储能装置及储能系统
交叉引用
本申请要求于2025年06月26日在世界知识产权组织(WIPO)(国际局)提交的、申请号为PCT/CN2025/104080、申请名称为“储能装置及储能系统”的国际专利申请的优先权,其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请属于电池技术领域,更具体地说,是涉及一种储能装置及储能系统。
背景技术
储能装置为用于存储电能的装置,其内部放置有能量存储单元,具有安装运输方便、集成度高、占地面积小以及扩展性好的特点,是储能领域中分布式能源、智能电网、能源互联网发展的重要组成部分。随着新能源技术的飞速发展,储能装置成为了新能源领域中比较重要的研究方向之一。
储能装置用于作为电网的补充和备用系统,储能装置内部的能量存储单元在运行时可能会产生较多热量,因此需要向能量存储单元供入冷却液来实现降温。
在一些情况下,储能装置的热管理需要采用冷却回路和冷媒回路协同作用,且冷却回路中的冷却液和冷媒回路中的冷媒需不断地循环流动,这样使得储能装置的热管理需耗费较大的能耗,影响储能装置的经济效益。
上述的陈述仅用于提供与本申请有关的背景技术信息,而不必然地构成现有技术。
实用新型内容
鉴于上述问题,本申请实施例的目的在于:提供一种储能装置及储能系统,能够改善储能装置热管理的辅源功耗大的技术问题。
本申请实施例采用的技术方案是:
第一方面,本申请实施例提供了一种储能装置,包括:
能量存储单元,能量存储单元包括高温电池单体;
热管理模块,热管理模块包括热管理结构、输送组件和管路;管路连接于能量存储单元,以连接形成用于循环换热介质的热管理回路,热管理回路为包括热管理结构、输送组件及能量存储单元的单循环回路;热管理结构和输送组件均设于管路上,输送组件用于循环输送换热介质;换热介质用于与高温电池单体换热,且用于通过热管理结构与储能装置的外部环境换热。
本申请实施例提供的储能装置,储能装置的热管理模块通过管路连接于能量存储单元,以连接构成热管理回路。热管理回路中的换热介质用于与高温电池单体换热,且用于通过管路上的热管理结构与储能装置的外部环境换热。这样,在对能量存储单元进行热管理的过程中,热管理回路中的换热介质可以流动至能量存储单元,并与能量存储单元内的高温电池单体进行换热,从而对高温电池单体进行降温,且与高温电池单体换热后的换热介质实现升温。与高温电池单体换热后的换热介质可以流动至热管理结构,并通过热管理结构与储能装置的外部环境进行换热,且与外部环境进行换热后的换热介质实现降温,从而使得与外部环境换热后的换热介质在再次流动至能量存储单元时能够再次对高温电池单体进行降温。如此,换热介质能够在热管理回路中循环流动,且分别与高温电池单体、储能装置的外部环境进行换热,从而可持续地实现对能量存储单元的热管理。该储能装置仅通过单循环回路即实现了对能量存储单元的热管理,省去了传统方案中冷媒回路的应用,从而可以省去冷媒回路中的压缩机、冷凝器、膨胀阀等装置的使用,大大降低了能量存储单元在热管理过程中的辅源功耗,从而降低储能装置在热管理过程中的辅源功耗。
在一些实施例中,热管理回路为冷却液回路。
如此设置,使得换热介质能够有效地与高温电池单体、储能装置的外部环境进行换热,从而可持续地实现对能量存储单元的热管理。
在一些实施例中,高温电池单体在与换热介质换热后的运行温度为T1,T1∈[30℃,60℃]。
如此设置,使得高温电池单体具有较高的运行温度,对高温电池单体进行冷却降温的幅度比对常温电池单体降温的幅度低。这样,更加适于省去冷媒回路的使用,进而降低储能装置在热管理过程中的辅源功耗,从而提高储能装置的经济效益。
在一些实施例中,高温电池单体包括磷酸铁锂电池、钠离子电池、锂离子电池、钠锂离子电池中的至少一种。
这样设置,使得高温电池单体的类型可灵活选用。
在一些实施例中,换热介质在与高温电池单体换热后的温度为T2,储能装置的外部环境的温度为T3,T2>T3。
这样,使得与高温电池单体换热之后,且通过热管理结构与储能装置的外部环境换热之前的换热介质和储能装置的外部环境之间具有一定的温度差。在热管理回路中的换热介质通过第二管路流动至热管理结构内时,基于上述换热介质和储能装置的外部环境之间的温度差,换热介质可通过热管理结构与储能装置的外部环境进行换热,且换热介质在与储能装置的外部环境换热后发生降温,并能够在再次通过第一管路流动至能量存储单元时,再次对高温电池单体进行冷却降温操作。如此设置,可以省去冷媒回路的使用,降低储能装置在热管理过程中的辅源功耗。
在一些实施例中,储能装置包括多个能量存储单元,多个能量存储单元呈阵列排布,多个能量存储单元之间通过管路并联连接。
如此设置,使得热管理回路中的换热介质可以并联地流动至每个能量存储单元,从而可以分别地与多个能量存储单元进行换热,以分别地实现对多个能量存储单元的降温效果,这样可以提高对能量存储单元的热管理效率。
在一些实施例中,热管理结构包括微通道换热器。
如此设置,可以提高换热介质通过热管理结构与储能装置的外部环境进行换热的效率,从而利于与储能装置的外部环境换热后的换热介质可以实现降温,从而可再次对能量存储单元进行降温。这样,在省去冷媒回路的基础上,可进一步提高对能量存储单元的热管理效率。
在一些实施例中,热管理结构的外表面设有多个间隔设置的散热翅片。
如此设置,可以增大热管理结构与储能装置的外部环境中的气流的接触面积,从而利于提高换热介质通过热管理结构与储能装置的外部环境进行换热的效率。这样,在省去冷媒回路的基础上,提高对能量存储单元的热管理效率。
在一些实施例中,储能装置还包括风机,风机用于对热管理结构进行散热。
这样,可以提高换热介质通过热管理结构与储能装置的外部环境进行换热的效率,从而在省去冷媒回路的基础上,提高对能量存储单元的热管理效率。
在一些实施例中,储能装置还包括箱体,箱体包括第一仓和第二仓,能量存储单元设于第一仓内,热管理结构设于第二仓内,第二仓设置于第一仓的上方或侧方。
通过箱体分为第二仓和第一仓,且能量存储单元设于第一仓内,热管理结构设于第二仓内,这样使得箱体可以分区域地布置热管理结构和能量存储单元,利于能量存储单元和热管理结构实现分区布局,降低热管理结构处的热交换过程对能量存储单元的降温效果的影响。
在一些实施例中,第二仓上设有进风口,进风口的进风方向与热管理结构的大面不垂直。
通过进风口的进风方向与热管理结构的大面不垂直,利于第二仓内的气流的流动,从而便于储能装置的外部环境中的气流通过进风口流动至第二仓内并流动至热管理结构处,以提高储能装置的外部环境中的气流通过热管理结构与换热介质的换热效率。
在一些实施例中,第二仓上设置有出风口,出风口设置于第二仓的顶部。
通过出风口设置在第二仓的顶部,便于与换热介质换热后的气流通过出风口流动至储能装置的外部环境中,从而便于储能装置的外部环境中的气流源源不断地补充至第二仓内,以便于换热介质不断地与储能装置的外部环境进行换热,提高换热介质的换热效率。
在一些实施例中,第二仓上设置有进风口,进风口包括第一进风口,第二仓沿第一方向的至少一侧设有第一进风口,第二仓沿第二方向的一侧设有出风口,第一方向和第二方向交叉。
通过第二仓沿第一方向的至少一侧设有第一进风口,第二仓沿第二方向的一侧设有出风口出,且第一方向和第二方向交叉,使得进风口和出风口分别设置在第二仓在不同方向的侧壁上,这样便于储能装置的外部环境中的气流与第二仓内的热管理结构充分接触,利于换热介质通过热管理结构与储能装置的外部环境中的气流换热,从而提高换热效率。
在一些实施例中,储能装置还包括风机,风机设于第二仓;第二仓沿第一方向的相对两侧均设有第一进风口,且在第一方向上,风机的两侧均设有热管理结构。
如此设置,使得储能装置的外部环境中的气流可以通过第二仓沿第一方向的相对两侧的第一进风口进入第二仓内,且通过各侧的热管理结构与换热介质进行换热,这样,可以提高气流与换热介质进行换热的效率。
在一些实施例中,进风口包括第二进风口,第二仓沿第三方向的至少一侧设有第二进风口,第三方向分别与第一方向、第二方向交叉。
如此设置,使得第二仓沿两个不同的方向的至少一侧均设有进风口,以使储能装置的外部环境中的气流可以通过第二仓的不同方向上的进风口流动至第二仓内,并补充至热管理结构上。这样,使得储能装置的外部环境中的气流可以不断、充分地与热管理结构接触,如此有助于提高储能装置的外部环境中的气流通过热管理结构与换热介质换热的效率。
在一些实施例中,储能装置还包括逆变器,管路连接于逆变器;逆变器与能量存储单元通过管路呈并联设置,或者,逆变器与能量存储单元通过管路呈串联设置。
如此设置,使得储能装置中,热管理回路中的换热介质可以通过管路流动至逆变器和能量存储单元,且分别与逆变器、能量存储单元进行换热,从而实现对逆变器和能量存储单元的降温效果。
在一些实施例中,储能装置还包括逆变器,热管理模块包括第一热管理模块和第二热管理模块,热管理回路包括第一热管理回路和第二热管理回路;
在第一热管理模块中,管路连接于能量存储单元,以连接形成第一热管理回路;
在第二热管理模块中,管路连接于逆变器,以连接形成第二热管理回路。
如此设置,使得储能装置中可以设置多个热管理模块,逆变器和能量存储单元可以通过不同的热管理模块分别实现降温,这样利于提高对能量存储单元和逆变器的热管理效果。
在一些实施例中,储能装置还包括风机,风机设置于第一热管理模块的热管理结构和第二热管理模块的热管理结构之间。
如此设置,使得第一热管理模块和第二热管理模块可以共用风机。
在一些实施例中,逆变器设置为多组,多组逆变器通过管路并联设置。
如此设置,使得热管理回路中的换热介质可以并联地流动至多组逆变器,从而可以分别地与多组逆变器进行换热,以分别地实现对多组逆变器的降温效果,这样可以提高对逆变器的热管理效率。
在一些实施例中,输送组件包括一个或多个输送泵,输送组件包括多个输送泵时,多个输送泵通过管路并联设置。
通过多个输送泵通过管路并联设置,使得多个输送泵可以交替使用。这样,在某个输送泵损坏时,可以使用另一个输送泵,从而提升热管理回路的可靠性,利于延长整个热管理回路的使用寿命。
在一些实施例中,热管理回路包括水基冷却液回路、油系冷却液回路、纳米流体冷却液回路中的至少一种。
如此设置,使得冷却液的选择、热管理回路的选择均可十分灵活。
在一些实施例中,热管理回路包括丙二醇冷却液回路。
如此设置,使得热管理回路中的换热介质不易变质,这样利于延长热管理回路的使用寿命,从而利于延长储能装置的使用寿命。
在一些实施例中,储能装置还包括加热装置,加热装置设置于管路上。
如此设置,使得加热装置可以加热热管理回路中的换热介质,从而使得换热介质可以实现对能量存储单元的加热效果,从而使得储能装置不仅可以对能量存储单元实现降温,还可以实现能量存储单元的升温,如此可以对能量存储单元实现适应性的热管理效果。
第二方面,本申请实施例提供了一种储能系统,包括储能装置。
本申请实施例提供的储能系统,通过采用了以上涉及的储能装置,有助于降低储能系统在热管理过程中的辅源功耗。
上述说明仅是本申请技术方案的概述,为了能够更清楚了解本申请的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例或示范性技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请一些实施例提供的储能装置的拓扑示意图;
图2为本申请一些实施例提供的储能装置在侧视下的局部截面图;
图3为本申请另一些实施例提供的储能装置在侧视下的局部截面图;
图4为本申请又一些实施例提供的储能装置在侧视下的局部截面图;
图5为本申请再一些实施例提供的储能装置在俯视下的局部截面图;
图6为本申请另一些实施例提供的储能装置的拓扑示意图;
图7为本申请又一些实施例提供的储能装置的拓扑示意图;
图8为本申请再一些实施例提供的储能装置的拓扑示意图。
其中,图中各附图标记:
10-储能装置;101-热管理回路;101a-第一热管理回路;101b-第二热管理回路;1-电池簇;11-能量存储单元;2-热管理模块;2a-第一热管理模块;2b-第二热管理模块;21-热管理结构;22-输送组件;221-输送泵;23-管路;231-第一管路;232-第二管路;24-风机;25-加热装置;3-逆变器;4-箱体;401-进风口;401a-第一进风口;401b-第二进风口;402-出风口;41-第一仓;42-第二仓;a-进风方向;b-出风方向;X-第一方向;Y-第二方向;Z-第三方向。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。
如果没有特别的说明,本申请实施例的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明,本申请实施例的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。
在本申请实施例的描述中,需要理解的是,术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本申请实施例的描述中,“多个”的含义是两个以上,除非另有明确具体的限定,“两个以上”包含两个。相应地,“多组”的含义是两组以上,包含两组。
在本申请实施例的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请的描述中,术语“和/或”,仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:存在A,同时存在A和B,存在B这三种情况。另外,本申请中,字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述,但在不脱离本申请的范围的情况下,可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是,只要不存在结构冲突,各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例,而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
储能装置为用于存储电能的装置,其内部放置有能量存储单元,具有安装运输方便、集成度高、占地面积小以及扩展性好的特点。储能装置是储能领域中分布式能源、智能电网、能源互联网发展的重要组成部分。随着新能源技术的飞速发展,储能装置成为了新能源领域中比较重要的研究方向之一。
储能装置用于作为电网的补充和备用系统,储能装置内部的能量存储单元在运行时可能会产生较多热量。为了使得储能装置能够满足长期使用的需求,能量存储单元在运行过程中进行热管理的操作是必不可少的。
在一些情况下,储能装置可以采用风冷的方式对能量存储单元进行热管理。具体地,通过送风装置将冷空气主动供入能量存储单元内部,以带走能量存储单元的温度,从而可以实现能量存储单元的冷却降温效果。然而,冷空气需自由进出能量存储单元内部,使得能量存储单元难以进行密封设计,使得能量存储单元的内部容易产生冷凝水,影响能量存储单元的性能。
在另一些情况下,储能装置可以采用自然散热的方式对能量存储单元进行热管理。具体地,能量存储单元与外部空气进行自然换热,使得外部空气可以直接带走能量存储单元产生的热量,从而通过外部空气对能量存储单元实现降温效果。然而,外部空气无法准确地对储能装置中的所有能量存储单元进行准确的热管理,且无法有效管理能量存储单元的温度。
在又一些情况下,储能装置可以采用水冷机组对能量存储单元进行热管理。具体地,通过管路连接能量存储单元,以连接形成冷却回路,压缩机、冷凝器、膨胀阀等通过管路连接形成冷媒回路。冷却回路用于循环冷却液,冷媒回路用于循环冷媒,冷媒回路和冷却回路之间设置有换热器。工作时,冷却液在冷却回路中循环流动,冷媒在冷媒回路中循环流动。冷却液可以流动至能量存储单元,并与能量存储单元进行换热,且冷却液在与能量存储单元换热后吸热升温,从而对能量存储单元进行降温。与能量存储单元换热后的冷却液可以流动至换热器,并通过换热器与冷媒回路中的冷媒进行换热,且冷却液在与冷媒换热后放热降温。与冷媒换热后的冷却液可以再次流动至能量存储单元,以对能量存储单元进行降温。如此循环,使得在冷媒回路的协同作用下,冷却回路中的冷却液可以不断地对能量存储单元进行降温操作。并且,冷媒可以流动至换热器中,并通过换热器与冷却液换热,且冷媒在与冷却液换热后吸热升温。与冷却液换热后的冷媒可以流动至压缩机、冷凝器等装置中,并通过压缩机、冷凝器、膨胀阀等装置实现冷媒的气液相变,从而将热量传递至储能装置的外部环境中。其中,与能量存储单元换热后的冷却液流动至换热器时,冷却液通过换热器与冷媒回路中的冷媒进行换热,使得冷却液可以在与冷媒的换热作用下大幅度降温,以使冷却液能够以低温状态与能量存储单元进行换热,从而能够对能量存储单元进行大幅度的降温操作,如此使得能量存储单元在经冷却液的冷却作用后,能够正常运行。
然而,通过冷却回路和冷媒回路的设置,冷却液和冷媒均需不断地进行循环,使得能量存储单元的热管理需耗费较大的能耗,影响储能系统的经济效益。
基于以上考虑,本申请实施例提供了一种储能装置及储能系统。储能装置的热管理模块通过管路连接于能量存储单元,以连接构成热管理回路。该能量存储单元采用高温电池单体作为储能单元。热管理回路中的换热介质用于与高温电池单体换热,且用于通过管路上的热管理结构与储能装置的外部环境换热。这样,在对能量存储单元进行热管理的过程中,热管理回路中的换热介质可以流动至能量存储单元,并与能量存储单元中的高温电池单体进行换热,从而对高温电池单体进行降温,且与高温电池单体换热后的换热介质实现升温。与高温电池单体换热后的换热介质可以流动至热管理结构,并通过热管理结构与储能装置的外部环境进行换热,且与储能装置的外部环境进行换热后的换热介质实现降温,从而使得与储能装置的外部环境换热后的换热介质在再次流动至能量存储单元时能够再次对高温电池单体进行降温。如此,换热介质能够在热管理回路中循环流动,且分别与高温电池单体、储能装置的外部环境进行换热,从而可持续地实现对能量存储单元的热管理,如此使得热管理模块能够适用于对高温电池单体实现冷却降温。该储能装置仅通过单循环回路即实现了对能量存储单元的热管理,省去了传统方案中冷媒回路的应用,从而可以省去冷媒回路中的压缩机、冷凝器、膨胀阀等装置的使用,大大降低了储能装置在热管理过程中的辅源功耗。
需要补充说明的是,相对自然散热方式,通过设置热管理回路对高温电池单体进行冷却降温操作,能够对所有能量存储单元进行准确且高效的热管理。相对风冷方式,无需将冷空气主动供入能量存储单元内部,利于能量存储单元进行密封设计,从而能够改善能量存储单元内部产生冷凝水的问题,有助于提高储能装置的性能。并且,风冷散热或自然散热方式对能量存储单元的空间布局要求也相对较高,例如能量存储单元需较分散地布置,保持足够的间隙等等。
本申请实施例提供的储能装置可以用于储能电站、风力发电系统、太阳能发电系统、移动电力系统或者临时供电系统等。储能装置可以根据需要将电能存储起来并在适当的时候输出电能。例如,储能装置可以在用电低谷时将电能储存起来,而在用电高峰时,为相关用户或者用电装置提供电能。
其中,本申请实施例涉及的储能装置可以为储能集装箱或储能电柜。
其中,储能装置可以包括能量存储单元,能量存储单元是指储能装置中,用于存储能量的单元。
其中,能量存储单元可以包括一个或多个电池单体。
其中,能量存储单元可以包括一个或多个电池装置,电池装置包括一个或多个电池单体。
其中,能量存储单元可以包括一个或多个电池簇,电池簇包括多个电池装置。
在一些实施例中,电池簇中,多个电池装置可以通过汇流部件串联连接,以提高储能装置的电压。
在一些实施例中,当储能装置包括多个电池簇时,多个电池簇之间可以并联连接,以提高储能装置的容量。
在一些实施例中,储能装置还可以包括柜体,电池簇容纳于柜体中。
在一些实施例中,储能装置还可以包括热管理模块、主控模块、总控模块、配电模块和消防模块等模块。
在一些实施例中,热管理模块可以包括液冷机组,液冷机组通过管路向各能量存储单元提供用于调节电池单体温度的冷却液。
在一些实施例中,主控模块可以作为电池簇的电池管理单元,用于对电池簇进行监控和管理。主控模块可以监控电池簇的电流、电压、功率或温度等信息。例如,主控模块可以控制电池簇的充放电电流、电压等。主控模块包括辅助电池管理单元(Slave BatteryManagement Unit,简称SBMU),融合开关等模块。
在一些实施例中,总控模块可以作为储能装置的电池管理单元,用于对储能装置进行监控和管理。总控模块可以监控储能装置的电流、电压、功率、荷电状态或温度等信息。例如,总控模块可以控制储能装置的充放电电流、电压等。作为示例,总控模块包括绝缘监控模块(Insulation Monitoring Module,简称IMM),主电池管理单元(Master BatteryManagement Unit,简称MBMU),以太网(Ether Net,简称ETH)和光纤转换模块等模块。
在一些实施例中,消防模块可以包括控制面板、探测器、报警装置等,用于对储能装置进行探测、报警或者灭火。
在一些实施例中,配电模块可以用于给储能装置中需要用电的模块进行配电。
电池装置可以是包括一个或多个电池单体的单一的物理模块,用于提供电压和容量。其中,电池单体有多个时,多个电池单体通过汇流部件串联连接、并联连接或混联连接,混联连接是指多个电池单体中既有串联连接又有并联连接。
在一些实施例中,电池装置可以为电池模块。电池单体有多个时,多个电池单体排列并固定形成电池模块。作为一个示例,多个电池单体可以通过扎带等固定形成电池模块。作为一个示例,多个电池单体还可以通过端板、侧板等固定形成电池模块。
在一些实施例中,电池装置可以为电池包,电池包可以包括箱体和电池单体。作为一个示例,电池单体可直接容纳于箱体中。作为一个示例,多个电池单体也可先形成一个或多个电池模块,然后再容纳于箱体中。
电池单体是指用于存储和输出电能的最小单元。其中,电池单体可以为二次电池或一次电池。二次电池是指在电池单体放电后可通过充电的方式使活性材料激活而继续使用的电池单体。其中,电池单体可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等。电池单体可以为磷酸铁锂电池、锂离子电池、钠离子电池、钠锂离子电池、锂金属电池、钠金属电池、锂硫电池、镁离子电池、镍氢电池、镍镉电池、铅蓄电池等。
本申请实施例涉及的储能系统可以是任意需要用到储能装置的电力系统。
在一些实施例中,本申请实施例涉及的储能系统可以包括储能装置。其中,储能系统可以与电网或微电网连接;或者,储能系统可以与发电设备耦合;或者,储能系统可以与用电设备连接。其中,储能装置10的数量可以为一个或多个。
请参阅图1,图1为本申请一些实施例提供的储能装置10的拓扑示意图。本申请实施例提供的储能装置10包括能量存储单元11和热管理模块2。能量存储单元11包括高温电池单体,热管理模块2包括热管理结构21、输送组件22和管路23,热管理结构21和输送组件22均设于管路23上。管路23连接于能量存储单元11,以连接形成热管理回路101。热管理回路101为包括热管理结构21、输送组件22和能量存储单元11的单循环回路。热管理回路101用于循环换热介质,输送组件22用于循环输送换热介质。换热介质用于与高温电池单体换热,且换热介质用于通过热管理结构21与储能装置10的外部环境换热。
本申请实施例提供的能量存储单元11的电池单体为高温电池单体。高温电池单体是指能够在一定高温条件下运行的电池单体,即,在一定高温条件下,高温电池单体能够满足较高的充放电循环圈数的要求。
热管理模块2是指用于对能量存储单元11实现热管理的结构模块。其中,上述液冷机组包括热管理模块2。
换热介质可以是液体、气体等形态的介质。作为一个示例,换热介质为冷却液。其中,换热介质可以包括但不限于乙二醇冷却液、丙二醇冷却液。
管路23用于供换热介质流动,以构成热管理回路101。其中,管路23的材质可选为绝缘材料(例如聚偏二氟乙烯材质、聚丙烯材质等)或金属材料(例如不锈钢管、铝管、铜管、合金管等),使得换热介质能够长期在管路23中流动,从而实现长期在热管理回路101中的循环流动。
具体地,如图1所示,管路23可以包括第一管路231和第二管路232,第一管路231连接于热管理结构21的出水口和能量存储单元11的进水口之间,第二管路232连接于能量存储单元11的出水口和热管理结构21的进水口之间。换热介质在热管理回路101中循环流动的过程中,换热介质可以依次通过第一管路231、能量存储单元11、第二管路232和热管理结构21。
热管理回路101为包括热管理结构21、输送组件22和能量存储单元11的单循环回路,是指热管理结构21、输送组件22和能量存储单元11通过管路23串联连接的回路,为换热介质单向循环流动的回路。作为一个示例,换热介质在热管理回路101中循环流动的过程中,换热介质可以依次经过热管理结构21、输送组件22和能量存储单元11。
输送组件22是指用于输送换热介质的结构,可以但不限于包括水泵。可以理解地,输送组件22可以驱动热管理回路101中的换热介质,以使换热介质在热管理回路101中循环流动。具体地,换热介质可以在热管理回路101中先通过第一管路231流动至能量存储单元11,然后通过第二管路232流动至热管理结构21,然后再次通过第一管路231流动至能量存储单元11,再次通过第二管路232流动至热管理结构21......以此类推,使得换热介质在热管理回路101中通过管路23循环流动。
热管理结构21是指用于供热管理回路101中的换热介质与储能装置10的外部环境换热的结构。可以理解地,热管理回路101中的换热介质通过第二管路232流动至热管理结构21内时,该换热介质可以通过热管理结构21与储能装置10的外部环境进行换热。具体地,热管理结构21具有较佳的散热功能,换热介质流动至热管理结构21时,换热介质能够有效地通过热管理结构21实现散热,从而使得在热管理结构21的作用,换热介质能够高效地与储能装置10的外部环境进行换热。
可以理解地,热管理回路101中的换热介质通过第一管路231流动至能量存储单元11内时,该换热介质可以与能量存储单元11的高温电池单体进行换热,以使高温电池单体得以冷却降温。热管理回路101中的换热介质通过第二管路232流动至热管理结构21时,该换热介质可以通过热管理结构21与储能装置10的外部环境进行换热,以使换热介质得以冷却降温。
为便于描述,定义高温电池单体在与换热介质换热后的运行温度为T1。定义换热介质在与高温电池单体换热后的温度为T2;即,T2为换热介质在与高温电池单体换热之后,且在通过热管理结构21与储能装置10的外部环境换热之前的温度;还可以理解,T2为在能量存储单元11、第二管路232、热管理结构21的路径上的换热介质的温度。定义储能装置10的外部环境的温度为T3。定义换热介质在与高温电池单体换热前的温度为T4;即,T4为换热介质在通过热管理结构21与储能装置10的外部环境换热之后,且在与高温电池单体换热之前的温度;还可以理解,在热管理结构21、第一管路231、能量存储单元11的路径上的换热介质的温度。
可以理解地,T1>T4,使得通过热管理结构21与储能装置10的外部环境换热之后,且与高温电池单体换热之前的换热介质和高温电池单体之间具有一定的温度差。热管理回路101中的换热介质通过第一管路231流动至能量存储单元11内时,基于上述换热介质和高温电池单体之间的温度差,换热介质可与能量存储单元11的高温电池单体进行换热,能量存储单元11的高温电池单体在与换热介质换热后发生降温,且换热介质在与能量存储单元11的高温电池单体换热后发生升温。其中,换热介质在与能量存储单元11的高温电池单体换热后发生升温,使得T1≥T2。
可以理解地,T2>T3,使得与高温电池单体换热之后,且通过热管理结构21与储能装置10的外部环境换热之前的换热介质和储能装置10的外部环境之间具有一定的温度差。热管理回路101中的换热介质通过第二管路232流动至热管理结构21内时,基于上述换热介质和储能装置10的外部环境之间的温度差,换热介质可通过热管理结构21与储能装置10的外部环境进行换热,且换热介质在与储能装置10的外部环境换热后发生降温。其中,换热介质在与储能装置10的外部环境换热后发生降温,使得T4≥T3。
换热介质在与能量存储单元11的高温电池单体换热后发生升温,换热介质在与储能装置10的外部环境换热后发生降温,即,T2>T4。
可以理解地,T1≥T2>T4≥T3。即,高温电池单体在与换热介质换热后的运行温度较高。
储能装置10的外部环境是指位于储能装置10外的环境,具体为位于下文涉及的箱体4外的环境。其中,储能装置10的外部环境可以是室内环境,也可以是室外环境。具体地,当储能装置10位于室内时,储能装置10的外部环境为室内环境;当储能装置10位于室外时,储能装置10的外部环境为自然环境。
在一些可能的设计中,热管理结构21可以直接暴露于储能装置10的外部环境下,使得换热介质可以通过热管理结构21与储能装置10的外部环境换热。或者,在另一些可能的设计中,热管理结构21没有直接暴露于储能装置10的外部环境下,但储能装置10的外部环境下的气流可以被带动至储能装置10内的热管理结构21处,使得换热介质可以通过热管理结构21与储能装置10的外部环境下的气流换热。
在一些可能的设计中,能量存储单元11包括换热部件,换热部件可以但不限于是换热板、换热管、集成于能量存储单元11的壁板上的换热流道等。管路23连接于能量存储单元11,具体为,第一管路231连接于能量存储单元11的换热部件的进水口,使得换热介质可以在输送组件22的输送作用下流动至能量存储单元11的换热部件内,从而对能量存储单元11的高温电池单体进行降温。并且,第二管路232连接于换热部件的出水口。
需要补充说明的是,T1、T2、T3和T4一般可以在常温状态下获取。其中,T1可以但不限于在高温电池单体的顶部、侧壁、底部、内部获取,T2可以但不限于在能量存储单元11的出水口处、第二管路232上、热管理结构21的进水口处获取,T4可以但不限于在能量存储单元11的进水口处、第一管路231上、热管理结构21的出水口处获取。T3可以但不限于在热管理结构21的来风侧获取,例如,可以在下文涉及的第二仓42的进风口401处获取T3。
本申请实施例提供的储能装置10,储能装置10的热管理模块2通过管路23连接于能量存储单元11,以连接构成热管理回路101。该能量存储单元11采用高温电池单体作为储能单元。热管理回路101中的换热介质用于与高温电池单体换热,且用于通过管路23上的热管理结构21与储能装置10的外部环境换热。这样,在对能量存储单元11进行热管理的过程中,热管理回路101中的换热介质可以流动至能量存储单元11,并与能量存储单元11中的高温电池单体进行换热,从而对高温电池单体进行降温,且与高温电池单体换热后的换热介质实现升温。与高温电池单体换热后的换热介质可以流动至热管理结构21,并通过热管理结构21与储能装置10的外部环境进行换热,且与储能装置10的外部环境进行换热后的换热介质实现降温,从而使得与储能装置10的外部环境换热后的换热介质在再次流动至能量存储单元11时能够再次对高温电池单体进行降温。如此,换热介质能够在热管理回路101中循环流动,且分别与高温电池单体、储能装置10的外部环境进行换热,从而可持续地实现对能量存储单元11的热管理,如此使得热管理模块2能够适用于对高温电池单体实现冷却降温。该储能装置10仅通过单循环回路即实现了对能量存储单元11的热管理,省去了传统方案中冷媒回路的应用,从而可以省去冷媒回路中的压缩机、冷凝器、膨胀阀等装置的使用,大大降低了能量存储单元11在热管理过程中的辅源功耗,从而降低储能装置10在热管理过程中的辅源功耗,以提高储能装置10的经济效益。
具体地,通过省去冷媒回路中的压缩机、冷凝器、膨胀阀等装置的使用,从而可以节省压缩机、冷凝器、膨胀阀等装置在工作过程中产生的辅源功耗。
可以理解地,通过高温电池单体在与换热介质换热后的运行温度较高,使得对高温电池单体进行冷却降温的幅度比对常温电池单体降温的幅度低。这样,本申请实施例提供的热管理回路101能够适用于高温电池单体的冷却,使得高温电池单体可适于省去冷媒回路的使用,进而降低储能装置10在热管理过程中的辅源功耗,从而提高储能装置10的经济效益。
在此需要补充说明的是,通过省去冷媒回路,一方面,省去了冷媒的使用,从而可以改善冷媒作为含氟相变材料在气液相变过程中造成的温室效应、破坏环境的问题,有助于保护储能装置10的外部环境。另一方面,省去了冷媒、压缩机、冷凝器、膨胀阀等装置的使用,从而可以降低储能装置10的产品成本。
此外,冷媒回路中,压缩机、冷凝器、膨胀阀等装置均存在出现故障的风险,这样容易影响储能装置10的使用寿命,而通过省去传统方案中的冷媒回路,可以减少储能装置10中出现故障的装置数量,从而可以降低储能装置10的故障率,有助于降低储能装置10的运行维护成本,延长储能装置10的使用寿命。例如,压缩机损坏时,一般需要更换整个冷媒回路,甚至整个储能装置10都需要报废处理。本申请实施例中,热管理结构21一般可以为机械构件,不易损坏,使用寿命较长。在储能装置10设置有风机24的情况下,当风机24损坏时,可以直接更换风机24,而无需更换整个热管理回路101,更不需要将整个储能装置10报废,从而可以延长储能装置10的使用寿命。
在此还需要补充说明的是,相对自然散热方式,通过设置热管理回路101对高温电池单体进行冷却降温操作,能够对所有能量存储单元11进行准确且高效的热管理。相对风冷方式,无需将冷空气主动供入能量存储单元11内部,利于能量存储单元11进行密封设计,从而能够改善能量存储单元11内部产生冷凝水的问题,有助于提高储能装置10的性能。
进一步地,通过换热介质通过管路23进入能量存储单元11内,不仅可满足对高温电池单体的热管理要求,相对自然散热或者风冷方式,对多个能量存储单元11的布置形式也更为灵活,例如但不限于将能量存储单元之间的间隔满足管路23的布局即可,无需设置特定结构的风道,从而有助于在一定程度上提升储能装置10内的空间利用率。
在一些实施例中,热管理回路101为冷却液回路。
冷却液回路是指换热介质为冷却液的液冷回路,为不包括冷媒回路的液冷回路。即,热管理回路101中的换热介质为冷却液。其中,冷却液可以是水基冷却液,例如纯水、乙二醇水溶液、丙二醇水溶液等。冷却液也可以是油系冷却液,例如矿物油、硅油、合成油等。冷却液也可以是纳米流体冷却液,具体地,在水或油中添加纳米颗粒(例如氧化铝、氧化铜、石墨烯等),可显著提升热传导性能。
如此设置,使得换热介质能够有效地与高温电池单体、储能装置10的外部环境进行换热,从而可持续地实现对能量存储单元11的热管理。
在一些实施例中,T1∈[30℃,60℃]。
可以理解地,高温电池单体的运行温度为30℃~60℃。
具体地,T1可以是30℃~40℃、40℃~50℃、50℃~60℃等,具体可以约等于30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、38℃、39℃、40℃、41℃、42℃、43℃、44℃、45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃、60℃等。
上述“约等于”可以理解为四舍五入。例如,当高温电池单体的运行温度为30.3℃时,可约等于为30℃。例如,当高温电池单体的运行温度为59.5℃时,可约等于60℃。
例如,T1可以但不限于是30.5℃、35.6℃、38.℃、46.3℃、54.8℃、59.7℃等。
高温电池单体具有较高的运行温度,在长时间工作状态下会升温到T5,可以理解地,T5>T1。可选地:T1为30℃~40℃,T5为38℃~55℃;可选地:T1为40℃~50℃,T5为55℃~65℃;可选地:T1为50℃~60℃,T5为60℃~70℃等。
在一些实施例中,T5-T1的范围可以是5℃~25℃,例如5℃、7℃、8.5℃、11℃、15℃、18.5℃、20.3℃、25℃等。
可以理解地,高温电池单体具有较高的工作温度,对高温电池单体进行冷却降温的幅度比对常温电池单体降温的幅度低。这样,本申请实施例提供的热管理回路101能够更加适用于高温电池单体的冷却,使得高温电池单体可更加适于省去冷媒回路的使用,进而降低储能装置10在热管理过程中的辅源功耗,从而提高储能装置10的经济效益。
在一些实施例中,高温电池单体包括非水电解液。
非水电解液是一种以非水溶剂为基底的电解液,非水电解液包括溶剂、溶质和添加剂。其中,非水电解液可以但不限于是有机溶剂电解液,即非水电解液的溶剂为有机溶剂。
在一些实施例中,非水电解液包括锂盐,其中,锂盐在非水电解液中的浓度为0.3mol/L~0.7mol/L。
可以理解地,非水电解液中的溶质为锂盐。其中,锂盐可以包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂等锂盐中的至少一种。
可以理解地,高温电池单体中,锂盐的质量和非水电解液的质量比为0.3mol/L~0.7mol/L。
优选地,锂盐在非水电解液中的浓度可以为0.4mol/L~0.6mol/L。
其中,锂盐在非水电解液中的浓度可以为0.3mol/L、0.31mol/L、0.33mol/L、0.35mol/L、0.38mol/L、0.4mol/L、0.41mol/L、0.42mol/L、0.43mol/L、0.44mol/L、0.45mol/L、0.46mol/L、0.47mol/L、0.48mol/L、0.49mol/L、0.5mol/L、0.51mol/L、0.52mol/L、0.53mol/L、0.54mol/L、0.55mol/L、0.56mol/L、0.57mol/L、0.58mol/L、0.59mol/L、0.6mol/L、0.62mol/L、0.64mol/L、0.67mol/L、0.69mol/L、0.7mol/L等。
需要补充说明的是,常规技术中,锂盐在非水电解液中的浓度一般为1mol/L左右。
如此设置,使得非水电解液中的锂盐的浓度较低,这样,降低了高温条件下锂盐与负极极片的副反应程度,以减少对负极极片的表面在首次充放电过程中形成的钝化层(SEI膜,也称为固体电解质界面膜)的破坏,以及减少锂盐的消耗,从而能够在一定程度上避免高温电池单体的寿命快速衰减,从而使得高温电池单体能够较高温的条件下长期正常运行,使得高温电池单体能够适于省去冷媒回路的使用。
在一些实施例中,高温电池单体包括环状碳酸酯类溶剂,环状碳酸酯类溶剂在非水电解液中的质量占比为36%~60%。
可以理解地,非水电解液中的溶剂为环状碳酸酯类溶剂。
可以理解地,高温电池单体中,环状碳酸酯类溶剂的质量和非水电解液的质量比为36%~60%。
优选地,环状碳酸酯类溶剂的质量和非水电解液的质量比可以为40%~50%。
其中,环状碳酸酯类溶剂在非水电解液中的质量占比可以为36%、36.1%、36.3%、36.5%、36.8%、37%、37.2%、37.5%、37.7%、37.9%、38%、38.3%、38.6%、38.8%、39%、39.1%、39.2%、39.3%、39.4%、39.5%、39.6%、39.7%、39.8%、39.9%、40%、40.1%、40.2%、40.3%、40.4%、40.5%、40.6%、40.7%、40.8%、40.9%、41%、41.4%、41.6%、41.8%、42%、42.5%、42.9%、43%、43.5%、43.8%、44%、44.6%、44.9%、45%、45.7%、46%、46.9%、47%、47.3%、48%、48.5%、49%、49.1%、50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%等。
需要补充说明的是,常规技术中,环状碳酸酯类溶剂的质量和非水电解液的质量比一般为30%左右。
如此设置,使得非水电解液中的环状碳酸酯类溶剂在非水电解液中的质量占比较高,这样减少了非水电解液中的线性碳酸酯的含量,以减少高温电池单体在高温条件下的产气量,如此能够在一定程度上保障高温电池单体的使用寿命,从而使得高温电池单体能够较高温的条件下长期正常运行,使得高温电池单体能够适于省去冷媒回路的使用。
作为一个示例,锂盐在非水电解液中的浓度可以大约为0.5mol/L,环状碳酸酯类溶剂在非水电解液中的质量占比可以大约为40%。
其中,上述“大约”可以理解为四舍五入。例如,锂盐在非水电解液中的浓度为0.53mol/L时,可认为是大约0.5mol/L。例如,环状碳酸酯类溶剂在非水电解液中的质量占比为40.4%时,可认为是大约40%。
在一些实施例中,高温电池单体包括磷酸铁锂电池、钠离子电池、锂离子电池、钠锂离子电池中的至少一种。
这样设置,使得高温电池单体的类型可灵活选用。
在一些实施例中,高温电池单体可以是高温低锂耗电池。具体地,在高温电池单体运行的过程中,高温电池单体中的锂离子在正负极迁移过程中造成的锂离子损耗较低,使得高温电池单体能够在较高温的条件下长期正常运行。
在一些实施例中,换热介质在与高温电池单体换热后的温度为T2,储能装置10的外部环境的温度为T3,T2>T3。
T2>T3,也即是,换热介质在与高温电池单体换热之后,且在通过热管理结构21与储能装置10的外部环境换热之前的温度,大于储能装置10的外部环境的温度。
这样,使得与高温电池单体换热之后,且通过热管理结构21与储能装置10的外部环境换热之前的换热介质和储能装置10的外部环境之间具有一定的温度差。在热管理回路101中的换热介质通过第二管路232流动至热管理结构21内时,基于上述换热介质和储能装置10的外部环境之间的温度差,换热介质可通过热管理结构21与储能装置10的外部环境进行换热,且换热介质在与储能装置10的外部环境换热后发生降温,并能够在再次通过第一管路231流动至能量存储单元11时,再次对高温电池单体进行冷却降温操作。如此设置,可以省去冷媒回路的使用,降低储能装置10在热管理过程中的辅源功耗。
在一些实施例中,请参阅图1,且结合其他附图。储能装置10包括多个电池簇1,电池簇1包括至少一个能量存储单元11,即一个电池簇1可以包括一个或者多个能量存储单元11,多个电池簇1中的至少部分电池簇1通过管路23并联设置。
在一些可能的设计中,如图1所示,一个电池簇1包括多个能量存储单元11。多个电池簇1通过管路23并联设置,即,任意两个电池簇1通过管路23并联设置。
在另一些可能的设计中,一个电池簇1包括一个能量存储单元11。多个电池簇1通过管路23并联设置,即,任意两个能量存储单元11通过管路23并联设置。
在又一些可能的设计中,多个电池簇1中的部分电池簇1通过管路23并联设置,且至少一个并联支路中设置有多个通过管路23串联设置的电池簇1。
如此设置,使得热管理回路101中的换热介质可以并联地流动至多个电池簇1,从而可以分别地与多个电池簇1进行换热,以分别地实现对多个电池簇1的降温效果,这样可以提高对能量存储单元11的热管理效率。
其中,电池簇1包括多个能量存储单元11时,电池簇1中的多个能量存储单元11可以串联、并联中的至少一种设置。
其中,储能装置10包括多个能量存储单元11时,多个能量存储单元11可以阵列分布。
其中,一个电池簇1包括一个能量存储单元11,且任意两个能量存储单元11通过管路23并联设置时,使得热管理回路101中的换热介质可以并联地流动至每个能量存储单元11,从而可以分别地与多个能量存储单元11的高温电池单体进行换热,以分别地实现对多个能量存储单元11的高温电池单体的降温效果,这样可以提高对能量存储单元11的热管理效率。
在一些实施例中,热管理结构21包括微通道换热器。
可以理解地,热管理结构21内部设有微通道。具体地,微通道可以复杂的形式弯曲延伸设置,以使换热介质流动至热管理结构21时,可以弯曲延伸的方式流动。
如此设置,可以提高换热介质通过热管理结构21与储能装置10的外部环境进行换热的效率,从而利于与储能装置10的外部环境换热后的换热介质可以实现降温,从而可再次对能量存储单元11中的高温电池单体进行降温。这样,在省去冷媒回路的基础上,进一步提高对能量存储单元11的热管理效率。
在一些实施例中,热管理结构21的外表面设有多个间隔设置的散热翅片。
如此设置,可以增大热管理结构21与储能装置10的外部环境中的气流的接触面积,从而利于提高换热介质通过热管理结构21与储能装置10的外部环境进行换热的效率,以与储能装置10的外部环境换热后的换热介质可以实现降温,从而可再次对能量存储单元11中的高温电池单体进行降温。这样,在省去冷媒回路的基础上,进一步提高对能量存储单元11的热管理效率。
在一些实施例中,请参阅图1,且结合其他附图。储能装置10还包括风机24,风机24用于对热管理结构21进行散热。
风机24是指用于将储能装置10的外部环境中的气流实现流动的部件。
可以理解地,风机24可以带动储能装置10的外部环境中的气流,使得储能装置10的外部环境中的气流可以源源不断地补充至热管理结构21上。这样,可以提高换热介质通过热管理结构21与储能装置10的外部环境进行换热的效率,从而在省去冷媒回路的基础上,进一步提高对能量存储单元11的热管理效率。
在一些实施例中,请参阅图2,且结合其他附图。其中,图2为本申请一些实施例提供的储能装置10在侧视下的局部截面图。储能装置10还包括箱体4,箱体4包括第一仓41和第二仓42,能量存储单元11设于第一仓41内,热管理结构21设于第二仓42内。在一些可能的设计中,如图2所示,第二仓42设置在第一仓41的上方;或者,在另一些可能的设计中,第二仓42设置在第一仓41的侧方。其中,图2中,箭头示意出第二仓42的进风方向a和出风方向b。
箱体4是指用于容纳能量存储单元11和热管理模块2的部件。其中,箱体4可以但不限于是集装箱。
第一仓41和第二仓42分别为箱体4的两部分结构,第一仓41的内部和第二仓42的内部均设有容纳空间。其中,能量存储单元11设置在第一仓41内部的容纳空间内,热管理结构21设置在第二仓42内部的容纳空间中。
通过箱体4分为第二仓42和第一仓41,且能量存储单元11设于第一仓41内,热管理结构21设于第二仓42内,这样使得箱体4可以分区域地布置热管理结构21和能量存储单元11,利于能量存储单元11和热管理结构21实现分区布局,降低热管理结构21处的热交换过程对能量存储单元11的降温效果的影响。
通过第二仓42设置在第一仓41的上方,一方面便于气流在第二仓42进行循环流动,从而便于换热介质通过热管理结构21与储能装置10的外部环境进行换热的效率。另一方面,第二仓42设置在第一仓41的上方,能够在一定程度上减少阳光暴晒,有利于维持储能箱体内温度稳定。
需要补充说明的是,风机24设于第二仓42上。具体地,风机24可以设置在第二仓42内,也可以设置在第二仓42的侧壁上。
通过第二仓42可以设置在第一仓41的上方,也可以设置在第一仓41的侧方,使得第一仓41和第二仓42可以实现灵活布局。
在一些实施例中,请参阅图2,且结合其他附图。第二仓42上设有进风口401和出风口402。其中,图2中,进风口401的轮廓和出风口402轮廓均通过虚线划分出来。
可以理解地,第二仓42的侧壁贯通形成有进风口401和出风口402,进风口401和出风口402间隔设置。其中,进风口401用于供储能装置10的外部环境中的气流进入第二仓42内,使得储能装置10的外部环境中的气流流动至第二仓42内的热管理结构21处,从而使得热管理回路101中的换热介质可以通过热管理结构21与储能装置10的外部环境进行换热,出风口402用于供第二仓42内的气流流动至储能装置10的外部环境中。
如此设置,储能装置10的外部环境中的气流可以通过进风口401流动至第二仓42内,并流动至热管理结构21处,以通过热管理结构21与管路23中的换热介质进行换热,然后通过出风口402流动至储能装置10的外部环境中。这样,储能装置10的外部环境中的气流可以通过热管理结构21与换热介质进行换热,实现对换热介质的降温处理。
具体地,在风机24的驱动作用下,储能装置10的外部环境中的气流可以通过进风口401流动至第二仓42内,并通过热管理结构21和风机24,然后通过出风口402流动至储能装置10的外部环境中。这样,在风机24的带动下,储能装置10的外部环境中的气流可以不断地补充至热管理结构21处,热管理回路101中的换热介质可以不断地通过热管理结构21与流动至热管理结构21的气流进行换热,即,热管理回路101中的换热介质可以不断地通过热管理结构21与储能装置10的外部环境换热,这样可以提高换热介质通过热管理结构21与储能装置10的外部环境换热的效率,从而便于省去传统方案中的冷媒回路,且提高对能量存储单元11的热管理效率。
在此需要补充说明的是,第二仓42的进风方向a是指进风口401的进风方向a,简称为进风方向a,也即是储能装置10的外部环境中的气流通过进风口401进入第二仓42内的大致方向,进风口401的进风方向a与该进风口401贯通第二仓42的侧壁的方向大致平行。第二仓42的出风方向b是指出风口402的出风方向b,简称为出风方向b,也即是第二仓42内的气流通过出风口402流出储能装置10的外部环境的大致方向,出风口402的出风方向b与该出风口402贯通第二仓42的侧壁的方向大致平行。
在一些实施例中,请参阅图2,且结合其他附图。第二仓42上设有进风口401,进风口401的进风方向a与热管理结构21的大面不垂直。
其中,热管理结构21的大面为热管理结构21的面积最大的表面。
其中,热管理结构21的大面可以朝向进风口401设置,利于气流从进风口401吹向热管理结构21,且增大气流和热管理结构21的接触面积。
作为一个示例,热管理结构21可以为板式结构,热管理结构21的大面为热管理结构21的板面。进风口401的进风方向a与热管理结构21的大面不垂直,是指进风口401的进风方向a与热管理结构21的厚度方向不平行。
通过进风口401的进风方向与热管理结构21的大面不垂直,利于第二仓42内的气流的流动,从而便于储能装置10的外部环境中的气流通过进风口401流动至第二仓42内并流动至热管理结构21处,以提高储能装置10的外部环境中的气流通过热管理结构21与换热介质的换热效率。在此基础上,在设置风机24的情况下,可以减小风机24的耗能。
在另一些实施例中,请参阅图3,且结合其他附图。其中,图3为本申请另一些实施例提供的储能装置10在侧视下的局部截面图。图3中,箭头示意出第二仓42的进风方向a和出风方向b。图3中,进风口401的轮廓和出风口402的轮廓均通过虚线划分出来。进风口401的进风方向a与热管理结构21的大面垂直。
例如,热管理结构21可以为板式结构,进风口401的进风方向a与热管理结构21的厚度方向平行。
基于此,为使得气流能够在第二仓42内高效流动,可以在热管理结构21上设置能够供气流流通的通孔等结构。
通过第二仓42上设有风机24,使得在风机24的驱动下,储能装置10的外部环境中的气流能够高效且源源不断地通过进风口401补充至第二仓42内,且能够源源不断且高效地通过出风口402流出储能装置10的外部环境中,这样即使进风口401的进风方向a与热管理结构21朝向进风口401的板面设置为垂直,气流也能够在第二仓42内高效流动。
在一些实施例中,第二仓42上设置有出风口402,出风口402设置于第二仓42的顶部。
需要说明的是,储能装置10的外部环境中的气流通过进风口401进入第二仓42内后,会通过热管理结构21与换热介质换热,与换热介质换热后的气流会升温,升温后的气流容易在第二仓42内向上流动。通过出风口402设置在第二仓42的顶部,便于与换热介质换热后的气流通过出风口402流动至储能装置10的外部环境中,从而便于储能装置10的外部环境中的气流源源不断地补充至第二仓42内,以便于换热介质不断地与储能装置10的外部环境进行换热,提高换热介质的换热效率。
在一些实施例中,请参阅图2,且结合其他附图。热管理结构21设于进风口401和风机24的进风侧之间,风机24的出风侧朝向出风口402设置。
热管理结构21设于进风口401和风机24的进风侧之间,即进风口401、热管理结构21和风机24大致沿进风方向a分布。
风机24的出风侧朝向出风口402设置,即风机24和出风口402大致沿出风方向b分布。
通过热管理结构21设于进风口401和风机24的进风侧之间,风机24的出风侧朝向出风口402设置,使得风机24可以带动气流。在风机24的驱动作用下,储能装置10的外部环境中的气流可以通过进风口401流动至第二仓42内,并依次通过热管理结构21和风机24,然后通过出风口402流动至储能装置10的外部环境中。这样,在风机24的带动下,储能装置10的外部环境中的气流可以不断地补充至热管理结构21处,从而使得热管理回路101中的换热介质可以不断地通过热管理结构21与流动至热管理结构21的气流进行换热,即,热管理回路101中的换热介质可以不断地通过热管理结构21与储能装置10的外部环境换热,这样在省去冷媒回路的基础上,可以提高换热介质通过热管理结构21与储能装置10的外部环境换热的效率,提高对能量存储单元11的热管理效率。
在一些实施例中,请一并参阅图2和图4,且结合其他附图。其中,图4为本申请又一些实施例提供的储能装置10在侧视下的局部截面图。图4中,箭头示意出第二仓42的进风方向a和出风方向b。图4中,进风口401的轮廓和出风口402的轮廓均通过虚线划分出来。第二仓42上设置有进风口401,进风口401包括第一进风口401a。第二仓42沿第一方向X的至少一侧设有第一进风口401a,第二仓42沿第二方向Y的一侧设有出风口402。第一方向X和第二方向Y交叉。
可以理解地,至少一个进风口401为第一进风口401a。
可以理解地,第二仓42沿第一方向X的至少一侧侧壁沿第一方向X贯通形成有第一进风口401a,即第一进风口401a贯通其所在的侧壁的贯通方向为第一方向X,具体地,第一进风口401a的进风方向a与第一方向X大致平行。
可以理解地,第二仓42沿第二方向Y的一侧侧壁沿第二方向Y贯通形成有出风口402,即出风口402贯通其所在的侧壁的贯通方向为第二方向Y,具体地,出风口402的出风方向b与第二方向Y大致平行。
其中,如图2所示,第二仓42沿第一方向X的其中一侧设有第一进风口401a;或者,如图4所示,第二仓42沿第一方向X相对的两侧均设有第一进风口401a。
第一方向X和第二方向Y交叉,是指第一方向X和第二方向Y可以形成大于0°且小于180°的夹角,也即是第一方向X和第二方向Y不平行。第一方向X和第二方向Y可以相互垂直,也可以不垂直。第一方向X和第二方向Y可以是位于同一个平面上相交的方向,也可以是分别互为异面的平面上的方向,且第二方向Y在第一方向X所在的平面上的投影可以与第一方向X相交。作为一个示例,第一方向X和第二方向Y垂直。
作为一个示例,如图2所示,第一仓41和第二仓42沿第二方向Y分布。即,第二方向Y为竖直方向,也即是箱体4的高度方向。
作为一个示例,如图2所示,第一方向X为水平方向。其中,第一方向X可以是箱体4的长度方向或箱体4的宽度方向。
通过第二仓42沿第一方向X的至少一侧设有第一进风口401a,第二仓42沿第二方向Y的一侧设有出风口402,且第一方向X和第二方向Y交叉,使得进风口401和出风口402分别设置在第二仓42在不同方向的侧壁上,这样便于储能装置10的外部环境中的气流与第二仓42内的热管理结构21充分接触,利于换热介质通过热管理结构21与储能装置10的外部环境中的气流换热,从而提高换热效率。
此外,通过进风口401和出风口402分别设置在第二仓42在不同方向的侧壁上,使得从第二仓42沿第一方向X相对的两侧进风口401流动至第二仓42内的气流能够进行汇聚,并通过出风口402流动至储能装置10的外部环境中。
在一些实施例中,请一并参阅图2至图4,且结合其他附图。第一进风口401a和风机24沿第一方向X分布,出风口402和风机24沿第二方向Y分布。
可以理解地,在第一方向X上,第一进风口401a和风机24之间可以设置有热管理结构21。
其中,如图3所示,第一进风口401a的进风方向a与热管理结构21的大面可以垂直。或者,如图2和图4所示,第一进风口401a的进风方向a与热管理结构21的大面也可以不垂直。
在第一方向X上,第一进风口401a和风机24之间的热管理结构21的大面朝向第一进风口401a设置。
在一些实施例中,请参阅图3和图4,且结合其他附图。储能装置10还包括风机24,风机24设于第二仓42。第二仓42沿第一方向X的相对两侧均设有第一进风口401a,且在第一方向X上,风机24的两侧均设有热管理结构21。
可以理解地,在第一方向X上,风机24设置在第二仓42的相对两侧的第一进风口401a之间,且在第一方向X上,第二仓42的各侧的第一进风口401a和风机24之间均设置有热管理结构21。
如此设置,使得储能装置10的外部环境中的气流可以通过第二仓42沿第一方向X的相对两侧的第一进风口401a进入第二仓42内,且通过各侧的热管理结构21与换热介质进行换热,这样,可以提高气流与换热介质进行换热的效率。
并且,通过在第一方向X上,风机24设置在第二仓42的相对两侧的第一进风口401a之间,且在第一方向X上,第二仓42的各侧的第一进风口401a和风机24之间均设置有热管理结构21,使得风机24可以带动第二仓42的相对两侧的第一进风口401a的气流,从而便于气流源源不断地补充至对应的热管理结构21上,以提高储能装置10的外部环境与换热介质的换热效率。
需要补充说明的是,如图3所示,第一进风口401a的进风方向a与热管理结构21的大面垂直,这样可以节省热管理结构21在第二仓42内沿第一方向X的占用空间。
在一些实施例中,请参阅图5,且结合其他附图。其中,图5为本申请再一些实施例提供的储能装置10在俯视下的局部截面图。图5中,箭头示意出第二仓42的进风方向a。进风口401包括第二进风口401b。第二仓42沿第三方向Z的至少一侧设有第二进风口401b,第三方向Z与第一方向X交叉,第三方向Z与第二方向Y交叉。图5中,第一进风口401a的轮廓和第二进风口401b的轮廓均通过虚线划分出来。
可以理解地,至少一个进风口401为第二进风口401b。第二仓42沿第一方向X的至少一侧设有第一进风口401a,第二仓42沿第三方向Z的至少一侧设置有第二进风口401b。
可以理解地,第二仓42沿第三方向Z的至少一侧侧壁沿第一方向Z贯通形成有第二进风口401b,即第二进风口401b贯通其所在的侧壁的贯通方向为第三方向Z,具体地,第二进风口401b的进风方向a与第三方向Z大致平行。
其中,第一方向X和第三方向Z交叉、第二方向Y和第三方向Z交叉的含义也可以同理于第一方向X与第二方向Y交叉的含义,在此不再重复赘述。作为一个示例,第一方向X和第二方向Y垂直,第一方向X和第三方向Z垂直,且第二方向Y和第三方向Z垂直。
作为一个示例,第一方向X为箱体4的宽度方向,第三方向Z为箱体4的长度方向,第二方向Y为箱体4的高度方向。
如此设置,使得第二仓42沿两个不同的方向的至少一侧均设有进风口401,以使储能装置10的外部环境中的气流可以通过第二仓42的不同方向上的进风口401流动至第二仓42内,并补充至热管理结构21上。这样,使得储能装置10的外部环境中的气流可以不断、充分地与热管理结构21接触,如此有助于提高储能装置10的外部环境中的气流通过热管理结构21与换热介质换热的效率。
需要补充说明的是,第二进风口401b和风机24沿第三方向Z分布。
在一些实施例中,如图5所示,在第三方向Z上,第二进风口401b和风机24之间也可以设置有热管理结构21。这样,在第一方向X上,风机24的至少一侧设有热管理结构21,且在第三方向Z上,风机24的至少一侧也设置有热管理结构21。
如此设置,可以增大热管理结构21的数量,且在风机24的不同方位上布置热管理结构21,这样便于热管理结构21与储能装置10的外部环境中的气流的接触面积,从而利于提高换热介质与储能装置10的外部环境的换热效率。
在一些实施例中,第二进风口401b的进风方向a与热管理结构21的大面可以垂直。或者,第二进风口401b的进风方向a与热管理结构21的大面也可以不垂直。
其中,在第三方向Z上,第二进风口401b和风机24之间的热管理结构21的大面可以朝向第二进风口401b设置。
在一些实施例中,请参阅图6,且结合其他附图。其中,图6为本申请另一些实施例提供的储能装置10的拓扑示意图。储能装置10还包括逆变器3,管路23连接于逆变器3。
在一些可能的设计中,如图6所示,逆变器3与能量存储单元11通过管路23呈并联设置。
这样,热管理回路101中的换热介质可以通过管路23并联地流动至逆变器3和能量存储单元11,从而可以分别地与逆变器3、能量存储单元11进行换热,以分别地实现对逆变器3和能量存储单元11的降温效果,这样可以提高对逆变器3和能量存储单元11的热管理效率。
或者,在另一些可能的设计中,逆变器3与能量存储单元11通过管路23呈串联设置。
这样,热管理回路101中的换热介质可以依次通过能量存储单元11和逆变器3,从而依次与逆变器3、能量存储单元11进行换热,以实现对逆变器3和能量存储单元11的降温效果。
如此设置,使得储能装置10中,热管理回路101中的换热介质可以通过管路23流动至逆变器3和能量存储单元11,且分别与逆变器3、能量存储单元11进行换热,从而实现对逆变器3和能量存储单元11的降温效果。
在一些实施例中,请参阅图7,且结合其他附图。其中,图7为本申请又一些实施例提供的储能装置10的拓扑示意图。储能装置10还包括逆变器3,热管理模块2包括第一热管理模块2a和第二热管理模块2b,热管理回路101包括第一热管理回路101a和第二热管理回路101b。在第一热管理模块2a中,管路23连接于能量存储单元11,以连接形成第一热管理回路101a。在第二热管理模块2b中,管路23连接于逆变器3,以连接形成第二热管理回路101b。
可以理解地,热管理模块2设置为多个,使得热管理回路101也对应设置为多个。至少两个热管理模块2分别为第一热管理模块2a和第二热管理模块2b,第一热管理模块2a中形成的热管理回路101为第一热管理回路101a,第二热管理模块2b中形成的热管理回路101为第二热管理回路101b。
具体地,在第一热管理模块2a中,管路23连接于能量存储单元11,以连接形成第一热管理回路101a。在第一热管理模块2a中,换热介质可以通过管路23流动至能量存储单元11,并与能量存储单元11进行换热,实现能量存储单元11的降温。与能量存储单元11换热后的换热介质还可以通过管路23流动至热管理结构21,并通过热管理结构21与储能装置10的外部环境进行换热,实现换热介质的降温。与储能装置10的外部环境换热后的换热介质可以再次通过管路23流动至能量存储单元11,以再次对能量存储单元11实现降温。如此,第一热管理回路101a中的换热介质可以不断地对能量存储单元11实现降温。
具体地,在第二热管理模块2b中,管路23连接于逆变器3,以连接形成第二热管理回路101b。在第二热管理模块2b中,换热介质可以通过管路23流动至逆变器3,并与逆变器3进行换热,实现逆变器3的降温。与逆变器3换热后的换热介质还可以通过管路23流动至热管理结构21,并通过热管理结构21与储能装置10的外部环境进行换热,实现换热介质的降温。与储能装置10的外部环境换热后的换热介质可以再次通过管路23流动至逆变器3,以再次对逆变器3实现降温。如此,第二热管理回路101b中的换热介质可以不断地对逆变器3实现降温。
如此设置,使得储能装置10中可以设置多个热管理模块2,逆变器3和能量存储单元11可以通过不同的热管理模块2分别实现降温,这样利于提高对能量存储单元11和逆变器3的热管理效果。
在一些实施例中,如图7所示,储能装置10还包括风机24,风机24设置于第一热管理模块2a的热管理结构21和第二热管理模块2b的热管理结构21之间。
如此设置,使得风机24可以带动气流流动,使得气流可以通过第一热管理模块2a的热管理结构21与换热介质进行换热,还可以通过第二热管理模块2b的热管理结构21与换热介质进行换热。这样,使得第一热管理模块2a和第二热管理模块2b可以共用风机24。
在一些实施例中,请一并参阅图6和图7,且结合其他附图。逆变器3设置为多组,多组逆变器3通过管路23并联设置。
其中,一组逆变器3可以包括至少一个逆变器3。一组逆变器3包括多个逆变器3时,各组逆变器3中,多个逆变器3可以通过管路23并联或串联设置。作为一个示例,如图6和图7所示,一组逆变器3包括一个逆变器3。
如此设置,使得热管理回路101中的换热介质可以并联地流动至多组逆变器3,从而可以分别地与多组逆变器3进行换热,以分别地实现对多组逆变器3的降温效果,这样可以提高对逆变器3的热管理效率。
在一些实施例中,请参阅图8,且结合其他附图。其中,图8为本申请再一些实施例提供的储能装置10的拓扑示意图。输送组件22包括一个或多个输送泵221。其中,输送组件22包括多个输送泵221时,多个输送泵221通过管路23并联设置。
输送泵221可以但不限于是水泵,具有泵送热管理回路101中的换热介质的性能。可以理解地,输送泵221可以泵送换热介质,以使换热介质可以在热管理回路101中循环流动。
通过多个输送泵221通过管路23并联设置,使得多个输送泵221可以交替使用。这样,在某个输送泵221损坏时,可以使用另一个输送泵221,从而提升热管理回路101的可靠性,利于延长整个热管理回路101的使用寿命,能够改善在输送泵221损坏时需要将整个热管理回路101报废处理的问题,从而利于延长储能装置10的使用寿命。
作为一个示例,如图8所示,输送泵221的数量为两个。
在一些实施例中,热管理回路101包括水基冷却液回路、油系冷却液回路、纳米流体冷却液回路中的至少一种。
水基冷却液回路是指换热介质为水基冷却液的回路,油系冷却液回路是指换热介质为油系冷却液的回路,纳米流体冷却液回路是指换热基质为纳米流体冷却液的回路。可以理解地,换热介质包括水基冷却液、油系冷却液、纳米流体冷却液中的至少一种。
其中,当热管理回路101包括水基冷却液回路、油系冷却液回路、纳米流体冷却液回路中的其中一种时,换热介质可以为水基冷却液,例如纯水、乙二醇水溶液、丙二醇水溶液等。换热介质也可以为油系冷却液,例如矿物油、硅油、合成油等。换热介质也可以为纳米流体冷却液,具体地,在水或油中添加纳米颗粒(例如氧化铝、氧化铜、石墨烯等)。
当热管理回路101包括水基冷却液回路、油系冷却液回路、纳米流体冷却液回路中的多种时,热管理回路101的数量为多个,多个热管理回路101之间的类型可设置为不同。或者,同一个热管理回路101中可包括多种换热介质,多种换热介质可以混合。
如此设置,使得冷却液的选择、热管理回路101的选择均可十分灵活。
在一些实施例中,热管理回路101包括丙二醇冷却液回路。
丙二醇冷却液回路是指换热介质为丙二醇冷却液的回路。
如此设置,使得热管理回路101中的换热介质为丙二醇冷却液,从而不易变质,这样利于延长热管理回路101的使用寿命,从而利于延长储能装置10的使用寿命。
在一些实施例中,请一并参阅图1、图6至图8,且结合其他附图。储能装置10还包括加热装置25,加热装置25设置于管路23上。
加热装置25是指具有加热性能的部件。
如此设置,使得加热装置25可以加热热管理回路101中的换热介质,从而使得换热介质可以实现对能量存储单元11的加热效果,从而使得储能装置10不仅可以对能量存储单元11实现降温,还可以实现能量存储单元11的升温,如此可以对能量存储单元11实现适应性的热管理效果。
在此需要补充说明的是,热管理结构21、风机24、输送泵221、加热装置25等装置可以构成上述液冷机组。
本申请实施例提供的储能系统包括和储能装置10。其中,本实施例中的储能装置10与以上各实施例中的储能装置10相同,具体请参阅以上各实施例中储能装置10的相关描述,此处不赘述。
本申请实施例提供的储能系统,通过采用了以上各实施例涉及的储能装置10,可以省去传统方案中的冷媒回路,有助于降低能量存储单元11在热管理过程中的辅源功耗,从而降低储能系统在热管理过程中的辅源功耗,以提高储能系统的经济效益。
作为本申请的其中一个实施例,如图1所示,储能装置10包括能量存储单元11、热管理模块2和风机24,能量存储单元11包括高温电池单体,热管理模块2包括热管理结构21、输送组件22和管路23,热管理结构21和输送组件22均设于管路23上。管路23连接于能量存储单元11,以连接形成热管理回路101。热管理回路101为包括热管理结构21、输送组件22及能量存储单元11的单向回路。热管理回路101用于循环换热介质,输送组件22用于循环输送换热介质。换热介质用于与高温电池单体换热,且换热介质用于通过热管理结构21与储能装置10的外部环境换热,风机24用于对热管理结构21进行散热。高温电池单体在与换热介质换热后的运行温度为T1,换热介质在与高温电池单体换热后的温度为T2,换热介质在与高温电池单体换热前的温度为T3,储能装置10的外部环境的温度为T4,T1>T3,且T2>T4。
以上仅为本申请的较佳实施例而已,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。











