CN218998577U - 一种数字能量交换和控制单元装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种数字能量交换和控制单元装置，包括数字能量控制单元和至少一个数字能量交换单元，所述数字能量控制单元、数字能量交换单元堆叠设置，所述数字能量交换单元与数字能量控制单元之间通过加固件连接，和/或所述数字能量交换单元与相邻近的数字能量交换单元之间通过加固件连接；本实用新型通过设置数字能量控制单元、数字能量交换单元，并利用加固件实现各个硬件单元的装配固定，采用模块化的设计理念，可实现现网锂电池模组数字化改造，能够根据不同的应用场景，来对数字能量交换和控制单元装置进行组合搭配，不仅使得所述装置体积小巧，结构紧凑，装配牢靠，而且所述装置对外连输入、输出、采样连接清楚，安全便捷。

Description

一种数字能量交换和控制单元装置

技术领域

本实用新型涉及一种数字能量交换和控制单元装置。

背景技术

随着5G、新基建的建设以及国家双碳目标的提出，以新能源为主体的新型供电系统将成为ICT系统的供电来源，而新能源发电存在不确定性、随机性等问题，不能可靠稳定为ICT系统供电，为提升新能源在ICT供电系统中的应用比例以及实现模拟供电系统的数字化、智慧化改造，亟需开展能量流和信息流的时空细粒度的器件级耦合核心技术攻关。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是克服现有技术的缺点，提出一种数字能量交换和控制单元装置，数字能量交换和控制单元装置是一种新型大功率数字能量处理与计算装置，两个硬件可构建数字能量交换系统，从而将光伏、储能等串并结构形成的能量系统进行在线的动态重组、融合，使其形成一个本质安全、高可用率、高效率的数字能量系统。所述装置支持智能管理充放电，保障安全使用；支持智能混用新旧电池，按需灵活配置；支持动态调节备电容量，提升利用价值；对数字能量块电池模组的高可靠性和精细化管控，可确保电池模组的安全、可靠。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种数字能量交换和控制单元装置，包括数字能量控制单元和至少一个数字能量交换单元，所述数字能量控制单元、数字能量交换单元堆叠设置，所述数字能量交换单元与数字能量控制单元之间通过加固件连接，和/或所述数字能量交换单元与相邻近的数字能量交换单元之间通过加固件连接。

进一步的，所述加固件的一端与数字能量交换单元连接，所述加固件的另一端与数字能量控制单元连接，或者所述加固件的另一端与另一个数字能量交换单元连接。

进一步的，所述数字能量交换单元包括第一壳体、输入/输出端子、数字能量网卡，所述数字能量网卡设置在第一壳体内，所述输入/输出端子被设置在第一壳体的侧壁。

进一步的，所述数字能量交换单元内设置至少一个数字能量网卡，所述第一壳体内设置至少一个供数字能量网卡安装的安装位，所述数字能量网卡与安装位连接。

进一步的，所述数字能量交换单元包括正极铜排，多个数字能量网卡之间通过正极铜排进行串联和/或并联。

进一步的，所述数字能量交换单元包括上盖，所述上盖以能够拆卸的方式与第一壳体连接。

进一步的，所述数字能量控制单元包括第二壳体、数字能量交换电路板、数字能量控制电路板、功能转接电路板，所述第二壳体内设置数字能量交换电路板、数字能量控制电路板，所述第二壳体的侧壁设置功能转接电路板。

进一步的，所述数字能量交换电路板设置显示屏，所述数字能量控制单元的前面板设置LED能量指示灯。

进一步的，所述数字能量控制单元包括顶盖，所述顶盖以能够拆卸的方式与第二壳体连接。

进一步的，所述数字能量交换单元的侧壁、所述数字能量控制单元的侧壁均设置散热孔。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种数字能量交换和控制单元装置具有以下优势：

本实用新型所述的一种数字能量交换和控制单元装置，通过设置数字能量控制单元、数字能量交换单元，并利用加固件实现各个硬件单元的装配固定，采用模块化的设计理念，可实现现网锂电池模组数字化改造，能够根据不同的应用场景，来对数字能量交换和控制单元装置进行组合搭配，不仅使得所述装置体积小巧，结构紧凑，装配牢靠，而且所述装置对外连输入、输出、采样连接清楚，安全便捷。同时，所述装置体积小巧，高度集成，可灵活布置于5G基站、数字中心机房及储能预制舱中，装置安装维护方便。

同时，本申请采用模块化设计，所述装置具有良好的散热设计和紧凑的结构，经济的设计方式，大大减少了产品的成本。所述装置的数字能量箱部件全部采用U标高设计，能够应用于多种场景。

本申请可以直接应用于现网中(如48V电源系统)备用电池组改造场景，避免多个电池模组间环流，提升电池组循环寿命及应用安全，实现电池模组新旧混用，最大化电池使用价值。本申请也可以直接应用于新型备储一体化数字能量电池系统，将数字能量交换单元、数字能量控制单元这两组硬件单元集成到磷酸铁锂电池模组/单元内，可开发出多类型的数字能量电池系统，实现电池系统的数字化、智能化，提升安全性及全生命周期经济价值。

此外，在本申请提出的装置结构、应用基础上，通过产业化构建大规模数字能量基础设施，可使得ICT系统能源基础设施全生命周期CAPEX和OPEX分别下降20％和10％。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的一种数字能量交换和控制单元装置的三视图；

图2为本实用新型实施例所述的一种数字能量交换和控制单元装置的轴测图；

图3为本实用新型实施例所述的一种数字能量交换和控制单元装置中数字能量交换单元的结构示意图；

图4为本实用新型实施例所述的一种数字能量交换和控制单元装置中数字能量控制单元的结构示意图。

附图标记说明：

1、数字能量交换单元；11、第一壳体；12、输入/输出端子；13、数字能量网卡；14、正极铜排；15、上盖；2、数字能量控制单元；21、第二壳体；22、数字能量交换电路板；23、数字能量控制电路板；24、功能转接电路板；25、顶盖；3、加固件。

具体实施方式

下文将使用本领域技术人员向本领域的其它技术人员传达他们工作的实质所通常使用的术语来描述本公开的实用新型概念。然而，这些实用新型概念可体现为许多不同的形式，因而不应视为限于本文中所述的实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本实施例提出一种数字能量交换和控制单元装置，如附图1-4所示，所述装置包括数字能量控制单元2和至少一个数字能量交换单元1，所述数字能量控制单元2、数字能量交换单元1堆叠设置，所述数字能量交换单元1与数字能量控制单元2之间通过加固件3连接，和/或所述数字能量交换单元1与相邻近的数字能量交换单元1之间通过加固件3连接。

从而本申请通过设置数字能量控制单元2、数字能量交换单元1，并利用加固件3实现各个硬件单元的装配固定，采用模块化的设计理念，可实现现网锂电池模组数字化改造，能够根据不同的应用场景，来对数字能量交换和控制单元装置进行组合搭配，不仅使得所述装置体积小巧，结构紧凑，装配牢靠，而且所述装置对外连输入、输出、采样连接清楚，安全便捷。同时，所述装置体积小巧，高度集成，可灵活布置于5G基站、数字中心机房及储能预制舱中，装置安装维护方便。

其中，本申请优选为设置一个数字能量控制单元2、两个数字能量交换单元1，将这三个硬件单元自下至上堆叠设置，任意相邻的两个硬件单元之间通过加固件3进行连接，使得加固件3的一端与数字能量交换单元1连接，另一端与数字能量控制单元2或另一个数字能量交换单元1连接，从而有利于提高各个硬件单元之间的装配牢靠性，使得整个装置结构布置紧凑。优选的，所述数字能量交换单元1采用2U高度设计，所述数字能量控制单元2采用1U高度设计，可采用19英寸标准机柜机架式安装，如安装于19英寸标准通讯机柜、电力机柜中。

所述数字能量交换单元1包括第一壳体11、输入/输出端子12、数字能量网卡13，所述数字能量网卡13设置在第一壳体11内，所述输入/输出端子12被设置在第一壳体11的侧壁。其中，所述第一壳体11设计简单，一体钣金折弯设计，加工简单，装配方便。所述输入/输出端子12采用直进直出的连接方式，方便接线和维护。所述数字能量网卡13可以称为能够进行能量数字化处理的能量网卡，具体可以参考相关现有技术或申请人的早期专利，不做赘述。

此外，所述数字能量交换单元1的外壁可以设置把手，数字能量交换单元1的前端面设置快插接口端子，用于的进行数字能量电池模组接入、接出和采样，便于插拔，安装维护方便。所述数字能量交换单元1是能量单元的高速控制和数据采集设备，用于响应数字能量控制单元2的指令控制；数字能量交换单元1也是能量功率连路的桥接单元，可以对其管理的能源模块(光伏、储能等)进行功率流管控。

所述数字能量交换单元1内设置至少一个数字能量网卡13，相应的，所述第一壳体11内设置至少一个供数字能量网卡13安装的安装位，安装位与数字能量网卡13逐一对应，所述数字能量网卡13与安装位连接，使得数字能量网卡13能够较为牢靠地被固定在第一壳体11内。优选的，本申请在第一壳体11内设置六个数字能量网卡13的安装位。从而数字能量交换单元1通过设置多路数字能量网卡13以及相应的安装位，并通过调节各个数字能量网卡13之间的串、并联关系，来满足不同电源系统的供电需求，使得数字能量网卡13能够进行灵活配置，快速重构结构，也能够满足不同场景的改造需求。

在所述数字能量交换单元1中，数字能量网卡13、输入/输出端子12、第一壳体11一体设计，形成可替换、可插拔、可混用的基本能量交换单元，并具有管控能力，可实现该模块内电池PACK的电压电流采集、SOC计算、温度采集、开关控制、故障隔离、充放电管理、过流短路保护等功能。同时，所述数字能量交换单元1中，数字能量块模块化设计，PACK电池模组支持智能混用新旧电池，支持动态调节备电容量，提升利用价值。

所述数字能量交换单元1包括正极铜排14，多个数字能量网卡13通过正极铜排14进行逐个串联和/或并联，从而使得多个数字能量网卡13进行串联、并联，一方面能够根据实际应用需求来进行灵活调节输出，另一方面实现了由电池模组构成的数字能量交换系统，并能够将数字能量交换系统接入大功率新型储能系统。其中，正极铜排14为分体结构，包括搭接铜排与短接铜排，加工方便成本经济，可以根据数字能量网卡13的实际设置数量、设置位置等情况，来调节两种铜排的使用，提高了生产装配的便捷程度。

所述数字能量交换单元1包括上盖15，所述上盖15以能够拆卸的方式与第一壳体11连接，使得上盖15、第一壳体11之间能够形成一个相对密闭的空间，以便于数字能量网卡13的设置，避免外界异物对数字能量网卡13造成干扰。所述第一壳体11的侧壁设置散热孔，至少采用自然散热方式，将数字能量交换单元1内部的温升控制在理想范围，确保了相关部件、硬件单元的可靠运行。

所述数字能量控制单元2包括第二壳体21、数字能量交换电路板22、数字能量控制电路板23、功能转接电路板24，所述第二壳体21内设置数字能量交换电路板22、数字能量控制电路板23，用于执行数字能量交换、数字能量控制等动作；所述第二壳体21的侧壁设置功能转接电路板24。所述数字能量控制单元2负责设备层能量单元的数据采集、判断、转发等，执行对能量单元的串、并联拓扑结构的在线动态重构，并执行对能量单元的过压、过温、过充、过放以及其他异常的探测和保护。此外，所述数字能量控制单元2是数字能量交换系统的整体能量调度、高级策略执行以及通讯管理的综合管控单元。

所述数字能量控制单元2的前面板无螺钉设计，外形美观。所述数字能量控制单元2中的所有人机交互界面均设置在硬件单元的正面，方便使用维护。此外，所述数字能量交换电路板22设置显示屏，方便操作人员进行信息读取与查看；所述数字能量控制单元2的前面板设置LED能量指示灯，用于显示储能单元充放电状态。

所述数字能量控制单元2包括顶盖25，所述顶盖25以能够拆卸的方式与第二壳体21连接，使得第二壳体21、顶盖25之间能够形成一个相对密闭的空间，以便于数字能量交换电路板22、数字能量控制电路板23的设置，避免外界异物对其造成干扰。所述第二壳体21的侧壁设置散热孔，例如蜂窝孔，至少采用自然散热方式，将数字能量控制单元2内部的温升控制在理想范围，确保了相关部件、硬件单元的可靠运行。

从而本申请的数字能量交换和控制单元装置通过上下盖结构设计，布置有主控电路板，负责数字能量块、能量单元的设备控制；执行对能量单元的串并联拓扑结构的在线动态重构；并执行对能量单元的过压、过温、过充、过放以及其它异常形况的探测和保护动作。结构设计采用最经济方式-自然散热的，将装置的温升控制在理想范围，保证了装置可靠运行。

同时，本申请采用模块化设计，所述装置具有良好的散热设计和紧凑的结构，经济的设计方式，大大减少了产品的成本。所述装置的数字能量箱部件全部采用U标高设计，能够应用于多种场景。

本申请可以直接应用于现网中(如48V电源系统)备用电池组改造场景，避免多个电池模组间环流，提升电池组循环寿命及应用安全，实现电池模组新旧混用，最大化电池使用价值。本申请也可以直接应用于新型备储一体化数字能量电池系统，将数字能量交换单元1、数字能量控制单元2这两组硬件单元集成到磷酸铁锂电池模组/单元内，可开发出多类型的数字能量电池系统，实现电池系统的数字化、智能化，提升安全性及全生命周期经济价值。

此外，在本申请提出的装置结构、应用基础上，通过产业化构建大规模数字能量基础设施，可使得ICT系统能源基础设施全生命周期CAPEX和OPEX分别下降20％和10％。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数字能量交换和控制单元装置，其特征在于，所述数字能量交换和控制单元装置包括数字能量控制单元(2)和至少一个数字能量交换单元(1)，所述数字能量控制单元(2)、数字能量交换单元(1)堆叠设置，所述数字能量交换单元(1)与数字能量控制单元(2)之间通过加固件(3)连接，和/或所述数字能量交换单元(1)与相邻近的数字能量交换单元(1)之间通过加固件(3)连接。

2.根据权利要求1所述的一种数字能量交换和控制单元装置，其特征在于，所述加固件(3)的一端与数字能量交换单元(1)连接，所述加固件(3)的另一端与数字能量控制单元(2)连接，或者所述加固件(3)的另一端与另一个数字能量交换单元(1)连接。

3.根据权利要求1所述的一种数字能量交换和控制单元装置，其特征在于，所述数字能量交换单元(1)包括第一壳体(11)、输入/输出端子(12)、数字能量网卡(13)，所述数字能量网卡(13)设置在第一壳体(11)内，所述输入/输出端子(12)被设置在第一壳体(11)的侧壁。

4.根据权利要求3所述的一种数字能量交换和控制单元装置，其特征在于，所述数字能量交换单元(1)内设置至少一个数字能量网卡(13)，所述第一壳体(11)内设置至少一个供数字能量网卡(13)安装的安装位，所述数字能量网卡(13)与安装位连接。

5.根据权利要求4所述的一种数字能量交换和控制单元装置，其特征在于，所述数字能量交换单元(1)包括正极铜排(14)，多个数字能量网卡(13)之间通过正极铜排(14)进行串联和/或并联。

6.根据权利要求3所述的一种数字能量交换和控制单元装置，其特征在于，所述数字能量交换单元(1)包括上盖(15)，所述上盖(15)以能够拆卸的方式与第一壳体(11)连接。

7.根据权利要求1所述的一种数字能量交换和控制单元装置，其特征在于，所述数字能量控制单元(2)包括第二壳体(21)、数字能量交换电路板(22)、数字能量控制电路板(23)、功能转接电路板(24)，所述第二壳体(21)内设置数字能量交换电路板(22)、数字能量控制电路板(23)，所述第二壳体(21)的侧壁设置功能转接电路板(24)。

8.根据权利要求7所述的一种数字能量交换和控制单元装置，其特征在于，所述数字能量交换电路板(22)设置显示屏，所述数字能量控制单元(2)的前面板设置LED能量指示灯。

9.根据权利要求7所述的一种数字能量交换和控制单元装置，其特征在于，所述数字能量控制单元(2)包括顶盖(25)，所述顶盖(25)以能够拆卸的方式与第二壳体(21)连接。

10.根据权利要求1所述的一种数字能量交换和控制单元装置，其特征在于，所述数字能量交换单元(1)的侧壁、所述数字能量控制单元(2)的侧壁均设置散热孔。

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