太阳能储能系统的制作方法

本申请涉及太阳能发电技术领域，特别涉及一种太阳能储能系统。

背景技术：

能源和环境已经成为当前全球最为关注的问题，寻找清洁的、可再生的替代能源已成为当今世界的共识。无疑，太阳能是最符合条件的替代能源之一。太阳能是一种把太阳光转换成电能的绿色可再生能源，与其它常规能源相比，具有以下几个特点：1、太阳能取之不尽，用之不竭。据估算，一年之中投射到地球的太阳能，其能量相当于137万亿吨标准煤所产生的热量，大约为目前全球一年内利用各种能源所产生能量的两万倍；2、太阳能在转换过程中不会产生危及环境的污染；3、太阳能资源遍及全球，可以分散地、区域性地开采；4、太阳能发电是静态运行，没有运动部件，寿命长，无需或极少需要维护。太阳能发电产品按技术路线可分为晶硅系列产品和薄膜系列产品。

太阳能发电受阳光影响使得输出不稳定，而多数用电负载需要稳定的输入，因此配套储能系统显得尤为重要。目前，太阳能储能系统选用的储能电池多为锂离子电池，而锂离子电池受外界环境影响尤其是温度影响很大，低温(＜5℃)充电会使锂离子电池性能迅速恶化，寿命缩短、安全隐患增大。其性能衰减原理为，低温条件下充电，锂离子的迁移速度减慢，难于嵌入负极中而相对较易从负极中脱出，从而造成锂金属沉积，这就是所谓的“锂枝晶”。这种枝状晶长期积累就会把隔膜刺破，造成电池内部短路；同时，沉淀的锂与电解液发生还原反应，会形成新的SEI(solid electrolyte interface，固体电解质界面)膜，覆盖在原来的SEI膜上，使电池的阻抗增大，极化增强，从而导致电池的容量急剧下降。而电池容量的急剧衰减和“锂枝晶”的出现极可能使电池内部发生短路，漏电甚至爆炸，造成安全事故。

太阳能储能系统具有便携和可移动等特点，可以用在各种场合，需要具备很好的环境适用性，所以为其在低温环境中提供电池加热方案显得尤为重要。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请实施例提供一种太阳能储能系统，以在低温环境中可以利用太阳能为其包括的电池加热。

本申请实施例提供了一种太阳能储能系统，包括太阳能组件、太阳能控制器、电池模块、电加热装置和输出模块，其中，

所述太阳能组件与所述太阳能控制器电连接；

所述太阳能控制器与所述电池模块电连接；

所述太阳能控制器与所述电加热装置电连接，所述电加热装置用于发热以使所述电池模块升温；

所述电池模块和所述输出模块电连接，所述输出模块包括输出控制器和与所述输出控制器电连接的DC/DC转换器和DC/AC转换器。

可选择地，所述电加热装置包括热电致冷器。

可选择地，所述电加热装置包括电热膜和/或电热丝。

可选择地，所述电加热装置的发热器件位于所述电池模块之外和/或位于所述电池模块中的电池之间。

可选择地，所述电加热装置包括多个能彼此独立进行加热的发热器件。

可选择地，所述电池模块包括电池管理系统，所述电池管理系统与所述太阳能控制器电连接。

可选择地，所述电池模块中设置有温度传感器单元，所述温度传感器单元与所述电池管理系统电连接。

可选择地，所述温度传感器单元包括设置在不同位置的多个温度传感器。

可选择地，所述太阳能组件包括单晶硅太阳能组件、多晶硅太阳能组件、非晶硅太阳能组件、碲化镉薄膜组件、砷化镓薄膜组件、铜铟镓硒薄膜组件、硫化镉薄膜组件、染料敏化太阳能组件、有机柔性太阳能组件和钙钛矿薄膜组件中的至少一种，和/或

所述电池模块包括磷酸铁锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池、镍钴铝三元电池、钛酸锂电池、镍钴锰三元电池、铅炭电池、镍氢电池、镍镉电池和铅酸电池中的至少一种。

可选择地，所述太阳能储能系统的封装的防水防尘等级达到或超过IP65。

本申请实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：

本申请实施例提供的本申请实施例提供的太阳能储能系统，通过太阳能组件将光能转化为电能，通过太阳能控制器输送给电池模块，太阳能控制器还与电加热装置电连接，以在电池模块处于低温时，通过供电给电加热装置发热使电池模块升温，电池模块还给与输出控制器电连接的DC/DC转换器和DC/AC转换器供电，分别为直流用电设备提供直流电源和为交流用电设备提供交流电源。因而本申请实施例提供的太阳能储能系统可以很好地适应低温环境，为各种电压规格的用电设备供电，且加热时不需要电池供电而直接利用太阳能，减少了电池损耗，提高了充电效率。

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实用新型的一些实施例，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他的附图。

图1为本申请一实施例提供的太阳能储能系统的结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的包括多个温度传感器和多个发热器件的太阳能储能系统的部分结构示意图。

图中的附图标记分别表示：

1—太阳能组件；

2—太阳能控制器；

3—电池模块；31—BMS；32—电池；33—温度传感器；

4—电加热装置；41—发热器件；

5—输出模块；51—输出控制器；52—DC/DC转换器；53—DC/AC转换器。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型提供的太阳能储能系统，包括太阳能组件、太阳能控制器、电池模块、电加热装置、和输出模块，其中，太阳能组件与太阳能控制器电连接；太阳能控制器与电池模块电连接；太阳能控制器与电加热装置电连接，电加热装置用于发热以使电池模块升温；电池模块和输出模块电连接；输出模块包括输出控制器和与输出控制器电连接的DC/DC(直流到直流)转换器和DC/AC(直流到交流)转换器。

本申请提供的太阳能储能系统可以通过太阳能组件将光能转化为电能，通过太阳能控制器输送给电池模块，太阳能控制器还与电加热装置电连接，以在电池模块处于低温时，通过供电给电加热装置发热使电池模块升温，电池模块还给与输出控制器电连接的DC/DC转换器和DC/AC转换器供电，分别为直流用电设备提供直流电源和为交流用电设备提供交流电源。因而本申请提供的太阳能储能系统可以很好地适应低温环境，为各种电压规格的用电设备供电，且加热时不需要电池供电而直接利用太阳能，减少了电池损耗，提高了充电效率。

下面以示例性实施例来说明本实用新型的技术方案。

本实用新型一实施例提供了一种太阳能储能系统，图1是该太阳能储能系统的结构示意图。

如图1所示，该太阳能储能系统包括太阳能组件1、太阳能控制器2、电池模块3、电加热装置4、和输出模块5。

太阳能组件1与太阳能控制器2电连接。太阳能组件1用于将光能转换为电能，可以为晶硅组件或薄膜组件。太阳能控制器2又可称为太阳能充放电控制器，从太阳能组件1接收电能，具有开关和功率控制功能。

太阳能控制器2与电池模块3电连接。太阳能控制器2可以采用MPPT控制器，MPPT控制器即“最大功率点跟踪”(Maximum Power Point Tracking)太阳能控制器，能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值，使系统可以以最大功率输出对电池模块3进行充电。太阳能控制器2与电池模块3电连接，因而可以将太阳能组件1产生的电能输送给电池模块3进行充电，同时太阳能控制器2具有充电开关功能，可以断开和启动充电过程，例如在电池模块3的温度较低时，断开对电池模块3的充电，而在电池模块3的温度上升到适于充电的温度时，启动对电池模块3的充电。电池模块3可以包括一个或多个电池。

太阳能控制器2与电加热装置4电连接。电加热装置4从太阳能控制器2处接收太阳能组件1产生的电能，用于发热以使电池模块3升温。也就是说，电加热装置4设置的方式和位置使得其由电产生的热量可以有效地传递给电池模块3。太阳能控制器2具有供电开关功能，可以断开或启动对电加热装置4的供电，例如在电池模块3的温度较低时，启动对电加热装置4的供电，使其发热来使电池模块3温度上升，而在电池模块3的温度较高无需升温时，断开对电加热装置4的供电。

电池模块3和输出模块5电连接。输出模块5包括输出控制器51和与输出控制器51电连接的DC/DC转换器52以及DC/AC转换器53。输出控制器51将电池模块3的电能从DC/DC转换器52和DC/AC转换器53输出给相应的负荷设备。输出控制器51可以为智能控制器，其功能包括但不限于能量分配管理、无线通信和远程控制等。DC/DC转换器52提供直流电压，适于给直流用电设备供电。DC/AC转换器53提供交流电压，适于给交流用电设备供电。在本实施例中，可以包括多个不同级别的DC/DC电路和DC/AC电路用于将电池储能系统的电压及功率调整到不同负载的允许输入范围，包括但不限直流5V、直流12V和交流220V等，并可根据实际需求灵活配置不同电压级别的输出电路。DC/DC转换器52的输出接口例如可以为5V USB接口和ATX 12V接口，DC/AC转换器53的输出接口例如可以为220V两孔和三孔接口。

本实施例中，太阳能组件1可以为一种，也可以多于一种。太阳能组件1可以包括单晶硅太阳能组件、多晶硅太阳能组件、非晶硅太阳能组件、碲化镉薄膜组件、砷化镓薄膜组件、铜铟镓硒薄膜组件、硫化镉薄膜组件、染料敏化太阳能组件、有机柔性太阳能组件和钙钛矿薄膜组件中的一种或多种，但不限于此。

本实施例中，电池模块3可以包括磷酸铁锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池、镍钴铝三元电池、钛酸锂电池、镍钴锰三元电池、铅炭电池、镍氢电池、镍镉电池和铅酸电池中的一种或多种，但不限于此。

本实施例中，太阳能储能系统的封装的防水防尘等级可以达到或超过IP65，也就是说，整个系统至少要进行IP65级的放水防尘处理，从而至少能完全防止粉尘进入和使任何角度低压喷射无影响，因此本实施例的太阳能储能系统能够放置在室外，在一定程度上不受风雨灰尘的影响。当然，在其他实施例中，根据实际需要，太阳能储能系统的封装的防水防尘等级可以低于IP65。

本实施例中，电加热装置4可以包括各种类型的发热器件，例如PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数(很大的元器件))，电热丝、电热膜和热电致冷器，但不限于此。

在一些例示性的实施方式中，电加热装置4可以包括热电致冷器。热电致冷器是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的既可制冷、又可制热的器件，只要改变通过其的直流电流方向即可。由于热电致冷器既可制冷，又可制热，因此电加热装置4在电池模块3温度过高时还可以为电池模块3降温。

在一些例示性的实施方式中，电加热装置4可以包括电热膜。电热膜例如为通电后能发热的半透明聚酯薄膜，由可导电的特制油墨、金属载流条经加工、热压在绝缘聚酯薄膜间制成。电热膜柔软且发热面积大，可以很好地贴合电池模块3，提供更快的升温速度。

在一些例示性的实施方式中，电加热装置4也可以包括电热丝，电热丝造价相对低廉，可以降低系统成本。

在本实施例中，电加热装置4的发热器件可位于所述电池模块3之外，即包裹在电池模块3外部或位于邻近电池模块3的位置；也可以位于电池模块3中的电池之间；还可以两者兼有之。具体设置可根据发热器件类型和电池模块3的结构等来确定。

在一些例示性的实施方式中，电加热装置5可以包括多个能彼此独立进行加热的发热器件，也就是说这些发热器件可以不同时通电或者在一个发热器件的工作参数被调节时其他发热器件的工作参数可以不变，例如可通过多个开关实现或多个可控制供电端口实现。由此既可以让所有的发热器件一起加热，也可以在电池模块3内部温度不一致时，让对应于温度较低位置处的发热器件通电加热，而其他发热器件可以不进行通电，或者让各个发热器件的功率彼此独立地增大或减小。

在本实施例中，可以由太阳能控制器2自行确定或由人工确定(例如通过切换供电开关实现，图中未示出供电开关)电池模块3和电加热装置4的通电和断电。在一些例示性的实施方式中，可以由电池模块3中的BMS(Management System，电池管理系统)来控制太阳能控制器2切换对电池模块3和电加热装置4的供电。此时如图1所示，电池模块3包括BMS 31，BMS 31与太阳能控制器2电连接(如信号连接)，从而可为太阳能控制器2提供供电切换信号。

在一些例示性的实施方式中，电池模块3中设置有温度传感器单元，温度传感器单元与BMS 31电连接(如信号连接)，从而可感测到电池模块3中的温度并上报BMS 31。BMS 31就可根据感测到的温度控制太阳能控制器2的供电切换。例如当温度较低时，BMS 31可以控制太阳能控制器2不对电池模块3供电，而只对电加热装置4供电；当温度较高时，BMS 31可以控制太阳能控制器2切断对电加热装置4的供电，而给电池模块3充电。温度传感器包括但不限于热电偶类型和热电阻类型温度传感器。

在一些例示性的实施方式中，温度传感器单元可以包括设置在不同位置的多个温度传感器，从而可以提供电池模块3中不同位置处的温度情况，能够全面反映电池模块3的温度情况，为供电的切换提供更准确依据。在其他实施例中，温度传感器单元也可以只包括一个温度传感器。

图2示出了温度传感器为多个、发热器件为多个的一种例示性情形。如图2所示，电池模块包括多个电池32，并且在不同位置处设置有多个温度传感器33，每个温度传感器33都信号连接到BMS 31，加热装置包括多个发热器件41，多个发热器件41位于不同位置且都与太阳能控制器2电连接。虚线相连的温度传感器33和发热器件41构成对应关系，两者一般位置相邻。当一个温度传感器33测得的温度低于设定阈值时，BMS 31控制太阳能控制器2为其对应的发热器件41供电，而当一个温度传感器33测得的温度高于设定阈值时，BMS 31控制太阳能控制器2可切断对应的发热器件41的供电；当所有的温度传感器33测得的温度高于设定阈值时，BMS 31可控制太阳能控制器2为电池模块供电。注意图中发热器件41、电池32和温度传感器33的数量和位置都是示意性的，并且虽然图中示出的是一个发热器件41对应一个温度传感器33，但是也可以为多个发热器件41对应一个温度传感器33，或一个发热器件41对应一个多个温度传感器33。

在一些例示性的实施方式中，太阳能储能系统可以为便携式发电纸产品，太阳能组件可以选择铜铟镓硒薄膜组件，电池模块可以选择磷酸铁锂电池，低温加热阈值可设置为10℃。

在一些例示性的实施方式中，太阳能储能系统可以为便携移动电源箱产品，太阳能组件可以选择铜铟镓硒薄膜组件，电池模块可以选择镍钴锰三元电池，低温加热阈值可设置为5℃。

在一些例示性的实施方式中，太阳能储能系统可以为移动快装电站项目，太阳能组件可以选择铜铟镓硒薄膜组件或晶硅产品，电池模块可以选择铅炭电池或铅酸电池，低温加热阈值可设置为2℃。

本申请实施例提供的太阳能储能系统，通过太阳能组件将光能转化为电能，通过太阳能控制器输送给电池模块，太阳能控制器还与电加热装置电连接，以在电池模块处于低温时，通过供电给电加热装置发热使电池模块升温，电池模块还给与输出控制器电连接的DC/DC转换器和DC/AC转换器供电，分别为直流用电设备提供直流电源和为交流用电设备提供交流电源。因而本申请实施例提供的太阳能储能系统可以很好地适应低温环境，为各种电压规格的用电设备供电，且加热时不需要电池供电而直接利用太阳能，减少了电池损耗，提高了充电效率。

在本申请中，本领域技术人员应该理解到，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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。在本申请中，本领域技术人员应该理解到，电连接意指可以流过电流的有线连接，信号连接意指可以传输信号的有线或无线连接。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本实用新型的技术方案，并不用以限制本实用新型。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。