一种高集成度模块化家庭储能系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种高集成度模块化家庭储能系统，尤其是涉及一种集成了光伏充电、市电充电、交流输出等多种功能，同时兼具易组装、易维修、高可靠性特点的家庭储能系统。


背景技术：

2.随着二次电池的技术进步，储能系统的应用正变得越来越广泛，其中家庭储能系统配合光伏发电，可以有效解决公共电网难以覆盖的边远偏僻农村、牧区、海岛、沙漠、边防哨所提供照明、电视、广播等的基本生活用电；同时，家庭储能系统接入市电电网，也非常有利于提高光伏发电的接入比率。
3.但是，现有的家庭储能系统仍然存在安装复杂、维修不方便、可靠性不高等问题。为改善家庭储能系统的安装问题，通常的方法是将储能系统的不同部分进行模块化，例如将家庭储能系统的逆变器，电池模块和底座等模块化，然后再进行集成安装。比如为了有利于储能系统的扩容，就可以通过更换不同尺寸的侧板来实现电池模块的数量变化。但是该方法仍然依赖侧板尺寸的改变来适用不同的数量的电池模块，也就是说不同容量的储能系统，必须采用不同的侧板；并且如果储能系统出了故障，需要维修的时候往往要将整个储能系统进行拆卸，费时费力；此外，现有方法中着重于结构方面的模块化和集成化，对储能系统中各模块间的线束连接安装方式、热管理和控制方面缺乏全面考虑，这带来可靠性不高的问题。
4.因此，如何从结构、工艺、管理、维护等方面来综合优化家庭储能系统的设计，降低安装的难度，提高集成组装的效率，改善维修的难度，提高对电池模组尤其是梯次电池的适用性，降低成本，就显得非常必要。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于模块化的高集成度家庭储能系统。
6.本实用新型通过以下方案实现。
7.一种高集成度模块化家庭储能系统，包括电源管理模块、基本电池模块和扩容电池模块。所述电源管理模块、扩容电池模块、基本电池模块从上到下依次层叠。所述电源管理模块是整个家庭储能系统的管理和控制单元，基本电池模块是家庭储能系统的电池储能单元兼支撑单元，扩容电池模块是家庭储能系统的电池储能扩展单元兼上下结构模块（即电源管理模块、基本电池模块）的连接单元。所述电源管理模块、基本电池模块和扩容电池模块的侧面设置有把手，以方便搬运受力。
8.所述电源管理模块由外壳和控制模块组成，其中控制模块是一体化的组件结构，该组件上集成有逆变器、锂离子电池保护板、市电充电器、光伏充电器、内部散热风扇等器件，各器件有各自的固定位置，通过螺栓固定，一体化的组件结构形式有利于控制模块的快
速安装或拆卸，组装效率和维护便利性大幅度提升。
9.所述电源管理模块的外壳集成了lcd、power按钮开关、交流断路器、交流输出接口、光伏输入接口、市电输入接口、外部散热风扇；其中power按钮开关控制整个高集成度模块化家庭储能系统的开机和关机，交流输出接口、光伏输入接口、市电输入接口均采用即插即用的接插件或插座。
10.所述基本电池模块由底座、骨架、外壳、电池模组组成，其中外壳由前面板、后盖板、第一侧面板、第二侧面板、装饰条组成。骨架用于内部器件的固定和承重，外壳主要实现外形，防护的功用，后盖板有外露螺钉可以拆卸，其他外观面均保持完整，无螺钉外露。骨架有预埋固定电池模组的螺母，电池模组使用螺栓固定在骨架上。第一侧面板、第二侧面板、前面板、装饰条以铆接的形式和骨架组装在一起，呈现出设计的造型。第一侧面板、第二侧面板、前面板喷涂白色，装饰条喷涂黑色，铆接点使用黑色的铆钉铆接在装饰条上，这有利于使得外观配色呈现出层次分明的特点，并且有利于将铆接点隐藏在装饰条上，主要外观面无裸露的螺钉。后盖板使用螺钉固定在骨架上，打开后盖板后可以进行全部的安装或者维修操作。
11.所述的扩容电池模块由骨架、外壳、电池模组组成，其中外壳由前面板、后盖板、第一侧面板、第二侧面板、装饰条组成。骨架用于内部器件的固定和承重，外壳主要实现外形，防护的功用，结构设计上仅后盖板有外露螺钉可以拆卸，其他外观面均保持完整，无螺钉外露。骨架有预埋固定电池模组的螺母，电池模组使用螺栓固定在骨架上。第一侧面板、第二侧面板、前面板、装饰条以铆接的形式和骨架组装在一起，呈现出设计的造型。第一侧面板、第二侧面板、前面板喷涂白色，装饰条喷涂黑色，铆接点使用黑色的铆钉铆接在装饰条上，这有利于使得外观配色呈现出层次分明的特点，并且有利于将铆接点隐藏在装饰条上，主要外观面无裸露的螺钉。后盖板使用螺钉固定在骨架上，打开后盖板后可以进行全部的安装或者维修操作。
12.所述电源管理模块下端两侧和扩容电池模块的下端两侧，分别设置有2个卡槽；所述扩容电池模块的上端两侧和基本电池模块的上端两侧，分别设置有与卡扣配对的2个卡扣，储能系统拼接安装时，将包含有卡槽的上模块与包含有卡扣的下模块对准，稍用力将卡扣插入卡槽中并配合到位，然后固定螺栓，即完成了模块拼接。
13.所述家庭储能系统电池组模组之间的动力线连接采用快速插拔式的直流接插件进行连接，直流接插件使用不同的颜色，相同颜色的直流接插件对插，不同颜色的直流接插件会有结构干涉，不能完成对接，保证线路安全；电池模组采样线束在不同的位置使用不同的插件，在线束端采用采样公插件，在电池模组端采用采样母插件，线束端的采样公插件与电池模组端的采样母插件相互配对，安装时直接插接。这使得家庭储能系统电池的线路连接安装效率高，可靠性好。
14.所述家庭储能系统的温度管理和控制集中在电源管理模块中，其中散热子系统由温控线束、外部散热风扇、内部散热风扇、风道组成，温度的监测由温控线束上的温控开关来实现；当逆变器、市电充电器、光伏充电器、锂离子电池保护板中任意一个器件达到温控开关设定值时，外部散热风扇开启散热；当逆变器的温度达到温控开关设定值时，内部散热风扇会启动散热。散热子系统充分考虑到了家庭储能系统工作过程中的产热情况，即逆变器是电源管理模块的主要产热源，因此对超温的逆变器进行强化散热，这有利于提高家庭
储能系统的可靠性；而当市电充电器、光伏充电器、锂离子电池保护板中任意一个器件达到温控开关设定值时，逆变器的温度未达到温控开关设定值时，只开启外部散热风扇散热，这有利于降低散热的能耗。
15.与现有技术相比，本实用新型的家庭储能系统，具有以下优点。
16.（1）组装效率高，扩容方便。由于本实用新型家庭储能系统分为三类独立的模块，即电源管理模块、扩容电池模块、基本电池模块，电源管理模块和基本电池模块是构成家庭储能系统的必要模块，而扩容电池模块的数量可以是零或一个或多个，也就是说如果家庭储能系统的总容量需要增大，只需要增加扩容电池模块的数量就可以了，扩容方便。并且，由于电源管理模块下端两侧和扩容电池模块的下端两侧，分别设置有2个卡槽；扩容电池模块的上端两侧和基本电池模块的上端两侧，分别设置有与卡槽配对的2个卡扣，储能系统拼接安装时，将包含有卡槽的上模块与包含有卡扣的下模块对准，稍用力将卡扣插入卡槽中并配合到位，然后固定螺栓，即完成了模块拼接，最终形成电源管理模块、扩容电池模块和基本电池模块从上到下依次堆叠即可以完成整个家庭储能系统的组装，组装效率高。
17.（2）维修方便。本实用新型家庭储能系统电源管理模块的组成部分之一即控制模块采用一体化的组件结构形式，在电源管理模块发生故障时候，能够快速进行维修或拆卸。基本电池模块和扩容电池模块的后盖板设置成可以拆卸的结构，后盖板正常情况下使用螺钉固定在骨架上，发生故障时候打开后盖板后可以进行全部的安装或者维修操作，不需要对整个家庭储能系统进行拆卸。
18.（3）可靠性好。本实用新型家庭储能系统电池模组之间的动力线连接采用快速插拔接插件连接，接插件使用不同的颜色，相同颜色的接插件对插，不同颜色的接插件会有结构干涉，不能完成对接，这有里保证线路连接的安全性和可靠性。
附图说明
19.图1为实施例1家庭储能系统的外形轮廓示意图。
20.图2为实施例1家庭储能系统电源管理模块器件排布示意图。
21.图3为实施例1家庭储能系统电源管理模块外形轮廓正视图、左视图、右视图。
22.图4为实施例1家庭储能系统基本电池模块爆炸结构示意图。
23.图5为实施例1家庭储能系统扩容电池模块爆炸结构示意图。
24.图6（a）和6（b）为实施例1家庭储能系统电源管理模块、扩容电池模块、基本电池模块拼装结构示意图。
25.图7为实施例1家庭储能系统动力线接插连接示意图。
26.图8为实施例1家庭储能系统采样线接插连接示意图。
27.图9（a）和9（b）为实施例1家庭储能系统电源管理模块散热流场示意图。
28.图10为实施例2家庭储能系统的外形轮廓示意图。
29.图11为实施例3家庭储能系统的外形轮廓示意图。
具体实施方式
30.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
31.实施例1
32.以具体制作一种高集成度模块化家庭储能系统为例，来进一步阐述该家庭储能系统结构及其功能的实现方式，同时说明该种家庭储能系统易组装、易维修、高可靠性的实现方法。
33.如图1所示，本实施例的家庭储能系统包括电源管理模块1、基本电池模块2和扩容电池模块3，一共三个模块组成。电源管理模块1、扩容电池模块3、基本电池模块2从上到下依次层叠。电源管理模块1是整个家庭储能系统的管理和控制单元，基本电池模块2是家庭储能系统的电池储能单元兼支撑单元，扩容电池模块3是家庭储能系统的电池储能扩展单元兼上下结构模块（即电源管理模块1、基本电池模块2）的连接单元。电源管理模块1、基本电池模块2和扩容电池模块3的侧面设置有把手4，以方便搬运受力。
34.如图2和图3所示，本实施例的家庭储能系统电源管理模块1由外壳11和控制模块12组成，其中控制模块是一体化的组件结构，该组件上集成有逆变器1201、锂离子电池保护板1202、市电充电器1203、光伏充电器1204、内部散热风扇1205 等器件，各器件有各自的固定位置，通过螺栓固定，一体化的组件结构形式有利于控制模块12的快速安装或拆卸，组装效率和维护便利性大幅度提升。
35.本实施例的家庭储能系统电源管理模块1的外壳11上集成了lcd 1101、power按钮开关1102、交流断路器1103、交流输出接口1104、光伏输入接口1105、市电输入接口1106、外部散热风扇1107 ；其中power按钮开关1103控制整个高集成度模块化家庭储能系统的开机和关机，交流输出接口1104、光伏输入接口1105、市电输入接口1106均采用即插即用的接插件或插座。
36.如图4所示，本实施例的家庭储能系统基本电池模块2由底座21、骨架22、外壳23、电池模组24组成，其中外壳23由前面板2301、后盖板2302、第一侧面板2303、第二侧面板2304、装饰条2305组成。骨架22用于内部器件的固定和承重，外壳23主要实现外形，防护的功用，结构设计上仅后盖板2302有外露螺钉可以拆卸，其他外观面均保持完整，无螺钉外露。骨架22有预埋固定电池模组24的螺母，电池模组24使用螺栓固定在骨架22上。第一侧面板2303、第二侧面板2304、前面板2301、装饰条2305以铆接的形式和骨架22组装在一起，呈现出设计的造型。第一侧面板2303、第二侧面板2304、前面板2301喷涂白色，装饰条2305喷涂黑色，铆接点使用黑色的铆钉铆接在装饰条2305上，这样的设计不仅呈现出层次分明的外观配色，还能将铆接点隐藏在装饰条2305上，主要外观面无裸露的螺钉。后盖板2302使用螺钉固定在骨架22上，打开后盖板2302后可以进行全部的安装或者维修操作。
37.如图5所示，本实施例的家庭储能系统扩容电池模块3由骨架32、外壳33、电池模组34组成，其中外壳33由前面板3301、后盖板3302、第一侧面板3303、第二侧面板3304、装饰条3305组成。骨架32用于内部器件的固定和承重，外壳33主要实现外形，防护的功用，结构设计上仅后盖板3302有外露螺钉可以拆卸，其他外观面均保持完整，无螺钉外露。骨架32有预埋固定电池模组34的螺母，电池模组34使用螺栓固定在骨架32上。第一侧面板3303、第二侧面板3304、前面板3301、装饰条3305以铆接的形式和骨架32 组装在一起，呈现出设计的造型。第一侧面板3303、第二侧面板3304、前面板3301喷涂白色，装饰条3305喷涂黑色，铆接点使用黑色的铆钉铆接在装饰条3305上，这样的设计不仅呈现出层次分明的外观配色，还能将铆接点隐藏在装饰条3305上，主要外观面无裸露的螺钉。后盖板3302使用螺钉固定在骨架32上，打开后盖板3302后可以进行全部的安装或者维修操作。
38.如图6（a）和6（b）所示，本实施例的家庭储能系统电源管理模块1下端两侧和扩容电池模块3的下端两侧，分别设置有2个卡槽13、35；所述扩容电池模块3的上端两侧和基本电池模块2的上端两侧，分别设置有与卡槽配对的2个卡扣36、25，储能系统拼接安装时，将包含有卡槽的上模块与包含有卡扣的下模块对准，稍用力将卡扣插入卡槽中并配合到位，然后固定螺栓，即完成了模块拼接。
39.如图7和图8所示，本实施例的家庭储能系统电池组模组之间的动力线连接采用快速插拔式的直流接插件进行连接，直流接插件使用不同的颜色，相同颜色的直流接插件对插，不同颜色的直流接插件会有结构干涉，不能完成对接，保证线路安全；电池模组采样线束在不同的位置使用不同的插件，在线束端采用采样公插件，在电池模组端采用采样母插件，线束端的采样公插件与电池模组端的采样母插件相互配对，安装时直接插接。这使得家庭储能系统电池的线路连接安装效率高，可靠性好。
40.如图9（a）和9（b）所示，本实施例的家庭储能系统的温度管理和控制集中在电源管理模块1中，其中散热子系统温控线束、外部散热风扇1107、内部散热风扇1205、风道组成，温度的监测由温控线束上的温控开关来实现；当逆变器1201、市电充电器1203、光伏充电器1204、锂离子电池保护板1202中任意一个器件达到温控开关设定值时，外部散热风扇1107开启散热；当逆变器1201的温度达到温控开关设定值时，内部散热风扇1205会启动散热。散热子系统充分考虑到了家庭储能系统工作过程中的产热情况，即逆变器1201是电源管理模块1的主要产热源，因此对超温的逆变器1201进行强化散热，这有利于提高家庭储能系统的可靠性；而当市电充电器1203、光伏充电器1204、锂离子电池保护板1202中任意一个器件达到温控开关设定值时，逆变器1201的温度未达到温控开关设定值时，只开启外部散热风扇1107散热，这有利于降低散热的能耗。
41.实施例2
42.一种高集成度模块化家庭储能系统，其结构与实施例1中的高集成度模块化家庭储能系统的结构相类似，其不同之处在于：如图10所示，本实施例的家庭储能系统包含两个扩容电池模块，即包括电源管理模块1、基本电池模块2、第一扩容电池模块3、第二扩容电池模块5，一共四个模块组成，本实施例的家庭储能系统具有比实施例1更高的电池能量。
43.实施例3
44.一种高集成度模块化家庭储能系统，其结构与实施例1中的高集成度模块化家庭储能系统的结构相类似，其不同之处在于：如图11所示，本实施例的家庭储能系统没有扩容电池模块，即只包括电源管理模块1、基本电池模块2，本实施例的家庭储能系统具有比实施例1更低的电池能量。
45.以上所述仅是本实用新型的优选的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也应该视为本实用新型的保护范围。