权利要求
1.一种低温钠电光储一体化电源，它包括电源箱体(1)，其特征在于：所述电源箱体(1)包括
储能腔与电气腔，储能腔内垂直叠置有若干钠电池单元(2)，钠电池单元(2)下方设置有汇流配电柜(3)，钠电池单元(2)输出端通过直流母线(9)与汇流配电柜(3)输入端相连接，电气腔内设置有光储一体机(5)，光储一体机(5)包括由上至下依次设置的
光伏控制器(501)、储能变流器(502)、模式切换输出模块(503)、能量管理系统(504)，光伏控制器(501)输入端与外部光伏系统相连接，汇流配电柜(3)输出端通过直流母线(9)连接光伏控制器(501)输出端及储能变流器(502)直流侧输出入端，储能变流器(502)交流输出端与模式切换输出模块(503)输入端相连接，能量管理系统(504)与钠电池单元(2)、汇流配电柜(3)、光伏控制器(501)、储能变流器(502)、模式切换输出模块(503)通过通讯总线连接。
2.根据权利要求1所述的一种低温钠电光储一体化电源，其特征在于：所述的汇流配电柜(3)内并列设置有直流断路器(301)、双向DC/DC变换器(302)、交流断路器(303)，直流断路器(301)输入端与钠电池单元(2)输出端通过直流母线(9)相连接，直流断路器(301)输出端与双向DC/DC变换器(302)输入端通过直流母线(9)相连接，双向DC/DC变换器(302)输出端通过直流母线(9)与储能变流器(502)直流侧输入端相连接，所述的交流断路器(303)交流输入端与模式切换输出模块(503)交流输出端通过交流母线(10)相连接。
3.根据权利要求1所述的一种低温钠电光储一体化电源，其特征在于：所述的钠电池单元(2)内集成若干钠
电芯，且若干钠电芯以1P260S方式排布，钠电池单元(2)表面设置有加热膜(201)，钠电芯之间设置有若干温度
传感器(202)，且钠电池单元(2)壳体上集成设置了电池管理系统。
4.根据权利要求2所述的一种低温钠电光储一体化电源，其特征在于：所述的交流断路器(303)输出端连接有主断路器(304)连接外部三相四线制AC400V电网，且交流断路器(303)输出端连接若干负载支路。
5.根据权利要求1所述的一种低温钠电光储一体化电源，其特征在于：所述的模式切换输出模块(503)被配置为并网、离网及混合模式。
6.根据权利要求1所述的一种低温钠电光储一体化电源，其特征在于：所述的能量管理系统(504)通过通讯总线接收电网调度指令，并控制储能变流器(502)执行受控调频调压。
7.根据权利要求1所述的一种低温钠电光储一体化电源，其特征在于：所述的汇流配电柜(3)下方设置有液冷机构(4)，液冷机构(4)通过进液管(401)、出液管(402)与钠电池单元(2)底部内嵌设置的液冷板。
8.根据权利要求2所述的一种低温钠电光储一体化电源，其特征在于：所述的直流母线(9)上串联设置有直流熔断器(6)，交流母线(10)上套设有电流互感器(7)，且交流母线上连接有电涌保护器(8)。
9.根据权利要求1所述的一种低温钠电光储一体化电源，其特征在于：所述的光储一体机(5)的额定功率为50KW，储能变流器(502)的直流侧电池电压工作范围为320-850VDC，光伏控制器(501)的光伏输入端最大功率为60KW，交流输出端额定电压为400VAC。
10.根据权利要求1所述的一种低温钠电光储一体化电源，其特征在于：所述的电源箱体(1)前端铰接设置有两扇箱门(101)。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及一种低温钠电光储一体化电源，涉及
电化学储能设备技术领域。
背景技术
[0002]在一些偏远地区，尤其是电力系统不便覆盖的区域，通常会采用储能系统进行电力供应，传统的储能系统较多采用
锂电池进行使用。
[0003]传统的锂电池在低温环境下会出现性能下降、充放电效率低和安全性不足的问题，限制了其在寒冷地区的应用，具体来说，低温会导致能量密度降低，影响电池的正常工作，同时存在较高的热失控风险，因而在一些寒冷地区锂电储能系统常常无法很好的进行电力供应，给寒冷区域的用户带来较为不好的使用体验，因而提出一种应用于寒冷地区的低温钠电光储一体化电源以解决现有技术所存在的问题。
发明内容
[0004]本发明的目的在于针对现有技术中的缺陷或者不足，提供一种低温钠电光储一体化电源，通过采用耐低温的
钠离子电池作为储能载体，能够很好的适应低温的作业环境，配合智能化的温度管理机构，能够根据环境与电池本身的温度变化对电池温度进行管控，且采用了光储一体机结构，将控制系统与模式切换机构集成于一体，可离、并网状态下智能切换，从而确保不受外部电力供应变化的影响进行正常高效的电力输出。
[0005]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案是：它包括电源箱体1，所述电源箱体1包括储能腔与电气腔，储能腔内垂直叠置有若干钠电池单元2，钠电池单元2下方设置有汇流配电柜3，钠电池单元2输出端通过直流母线9与汇流配电柜3输入端相连接，电气腔内设置有光储一体机5，光储一体机5包括由上至下依次设置的光伏控制器501、储能变流器502、模式切换输出模块503、能量管理系统504，光伏控制器501输入端与外部光伏系统相连接，汇流配电柜3输出端通过直流母线9连接光伏控制器501输出端及储能变流器502直流侧输出入端，储能变流器502交流输出端与模式切换输出模块503输入端相连接，能量管理系统504与钠电池单元2、汇流配电柜3、光伏控制器501、储能变流器502、模式切换输出模块503通过通讯总线连接。
[0006]进一步的，所述的汇流配电柜3内并列设置有直流断路器301、双向DC/DC变换器302、交流断路器303，直流断路器301输入端与钠电池单元2输出端通过直流母线9相连接，直流断路器301输出端与双向DC/DC变换器302输入端通过直流母线9相连接，双向DC/DC变换器302输出端通过直流母线9与储能变流器502直流侧输入端相连接，所述的交流断路器303交流输入端与模式切换输出模块503交流输出端通过交流母线10相连接。
[0007]进一步的，所述的钠电池单元2内集成若干钠电芯，且若干钠电芯以1P260S方式排布，钠电池单元2表面设置有加热膜201，钠电芯之间设置有若干温度传感器202，且钠电池单元2壳体上集成设置了电池管理系统。
[0008]进一步的，所述的交流断路器303输出端连接有主断路器304连接外部三相四线制AC400V电网，且交流断路器303输出端连接若干负载支路。
[0009]进一步的，所述的模式切换输出模块503被配置为并网、离网及混合模式。
[0010]进一步的，所述的能量管理系统504通过通讯总线接收电网调度指令，并控制储能变流器502执行受控调频调压。
[0011]进一步的，所述的汇流配电柜3下方设置有液冷机构4，液冷机构4通过进液管401、出液管402与钠电池单元2底部内嵌设置的液冷板。
[0012]进一步的，所述的直流母线9上串联设置有直流熔断器6，交流母线10上套设有电流互感器7，且交流母线上连接有电涌保护器8。
[0013]进一步的，所述的光储一体机5的额定功率为50KW，储能变流器502的直流侧电池电压工作范围为320-850VDC，光伏控制器501的光伏输入端最大功率为60KW，交流输出端额定电压为400VAC。
[0014]进一步的，所述的电源箱体1前端铰接设置有两扇箱门101。
[0015]采用上述技术方案后，本发明有益效果为：通过采用耐低温的钠离子电池作为储能载体，能够很好的适应低温的作业环境，配合智能化的温度管理机构，能够根据环境与电池本身的温度变化对电池温度进行管控，且采用了光储一体机结构，将控制系统与模式切换机构集成于一体，可离、并网状态下智能切换，从而确保不受外部电力供应变化的影响进行正常高效的电力输出。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1是本发明的结构示意图;
[0018]图2是图1的第二角度视图;
[0019]图3是图1去除箱门101的内部结构示意图;
[0020]图4是本发明中光储一体机5的内部结构示意图;
[0021]图5是本发明中汇流配电柜3的内部布局示意图;
[0022]图6是本发明的电气原理示意图;
图7是本发明的工作原理示意图。
[0023]附图标记说明：电源箱体1、钠电池单元2、汇流配电柜3、液冷机构4、光储一体机5、直流熔断器6、电流互感器7、电涌保护器8、直流母线9、交流母线10、箱门101、加热膜201、温度传感器202、直流断路器301、双向DC/DC变换器302、交流断路器303、主断路器304、进液管401、出液管402、光伏控制器501、储能变流器502、模式切换输出模块503、能量管理系统504。
具体实施方式
[0024]参看图1-图6所示，本具体实施方式采用的技术方案是：它包括电源箱体1，所述电源箱体1包括储能腔与电气腔，储能腔内垂直叠置有若干钠电池单元2，钠电池单元2下方设置有汇流配电柜3，钠电池单元2输出端通过直流母线9与汇流配电柜3输入端相连接，电气腔内设置有光储一体机5，光储一体机5包括由上至下依次设置的光伏控制器501、储能变流器502、模式切换输出模块503、能量管理系统504，光伏控制器501输入端与外部光伏系统相连接，汇流配电柜3输出端通过直流母线9连接光伏控制器501输出端及储能变流器502直流侧输出入端，储能变流器502交流输出端与模式切换输出模块503输入端相连接，能量管理系统504与钠电池单元2、汇流配电柜3、光伏控制器501、储能变流器502、模式切换输出模块503通过通讯总线连接，在本实施例中，通过采用钠电池单元作为储能载体，能够实现宽温域储能与供电，同时采用了光储一体机与钠电池单元配合，储能系统整体体积更小，不仅方便了运输，也方便了设备的安装，只需与外部光伏系统或电网连接即可开始使用，而传统锂电池储能系统在低温地区无法较为正常的运行，影响电力供应，且设备采用较多大体积组件，非一体式结构不仅不便于运输，在安装时也需要较多的调试操作，使用较为麻烦，且多设备响应速度较慢，在电力波动时存在切换延时的问题，而在本实施例中，一体化结构能够实现快速响应，具体来说，在有电网覆盖地区正常供电时，市电先经汇流配电柜输入至模式切换输出模块判定为充电，经储能变流器进行交直流电转换回流至汇流配电柜再对钠电池单元进行充电，当出现电力波动时，如市电供应不足时，能量管理系统判定启动储能系统辅助供电，充电流程终止，模式切换输出模块切换为输出模式，钠电池单元产生的直流电或光伏产生的直流电经储能变流器逆变为交流电，通过模式切换模块输送至汇流配电柜输入端，通过汇流配电柜输出端输送至负载，由于采用了一体化结构，连接线路短，响应速度快，极大的减小了系统切换响应时长，电力供应更为稳定。
[0025]更为具体说明的是，所述的汇流配电柜3内并列设置有直流断路器301、双向DC/DC变换器302、交流断路器303，直流断路器301输入端与钠电池单元2输出端通过直流母线9相连接，直流断路器301输出端与双向DC/DC变换器302输入端通过直流母线9相连接，双向DC/DC变换器302输出端通过直流母线9与储能变流器502直流侧输入端相连接，所述的交流断路器303交流输入端与模式切换输出模块503交流输出端通过交流母线10相连接，在本实施例中，汇流配电柜内集成了直流断路器、双向DC/DC变换器、交流断路器，其中，直流断路器是钠电池单元电能输出的前端关口，负责整个直流回路的安全，当直流线路中出现过程或短路情况时，以毫秒级速度切断电路，防止事故扩大，保护后端两个结构的安全，同时可进行手动操作，在检修时进行操作，可安全隔离电池侧的高压直流电;
[0026]双向DC/DC变换器为直流电压的智能适配器与调度单元，钠电池在工作时电压会波动，而后续的储能变流器PCS需要在一个稳定的电压范围内才能高效工作。它的作用就是对电池电压进行升压或降压，将其变换到最适合PCS工作的电压等级，在执行放电时，将来自钠电池的直流电进行升压后，输送至储能变流器进行逆变，充电时，将来自储能变流器(整流状态)的直流电进行降压后，为钠电池充电，通过精确控制电压和电流，实现了能量的高效、可控双向流动，是能量管理的核心执行部件之一;
[0027]交流断路器是交流侧的安全总开关与并网/离网接口，是系统与外部电网或本地负载连接的最终接口和出口，负责交流回路的安全，防止交流侧出现过载、短路等故障，其输入端连接光储一体机的模式切换输出模块，输出端连接电网和负载，无论是系统向电网送电(并网)，还是为本地负载供电(离网)，或者是电网为系统充电，所有交流电都必须经过此断路器，与模式切换模块配合，共同实现了并网/离网模式的物理连接切换;
[0028]上述三个模块协同工作，构成了一个完整的能量管理通道，确保了电能从电池到电网/负载(或反向)的整个过程是安全、高效且可控的。
[0029]更为具体说明的是，所述的钠电池单元2内集成若干钠电芯，且若干钠电芯以1P260S方式排布，钠电池单元2表面设置有加热膜201，钠电芯之间设置有若干温度传感器202，且钠电池单元2壳体上集成设置了电池管理系统，在本实施例中，每个钠电池单元中钠电芯以1P260S方式排布，并在电芯之间设置若干温度传感器进行温度采集，将采集数据反馈至能量管理系统，通过能量管理系统进行数据分析与对比，进行精细化的温度管理，由于是在低温地区使用，为防止因温度过低影响电池能量密度过低，每个钠电池单元都设置了加热单元，即在其表面设置了加热膜，当温度传感器检测到温度过低时，能量管理系统控制加热膜进行加热，电池管理系统同步配合状态检测，在能量管理系统控制下执行具体升温管理，无需在设置独立的加热结构，从而能够更为有效提升紧凑空间的利用率，也降低成本，降低电能的消耗。
[0030]更为具体说明的是，所述的交流断路器303输出端连接有主断路器304连接外部三相四线制AC400V电网，且交流断路器303输出端连接若干负载支路，在本实施例中，交流断路器输出端设置了一个主断路器与电网相连接，在电力供应异常时，如电网电压突然异常升高或降低、电网频率发生波动、电网线路发生短路导致电流急剧增大，通过主断路器切断电路连接，防止对储能系统造成损坏或对维护人员造成伤害，提高系统运行的安全性，需要说明的是，主断路器即可在能量管理单元识别到异常时进行主动控制，也可在突然受到波动时，被动自主运行，而输出端连接实际负载，即包括系统内其他电气设备，如空调、消防系统、照明系统，此类设备为常规结构，在本实施例中不作具体说明，在汇流配电柜连接面板上设置了相对应的各连接端口进行设备的连接。
[0031]更为具体说明的是，所述的模式切换输出模块503被配置为并网、离网及混合模式，并网模式为将光伏发的电或电池储存的电能输送给电网，在光照不足时，从电网取电为电池充电或为负载供电;在本实施例中还设置了离网模式，由储能变流器作为核心，模式切换输出模块配合执行进行模式切换，仅用光伏或电池为本地负载供电，保障关键设备不停电，确保系统运行的可靠，尤其是在无电网覆盖区域，此模式为长期运行的模式;混合模式为智能模式，系统仍然连接电网，但会根据预设策略、电价信号和负载需求，智能地动态调整能源流向，在电费高的白天，优先使用光伏供电，并将多余电能存入电池或卖给电网，在电费低的夜间，从电网买电为电池充电;在电网限电时，则切换为离网模式自给自足，智能化的模式管理切换能够符合不同地区的使用需求，实现能源效益最大化。
[0032]更为具体说明的是，所述的能量管理系统504通过通讯总线接收电网调度指令，并控制储能变流器502执行受控调频调压，在本实施例中，能量管理系统通过通讯总线具备参与电网高级应用的功能(调频、调压)，提升储能系统的功能性，提升经济效益。
[0033]更为具体说明的是，所述的汇流配电柜3下方设置有液冷机构4，液冷机构4通过进液管401、出液管402与钠电池单元2底部内嵌设置的液冷板，液冷机构在能量管理系统控制下输出冷却液在钠电池单元内进行热交换，能够对热失控情况进行有效控制。
[0034]更为具体说明的是，所述的直流母线上串联设置有直流熔断器6，交流母线上套设有电流互感器7，且交流母线上连接有电涌保护器8，在本实施例中直流熔断器是直流侧最核心、最直接的安全保障，当回路中发生短路或严重过载时，巨大的电流会使熔断器内部的特种合金熔体迅速熔化并气化，从而物理性切断电路，能有效防止因电池短路、外部碰撞、绝缘老化等故障引发的严重事故，保护其后的双向DC/DC变换器、储能变流器以及
电池包本身免受毁灭性损坏;
[0035]电流互感器利用电磁感应原理，套在交流母线上，可以实时“感知”并通过比例换算，精确测量出母线上电流的大小，并将此信号隔离、安全地传送给后台的智能设备(如电表、监控装置、能量管理系统EMS)，通过电流互感器，使系统不再是“黑箱”，其运行状态可以被实时监控和计量，为智能管理和故障诊断提供了数据基础;
[0036]电涌保护器进行过电压保护，并联在母线和地线之间。在系统电压正常时，它呈现高电阻状态，相当于开路。当母线上因雷击或电网侧操作(如大设备启停)而突然产生异常高的瞬时过电压(即“浪涌”)时，其内部元件会瞬间变为低电阻状态，将巨大的浪涌电流迅速泄放入大地，从而将母线电压限制在安全范围内，主要保护系统中的精密电子设备(如储能变流器PCS、能量管理系统EMS的控制单元)免受高压浪涌的冲击而损坏，这是应对外部雷电和电网波动的重要防线。
[0037]更为具体说明的是，所述的光储一体机5的额定功率为50KW，储能变流器502的直流侧电池电压工作范围为320-850VDC，光伏控制器501的光伏输入端最大功率为60KW，交流输出端额定电压为400VAC。
[0038]更为具体说明的是，所述的电源箱体1前端铰接设置有两扇箱门101，在设备调式或维护时打开箱门即可方便作业人员进行操作。
[0039]本发明的工作原理：根据不同使用场景采用不同储能系统的接入方式，在有电网覆盖地区可进行并网使用，在无电网覆盖地区采用离网模式使用，并网使用时，将市电接入交流断路器303输出端的主断路器304即可，而外部光伏系统与光伏控制器501相连接，此时采用的是并网使用模式，而无电网覆盖时，仅采用光伏接入，能量管理系统504对储能系统进行整体监控，在并网使用时，如供电正常，能量管理系统504判定对钠电池单元2进行充电，经交流断路器303输出端流向输入端，进入模式切换输出模块503，再至储能变流器502，整流转换为直流电，再回流至汇流配电柜3，进入双向DC/DC变换器302，对直流电进行精确降压与电流调节，使其符合钠电池单元2的充电曲线要求，从而进行储能系统充电，而在电压不稳时，能量管理系统504判定需要辅助输出对负载进行供电，将充电流程进行逆向操作，钠电池单元2产生的直流电或光伏产生的直流电经储能变流器502逆变为交流电，通过模式切换模块503输送至交流断路器303输入端，通过输出端输送，在并网时，通过主断路器7输送至外部电网，离网时为本地负载供电，在离网模式下，储能变流器502作为微网系统核心，保证重要负载供电。
[0040]以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
说明书附图(7)
声明：
“低温钠电光储一体化电源” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：江苏大孚集成装备科技有限公司
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2026年08月06日 ~ 08日 
