元系统柜(100)中，构成电池模组PACK组串簇(101)，由电池模组PACK组串簇(101)通过电池簇高压保护电路及直流母线(300)与储能变流器(400)连接，同时连接储能能量管理系统EMS(500)，构成液冷集散控制的电池储能单元系统。
如图1、2所示，所述一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，所述第1液冷装置(601)、第2液冷装置(602)的内部配置了控制器、制冷机、加热器、风扇、冷液罐及冷液。
如图2、5所示，所述一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，所述储能能量管理系统EMS(500)通过储能系统控制总线(510)分别连接各液冷调温电池模组PACK箱(200)、电池簇高压保护电路及直流母线(300)、储能变流器(400)、第1液冷装置(601)、第2液冷装置(602)、储能柜消防系统(700)；并且第1液冷装置(601)、第2液冷装置(602)分别与液冷进液主管道(605)、液冷出液主管道(606)连接，且由液冷进液主管道分组电控阀(603)、液冷出液主管道分组电控阀(604)分别接入在第1液冷装置(601)和第2液冷装置(602)之间的液冷进液主管道(605)和液冷出液主管道(606)上；同时第1液冷装置(601)和第2液冷装置(602)通过液冷装置监控线(610)分别连接液冷进液主管道分组电控阀(603)、液冷出液主管道分组电控阀(604)，还分别连接各液冷调温电池模组PACK箱(200)中，电池模组液冷进液管道(261)和电池模组液冷出液管道(263)上的电池模组PACK箱进液管道电控阀(262)和电池模组PACK箱出液管道电控阀(264)，以及连接相应液冷板条进液电控阀(266)和液冷板条出液电控阀(265)，构成电池储能系统的热管理与能量和消防的控制路径及液冷集散式调温控制的电池储能管控系统。
如图3所示，所述一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，所述液冷调温电池模组PACK箱(200)包括：液冷电池模组PACK箱体(210)、电池串联组串包(220)、电池单体(221)、液冷板条(230)、电池监控系统(270)，其特征还在于，由多个电池单体(221)串联构成电池串联组串包(220)，多个所述电池串联组串包(220)串联，且安装在液冷电池模组PACK箱体(210)内，并且每一个电池串联组串包(220)两侧均紧贴安装液冷板条(230)，构成各电池单体通过液冷板条(230)的接触式液冷板条快速热交换结构；同时，电池监控系统(270)连接每一个电池单体(221)，构成实时监测电池单体运行参数的电池管控系统，并通过电池模组PACK通信连接端子(271)与上位储能能量管理系统EMS(500)连接，构成液冷集散控制的电池模块能量管控与电池热管理的信息路径及系统。
如图4所示，所述一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，电池模组PACK箱体正面，安装电池监控系统(270)及电池模组PACK通信连接端子(271)、电池模组PACK正极端子(251)、电池模组PACK负极端子(253)，以及液冷板条进液口(250)和液冷板条出液口(240)。
如图4所示，所述一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，所述液冷板条(230)满足长度大于等于电池串联组串包(220)的长度，宽度大于电池单体高度的三分之一，小于电池单体高度的三分之二，并依据电池产品规格的产生热量的核心区域参数或实测数据进行精细化配置的修订。
如图5所示，所述一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，分别接入第1液冷装置(601)和第2液冷装置(602)的液冷进液主管道(605)和液冷出液主管道(606)，分别通过电池模组液冷进液电控阀(262)和电池模组液冷出液电控阀(264)，连接各液冷调温电池模组PACK箱(200)中的电池模组PACK箱进液管道(263)和电池模组PACK箱出液管道(261)，以及通过各相应的液冷板条进液电控阀(266)和液冷板条出液电控阀(265)，连接液冷板条进液口(250)和液冷板条出液口(240)，构成液冷集散式控制的热交换与热管理路径及系统。
如图6所示，所述一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，电池簇高压保护电路及直流母线(300)、储能变流器(400)、储能能量管理系统EMS(500)、储能柜消防系统(700)，集中安装在液冷调温电池储能单元系统柜(100)的下部或上部或侧面的相应空间，并满足液冷调温电池模组PACK箱(200)利用柜体高度空间设计与摆放；或者将储能变流器(400)、储能能量管理系统EMS(500)、储能柜消防系统(700)安装在分体的独立设备柜体中。
本实用新型一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，通过多个标准电池储能模组箱，组成标准电池储能柜以及电池储能系统，采用两个液冷装置互补并集中为液冷主管道交换冷液，再通过PACK箱冷液管道及电控阀灵活受控选通电池模组PACK箱及为电池模组PACK箱交换冷液；并采用液冷板条在标准电池储能模组箱中的电池串联组串包两侧贴装，根据电池单体运行产生热量的中心区域，设计与安装高效热交换区域的液冷板条面积尺寸，缩短了热量传导距离，实现冷暖双向热能快速交换，实现电池串联组串包实时在线维护，减少对系统运行影响的短板效应，克服了现有技术的缺陷与不足；在保障热交换功效与安全的同时，提高了液冷系统的利用率，降低了热管理本身的能耗。
以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。对本领域普通技术人员而言，根据本实用新型的技术方案，设计出各种变形的布局、组配、公式、参数并不需要花费创造性劳动，在不脱离本实用新型的原理和构思架构情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，第1液冷装置和第2液冷装置分别通过液冷进液主管道、液冷出液主管道，连接多个液冷调温电池模组PACK箱，且通过相邻液冷调温电池模组PACK箱之间正负极串联，并安装在液冷调温电池储能单元系统柜中，构成电池模组PACK组串簇，由电池模组PACK组串簇通过电池簇高压保护电路及直流母线与储能变流器连接，同时连接储能能量管理系统EMS，构成液冷集散控制的电池储能单元系统。
2.根据权利要求1所述一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，所述第1液冷装置、第2液冷装置的内部配置了控制器、制冷机、加热器、风扇、冷液罐及冷液。
3.根据权利要求1所述一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，所述储能能量管理系统EMS通过储能系统控制总线分别连接各液冷调温电池模组PACK箱、电池簇高压保护电路及直流母线、储能变流器、第1液冷装置、第2液冷装置、储能柜消防系统；并且第1液冷装置、第2冷装置分别与液冷进液主管道、液冷出液主管道连接，且由液冷进液主管道分组电控阀、液冷出液主管道分组电控阀分别接入在第1液冷装置和第2液冷装置之间的液冷进液主管道和液冷出液主管道上；同时第1液冷装置和第2液冷装置通过液冷装置监控线分别连接液冷进液主管道分组电控阀、液冷出液主管道分组电控阀，还分别连接各液冷调温电池模组PACK箱中，电池模组液冷进液管道和电池模组液冷出液管道上的电池模组PACK箱进液管道电控阀和电池模组PACK箱出液管道电控阀，以及连接相应液冷板条进液电控阀和液冷板条出液电控阀，构成电池储能系统的热管理与能量和消防的控制路径及液冷集散式调温控制的电池储能管控系统。
4.根据权利要求1所述一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，电池簇高压保护电路及直流母线、储能变流器、储能能量管理系统EMS、储能柜消防系统，集中安装在液冷调温电池储能单元系统柜的下部或上部或侧面的相应空间，并满足液冷调温电池模组PACK箱利用柜体高度空间设计与摆放；或者将储能变流器、储能能量管理系统EMS、储能柜消防系统安装在分体的独立设备柜体中。
5.根据权利要求1所述一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，所述液冷调温电池模组PACK箱包括：液冷电池模组PACK箱体、电池串联组串包、电池单体、液冷板条、电池监控系统，其特征还在于，由多个电池单体串联构成电池串联组串包，多个所述电池串联组串包串联，且安装在液冷电池模组PACK箱体内，并且每一个电池串联组串包两侧均紧贴安装液冷板条，构成各电池单体通过液冷板条的接触式液冷板条快速热交换结构；同时，电池监控系统连接每一个电池单体，构成实时监测电池单体运行参数的电池管控系统，并通过电池模组PACK通信连接端子与上位储能能量管理系统EMS连接，构成液冷集散控制的电池模块能量管控与电池热管理的信息路径及系统。
6.根据权利要求1所述一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，电池模组PACK箱体正面，安装电池监控系统及电池模组PACK通信连接端子、电池模组PACK正极端子、电池模组PACK负极端子，以及液冷板条进液口和液冷板条出液口。
7.根据权利要求5所述一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，所述液冷板条采用条形液冷板，长宽尺寸满足长度大于等于电池串联组串包的长度，宽度大于电池单体高度的三分之一，小于电池单体高度的三分之二。
8.根据权利要求3所述一种基于液冷集散控制的电池模块及储能系统，其特征在于，分别接入第1液冷装置和第2液冷装置的液冷进液主管道和液冷出液主管道，分别通过电池模组液冷进液电控阀和电池模组液冷出液电控阀，连接各液冷调温电池模组PACK箱中的电池模组PACK箱进液管道和电池模组PACK箱出液管道，以及通过各相应的液冷板条进液电控阀和液冷板条出液电控阀，连接液冷板条进液口和液冷板条出液口，构成液冷集散式控制的热交换与热管理路径及系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20231123 Address after: No. 512 Tangjiahu Avenue, Pingwang Town, Wujiang District, Suzhou City, Jiangsu Province, China Patentee after: Suzhou New Energy Technology Co.,Ltd. Address before: Room 301, No. 2 North Building, No. 8 Nanhun Road, Chaoyang District, Beijing 100102 Patentee before: Zhou Xiwei |
|
| TR01 | Transfer of patent right |