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储能电池技术,一种家用式固态电池储能系统

特普生科技 特普生科技 2022-03-28 17 707

随着城市的快速发展以及人口密度不断增大,城市供电呈现需求增长快、供电可靠性要求逐步提高、峰谷差持续增长的趋势。越来越大的峰谷差对发电机组和电力稳定性提出了更高的挑战。通常情况下,电网依赖火电机组和燃气轮机组等发电机组进行调峰,在用电高峰提高发电机组的出力,在用电低谷时降低机组出力,达到调峰的目的。但是随着新能源发电的快速发展,电网中火电机组和燃气轮机组的比例逐年下降,未来电网调峰能力下降,电网的稳定性和安全性充满挑战。

储能技术作为能量转移的技术可以将低谷时新能源发电机组发的电能储存起来,在用电高峰时将电能以合理的形式释放出来从而达到削峰填谷的目的。目前家庭储能还处于一个初步发展的阶段,家庭储能参与电网的削峰填谷将对电网资源的优化配置起到一个极大的作用。家庭储能对储能系统的安全性提出了更高的要求,而传统的锂离子电池存在一定安全隐患。

储能用特普生温度传感器.jpg


问题拆分

包括家用储能系统管理平台、DC‑AC模块、DC‑DC模块、热水装置和若干固态电池储能模组;固态电池储能模组包括若干固态电池单体,每个固态电池储能模组均分别与一个DC‑DC模块连接,所有DC‑DC模块相互并联后与DC‑AC模块连接;热水装置通过水循环系统与若干固态电池储能模组连接;固态电池储能模组内设有若干温度传感器;家用储能系统管理平台通过储能电池开关与DC‑AC模块连接、通过交流电源开关与电网连接、通过家庭负载开关与家庭负载连接。本发明能够在降低用户侧用电成本同时提供应急电源,解决城市峰谷差给电网带来较大压力的问题;在保证用电安全性的同时,提高经济性并保障电网的安全性。

问题解决

一种家用式固态电池储能系统,包括家用储能系统管理平台1、DC-AC模块2、DC-DC模块3、热水装置7和若干固态电池储能模组13。

储能用特普生温度传感器.jpg

固态电池储能模组13包括若干固态电池单体,固态电池单体可以采用硫化物固态电池、氧化物固态电池、聚合物固态电池或复合固态电池。每个固态电池储能模组13均分别与一个DC-DC模块3连接,所有DC-DC模块3相互并联后与DC-AC模块2连接;热水装置8通过水循环系统与若干固态电池储能模组13连接;固态电池储能模组13内设有若干温度传感器6,温度传感器6与家用储能系统管理平台1连接;家用储能系统管理平台1通过储能电池开关11与DC-AC模块2连接、通过交流电源开关10与电网连接、通过家庭负载开关12与家庭负载4连接。

具体地,水循环系统包括输水管道5、水泵8和阀门9,输水管道5分别与每个固态电池储能模组13连接,水泵8和阀门9设在输水管道5上。

在本发明的一个较优的实施例中,输水管道5包括总管和若干支管,每个支管分别连接一个固态电池储能模组13,所有支管连接至总管,每个支管上均设有支管阀门。进一步优选地,支管在固态电池储能模组13中迂回设置,考虑支管能够较为均匀地作用到固态电池储能模组13的每一个固态电池单体。优选地,输水管道5、热水装置8和固态电池储能模组13外部均设有保温层。

在本发明的一个较优的实施例中,热水装置8包括太阳能热水器,太阳能热水器设在转动支架上,转动支架连接有光照传感器。优选地,热水装置8还包括与太阳能热水器并联的备用热水器。进一步优选地,备用热水器为燃气热水器或电热水器。

在本发明的一个较优的实施例中,家庭负载4连接有UPS装置(不间断电源),UPS装置与家用储能系统管理平台1连接。当电网输入正常时,UPS装置将电网供电稳压后供应给家庭负载4使用,同时向机内电池充电;当电网中断或事故停电时,UPS装置立即将电池的直流电能,通过逆变器切换转换的方法向家庭负载4继续供应220V交流电,使家庭负载4维持正常工作并保护家庭负载4软、硬件不受损坏;而且,UPS装置通常对电压过高或电压过低都能提供保护。

下面以一个具体的实施例对本发明的工作原理进行进一步解释:

对于一个10kW/50kWh的家用式固态电池储能系统,采用氧化物和聚合物复合的固态电池储能模组13,复合固态电池单体通过串联或者并联的方式组成2kW/10kWh的固态电池模组13,5个固态电池模组13与DC-DC模块3连接,DC-DC支路汇聚到DC-AC模块2端与电网相连。

由于固态电池在常温下的电池内阻较大,需要提高电池的运行环境温度来提高电池的电化学性能。出于节能环保的考虑,本实施例采用太阳能热水循环系统来保证固态电池的运行温度,通过太阳辐射加热太阳能热水器中的水并储存起来。太阳能热水器可有效接受太阳辐射,可根据时间和季节转动太阳能热水器的角度,充分接受光照。需要运转的时候通过家用储能系统管理平台1控制水泵8和阀门9来控制热水在输水管道5中的流量和流速,并根据固态电池周围的温度传感器6实时反馈电池的温度。太阳能热水器、输水管道5以及固态电池模组13外部均包覆有隔热保温层,充分利用太阳能热量,且输水管道5可以承受高温。该模式可以有效节约能耗,充分利用太阳能加热固态电池,从而使固态电池满足充放电运行状态,例如将氧化物和聚合物复合的固态电池的运行温度控制在60℃左右,保证电池在恒定的较高温度下高效运行。

当夜晚谷电的时候可对固态电池储能模组13进行充电,将储能电池开关11和交流电源开关10闭合,交流电网通过DC-AC模块2和DC-DC模块3转换后对固态电池储能模组13进行充电,此时采用谷电进行充电可以降低用电成本。当白天需要用电时,可以将交流电源开关10断开,储能电池开关11和家庭负载开关12闭合,则储能系统可直接对家庭负载4进行供电,避开高峰用电,缓解电网压力。

当储能系统的供电功率不足以满足家庭负载4运作时,通过家用储能系统管理平台1引入电网进行补充供电,采用固态电池储能模组13和电网同时供电的模式保障。当储能系统低电量时将储能电池开关11断开,直接采用电网供电的模式对家庭电网进行供电。

当电网出现紧急故障时,家用储能系统管理平台1可即时让固态电池储能系统紧急启动,恢复家庭用电,假设一个家庭的平均用电功率为5kW,则50kWh的储能系统按80%的可用容量计算可维持至少8小时的紧急供电需求。当电网恢复供电时,储能系统可停止供电或者让电网对储能系统进行充电。

储能系统采用分散式的接入方式,每个固态电池储能模组13与一个DC-DC模块3连接,独立控制每个固态电池储能模组13。固态电池本身具有不可燃性,具备高安全性,分散式的接入方式进一步提高了整个储能系统的安全性。对于家用的场景通常对储能系统会有较高的安全要求,分散式的固态小型储能系统则完全满足这样的要求。

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