CN217468548U - 一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，采用热管技术路线，利用高效温度传导与交换的热管元件与成熟可靠的散热翅片与空调装置配合，以及优化设计并采取在热管调温的电池模组PACK中，每个电池单体串联构成的电池串联组串包两侧紧贴安装热管元件，大大缩短了热量传导距离，不仅降低了调温的能耗，还实现了冷暖双向热能快速交换，克服了技术方案的缺陷与不足；并且在保障热交换功效的同时，根据电池单体运行工作及产生热量的中心区域，设计与安装高效热交换区域的热管面积尺寸，提高热管利用率，降低温度控制系统的整体投资。
Description
技术领域
本实用新型属于电池储能技术领域，具体涉及一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统。
背景技术
新型电力系统中大规模新能源电力的应用，需要电网能够具有平抑电力波动的能力，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，特别是，电化学储能是目前发展最快、应用最广的储能技术之一。
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，主要表现在电池的一致性和温度特性的运行控制。即控制电池一致性上的困难及运行过程中的温度差异加大电池之间不一致性，使得电池储能系统的安全性受到进一步的挑战。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要求，提升电池储能系统的安全性。
为了实现电池储能系统运行过程中满足电池温度一致性要求，提升电池储能系统的安全和运行效率，业界需要解决的主要问题为：
1)对电池单体实时监测，温度异常时快速控制，防止产生电池损伤及扩大故障风险；
2)控制电池模组运行温度满足电池运行温度范围的要求，避免造成电池损伤及故障；
3)控制电池组串及电池模组中电池单体之间的温度一致性，降低短板效应及电池损伤；
4)提高温控系统的调温效率，简化温控系统运行机制，降低温控系统的维护成本，减少温控系统投资。
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，以及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(CN114171822A)专利申请《基于液冷板散热的锂离子电池储能系统》，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，该方案采用液冷板安装在电池包和电池模组PACK的底部，将电池运行时产生的多余热量从电池底部传导至散热翅片，再通过液冷板及连接的液冷机为散热翅片进行降温，完成电池模组的散热。其方案的缺陷非常明显，主要表现在：
1)电池运行产生热量的中心，在电池上端极耳处并逐渐向电池底部传导，该方案将用于散热的散热翅片安装在电池底部，需要借助于电池内部的热传导，明显降低了散热的时效性；
2)采用液冷制冷及液冷的管泵循环系统设施，降低了储能系统的整体可靠性和安全性，并且增加运行维护的难度和系统全寿命投资成本；
3)众所周知，电池储能系统需要满足电池停滞与运行的温度范围的要求，即：温度高于要求范围时，需要降温；温度低于要求的范围时，需要加温；该方案在需要加温时，只能通过电池底部加温，难以实现电池单体整体快速加温的效果。
发明内容
为了克服现有技术方案的缺陷与不足，本实用新型将采用热管技术路线，利用高效温度传导与交换的热管元件与成熟可靠的空调装置配合，实现冷暖双向热能快速交换，并且科学设计高效的系统架构与部件连接关系，构成系统简捷高效、降低运维成本及全寿命投资成本，提高系统效率与安全性。本实用新型具体方案为：一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，多个热管调温的电池模组PACK，通过相邻热管调温的电池模组PACK之间正负极串联，并安装在储能单元系统柜中，构成电池模组PACK组串簇，由电池模组PACK 组串簇通过电池组串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，构成热管调温的电池储能单元系统。
所述一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，所述储能能量管理系统EMS通过系统控制总线分别连接各热管调温的电池模组PACK、电池组串高压保护电路及直流母线、储能变流器、储能单元系统柜空调系统、储能柜消防系统，同时储能柜消防系统分别通过消防控制通信线和消防液主输送管道连接各热管调温的电池模组PACK，构成电池储能系统的能量、消防和热管理控制路径及热管调温的电池储能管控系统。
所述一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，所述热管调温的电池模组PACK包括：电池模组PACK箱体、电池串联组串包、电池单体、热管元件、散热翅片、电池模组PACK箱体面板、电池模组PACK通信连接端子、电池监控系统，其特征是，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，并安装在电池模组PACK箱体内，并且每一个电池串联组串包两侧均紧贴安装热管元件，每一个热管元件超出电池串联组串包的一端紧贴安装散热翅片，构成各电池单体通过热管元件与散热翅片快速热交换结构；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，构成电池储能系统能量管理与电池热管理的信息路径及管控系统。
所述一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，电池模组PACK箱体面板上，安装电池模组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，并且通过电池模组PACK箱体面板左支撑柱和电池模组PACK箱体面板右支撑柱，连接并固定在电池模组PACK箱体上。
所述一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，电池模组PACK箱体面板通过电池模组PACK箱体面板左支撑柱和电池模组PACK箱体面板右支撑柱，连接并固定在电池模组PACK箱体，并且电池模组PACK箱体面板安装形成与垂直面具体相对应的倾角，构成储能单元系统柜空调系统调温气流的导流机构，并与储能单元系统柜空调系统的出风口及电池模组PACK箱体面板的位置相匹配。
所述一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，储能单元系统柜空调系统安装在储能单元系统柜的前门上，便于储能单元系统柜两侧以及背对背进行拼接，构成集约型多个储能单元系统柜集成为大规模电池储能系统；并且储能单元系统柜的内部隔层设置冷暖风流通口，构成储能单元系统柜空调系统调节柜体内部温度的通道。
所述一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，储能柜消防系统的消防液输送管，分别连接各电池模组PACK箱体中具有控制阀的消防液输送管，构成各电池模组PACK箱体独立受控灭火的路径及消防系统。
所述一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，电池组串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，集中安装在储能单元系统柜的下部或上部或侧面的相应空间，并满足热管调温的电池模组PACK利用柜体高度空间摆放。
本实用新型一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，采用热管技术路线，利用高效温度传导与交换的热管元件与成熟可靠的散热翅片与空调装置配合，以及优化设计并采取在热管调温的电池模组PACK中，每个电池单体串联构成的电池串联组串包两侧紧贴安装热管元件，大大缩短了热量传导距离，不仅降低了调温的能耗，还实现了冷暖双向热能快速交换，克服了技术方案的缺陷与不足；并且在保障热交换功效的同时，根据电池单体运行工作及产生热量的中心区域，设计与安装高效热交换区域的热管面积尺寸，提高热管利用率，降低温度控制系统的整体投资。
附图说明
图1是一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统与构成及安装布局的原理示意框图。
图2是一种基于热管调温的电池模块构成的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是热管调温的电池模组PACK(200)构成及安装布局的原理示意框图。
图4是电池模组PACK箱体(210)及上盖安装布局示意图。
图5是热管调温的电池模组PACK(200)的电池模组PACK箱体面板(250) 安装示意图。
图6是储能单元系统柜(100)的储能单元系统柜空调系统(500)安装布局示意图。
图7是一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统的储能单元系统柜 (100)中，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(600)、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热管调温的电池模块构成的储能系统给予说明，但是，所描述的实施例是本实用新型应用于一种基于热管调温的电池模块构成的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，一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，多个热管调温的电池模组PACK(200)，通过相邻热管调温的电池模组PACK (200)之间正负极串联，并安装在储能单元系统柜(100)中，构成电池模组 PACK组串簇，由电池模组PACK组串簇通过电池组串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(600)，构成热管调温的电池储能单元系统。
如图2所示，一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，其特征在于，所述储能能量管理系统EMS(600)通过系统控制总线(610) 分别连接各热管调温的电池模组PACK(200)、电池组串高压保护电路及直流母线(300)、储能变流器(400)、储能单元系统柜空调系统(500)、储能柜消防系统(700)，同时储能柜消防系统(700)分别通过消防控制通信线(710)和消防液主输送管道(720)连接各热管调温的电池模组PACK(200)，构成电池储能系统的能量、消防和热管理控制路径及热管调温的电池储能管控系统。
如图3所示，一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，所述热管调温的电池模组PACK(200)包括：电池模组PACK箱体(210)、电池串联组串包(220)、电池单体(221)、热管元件(230)、散热翅片(240)、电池模组PACK箱体面板(250)、电池模组PACK通信连接端子(251)、电池模组PACK正极端子(252)、电池模组PACK负极端子(253)、电池模组PACK箱体面板左支撑柱(261)、电池模组PACK箱体面板右支撑柱(262)、电池监控系统(270)，其特征是，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，并安装在电池模组PACK箱体(210)内，并且每一个电池串联组串包(220)两侧均紧贴安装热管元件(230)，每一个热管元件(230)超出电池串联组串包(220)的一端紧贴安装散热翅片(240)，构成各电池单体通过热管元件(230)与散热翅片(240)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(251)与上位储能能量管理系统EMS(600)连接，构成电池储能系统能量管理与电池热管理的信息路径及管控系统。
如图3、图4所示，一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，电池模组PACK箱体面板(250)上，安装电池模组PACK通信连接端子(251)、电池模组PACK正极端子(252)、电池模组PACK负极端子(253)，并且通过电池模组PACK箱体面板左支撑柱(261)和电池模组PACK箱体面板右支撑柱(262)，连接并固定在电池模组PACK箱体(210)上。
如图3、图5所示，一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，电池模组PACK箱体面板(250)通过电池模组PACK箱体面板左支撑柱(261)和电池模组PACK箱体面板右支撑柱(262)，连接并固定在电池模组 PACK箱体(210)，并且电池模组PACK箱体面板(250)安装形成与垂直面具体相对应的倾角，构成储能单元系统柜空调系统(500)调温气流的导流机构，并与储能单元系统柜空调系统(500)的出风口及电池模组PACK箱体面板(250) 的位置相匹配。
如图6所示，一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，储能单元系统柜空调系统(500)安装在储能单元系统柜(100)的前门上，便于储能单元系统柜(100)两侧以及背对背进行拼接，构成集约型多个储能单元系统柜(100)集成为大规模电池储能系统；并且储能单元系统柜(100)的内部隔层设置冷暖风流通口，构成储能单元系统柜空调系统(500)调节柜体内部温度的通道。
如图2、图3所示，一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，储能柜消防系统(700)的消防液输送管，分别连接各电池模组PACK 箱体(210)中具有控制阀的消防液输送管(254)，构成各电池模组PACK箱体 (210)独立受控灭火的路径及消防系统。
如图1、图7所示，一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，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(600)、储能柜消防系统(700)，集中安装在储能单元系统柜(100)的下部或上部或侧面的相应空间，并满足热管调温的电池模组PACK (200)利用柜体高度空间摆放。
本实用新型一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，采用热管技术路线，利用高效温度传导与交换的热管元件与成熟可靠的散热翅片与空调装置配合，以及优化设计并采取在热管调温的电池模组PACK(200)中，每个电池单体(221)串联构成的电池串联组串包(220)两侧紧贴安装热管元件(230)，大大缩短了热量传导距离，实现冷暖双向热能快速交换，克服了技术方案的缺陷与不足；并且在保障热交换功效的同时，根据电池单体运行工作及产生热量的中心区域，设计与安装高效热交换区域的热管面积尺寸，提高热管利用率，降低温度控制系统的整体投资。
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)
1.一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，多个热管调温的电池模组PACK，通过相邻热管调温的电池模组PACK之间正负极串联，并安装在储能单元系统柜中，构成电池模组PACK组串簇，由电池模组PACK组串簇通过电池组串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，构成热管调温的电池储能单元系统。
2.根据权利要求1所述一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，所述储能能量管理系统EMS通过系统控制总线分别连接各热管调温的电池模组PACK、电池组串高压保护电路及直流母线、储能变流器、储能单元系统柜空调系统、储能柜消防系统，同时储能柜消防系统分别通过消防控制通信线和消防液主输送管道连接各热管调温的电池模组PACK，构成电池储能系统的能量、消防和热管理控制路径及热管调温的电池储能管控系统。
3.根据权利要求1所述一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，所述热管调温的电池模组PACK包括：电池模组PACK箱体、电池串联组串包、电池单体、热管元件、散热翅片、电池模组PACK箱体面板、电池模组PACK通信连接端子、电池监控系统，其特征是，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，并安装在电池模组PACK箱体内，并且每一个电池串联组串包两侧均紧贴安装热管元件，每一个热管元件超出电池串联组串包的一端紧贴安装散热翅片，构成各电池单体通过热管元件与散热翅片快速热交换结构；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，构成电池储能系统能量管理与电池热管理的信息路径及管控系统。
4.根据权利要求1或3所述一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，电池模组PACK箱体面板上，安装电池模组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，并且通过电池模组PACK箱体面板左支撑柱和电池模组PACK箱体面板右支撑柱，连接并固定在电池模组PACK箱体上。
5.根据权利要求1或3所述一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，电池模组PACK箱体面板通过电池模组PACK箱体面板左支撑柱和电池模组PACK箱体面板右支撑柱，连接并固定在电池模组PACK箱体，并且电池模组PACK箱体面板安装形成与垂直面具体相对应的倾角，构成储能单元系统柜空调系统调温气流的导流机构，并与储能单元系统柜空调系统的出风口及电池模组PACK箱体面板的位置相匹配。
6.根据权利要求2所述一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，储能单元系统柜空调系统安装在储能单元系统柜的前门上，便于储能单元系统柜两侧以及背对背进行拼接，构成集约型多个储能单元系统柜集成为大规模电池储能系统；并且储能单元系统柜的内部隔层设置冷暖风流通口，构成储能单元系统柜空调系统调节柜体内部温度的通道。
7.根据权利要求2所述一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，储能柜消防系统的消防液输送管，分别连接各电池模组PACK箱体中具有控制阀的消防液输送管，构成各电池模组PACK箱体独立受控灭火的路径及消防系统。
8.根据权利要求1或2、或3所述一种基于热管调温的电池模块构成的储能系统，其特征在于，电池组串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，集中安装在储能单元系统柜的下部或上部或侧面的相应空间，并满足热管调温的电池模组PACK利用柜体高度空间摆放。
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