[发明专利]分布式能量系统、热管理系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本专利要求2010年6月8日提交的美国临时专利申请No.61/352,496的优先权，在此通过引用直接并入其公开的内容以用于所有允许的目的。

技术领域

本申请涉及包括分布式储能单元的分布式能量系统以及分布式储能单元的热管理。

背景技术

出于多种原因，期望电网上的储能容量。所谓的分布式储能（DES）系统或者社区储能（CES）系统所储存的能量与用于从直流电（DC）到交流电（AC）的主动变换并且耦接到公用设施（utility）的电力电子设备相结合。可以以多种方式使用获得的AC电力，包括电压支持、功率因数校正、峰值负载抑制、孤岛效应和VAR支持。

对DES或者CES系统的一个挑战是维护储存单元的运行环境，特别是，诸如电池的储能元件的运行温度。使热管理复杂化的一些因素是：

1、大幅变化的自然外部环境天气条件；

2、在功率变换器和电池外壳内大幅变化的功率损耗（发热），这取决于运行模式和电力运行条件；

3、发热源的相对接近程度；

4、外壳的物理尺寸上的局限；以及

5、限制诸如风扇和泵这种主动式冷却装置的使用的可靠性和可服务性目标。

CES单元中重要的成本因素是储能装置，该储能装置可以由多种电池技术中的任意一种或者多种电池技术的组合构成，例如：铅酸；诸如锂金属氧化物、磷酸铁锂和锂钴锰的各种锂离子（Li-ion）化学物质中的任意一种；镍金属氢化物（NiMH）；以及钠硫（NaS）。超过它们的温度额定值的极限（过热或者过冷）时，会造成对这些类型的储能技术的永久损害；并且这种损害根据诸如充电状态这样的条件和诸如充电或放电的运行模式发生得更快或者更慢。

通过在温度规范范围内操作并维护DES/CES的电池系统，可以获得显著的性能、成本和效率上的益处。然而，热管理仍然是设计局限。解决方案通常包括在DES/CES设计中添加主动式加热和冷却元件。这些元件增加了初始安装和持续维护的成本并且潜在地降低了可靠性。

附图说明

图1是根据本发明的实施方式的包括热管理的分布式储能单元的图。

具体实施方式

根据本发明的实施方式的被动式冷却结构和方法为DES/CES系统提供了显著的成本和性能优势。通过独特地改变DES/CES结构以有利地使用地热温度的稳定性从而维持DES/CES系统的运行温度，来获得被动式热管理。

CES10包括图1示出的根据本发明的实施方式的地热温度调节系统并且包括以下几个特征：

1、密封的化学惰性储能容器或者“包装容器”（pack）12；

2、地下腔室和支撑结构或者箱垫14；以及

3、到公用设施连接和到CES转换器单元20两者的机械和电接口（16、18）。

包装容器12包括适当地电耦接和机械耦接的多个单独的电池单元24。尽管示出了四个电池单元22（为了清楚起见在附图中标识了一个），但应理解的是，根据电池的类型和CES的运行要求，可以有更多或者更少个电池单元。包装容器12中还包括通过通信链路26耦接到CES转换器单元20和公用设施的监视和控制电子设备24。包装容器12还包括供电和逆变器电子设备28，该供电和逆变器电子设备28也耦接到电子设备24并且还包括耦接到电池22、CES转换器单元20和公用设施的电力导体30。经由在包装容器内形成的包括适当的液体完全密封件34的孔32对链路26和导体30进行耦接。包装容器12本身是充油的（未示出）并且是完全密封的，由密封壁结构36示出，从而其完全可浸入水中。在包装容器12内使用单独的电池22有助于均匀地分布热量，从而减低了包装容器的热梯度，并且尽管在图1中未示出，但电池22本身可以在包装容器12内均匀地分布。密封的包装容器的热质量较大，从而降低了即使存在大幅变化的环境温度时电池温度的摆幅。可以将包装容器的油和电池电解质选择为环保型的，以降低发生泄漏和地面污染时的影响。还可以设置有耦接到电池22并且响应于电子设备24而运行的辅助加热器38。