TWI842193B

TWI842193B - 儲能設備

Info

Publication number: TWI842193B
Application number: TW111143227A
Authority: TW
Inventors: 楊健明
Original assignee: 台泥儲能科技股份有限公司
Filing date: 2022-11-11
Publication date: 2024-05-11

Abstract

本發明之一實施例係關於一種儲能設備。該儲能設備包括一第一儲能櫃及一偵測裝置。該第一儲能櫃具有一容置空間用於容置一或多個電池系統。該偵測裝置經組態以在偵測到該第一儲能櫃中之該一或多個電池系統之一者的溫度大於一臨界值時，將該第一儲能櫃之電能轉移至該第一儲能櫃外。

Description

儲能設備

本發明係關於一種儲能設備。

隨著環保意識提高及能源技術發展，鋰離子電池因環保及優越的性能，而被廣泛應用於大型儲能設備中。此種大型儲能設備通常能量密度高且結構緊湊，一旦其中一部分的電池起火，火勢可能因為鋰離子電池自身的化學反應放熱而加劇並向其他的電池延燒。因此，此種大型儲能設備難以透過消防系统控制火勢，而有嚴重的安全隱憂。

參照圖1，圖1所示為根據本發明之部分實施例之儲能設備1之示意圖。儲能設備1可應用於住宅、商辦、工廠、發電廠等場所。然而，本發明並不限於此。在部分實施例中，儲能設備1可包括供電裝置10、儲能裝置（例如儲能裝置11及12）及偵測裝置13。在部分實施例中，儲能設備1可包括儲能裝置（例如儲能裝置11及12）及偵測裝置13。

根據本發明之部分實施例，儲能設備1可包括多個並聯的儲能裝置，包括（但不限於）儲能裝置11及12。儲能裝置可分別電性連接或耦接至匯流排（未圖示）上，並透過匯流排對後級負載或電路（未圖示）供電。在部分實施例中，全部或多個儲能裝置可位於相同地點。在部分實施例中，儲能裝置可分別位於不同地點。

供電裝置10可經組態以提供電能（例如由輸配電業提供之電能或本地生產電能等）至該等儲能裝置中的一或多者。在部分實施例中，供電裝置10可包括電表（例如一般電表或智慧電表）101及輸電網路（或簡稱為電網）10a。

在部分實施例中，電表101可經組態以量測從輸電網路10a提供至該等儲能裝置中的一或多者之電能。在部分實施例中，電表101可經組態以量測從該等儲能裝置中的一或多者輸送回（或回饋至）輸電網路10a之電能。在部分實施例中，電表101可經組態以紀錄用電資料，例如該等儲能裝置中的一或多者之累積用電量。

根據本發明之部分實施例，供電裝置10還可包括發電機、變電站、配電系統、變壓器、電力線等其他基礎設施。在部分實施例中，輸電網路10a可包括以輸送電力為目的，連結電力生產者或輸配電業（如台灣電力股份有限公司）與電力用戶的網路系統。

儲能裝置11可包括變壓器110、功率調節系統（Power Conditioning System, PCS）111、儲能櫃112及电池管理系统（Battery Management System, BMS）113。儲能設備1的其他儲能裝置（例如儲能裝置12）可具有與儲能裝置11相同或相似的配置。為簡潔之緣故，圖1簡化其他的儲能裝置，且說明書中與儲能裝置11相同或相似的細節不再贅述。

變壓器110、功率調節系統111、儲能櫃112及电池管理系统113可彼此電性連接或耦接。在部分實施例中，變壓器110、功率調節系統111及电池管理系统113中之一或多者可位在儲能櫃112的櫃體中。在部分實施例中，變壓器110、功率調節系統111及电池管理系统113可經整合而由單一個電子裝置實現其所有的功能。在部分實施例中，變壓器110、功率調節系統111及电池管理系统113可分散在若干裝置中，由複數個裝置實現其所有的功能。

變壓器110及功率調節系統111可電性連接或耦接於供電裝置10與儲能櫃112之間。變壓器110可經組態以將供電裝置10所提供之電壓轉換為較低之電壓。功率調節系統111可經組態以將供電裝置10提供之交流電轉換為直流電。換言之，功率調節系統111可為或可包括交流直流轉換器或變流器。

在部分實施例中，變壓器110及功率調節系統111可為或可包括一電源轉換器。例如，前述電源轉換器可經組態以接收供電裝置10提供之電能，並產生或輸出經轉換之電能至儲能櫃112。例如，前述電源轉換器可經組態以接收儲能櫃112之電能，並產生或輸出經轉換之電能至供電裝置10。

在部分實施例中，前述電源轉換器可經組態以控制儲能裝置11（或儲能櫃112）之電能，例如控制儲能裝置11（或儲能櫃112）之電能輸送開關、電能輸送方向、交流直流轉換、電壓大小、電流大小、電能輸送時間等。在部分實施例中，前述電源轉換器可經組態以接收來自偵測裝置13的指令，以控制儲能裝置11（或儲能櫃112）的電能。例如，偵測裝置13可經組態以對前述電源轉換器發出指令及/或更改前述電源轉換器的控制邏輯。

儲能櫃112可經組態以儲存電能。儲能櫃112可包括櫃體，其具有一容置空間用於容置一或多個電池系統或電池架（battery rack）112r。一個電池系統112r可包括一或多個電池包或電池模組（battery pack）112p，而一個電池包112p可包括一或多個電池元件或電池芯。電池元件可包括可重複充放電的儲能單元，例如鋰離子電池、超級電容（Ultra-capacitor）、薄膜電容（Film-capacitor）等。在部分實施例中，一個儲能櫃112可容置15個以上的電池系統112r，而一個電池系統112r可包括22個以上的電池包112p。在部分實施例中，電池包112p可彼此串接並透過儲能櫃112的線路而電性連接或耦接至功率調節系統111與电池管理系统113。

电池管理系统113可為或可包括為儲能裝置11（或儲能櫃112）提供电池管理及通訊介面的系統。在部分實施例中，电池管理系统113可經組態以檢查及/或偵測儲能裝置11（或儲能櫃112）的狀態及/或資訊。儲能裝置11（或儲能櫃112）的狀態及/或資訊可包括儲能裝置11（或儲能櫃112）的電連接狀態（例如與偵測裝置13及/或一後台裝置或伺服器之間有無電性連接或耦接）、運轉模式（例如啟動或關機）、電力特徵（例如電流值、電流波形資料、電壓值、電壓波形資料、實功率值、虛功率值、諧波值等）、電池電量狀態（State of Charge, SOC）及/或電池健康狀態（State of Health, SOH）。

在部分實施例中，电池管理系统113可包括有線通訊裝置（例如電線或光纖）及/或無線通訊裝置（例如Wi-Fi模組、行動網路通訊模組、藍芽模組、近場通訊模組等）。在部分實施例中，电池管理系统113可經組態以將其偵測到的儲能櫃112的狀態及/或資訊傳送至偵測裝置13。

偵測裝置13可為或可包括能源管理系統（Energy Management System, EMS）。在部分實施例中，偵測裝置13可為或可包括一後台裝置或伺服器，其可設置於供電裝置10所在之位置、儲能設備1的任一儲能裝置所在之位置、遠端辦公室或藉由第三方之雲端平台提供。

偵測裝置13可包括處理器130、記憶體131及通訊模組132。處理器130、記憶體131及通訊模組132可彼此電性連接或耦接。在部分實施例中，處理器130、記憶體131及通訊模組132可經整合而由單一個電子裝置實現其所有的功能。在部分實施例中，處理器130、記憶體131及通訊模組132可分散在若干裝置中，由複數個裝置實現其所有的功能。

處理器130可經組態以執行儲存於記憶體131上的電腦可執行指令。處理器130可包含中央處理器（Central Processing Unit, CPU）、微控制器（Microcontroller Unit, MCU）、圖形處理器（Graphics Processing Unit, GPU）等。記憶體131可經組態以儲存資料。記憶體131可包含硬碟、軟碟、光碟、隨身碟等。在部分實施例中，記憶體131亦可以雲端儲存空間取代。

通訊模組132可經組態以傳送或接收資訊。例如，通訊模組132可經組態以與供電裝置10及儲能裝置11進行資料傳輸。例如，通訊模組132可經組態以從电池管理系统113接收儲能裝置11（或儲能櫃112）的狀態及/或資訊。在部分實施例中，通訊模組132包含有線通訊裝置，例如電線或光纖。在部分實施例中，通訊模組132包含無線通訊裝置，例如Wi-Fi模組、行動網路通訊模組、藍芽模組、近場通訊模組等。

根據本發明之部分實施例，供電裝置10、儲能設備1的儲能裝置及偵測裝置13可彼此電性連接或耦接，且可彼此進行資料傳輸。在部分實施例中，偵測裝置13可經組態以接收、運算、更新、儲存及/或管理儲能設備1的儲能裝置（或其中的儲能櫃）的狀態及/或資訊。此外，偵測裝置13可經組態以根據儲能設備1的儲能裝置（或其中的儲能櫃）的狀態及/或資訊，而控制儲能裝置（或其中的儲能櫃）的電能。

以儲能裝置11為例，电池管理系统113可將其偵測到的儲能裝置11（或儲能櫃112）的狀態及/或資訊傳送至偵測裝置13。如前述，儲能裝置11（或儲能櫃112）的狀態及/或資訊可包括儲能櫃112的電連接狀態（例如與偵測裝置13及/或一後台裝置或伺服器之間有無電性連接或耦接）、運轉模式（例如啟動或關機）、電力特徵（例如電流值、電流波形資料、電壓值、電壓波形資料、實功率值、虛功率值、諧波值等）、SOC及/或SOH。

偵測裝置13可經組態以接收儲能裝置11（或儲能櫃112）的狀態及/或資訊，並判定該狀態及/或資訊是否異常。在部分實施例中，異常狀態及/或資訊的情況可包括（但不限於）與預先設定的狀態及/或資訊相異、低於預先設定的臨界值、高於預先設定的臨界值、無訊號等。

偵測裝置13可經組態以於偵測到異常狀態及/或資訊時，啟動儲能設備1的保護機制或防延燒流程。在部分實施例中，儲能設備1的保護機制或防延燒流程可包括（但不限於）關閉產生異常狀態及/或資訊的儲能裝置11（或儲能櫃112）、發出警示、利用儲能裝置11中的消防設備（例如偵煙器或溫度計，未圖示）偵測及/或判定儲能裝置11中的溫度及/或火勢、及控制儲能裝置11（或儲能櫃112）之電能。

在部分實施例中，偵測及/或判定儲能裝置11中的溫度及/或火勢可包括偵測及/或判定儲能櫃112中的一或多個電池系統112r中之一者的溫度是否大於臨界值。溫度的臨界值可依需求而預先設定。在部分實施例中，當電池系統112r的溫度大於臨界值，電池系統112r將起火燃燒。

在部分實施例中，控制儲能裝置11（或儲能櫃112）之電能包括控制儲能裝置11（或儲能櫃112）之電能輸送開關、電能輸送方向、交流直流轉換、電壓大小、電流大小、電能輸送時間等。在部分實施例中，控制儲能裝置11（或儲能櫃112）之電能包括將儲能裝置11（或儲能櫃112）之電能轉移至儲能裝置11（或儲能櫃112）外。

在部分實施例中，當偵測裝置13偵測及/或判定儲能櫃112的一或多個電池系統112r的溫度大於臨界值時，偵測裝置13可將儲能裝置11（或儲能櫃112）的電能通過電能傳輸路徑P1輸送回供電裝置10（或輸電網路10a）。

在部分實施例中，當偵測裝置13偵測及/或判定儲能櫃112的一或多個電池系統112r的溫度大於臨界值時，偵測裝置13可將儲能裝置11（或儲能櫃112）的電能通過電能傳輸路徑P2轉移至儲能設備1的其他的儲能裝置的儲能櫃（例如儲能裝置12的儲能櫃122）。

在部分實施例中，當偵測裝置13偵測及/或判定儲能櫃112的一或多個電池系統112r的溫度大於臨界值時，偵測裝置13可將儲能裝置11（或儲能櫃112）的電能同時地通過電能傳輸路徑P1及電能傳輸路徑P2轉移至儲能裝置11（或儲能櫃112）外。

電能傳輸路徑P2未通過電表101及輸電網路10a。在部分實施例中，被轉移電能的儲能裝置的初始SOC可小於或等於50%、小於或等於40%、小於或等於30%、小於或等於20%、小於或等於10%或更低。在部分實施例中，偵測裝置13可經組態以判定儲能設備1的儲能裝置的初始SOC，並以具有最低初始電池電量狀態的儲能裝置作為電能轉移的目標。

在部分實施例中，偵測裝置13可經組態以控制儲能櫃112的多個電池系統112r的電能轉移時間或時程。例如，儲能櫃112的多個電池系統112r的電能可同時地轉移。例如，儲能櫃112的多個電池系統112r的電能可接續地或依次地轉移。

根據本揭露之部分實施例，本發明之儲能設備1的偵測裝置13在偵測到儲能櫃112的一或多個電池系統112r之一者的溫度大於臨界值時，可將儲能櫃112之電能轉移至儲能櫃112外，避免其餘溫度較低或尚未起火燃燒的電池系統的剩餘電能助長火勢，從而提高儲能設備1的安全性。

圖2所示為根據本發明之部分實施例之儲能設備2之示意圖。圖2之儲能設備2與圖1之儲能設備1相似，針對相似或相同元件的敘述將不再贅述，以下僅描述兩者之差異。

儲能裝置11可包括斷路器20及電阻21。斷路器20可位在儲能櫃112的櫃體中或櫃體外。電阻21可位在儲能櫃112的櫃體外。斷路器20及電阻21可經整合而由單一個電子裝置實現其所有的功能或由複數個裝置實現其所有的功能。

電阻21可做為儲能櫃112的旁路電阻。在部分實施例中，當偵測裝置13偵測及/或判定儲能櫃112的一或多個電池系統112r的溫度大於臨界值時，偵測裝置13可將儲能裝置11（或儲能櫃112）的電能通過電能傳輸路徑P3轉移至電阻21。電能傳輸路徑P3通過斷路器20而未通過功率調節系統111。電能傳輸路徑P3也未通過電表101及輸電網路10a。

在部分實施例中，電阻21之功率（watt, W）可大於儲能裝置11（或儲能櫃112）之容量（watt-hour, Wh）（例如最大容量）除以預定的能量轉移時間（h）。在部分實施例中，電阻21之功率可比儲能裝置11（或儲能櫃112）之容量除以預定的能量轉移時間大2倍、1.5倍、1.2倍等。

在部分實施例中，儲能裝置11（或儲能櫃112）之容量可介於約1MWh與約7MWh之間，例如2MWh。在部分實施例中，預定的能量轉移時間可小於或等於約2小時、小於或等於1小時、小於或等於40分鐘、小於或等於30分鐘等。在部分實施例中，電阻21之功率可介於約0.5MW與約14.0MW之間，例如1.8MW、2.0MW、2.2MW、2.4MW等。

在部分實施例中，電阻21之電阻值（ohm）可為儲能裝置11（或儲能櫃112）之電壓（volt, V）的平方除以電阻21之功率。

在部分實施例中，儲能裝置11（或儲能櫃112）之電壓可介於約600V與約1500V之間，例如1000V。在部分實施例中，電阻21之電阻值可介於約0.025ohm與約4.5ohm之間，例如0.1ohm、0.2ohm、0.3ohm、0.4ohm、0.5ohm、0.6ohm、0.7ohm、0.8ohm、0.9ohm、1.0ohm等。

根據本發明之部分實施例，儲能設備2可僅包括一個儲能裝置11。然而，本發明並不限於此。在部分實施例中，儲能設備2可包括多個並聯的儲能裝置。每一儲能裝置可包括至少一斷路器及至少一電阻。

圖3所示為根據本發明之部分實施例之儲能設備3之示意圖。圖3之儲能設備3與圖1之儲能設備1相似，針對相似或相同元件的敘述將不再贅述，以下僅描述兩者之差異。

儲能裝置11可包括繼電器30及電阻31。繼電器30可位在儲能櫃112的櫃體中或櫃體外。電阻31可位在儲能櫃112的櫃體外。繼電器30及電阻31可經整合而由單一個電子裝置實現其所有的功能或由複數個裝置實現其所有的功能。繼電器30及電阻31可彼此串連並電性連接或耦接至相對應的電池系統112r，例如電性連接或耦接至相對應的電池系統112r的保護電路。

電阻31可做為電池系統112r的旁路電阻。在部分實施例中，當偵測裝置13偵測及/或判定儲能櫃112的一或多個電池系統112r的溫度大於臨界值時，偵測裝置13可將其餘的電池系統112r的電能通過電能傳輸路徑P4轉移至電阻31。電能傳輸路徑P4通過繼電器30而未通過功率調節系統111。電能傳輸路徑P4也未通過電表101及輸電網路10a。

在部分實施例中，電阻31之功率可大於電池系統112r之容量（例如最大容量）除以預定的能量轉移時間。在部分實施例中，電阻31之功率可比電池系統112r之容量除以預定的能量轉移時間大2倍、1.5倍、1.2倍等。

在部分實施例中，電池系統112r之容量可介於約100kWh與約300kWh之間。在部分實施例中，預定的能量轉移時間可小於或等於約2小時、小於或等於1小時、小於或等於40分鐘、小於或等於30分鐘等。在部分實施例中，電阻31之功率可介於約50kW與約600kW之間，例如150kW、200kW、250kW、300kW等。

在部分實施例中，電阻31之電阻值可為電池系統112r之電壓的平方除以電阻31之功率。

在部分實施例中，電池系統112r之電壓可介於約600V與約1500V之間。在部分實施例中，電阻31之電阻值可介於約0.001ohm與約450ohm之間，例如4ohm、4.2ohm、4.4ohm、4.6ohm、5ohm等。

將瞭解，本文討論之系統、設備或方法之實施例不限於文中所述或圖中所繪之構造及/或配置之細節，而係可以各種方式實踐或執行。本文中的特定實施例僅屬例示性且不意在限制本發明。

此外，在本文中使用之措辭及術語僅屬例示性且不意在限制本發明。單數形式或複數形式僅屬例示性且不意在限制本發明之系統、設備或方法、其等元件、組件、或步驟。本文中「包含」、「包括」、「具有」、「含有」、「涉及」及其他類似的用語涵蓋在其後列出之項目、等效物、及額外項目。「或」及其他類似的用語可視為指示所描述之項目之之任一者。

於本文中，當一元件被稱為「連接」或「耦接」時，可指「電性連接」或「電性耦接」。「連接」或「耦接」亦可用以表示二或多個元件間相互搭配操作或互動。此外，雖然本文中使用「第一」、「第二」、…等用語描述不同元件，該用語僅是用以區別以相同技術用語描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否則該用語並非特別指稱或暗示次序或順位，亦非用以限定本發明。

1:儲能設備 2:儲能設備 3:儲能設備 10:供電裝置 10a:輸電網路 11:儲能裝置 12:儲能裝置 13:偵測裝置 20:斷路器 21:電阻 30:繼電器 31:電阻 101:電表 110:變壓器 111:功率調節系統 112:儲能櫃 112r:電池系統 112p:電池包 113:電池管理系統 121:功率調節系統 122:儲能櫃 130:處理器 131:記憶體 132:通訊模組 P1:電能傳輸路徑 P2:電能傳輸路徑 P3:電能傳輸路徑 P4:電能傳輸路徑

在下文中參考圖式討論實施例之各種態樣，該等圖式並非按比例繪製，且該等圖式僅為例示，並未限制本發明之範疇。在圖式及說明書中使用的元件符號僅為例示，並未限制本發明之範疇。相同或相似的元件以相同的元件符號表示，其中：

圖1所示為根據本發明之部分實施例之儲能設備之示意圖。

圖2所示為根據本發明之部分實施例之儲能設備之示意圖。

圖3所示為根據本發明之部分實施例之儲能設備之示意圖。

1:儲能設備

10:供電裝置

10a:輸電網路

11:儲能裝置

12:儲能裝置

13:偵測裝置

101:電表

110:變壓器

111:功率調節系統

112:儲能櫃

112r:電池系統

112p:電池包

113:電池管理系統

121:功率調節系統

122:儲能櫃

130:處理器

131:記憶體

132:通訊模組

P1:電能傳輸路徑

P2:電能傳輸路徑

Claims

一種儲能設備，其包括：一第一儲能櫃，其具有一容置空間用於容置一或多個電池系統；及一偵測裝置，其經組態以在偵測到該第一儲能櫃中之該一或多個電池系統之一者的溫度大於一臨界值時，將該第一儲能櫃之電能轉移至該第一儲能櫃外。
如請求項1之儲能設備，其中當該電池系統的溫度大於該臨界值時，該電池系統將起火燃燒。
如請求項1之儲能設備，其進一步包含一第二儲能櫃，該第二儲能櫃之初始電能小於該第一儲能櫃之初始電能，其中該偵測裝置經組態以在偵測到該電池系統的溫度大於該臨界值時，將該第一儲能櫃之電能轉移至該第二儲能櫃。
如請求項3之儲能設備，其中該第二儲能櫃之初始電池電量狀態小於或等於10%。
如請求項3之儲能設備，其中該第一儲能櫃之電能係經由一功率調節系統及一變壓器轉移至該第二儲能櫃。
如請求項3之儲能設備，其中該第一儲能櫃之電能轉移未經過一輸電網路。
如請求項1之儲能設備，其中該偵測裝置經組態以在偵測到該電池系統的溫度大於該臨界值時，將該第一儲能櫃之電能經由一功率調節系統及一變壓器轉移至一輸電網路。
如請求項1之儲能設備，其進一步包含複數個儲能櫃，其中該偵測裝置經組態以在偵測到該電池系統的溫度大於該臨界值時，將該第一儲能櫃之電能轉移至該複數個儲能櫃之至少一者。
如請求項1之儲能設備，其中該第一儲能櫃中之該一或多個電池系統係同時進行電能轉移。
如請求項1之儲能設備，其中該偵測裝置經組態以在偵測到該電池系統的溫度大於該臨界值時，將該第一儲能櫃之電能轉移至位於該第一儲能櫃外的一電阻上。
如請求項10之儲能設備，其中該電阻之功率大於該第一儲能櫃之最大容量除以預定的電能轉移時間。
如請求項11之儲能設備，其中該電能轉移時間約為0.5小時至2小時。
如請求項12之儲能設備，其中該電阻之功率約為1.8MW至2.4MW，該電阻之電阻值約為0.4ohm至0.6ohm。
如請求項10之儲能設備，其中該第一儲能櫃之電能係經由一斷路器轉移至該電阻。
如請求項14之儲能設備，其中該第一儲能櫃之電能轉移未經過一功率調節系統。
如請求項1之儲能設備，其中該第一儲能櫃進一步包含複數個繼電器，分別連接至相對應之電池系統，且該偵測裝置經組態以在偵測到該電池系統的溫度大於該臨界值時，將該等電池系統之各者之電能通過該繼電器轉移至該第一儲能櫃外。
如請求項16之儲能設備，其中該等電池系統之各者之電能轉移未經過一輸電網路。
如請求項17之儲能設備，其中該偵測裝置經組態以將該等電池系統之各者之電能轉移至相對應的電阻上。
如請求項18之儲能設備，其中該電能之轉移時間小於1小時。
如請求項18之儲能設備，其中該電阻之功率約為150kW至250kW，該電阻之電阻值約為4ohm至5ohm。