超大容量工程化电池储能系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术的实施例公开了一种超大容量工程化电池储能系统及其控制方法，涉及储能技术领域。所述超大容量工程化电池储能系统包括至少一个电池组，电池组包括串联连接的若干单体电池，单体电池为铅酸电池、铁镍电池或锰锌电池等电池，单体电池包括池体和密封盖设在池体上的顶盖，其中：池体内设有电解质；顶盖的下方插拔安装有电极和隔板，顶盖上设有接线柱和单向隔离安全阀；单体电池还包括易燃气体收集排放装置和低压安全气体注入装置。本发明专利技术实施例采用部件出厂、现场组装、现场维护等方式，结合单体电池智能调度控制策略，形成电池容量大、电极材料供应充足、循环利用率高、运行维护安全、综合成本低的工程化储能电池解决方案。综合成本低的工程化储能电池解决方案。综合成本低的工程化储能电池解决方案。

【技术实现步骤摘要】
超大容量工程化电池储能系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于储能
，更具体属于电化学储能
，特别是指一种超大容量工程化电池储能系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]当前，电化学储能主要采用小型锂离子电池矩阵组合技术，形成1
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2MWh储能容量的储能模块，再视需要进一步组合，电池管理系统仅监测电池模块温度、电流、电压等信息，作为判断电池是否存在热失衡风险的依据，在发现电池模块异常的情况下报警或将整个电池模块停运。该方案存在以下缺点：
[0003](1)锂离子电池原材料稀缺。金属锂、镍、钴等资源储量不足，现有开采量已无法满足新能源汽车动力电池及移动式储能电池等高能量密度要求行业的高速发展，含锂原材料价格更是飙涨5倍以上，导致电化学储能工程的成本高企，因此依靠锂离子电池从供应和成本上，均无法满足2025年全球电化学储能预计累计装机容量64.3GW/179GWh的巨大发展需求。
[0004](2)电池安全问题。锂离子电池在过充过放、过热、机械碰撞等内外部因素的作用下，容易引起电池隔膜崩溃、内部短路等现象，从而导致电池热失控，这是锂离子电池发生安全问题的本质原因。由于锂离子电池单体容量较小，加上制造过程中的一致性难题，工程应用中大多采用多电池的串并联矩阵结构，异常情况下虽可切断整个电池组串联回路，但异常点并联电池间环流却可能因故障电池热失控进一步加剧，形成恶性循环。此外，锂离子电池目前采用的电解液有机溶剂大多属于易燃或可燃液体，这又增加了其发生火灾的隐患。就目前传统的安全消防措施而言，并不能有效抑制锂离子电池的热失控，从而导致初期火灾迅速蔓延，进而演变为大规模火灾。近3年内，全球范围内的锂离子电池储能项目发生爆炸和火灾的大型事故多达26起。但目前尚没有完善的预防及消防策略。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术实施例提供一种成本低、安全性高的超大容量工程化电池储能系统及其控制方法。
[0006]一方面，提供一种超大容量工程化电池储能系统，包括至少一个电池组，所述电池组包括串联连接的若干单体电池，所述单体电池为铅酸电池、铁镍电池或锰锌电池，所述单体电池包括池体和密封盖设在所述池体上的顶盖，其中：
[0007]所述池体内设有电解质，所述池体的侧面设有液位观察窗；
[0008]所述顶盖的下方插拔安装有电极和隔板，所述电极采用可重整激活循环利用的材料，所述顶盖上设有接线柱和单向隔离安全阀，当所述池体内气体压力超过预设阈值时，所述单向隔离安全阀自动打开；
[0009]所述单体电池还包括易燃气体收集排放装置，所述易燃气体收集排放装置包括设置在所述顶盖上方的气室，所述气室的入口通过管路连接所述单向隔离安全阀，所述气室
上设有排气接口；
[0010]所述单体电池还包括低压安全气体注入装置，所述低压安全气体注入装置的出口分别连通所述池体和气室，所述池体内和气室内均设有气体浓度传感器，当所述气体浓度传感器检测到所述池体内/气室内的易燃气体浓度超过预设阈值时，所述低压安全气体注入装置向所述池体内/气室内注入低压安全气体以排出所述池体内/气室内的易燃气体；
[0011]所述电池组的输出端处设置有控制开关。
[0012]进一步的，每个电池组均设有电池管理系统BMS，每个单体电池上均串联有电动单刀双掷开关，所述电动单刀双掷开关的控制端连接至所述BMS，所述电动单刀双掷开关的动端用于连接另一单体电池，不动端的一个接点连接当前单体电池的一个连接端，不动端的另一个接点通过导线连接当前单体电池的另一个连接端。
[0013]进一步的，所述池体采用现场焊接成型；
[0014]和/或，所述池体的底部预埋排液管，所述排液管上设有阀门；
[0015]和/或，所述池体的顶端预埋壳体紧固件。
[0016]进一步的，所述池体的表面涂覆防腐绝缘隔温材料；
[0017]和/或，所述池体的内壁上设有塑性材料；
[0018]和/或，所述池体的顶部密封面处设有密封圈安装槽。
[0019]进一步的，所述顶盖上设有起吊点、电极与接线柱安装孔、以及排气注液孔。
[0020]进一步的，所述电极包括导电骨架和设置在所述导电骨架表面的活性材料层；
[0021]和/或，所述隔板包括分隔框架、设置在所述分隔框架上的隔膜、以及设置在所述隔膜上的保护层。
[0022]进一步的，所述单体电池上设有电池容量监测装置；
[0023]和/或，所述单体电池上设有电流测量表计、电压测量表计、温度测量表计和电解液液位测量表计。
[0024]另一方面，提供上述的超大容量工程化电池储能系统的控制方法，每个单体电池均设有安全监测与容量分析装置SMCAD，所述SMCAD对单体电池的控制方法包括：
[0025]步骤10：设定单体电池初始容量；
[0026]步骤11：修正单体电池可充放电容量；
[0027]步骤12：进行单体电池开关操作；
[0028]步骤13：判断单体电池开关状态，如果为关，则转至步骤11，如果为开，则执行下一步骤；
[0029]步骤14：更新单体电池可充放电容量；
[0030]每个电池组上均设有电池管理系统BMS，所述BMS对电池组的控制方法包括：
[0031]步骤20：根据所述SMCAD修正后的单体电池可充放电容量，选择需要工作的单体电池；
[0032]步骤21：配置电池组中单体电池的开关状态；
[0033]步骤22：检查电池组中单体电池的开关状态，如果出现错误，则转至步骤21，如果正确，则执行下一步骤；
[0034]步骤23：启动电池组开关及电池组输出端所连接的整流/逆变器；
[0035]步骤24：记录电池组充放电量。
[0036]进一步的，所述步骤12进一步为：根据所述BMS配置的电池组中单体电池的开关状态，进行单体电池开关操作；
[0037]所述步骤14进一步为：根据所述BMS记录的电池组充放电量，更新单体电池可充放电容量。
[0038]进一步的，所述SMCAD对单体电池的控制方法还包括：
[0039]步骤15：向所述BMS发出单体电池异常/调度申请；
[0040]所述BMS对电池组的控制方法还包括：
[0041]步骤25：根据所述SMCAD发出的单体电池异常/调度申请，停用电池组开关及电池组输出端所连接的整流/逆变器。
[0042]本专利技术实施例将循环次数低、容易出现电极形变、电极钝化等问题，但供应链成熟、材料来源广泛、加工工艺简单的储能电池(如铅酸电池、铁镍电池、锰锌电池等)的单体电池解构为壳体、电极、隔板、电解质、控制模块、安全模块等结构，采用部件出厂、现场组装、现场维护等方式，结合单体电池智能调度控制策略，形成电池容量大、电极材料供应充足、循环利用率高、运行维护安全、综合成本低的工程化储能电池解决方案。本专利技术实施例的超大容量工程化电池储能系统成本低、安全性高。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超大容量工程化电池储能系统，其特征在于，包括至少一个电池组，所述电池组包括串联连接的若干单体电池，所述单体电池为铅酸电池、铁镍电池或锰锌电池，所述单体电池包括池体和密封盖设在所述池体上的顶盖，其中：所述池体内设有电解质，所述池体的侧面设有液位观察窗；所述顶盖的下方插拔安装有电极和隔板，所述电极采用可重整激活循环利用的材料，所述顶盖上设有接线柱和单向隔离安全阀，当所述池体内气体压力超过预设阈值时，所述单向隔离安全阀自动打开；所述单体电池还包括易燃气体收集排放装置，所述易燃气体收集排放装置包括设置在所述顶盖上方的气室，所述气室的入口通过管路连接所述单向隔离安全阀，所述气室上设有排气接口；所述单体电池还包括低压安全气体注入装置，所述低压安全气体注入装置的出口分别连通所述池体和气室，所述池体内和气室内均设有气体浓度传感器，当所述气体浓度传感器检测到所述池体内/气室内的易燃气体浓度超过预设阈值时，所述低压安全气体注入装置向所述池体内/气室内注入低压安全气体以排出所述池体内/气室内的易燃气体；所述电池组的输出端处设置有控制开关。2.根据权利要求1所述的超大容量工程化电池储能系统，其特征在于，每个电池组均设有电池管理系统BMS，每个单体电池上均串联有电动单刀双掷开关，所述电动单刀双掷开关的控制端连接至所述BMS，所述电动单刀双掷开关的动端用于连接另一单体电池，不动端的一个接点连接当前单体电池的一个连接端，不动端的另一个接点通过导线连接当前单体电池的另一个连接端。3.根据权利要求1所述的超大容量工程化电池储能系统，其特征在于，所述池体采用现场焊接成型；和/或，所述池体的底部预埋排液管，所述排液管上设有阀门；和/或，所述池体的顶端预埋壳体紧固件。4.根据权利要求1所述的超大容量工程化电池储能系统，其特征在于，所述池体的表面涂覆防腐绝缘隔温材料；和/或，所述池体的内壁上设有塑性材料；和/或，所述池体的顶部密封面处设有密封圈安装槽。5.根据权利要求1所述的超大容量工程化电池储能系统，其特征在于，所述顶盖上设有起吊点、电极与接线柱安装孔、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亚明，张聪，李峻，杨昊，王小博，李军，陶君，
申请(专利权)人：中能建数字科技有限公司，
类型：发明
国别省市：