一种固态电池和液态电池混合的储能系统

技术领域

本发明属于储能电池技术领域，具体涉及一种固态电池和液态电池混合的储能系统。

背景技术

传统的锂离子电池含有大量的液态电解液，因此其安全性非常不稳定，在挤压、高温、过充过放等状况下极易发生起火、爆炸等热失控问题。而固态电池因为采用固态电解质代替传统的液态电解质，固态电解质不可燃、无腐蚀、不挥发、不漏液，同时也克服了锂枝晶的问题，极大地提高了电池的安全性，确保电池安全稳定的运行。另一方面，传统锂离子电池中，隔膜和电解液占据了电池近40％的体积和25％的质量，如果把它们用固态电解质取代，则固态电解质的厚度可以缩短至几到十几个微米，极大地降低电池的厚度，减轻电池材料的体积和质量，提高电池的能量密度，固态电池的能量密度可以突破500Wh/kg以上，是目前液态电池能量密度的2倍。

尽管固态电池具有高安全性和高能量密度的优点，但是其发展仍面临诸多挑战，目前固态电池制备技术成熟度一般，技术规模化推广需要克服的困难还有很多，固态电池的倍率性能整体偏低，内阻偏大，高倍率放电时电压降较大。固态电池的性能极易受温度的影响，在温度较高的环境下才能实现大电流快速充放电。

储能系统要求具有高安全性、高能量密度同时具有较好的充放电性能，单一的电池形式可能很难满足全部要求。

发明内容

为了解决上述现有问题，本发明的目的在于提供一种固态电池和液态电池混合的储能系统，充分发挥了固态电池和液态电池的优势，提高了储能系统的安全性、能量密度和充放电性能。

本发明通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种固态电池和液态电池混合的储能系统，包括混合电池模组、DC-DC模块和固液混合电池管理系统；每个混合电池模组与一个DC-DC模块连接，若干DC-DC模块相互并联后与固液混合电池管理系统连接；

混合电池模组包括相互连接的若干固态电池电芯和若干液态电池电芯，若干固态电池电芯和若干液态电池电芯交替排布。

优选地，每个DC-DC模块连接有BMS模块，所有BMS模块分别连接至固液混合电池管理系统。

优选地，混合电池模组设置在储能集装箱内，储能集装箱内设有温度传感器，温度传感器与固液混合电池管理系统连接。

优选地，若干固态电池电芯和若干液态电池电芯相互并联或串联形成混合电芯组，混合电芯组连接有保护电路。

优选地，固态电池电芯为凝胶固态电池电芯、无机固态电池电芯或复合固态电池电芯。

优选地，液态电池电芯为锂离子电池电芯、铅蓄电池电芯、钠硫电池电芯或液流电池电芯。

优选地，混合电池模组中固态电池电芯的数量百分比为60-95％，液态电池电芯的数量百分比为5％-40％。

优选地，混合电池模组中固态电池电芯与液态电池电芯的电池容量差＜10％。

优选地，混合电池模组中单体固态电池电芯和单体液态电池电芯之间的内阻差＜30％。

优选地，固液混合电池管理系统连接有DC-AC模块，DC-AC模块连接至外部电网。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的一种固态电池和液态电池混合的储能系统，固态电池因具有高安全性，在储能系统中固态电池和液态电池规则排列、相互交替，固态电池起到了隔离液态电池的作用，因此配置固态储能电池可以有效提高电池储能系统的安全性。将固态电池和液态电池复合在一起可以有效减小整体电池体积和重量，充分发挥固态电池的优势，提高电池储能系统的能量密度，降低成本，提高经济性。液态电池的加入可以有效解决固态电池的倍率性能整体偏低，内阻偏大的问题，满足储能系统大功率的放电要求，可以适应不用应用场景体系，实现混合储能系统在不同倍率下运行，达到系统长寿命循环使用的目的。固态电池在较高温度下的放电性能更佳，刚好可解决液态电池在充放电过程中释放较多热量的问题，而固态电池释放同等电量释放的热量仅为液态电池的30％左右，混合储能系统可以均衡电池的热平衡，同时提高电池的充放电性能。

进一步地，每个DC-DC模块都具有BMS模块，可以实时采集混合电池模组各项数据，固液混合电池管理系统可以根据这些数据及时调配和管理整个系统，提高系统的综合效率和稳定性。

进一步地，固态电池对温度敏感性较大，设置温度传感器能够将每个储能集装箱内的实时温度传递给固液混合电池管理系统，从而对每个混合电池模组的输入功率和输出功率进行控制。

进一步地，混合电池模组中固态电池电芯的数量百分比为60-95％，液态电池电芯的数量百分比为5％-40％，固体电池的电芯数量高于液态电池的电芯，可更好地提高储能系统的安全性，同时一定数量的液态电池又能确保储能系统的充放电性能。

进一步地，混合电池模组中固态电池电芯与液态电池电芯的电池容量差＜10％，确保电池模组中电芯的一致性，延长储能系统的整体循环寿命。

进一步地，混合电池模组中单体固态电池电芯和单体液态电池电芯之间的内阻差＜30％，保证电池模组中电芯的一致性，同时保证电芯的良品率。

附图说明

图1为本发明的实施例1的整体结构示意图；

图2为本发明的实施例2的整体结构示意图；

图3为本发明的实施例3的整体结构示意图。

图中：1为固态电池电芯、2为液态电池电芯、3为混合电池模组、4为DC-DC模块、5为固液混合电池管理系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：

本发明的一种固态电池和液态电池混合的储能系统，包括混合电池模组3、DC-DC模块4和固液混合电池管理系统5；每个混合电池模组3与一个DC-DC模块4连接，若干DC-DC模块4相互并联后与固液混合电池管理系统5连接；固液混合电池管理系统5连接有DC-AC模块，DC-AC模块连接至外部电网。

在本发明的一个较优的实施例中，每个DC-DC模块4连接有BMS模块，所有BMS模块分别连接至固液混合电池管理系统5。

混合电池模组3包括相互连接的若干固态电池电芯1和若干液态电池电芯2，若干固态电池电芯1和若干液态电池电芯2交替排布。固态电池电芯1可以为凝胶固态电池电芯、无机固态电池电芯或复合固态电池电芯。液态电池电芯2可以为锂离子电池电芯、铅蓄电池电芯、钠硫电池电芯或液流电池电芯。

混合电池模组3设置在储能集装箱内，储能集装箱内设有温度传感器，温度传感器与固液混合电池管理系统5连接。若干固态电池电芯1和若干液态电池电芯2相互并联或串联形成混合电芯组，混合电芯组连接有保护电路。优选地，混合电池模组3中固态电池电芯1的数量百分比为60-95％，液态电池电芯2的数量百分比为5％-40％。混合电池模组3中固态电池电芯1与液态电池电芯2的电池容量差＜10％。混合电池模组3中单体固态电池电芯1和单体液态电池电芯2之间的内阻差＜30％。

实施例1

如图1，本实施例中固态电池电芯1为凝胶固态电池，液态电池电芯2为磷酸铁锂电池。由两个凝胶固态电池和一个磷酸铁锂电池组成混合电池模组3。在混合电池模组3中电芯单元规则排列，固态电池电芯1和液态电池电芯2之间相互交替，凝胶固态电池和磷酸铁锂电池之间层叠排列在一起，且凝胶固态电池和磷酸铁锂电池的数量比为2:1。凝胶固态电池和磷酸铁锂电池紧密排布在一起，固态电池电芯1和液态电池电芯2均串联形成混合电池模组3。本实施例采用磷酸铁锂电芯容量为200Ah，单体电芯额定电压为3.2V，采用凝胶固态电池的电芯容量同样为200Ah，凝胶电池电芯额定电压为3.2V，每个固液混合电池箱由18个凝胶固态电池和9个液态电池成组，电池之间交替排列。混合电池模组3由14个固液混合电池箱串联组成，并且每个混合电池模组3接入一台125kW的DC-DC储能变换器，组成容量为125kW/125kWh的混合储能电池模组。固态电池对温度敏感性较大，因此需要在混合储能电芯单元之间设置温度传感器，通过温度传感器控制储能系统各储能单元的充放电。单个电池模组都有独立的DC-DC模块4，每个电池模块均可自我管控、自我调节、互不影响。DC-DC模块4可以读取磷酸铁锂电池在运行过程中的电压、电流、温度等数据，通过这些数据来控制电池的工作状态，进行电池模组之间的平衡，提高电池储能系统的运行效率，提高系统的寿命。储能系统中DC-DC模块4中的运行参数数据实时发送给固液混合电池管理系统5，从而让电池管理系统及时管理和调配整个系统。

实施例2

如图2，本实施例中固态电池电芯1为氧化物固态电池，液态电池电芯2为液流电池。由三个氧化物固态电池和一个液流电池组成混合电池模组3。在混合电池模组3中混合储能电芯单元规则排列，固态电池和液态电池之间相互交替，氧化物固态电池和液流电池之间层叠排列在一起，且氧化物固态电池和液流电池的数量比为3:1。氧化物固态电池和液流电池紧密排布在一起，氧化物固态电池和液流电池均串联或并联形成混合电池模组3。混合电池模组3中电芯容量、数量和排布方式可以根据实际需求设置，不再累述。

实施例3

如图3，本实施例中固态电池电芯1为硫化物固态电池，液态电池电芯2为铅蓄电池。由四个硫化物固态电池和一个铅蓄电池组成混合电池模组3。在混合电池模组3中混合储能电芯单元规则排列，固态电池和液态电池之间相互交替，硫化物固态电池和铅蓄电池之间层叠排列在一起，且硫化物固态电池和铅蓄电池的数量比为4:1。硫化物固态电池和铅蓄电池紧密排布在一起，硫化物固态电池和铅蓄电池均串联或并联形成混合电池模组3。混合电池模组3中电芯容量、数量和排布方式可以根据实际需求设置，不再累述。

在本发明所提供的实施例中，所揭露的技术内容，主要是针对固态和液态电池混合的储能系统，以上所描述的实例仅仅是示意性的，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内可轻易想到的变化或者替换，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或直接、间接运用在其他相关技术领域的情况，均应涵盖在本发明的保护范围之内。