CN117254507A - 一种基于光伏电池的储能管理*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光伏电池的储能管理***，包括光伏电池模块、控制模块、储能模块。其中光伏电池模块与控制模块信号连接，控制模块与储能模块信号连接，使得光伏电池模块发出的电通过控制模块分配到用户负载、电网、储能模块，其中储能模块包括电池安装架、散热单元、安装载体，电池安装架包括若干电池仓、支撑柱，其中电池仓的形状为扁平长方体，支撑柱为一个两端贯通的空心圆柱体，支撑柱的轴线与地面垂直，若干电池仓安装在支撑柱的侧面上，并沿着支撑柱的侧面环形等距阵列设置，其中电池仓的最短边与最长边所在的平面与地面平行。本发明解决了现有技术中，光伏电池的储能***成本高和散热效果不佳的问题。

Description

一种基于光伏电池的储能管理***

技术领域

本发明涉及电池管理领域，尤其涉及一种基于光伏电池的储能管理***。

背景技术

在现有技术中，最经济，最成熟的储能方式是电化学储能，随着新能源时代的到来，从传统的蓄电池到锂电池，能量密度提高了很多，但随之而来的问题也是很棘手，特别是锂电池的过热问题，如不能在保持现有成本的前提下，解决锂电池的过热问题，电化学储能的应用是很难普及的。

对于电池过热，现有技术中最多使用的方式，是通过增加风扇和利用空调降低温度，但电池过热的问题还是会发生，因为电池密集放置时，空气很难流通，导致热量传递效率很低，即使使用空调将环境温度降低，对于电池的集中发热区，依然很难起到作用。

现有技术中散热较好的技术为水冷，但水冷的散热机构过于庞大，而且造价很高，从成本而言，除了极个别高精尖领域，在民用的光伏储能领域，是不具有可行性的。

因此，现亟须一个成本低廉且散热效果良好的储能***。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于光伏电池的储能管理***，以解决如何现有技术中，光伏电池的储能***成本高和散热效果不佳的问题。

一种基于光伏电池的储能管理***，包括光伏电池模块、控制模块、储能模块。其中光伏电池模块与控制模块信号连接，控制模块与储能模块信号连接，使得光伏电池模块发出的电通过控制模块分配到用户负载、电网、储能模块，其中储能模块包括电池安装架、散热单元、安装载体。

由于光伏电池的使用场景通常是在年日照量较大的地区，而日照量大就等同于气温会非常高，这对于储能来说，是非常致命的，因为储能的过程中会产生大量的热，从而发生电池过热的现象，极大的导致电池自燃或***，因此光伏电池的储能的散热能力必须达标。

其中电池安装架包括若干电池仓、支撑柱，其中电池仓的形状为扁平长方体，支撑柱为一个两端贯通的空心圆柱体，支撑柱的轴线与地面垂直，若干电池仓安装在支撑柱的侧面上，并沿着支撑柱的侧面环形等距阵列设置，其中电池仓的最短边与最长边所在的平面与地面平行。

散热单元用于将电池仓中的电池释放的热量释放到储能模块之外。

电池安装架以及散热单元均置于安装载体内或安装在安装载体上。

以上结构使得电池仓在保持高密度的同时，相邻电池仓之间形成了一定角度，根据空气动力学的原理，流体在经过狭小空间时，其黏滞阻力会增大，导致流体会通往空间更大的地方，这导致越需要散热的区域散热越不好，空气对流越差，而本发明的相邻电池仓之间具有角度，使得空气在经过此处时，没有狭小空间对其形成阻力，从而增大了对流散热。

优选的，多个电池安装架纵向组合安装，形成电池安装架组，同一电池安装架组中的所有支撑柱的轴线均重合，其中最下面的电池安装架的下面通过镂空支撑安装固定在电池安装架的安装载体底面上，相邻电池安装架的电池仓位置相对应，且在相邻电池仓中间设有用于支撑的支撑板，支撑板的厚度与相邻电池仓的间距相同。

以上结构增加了电池仓的密度，同时保证了电池安装架的结构强度，另外还保证了电池仓的散热。

优选的，散热单元包括重力热管，重力热管数量与一个电池安装架中的电池仓的数量相同，若干重力热管分别置于相邻的两个电池仓中间，重力热管包括冷端和热端，其中冷端用于吸热，热端用于放热，其中冷端向下，垂直***相邻电池仓中间，冷端下面设有水槽，热端穿出储能模块的安装载体顶部，但低于安装载体顶部下方。

重力热管通过蒸发吸热和冷凝放热，以及重力对制冷剂的循环，使得热量可以源源不断从冷端转移到热端，而且不需要任何其余能量消耗，重力热管置于两个电池仓中间，将最温度最集中的区域进行换热，从而最大程度的散热。

优选的，散热单元中还包括造风机和对流循环筒，对流循环筒为一个空心圆柱体，其上端安装固定有一个空心半球体顶盖，其下端与安装载体底面固定，对流循环筒和顶盖将电池安装架组、造风机、热管的冷端封闭在内，顶盖上设有用于***热管的通孔，造风机安装固定在支撑柱内，其位置在支撑柱的空心处，造风机的风向垂直于地面。

对流循环筒和造风机提高了换热的效率，造风机使得空气对流加快，而空心半球体的顶盖又使得已冷却的空气重新进入对流循环中，从而对电池仓进行持续的降温。

优选的，散热单元还包括降温装置，降温装置包括压缩机、蒸发管、节流装置、冷凝器、室内风扇、室外风扇。其中压缩机、冷凝器以及室外风扇均安装在安装载体外，蒸发管、节流装置安装在安装载体中，其中蒸发管和室内风扇安装在安装载体中。蒸发管一端与压缩机一端连接，压缩机另一端与冷凝器一端连接，冷凝器另一端与节流装置一端连接，节流装置另一端与蒸发管另一端连接，蒸发管、节流装置、冷凝器中均设有制冷剂，其中蒸发管将安装载体中的热量吸收，使得制冷剂气化，然后进入压缩机，在压缩机中将制冷剂加温加压，并输出到冷凝器中，室外风扇对冷凝器降温，将冷凝剂液化为高压低温的液体，然后冷凝剂进入节流装置，通过毛细管将压力释放，将冷凝剂变为低压低温液体，然后重新进入蒸发管，开始新的循环。

当安装载体内温度过高时，热管换热效率会非常低，因此降温装置可以给热管的热端带来持续的低温，以维持热管的换热效率，而且热管将电池安装架中全部温度集中排放，这使得对空调以及风扇的使用数量大大降低，从而在实现更好散热效果的同时，大大节省了成本。

优选的，安装载体包括防水结构、防火结构、避雷结构。

优选的，电池安装架组、重力热管、造风机、对流循环筒、空心半球体顶盖构成一个最小储能散热单元，数个最小储能散热单元均安装进安装载体中，降温装置适应性的增加其数量，以满足换热的需求。

优选的，储能模块还包括电池单元、电池检测单元、电池控制单元，电池单元、电池检测单元、电池控制单元均安装固定在安装载体中。

优选的，支撑板包括铜片、支撑夹层。其中铜片为圆环状，在圆环的内圆弧面上开设有凹槽，支撑夹层安装在凹槽中，

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1.电池仓的形状为扁平长方体，支撑柱为一个两端贯通的空心圆柱体，支撑柱的轴线与地面垂直，若干电池仓安装在支撑柱的侧面上，并沿着支撑柱的侧面环形等距阵列设置，其中电池仓的最短边与最长边所在的平面与地面平行，这使得电池仓在保持高密度的同时，相邻电池仓之间形成了一定角度，根据空气动力学的原理，流体在经过狭小空间时，其黏滞阻力会增大，导致流体会通往空间更大的地方，这导致越需要散热的区域散热越不好，空气对流越差，而本发明的相邻电池仓之间具有角度，使得空气在经过此处时，没有狭小空间对其形成阻力，从而增大了对流散热。

2.重力热管通过蒸发吸热和冷凝放热，以及重力对制冷剂的循环，使得热量可以源源不断从冷端转移到热端，而且不需要任何其余能量消耗，重力热管置于两个电池仓中间，将最温度最集中的区域进行换热，从而最大程度的散热。

3.对流循环筒和造风机提高了换热的效率，造风机使得空气对流加快，而空心半球体的顶盖又使得已冷却的空气重新进入对流循环中，从而对电池仓进行持续的降温。

4.当室外温度过高时，热管换热效率会非常低，因此降温装置可以给热管的热端带来持续的低温，以维持热管的换热效率，而且热管将电池安装架中全部温度集中排放，这使得对空调以及风扇的使用数量大大降低，从而在实现更好散热效果的同时，大大节省了成本。

5.安装载体的侧壁开设有通风口，并在通风口上铰接有通风窗。当室外温度较低时，安装载体可通过打开通风窗，来进行热管的换热，这会大大减少对电能的损耗，节省了成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明供能关系示意图；

图2为电池安装架的结构示意图；

图3为支撑板的结构示意图；

图4为电池安装架组的结构示意图；

图5为电池安装架组以及造风机的结构示意图；

图6为电池安装架组以及镂空支撑的结构示意图；

图7为电池安装架组以及重力热管的结构示意图；

图8为对流循环筒的结构示意图；

图9为安装载体以及散热单元的结构示意图Ⅰ；

图10为安装载体以及散热单元的结构示意图Ⅱ；

图11为储能模块的包含关系示意图；

图12为实施例4中的支撑板示意图Ⅰ；

图13为实施例4中的支撑板示意图Ⅱ。

附图标记所代表的为：1-光伏电池模块、2-控制模块、3-储能模块、4-电池安装架、5-散热单元、6-安装载体、7-电池仓、8-支撑柱、9-支撑板、10-重力热管、11-造风机、12-对流循环筒、13-空心半球体顶盖、14-镂空支撑、15-铜片、16-支撑夹层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。需要说明的是，本发明已经处于实际研发使用阶段。

实施例1

根据图1-图11所示，一种基于光伏电池的储能管理***，包括光伏电池模块1、控制模块2、储能模块3。其中光伏电池模块1与控制模块2信号连接，控制模块2与储能模块3信号连接，使得光伏电池模块1发出的电通过控制模块分配到用户负载、电网、储能模块3，其中储能模块3包括电池安装架4、散热单元5、安装载体6。

其中电池安装架4包括20个电池仓7、支撑柱8，其中电池仓7的形状为扁平长方体，支撑柱8为一个两端贯通的空心圆柱体，支撑柱8的轴线与地面垂直，20个电池仓7安装在支撑柱8的侧面上，并沿着支撑柱8的侧面环形等距阵列设置，其中电池仓7的最短边与最长边所在的平面与地面平行。

散热单元5用于将电池仓7中的电池释放的热量释放到储能模块3之外。

电池安装架4以及散热单元5均置于安装载体6内或安装在安装载体6上。

以上结构使得电池仓7在保持高密度的同时，相邻电池仓7之间形成了一定角度，根据空气动力学的原理，流体在经过狭小空间时，其黏滞阻力会增大，导致流体会通往空间更大的地方，这导致越需要散热的区域散热越不好，空气对流越差，而本发明的相邻电池仓7之间具有角度，使得空气在经过此处时，没有狭小空间对其形成阻力，从而增大了对流散热。

在本实施例中，5个电池安装架4纵向组合安装，形成电池安装架组，同一电池安装架组中的所有支撑柱8的轴线均重合，其中最下面的电池安装架4的下面通过镂空支撑14安装固定在电池安装架4的安装载体6底面上，相邻电池安装架4的电池仓7位置相对应，且在相邻电池仓7中间设有用于支撑的支撑板9，支撑板9的厚度与相邻电池仓7的间距相同。

以上结构增加了电池仓7的密度，同时保证了电池安装架4的结构强度，另外还保证了电池仓7的散热。

在本实施例中，散热单元5包括重力热管10，重力热管10数量与一个电池安装架4中的电池仓7的数量相同，若干重力热管10分别置于相邻的两个电池仓7中间，重力热管10包括冷端和热端，其中冷端用于吸热，热端用于放热，其中冷端向下，垂直***相邻电池仓7中间，冷端下面设有水槽，热端穿出储能模块3的安装载体6顶部，但低于安装载体6顶部下方。

重力热管10通过蒸发吸热和冷凝放热，以及重力对制冷剂的循环，使得热量可以源源不断从冷端转移到热端，而且不需要任何其余能量消耗，重力热管10置于两个电池仓7中间，将最温度最集中的区域进行换热，从而最大程度的散热。

工作原理：首先相邻电池仓7具有夹角，不再是平行小间距放置，这导致空气在流动到电池仓7中间时，不会出现黏滞阻碍的现象，使得空气对流更顺畅，对流换热更高效；

其次重力热管10通过冷却剂的换热，将冷端的热量源源不断的传导至热端，在无能源消耗的同时，实现了热量的快速传递，而且由于电池产生的热被传导至安装载体6外，使得电池仓7之间很难聚集热量，从而根本上的防止了电池过热的风险。

实施例2

根据图1-图11所示，在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，在本实施例中，散热单元5中还包括造风机11和对流循环筒12，对流循环筒12为一个空心圆柱体，其上端安装固定有一个空心半球体顶盖13，其下端与安装载体6底面固定，对流循环筒12和顶盖将电池安装架组、造风机11、热管的冷端封闭在内，顶盖上设有用于***热管的通孔，造风机11安装固定在支撑柱8内，其位置在支撑柱8的空心处，造风机11的风向垂直于地面，对流循环筒12的筒半径大于筒圆心到电池仓7最外点的距离。

可以理解的是，在本实施例中，造风机11为现有技术中的电机驱动的风扇，电机和风扇通过安装架安装在支撑柱8内。

对流循环筒12和造风机11提高了换热的效率，造风机11使得空气对流加快，而空心半球体的顶盖又使得已冷却的空气重新进入对流循环中，从而对电池仓7进行持续的降温。

在本实施例中，散热单元5还包括降温装置，降温装置包括压缩机、蒸发管、节流装置、冷凝器、室内风扇、室外风扇。其中压缩机、冷凝器以及室外风扇均安装在安装载体6外，蒸发管、节流装置安装在安装载体6中，其中蒸发管和室内风扇安装在安装载体6中。蒸发管一端与压缩机一端连接，压缩机另一端与冷凝器一端连接，冷凝器另一端与节流装置一端连接，节流装置另一端与蒸发管另一端连接，蒸发管、节流装置、冷凝器中均设有制冷剂，其中蒸发管将安装载体6中的热量吸收，使得制冷剂气化，然后进入压缩机，在压缩机中将制冷剂加温加压，并输出到冷凝器中，室外风扇对冷凝器降温，将冷凝剂液化为高压低温的液体，然后冷凝剂进入节流装置，通过毛细管将压力释放，将冷凝剂变为低压低温液体，然后重新进入蒸发管，开始新的循环。可理解的是，压缩机、蒸发管、节流装置、冷凝器均为现有技术，其目的通过电能主动制造低温环境，从而当安装载体6中的温度过高时，维持电池的重力热管10的换热效率。

当室外温度过高时，热管换热效率会非常低，因此降温装置可以给热管的热端带来持续的低温，以维持热管的换热效率，而且热管将电池安装架4中全部温度集中排放，这使得对空调以及风扇的使用数量大大降低，从而在实现更好散热效果的同时，大大节省了成本。

工作原理：对流循环筒12制造了一个封闭的环境，造风机11启动后，将封闭环境内的空气搅动，使得空气在此空间内不断循环，这样使得不同温度的空气在搅动后趋于同一温度，这样减小了某一处温度聚集导致过热。另外支撑柱8底端的支撑为镂空的，而且顶盖为空心半球体，这样会使得空气在流动时能更好的循环，其具体流动轨迹如图7所示。

因为重力热管10的热端与换热介质的温差越大越好，因此在需要快速降温时，降温装置就起到了必不可少的作用。

实施例3

根据图1-图11所示，在实施例2的基础上，与实施例2不同的是，在本实施例中，安装载体6的侧壁开设有通风口，并在通风口上铰接有通风窗。当室外温度较低时，安装载体6可通过打开通风窗，来进行热管的换热，这会大大减少对电能的损耗，节省了成本。

在本实施例中，安装载体6包括防水结构、灭火结构、避雷结构。其具体的防火单元包括灭火喷头、烟雾明火检测器、二氧化碳储气罐，其中灭火喷头与烟雾明火检测器信号连接，灭火喷头与二氧化碳储气罐连接，当烟雾明火检测器检测到明火或烟雾时，灭火喷头自动打开开关，将二氧化碳储气罐的二氧化碳喷射进防水单元中。

避雷单元包括避雷针，避雷针的针尖高于防水单元的最高高度，避雷针接地。

优选的，一种基于光伏电池的储能管理***，还包括电池容量检测单元，电池容量检测单元与蓄电池单元信号连接，其能够对蓄电池单元中的每个电池进行容量检测，当出现某个电池容量与其余电池容量不匹配时，及时通知维修更换，电池容量检测单元包括检测电路、报警电路、信息交互电路、交互装置，其中检测电路信号连接进蓄电池单元中，检测电路、报警电路、信息交互集成在交互装置中，其中交互装置将报警信息通过图像、声音、远程信息传播的方式来提醒电池是否需要更换或维修。

在本实施例中，其中一个电池安装架组、20个重力热管10、1个造风机11、1个对流循环筒12和1个空心半球体顶盖13构成一个最小储能散热单元5，4个最小储能散热单元5均安装进安装载体6中，降温装置适应性的增加其数量，以满足换热的需求。

在本实施例中，储能模块3还包括电池单元、电池检测单元、电池控制单元，电池单元、电池检测单元、电池控制单元均安装固定在安装载体6中。

工作原理：多个最小储能散热单元5集合在一个安装载体6中，从而实现储能模块3的集合化，以及便于管理和运输，在具体使用时，可根据光伏电厂的规模，组装不同大小的储能模块3，从而实现不同场合的灵活使用。

实施例4

根据图1-图13所示，在实施例3的基础上，与实施例3不同的是，支撑板9包括铜片15、支撑夹层16。其中铜片15为圆环状，在铜片15的内圆弧面上开设有凹槽，支撑夹层16安装在凹槽中，支撑夹层16为导热性差的材料，如硬质塑料。

工作原理：铜具有极佳的导热性能，此结构通过设置凹槽，并在凹槽中安装有导热差的支撑夹层，这样使得上下相邻的电池仓之间的热量通过铜片传导至外侧，并随风快速换热，彻底规避了上下相邻的电池仓之间过热的可能。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于光伏电池的储能管理***，包括光伏电池模块（1）、控制模块（2）、储能模块（3），其特征在于，光伏电池模块（1）与控制模块信号连接，控制模块与储能模块（3）信号连接，使得光伏电池模块（1）发出的电通过控制模块分配到用户负载、电网、储能模块（3），其中储能模块（3）包括电池安装架（4）、散热单元（5）、安装载体（6）；

其中电池安装架（4）包括若干电池仓（7）、支撑柱（8），其中电池仓（7）的形状为扁平长方体，支撑柱（8）为一个两端贯通的空心圆柱体，支撑柱（8）的轴线与地面垂直，若干电池仓（7）安装在支撑柱（8）的侧面上，并沿着支撑柱（8）的侧面环形等距阵列设置，其中电池仓（7）的最短边与最长边所在的平面与地面平行；

散热单元（5）用于将电池仓（7）中的电池释放的热量释放到储能模块（3）之外；

电池安装架（4）以及散热单元（5）均置于安装载体（6）内或安装在安装载体（6）上。

2.根据权利要求1所述的一种基于光伏电池的储能管理***，其特征在于，多个电池安装架（4）纵向组合安装，形成电池安装架组，同一电池安装架组中的所有支撑柱（8）的轴线均重合，其中最下面的电池安装架（4）的下面通过镂空支撑（14）安装固定在电池安装架（4）的安装载体（6）底面上，相邻电池安装架（4）的电池仓（7）位置相对应，且在相邻电池仓（7）中间设有用于支撑的支撑板（9），支撑板（9）的厚度与相邻电池仓（7）的间距相同。

3.根据权利要求2所述的一种基于光伏电池的储能管理***，其特征在于，散热单元（5）包括重力热管（10），重力热管（10）数量与一个电池安装架（4）中的电池仓（7）的数量相同，若干重力热管（10）分别置于相邻的两个电池仓（7）中间，重力热管（10）包括冷端和热端，其中冷端用于吸热，热端用于放热，其中冷端向下，垂直***相邻电池仓（7）中间，冷端下面设有水槽，热端穿出储能模块（3）的安装载体（6）顶部，但低于安装载体（6）顶部下方。

4.根据权利要求3所述的一种基于光伏电池的储能管理***，其特征在于，散热单元（5）中还包括造风机（11）和对流循环筒（12），对流循环筒（12）为一个空心圆柱体，其上端安装固定有一个空心半球体顶盖（13），其下端与安装载体（6）底面固定，对流循环筒（12）和顶盖将电池安装架组、造风机（11）、热管的冷端封闭在内，顶盖上设有用于***热管的通孔，造风机（11）安装固定在支撑柱（8）内，其位置在支撑柱（8）的空心处，造风机（11）的风向垂直于地面。

5.根据权利要求4所述的一种基于光伏电池的储能管理***，其特征在于，散热单元（5）还包括降温装置，降温装置包括压缩机、蒸发管、节流装置、冷凝器、室内风扇、室外风扇，其中压缩机、冷凝器以及室外风扇均安装在安装载体（6）外，蒸发管、节流装置安装在安装载体（6）中，其中蒸发管和室内风扇安装在安装载体（6）中，蒸发管一端与压缩机一端连接，压缩机另一端与冷凝器一端连接，冷凝器另一端与节流装置一端连接，节流装置另一端与蒸发管另一端连接，蒸发管、节流装置、冷凝器中均设有制冷剂。

6.根据权利要求5所述的一种基于光伏电池的储能管理***，其特征在于，电池安装架组、重力热管（10）、造风机（11）、对流循环筒（12）、空心半球体顶盖（13）构成一个最小储能散热单元（5），数个最小储能散热单元（5）均安装进安装载体（6）中，降温装置适应性的增加其数量，以满足换热的需求。

7.根据权利要求1所述的一种基于光伏电池的储能管理***，其特征在于，储能模块（3）还包括电池单元、电池检测单元、电池控制单元，电池单元、电池检测单元、电池控制单元均安装固定在安装载体（6）中。

8.根据权利要求2所述的一种基于光伏电池的储能管理***，其特征在于，支撑板（9）包括铜片（15）、支撑夹层（16），其中铜片（15）为圆环状，在铜片（15）的内圆弧面上开设有凹槽，支撑夹层（16）安装在凹槽中。