CN111261978A - 一种基于储能电池交流预热的储能电站冬季保温方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于储能电池交流预热的储能电站冬季保温方法，先由中央管理***对电池的表面温度信号进行处理，以确定预热交变电流的频率和幅值，并根据需要预热的电池的总数及编号计算每个电池的预热交变电流初始相位，再合成频率、幅值、初始相位以确定每个电池的参考正弦交流电流信息，然后将该参考正弦交流电流信息发到电池所对应的储能双向变换器的控制器中，最后由储能双向变换器对电池输出交流电流进行预热升温，同时，在预热的过程中，中央管理***持续判断电池的表面温度是否低于设定温度，以确定是否保持升温状态，直至电池的表面温度不低于设定温度时，中央管理***终止升温。本设计能够实现快速、无损的预热升温，预热效果较好。

Description

一种基于储能电池交流预热的储能电站冬季保温方法
技术领域
本发明涉及一种储能电池的保温工艺，属于储能电站冬季保温技术领域，尤其涉及一种基于储能电池交流预热的储能电站冬季保温方法。
背景技术
近几年来电动汽车的快速发展，带来了大量退役的动力电池。这些退役电池仍然具有着80％的容量，如果直接报废，不仅浪费资源，还会造成环境污染等问题。目前，较好的解决措施是将这些退役电池应用于工况相对比较简单的场合，如储能。
储能***往往应用于有光伏、风能等可在生能源作用的场合，主要起平抑波动，提高电网的电能质量，保证电网供电的安全性。
电池是储能***的核心部件，然而，其对环境温度极其敏感，尤其是在低温条件下，电池的可用容量和功率大幅下降，并且充电困难，这极大制约了电池储能***在温度较低地区的发展。对电池进行预热是改善电池性能的有效途径，现有的电池预热方式往往依赖于外部器件，如可变电阻或电容，其中，利用可变电阻预热，虽有一定的预热效果，但会产生预热不均匀的结果，往往会产生锂电池表面预热效果很好，但是电芯预热效果不佳的问题。
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本专利申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的电池低温性能差、低温下工作容易加快电池老化的的缺陷与问题，提供一种预热效果较好的基于储能电池交流预热的储能电站冬季保温方法。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种基于储能电池交流预热的储能电站冬季保温方法，包括以下步骤：先采集电池的表面温度并上传至中央管理***，再由中央管理***判断电池的表面温度是否低于设定温度，若低于设定温度，且符合升温条件，则由中央管理***启动升温步骤，以通过储能双向变换器对其对应的电池进行预热升温，所述升温条件至少包括此时电池对应的储能双向变换器处于待机状态，没有对电池充电或放电；
同时，在预热的过程中，中央管理***持续判断电池的表面温度是否低于设定温度，以确定是否保持升温状态，直至电池的表面温度不低于设定温度时，中央管理***终止该电池升温状态。
所述电池、储能双向变换器的数量都为多个，电池、储能双向变换器一一对应，所述储能双向变换器的一侧与其对应的电池相连接，储能双向变换器的另一侧与直流电网相连接。
所述中央管理***通过储能双向变换器的控制器控制储能双向变换器，储能双向变换器、控制器、电池一一对应；
所述控制器采集电池的温度信号、电池端电压信号、电池的电流信号，控制器的输出端则向储能双向变换器输出PWM信号，电池的温度信号的采集方式包括通过温度传感器或通过通信网络从电池BMS获得。
所述中央管理***启动升温步骤，以通过储能双向变换器对其对应的电池进行预热升温是指：先由中央管理***对控制器传来的电池的表面温度信号进行处理，以确定预热交变电流的频率和幅值，并根据需要预热升温的电池的总数及编号计算每个电池的预热交变电流初始相位，再根据频率、幅值、初始相位以合成每个电池的参考正弦交流电流信息，然后将该参考正弦交流电流信息通过通信网络传输到电池所对应的储能双向变换器的控制器中，最后由储能双向变换器对电池输出交流电流进行预热升温。
所述控制器对参考正弦交流电流信息、电流传感器采集电池的电流信号进行比较，再依据比较后的结果进行运算以产生PWM信号，然后向储能双向变换器输出PWM信号，以使实际电路跟随参考正弦交流电流。
当储能双向变换器对电池进行预热升温时，电池端电压满足以下条件：
Umin≤Uoc≤Umax，其中，Umax、Umin、Uoc分别代表电池的电压最大值、电压最小值、由电压检测装置测得的电池端电压值；如果电池端电压超过上述范围，减小电流幅值以满足电池端电压上下限要求。
每个电池之间的参考正弦交流电流信息之间存在相位差，该相位差满足以下条件：
ψi＝i*2π/n，其中，n为待预热升温的电池的总数，i为电池在升温步骤中的排序编号，i＝0，1，2，……，n-1。
所述参考正弦交流电流信息满足以下条件：
Ii(t)＝Asin(2πft+ψi)，其中，t代表时间，f代表交流电的频率。
所述储能双向变换器对其对应的电池进行预热升温是指：储能双向变换器对其对应的电池输出交流电流以进行预热升温，所述交流电流为正弦交流电流或正负交变的矩形波或正负交变的脉冲波或周期性正负交变电流；
所述周期性正负交变电流存在相位差，该相位差满足以下条件：
ψi＝i*2π/n，其中，n为待预热升温的电池的总数，i为电池在升温步骤中的排序编号，i＝0，1，2，……，n-1。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种基于储能电池交流预热的储能电站冬季保温方法中，当需要对电池进行预热升温时，则由中央管理***启动升温步骤，以通过储能双向变换器对其对应的电池进行预热升温，与现有技术中采用的外部装置预热(如空调加热)相比，本设计采用的预热方法是通过双向变换器实现的交流预热，不仅预热速度快，而且预热的均匀性较强。因此，本发明的预热升温效果较好。
2、本发明一种基于储能电池交流预热的储能电站冬季保温方法中，在对电池进行预热升温时，不需要增加任何额外的装置，仅利用储能***本身所有的双向变换器即可实现交流预热，大幅度地降低了***的建设成本、减少了电网的损耗。因此，本发明的能源利用率较高，预热成本较低。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的操作流程示意图。
图3是本发明中n组交变电流信号的矢量合成图。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1—图2，一种基于储能电池交流预热的储能电站冬季保温方法，包括以下步骤：先采集电池的表面温度并上传至中央管理***，再由中央管理***判断电池的表面温度是否低于设定温度，若低于设定温度，且符合升温条件，则由中央管理***启动升温步骤，以通过储能双向变换器对其对应的电池进行预热升温，所述升温条件至少包括此时电池对应的储能双向变换器处于待机状态，没有对电池充电或放电；
同时，在预热的过程中，中央管理***持续判断电池的表面温度是否低于设定温度，以确定是否保持升温状态，直至电池的表面温度不低于设定温度时，中央管理***终止该电池升温状态。
所述电池、储能双向变换器的数量都为多个，电池、储能双向变换器一一对应，所述储能双向变换器的一侧与其对应的电池相连接，储能双向变换器的另一侧与直流电网相连接。
所述中央管理***通过储能双向变换器的控制器控制储能双向变换器，储能双向变换器、控制器、电池一一对应；
所述控制器采集电池的温度信号、电池端电压信号、电池的电流信号，控制器的输出端则向储能双向变换器输出PWM信号，电池的温度信号的采集方式包括通过温度传感器或通过通信网络从电池BMS获得。
所述中央管理***启动升温步骤，以通过储能双向变换器对其对应的电池进行预热升温是指：先由中央管理***对控制器传来的电池的表面温度信号进行处理，以确定预热交变电流的频率和幅值，并根据需要预热升温的电池的总数及编号计算每个电池的预热交变电流初始相位，再根据频率、幅值、初始相位以合成每个电池的参考正弦交流电流信息，然后将该参考正弦交流电流信息通过通信网络传输到电池所对应的储能双向变换器的控制器中，最后由储能双向变换器对电池输出交流电流进行预热升温。
所述控制器对参考正弦交流电流信息、电流传感器采集电池的电流信号进行比较，再依据比较后的结果进行运算以产生PWM信号，然后向储能双向变换器输出PWM信号，以使实际电路跟随参考正弦交流电流。
当储能双向变换器对电池进行预热升温时，电池端电压满足以下条件：
Umin≤Uoc≤Umax，其中，Umax、Umin、Uoc分别代表电池的电压最大值、电压最小值、由电压检测装置测得的电池端电压值；如果电池端电压超过上述范围，减小电流幅值以满足电池端电压上下限要求。
每个电池之间的参考正弦交流电流信息之间存在相位差，该相位差满足以下条件：
ψi＝i*2π/n，其中，n为待预热升温的电池的总数，i为电池在升温步骤中的排序编号，i＝0，1，2，……，n-1。
所述参考正弦交流电流信息满足以下条件：
Ii(t)＝Asin(2πft+ψi)，其中，t代表时间，f代表交流电的频率。
所述储能双向变换器对其对应的电池进行预热升温是指：储能双向变换器对其对应的电池输出交流电流以进行预热升温，所述交流电流为正弦交流电流或正负交变的矩形波或正负交变的脉冲波或周期性正负交变电流；
所述周期性正负交变电流存在相位差，该相位差满足以下条件：
ψi＝i*2π/n，其中，n为待预热升温的电池的总数，i为电池在升温步骤中的排序编号，i＝0，1，2，……，n-1。
本发明的原理说明如下：
请参见图3，图3展示了本发明中从两组并联到n组并联时，所有电池交流信号的矢量合成，由图可见，将所有并联电池的电流信号叠加之后，总的电流信号为0，即直流电网中的直流母线侧无损耗。
实施例1：
参见图1—图2，一种基于储能电池交流预热的储能电站冬季保温方法，包括以下步骤：先采集电池的表面温度并上传至中央管理***，再由中央管理***判断电池的表面温度是否低于设定温度，若低于设定温度，且符合升温条件，则由中央管理***启动升温步骤，以通过储能双向变换器对其对应的电池进行预热升温，所述升温条件至少包括此时电池对应的储能双向变换器处于待机状态，没有对电池充电或放电；同时，在预热的过程中，中央管理***持续判断电池的表面温度是否低于设定温度，以确定是否保持升温状态，直至电池的表面温度不低于设定温度时，中央管理***终止该电池升温状态；
所述中央管理***通过储能双向变换器的控制器控制储能双向变换器，储能双向变换器、控制器、电池的数量都为多个，且储能双向变换器、控制器、电池一一对应；所述储能双向变换器的一侧与其对应的电池相连接，储能双向变换器的另一侧与直流电网相连接；所述储能双向变换器正向传输时，电池经过储能双向变换器向直流电网放电，储能双向变换器反向传输时，直流电网经过储能双向变换器对电池充电。所述控制器采集电池的温度信号、电池端电压信号、电池的电流信号，控制器的输出端则向储能双向变换器输出PWM信号，电池的温度信号的采集方式包括通过温度传感器或通过通信网络从电池BMS获得。
实施例2：
基本内容同实施例1，不同之处在于：
所述中央管理***启动升温步骤，以通过储能双向变换器对其对应的电池进行预热升温是指：先由中央管理***对控制器传来的电池的表面温度信号进行处理，以确定预热交变电流的频率和幅值，并根据需要预热升温的电池的总数及编号计算每个电池的预热交变电流初始相位，再根据频率、幅值、初始相位以合成每个电池的参考正弦交流电流信息，然后将该参考正弦交流电流信息通过通信网络传输到电池所对应的储能双向变换器的控制器中，最后由储能双向变换器对电池输出交流电流进行预热升温。
实施例3：
基本内容同实施例2，不同之处在于：
所述控制器对参考正弦交流电流信息、电流传感器采集电池的电流信号进行比较，再依据比较后的结果进行运算以产生PWM信号，然后向储能双向变换器输出PWM信号，以使实际电路跟随参考正弦交流电流。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于储能电池交流预热的储能电站冬季保温方法，其特征在于所述保温方法包括以下步骤：
先采集电池的表面温度并上传至中央管理***，再由中央管理***判断电池的表面温度是否低于设定温度，若低于设定温度，且符合升温条件，则由中央管理***启动升温步骤，以通过储能双向变换器对其对应的电池进行预热升温，所述升温条件至少包括此时电池对应的储能双向变换器处于待机状态，没有对电池充电或放电；
同时，在预热的过程中，中央管理***持续判断电池的表面温度是否低于设定温度，以确定是否保持升温状态，直至电池的表面温度不低于设定温度时，中央管理***终止该电池升温状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于储能电池交流预热的储能电站冬季保温方法，其特征在于：所述电池、储能双向变换器的数量都为多个，电池、储能双向变换器一一对应，所述储能双向变换器的一侧与其对应的电池相连接，储能双向变换器的另一侧与直流电网相连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于储能电池交流预热的储能电站冬季保温方法，其特征在于：所述中央管理***通过储能双向变换器的控制器控制储能双向变换器，储能双向变换器、控制器、电池一一对应；
所述控制器采集电池的温度信号、电池端电压信号、电池的电流信号，控制器的输出端则向储能双向变换器输出PWM信号，电池的温度信号的采集方式包括通过温度传感器或通过通信网络从电池BMS获得。
4.根据权利要求3所述的一种基于储能电池交流预热的储能电站冬季保温方法，其特征在于：所述中央管理***启动升温步骤，以通过储能双向变换器对其对应的电池进行预热升温是指：
先由中央管理***对控制器传来的电池的表面温度信号进行处理，以确定预热交变电流的频率和幅值，并根据需要预热升温的电池的总数及编号计算每个电池的预热交变电流初始相位，再根据频率、幅值、初始相位以合成每个电池的参考正弦交流电流信息，然后将该参考正弦交流电流信息通过通信网络传输到电池所对应的储能双向变换器的控制器中，最后由储能双向变换器对电池输出交流电流进行预热升温。
5.根据权利要求4所述的一种基于储能电池交流预热的储能电站冬季保温方法，其特征在于：所述控制器对参考正弦交流电流信息、电流传感器采集电池的电流信号进行比较，再依据比较后的结果进行运算以产生PWM信号，然后向储能双向变换器输出PWM信号，以使实际电路跟随参考正弦交流电流。
6.根据权利要求4所述的一种基于储能电池交流预热的储能电站冬季保温方法，其特征在于：当储能双向变换器对电池进行预热升温时，电池端电压满足以下条件：
Umin≤Uoc≤Umax，其中，Umax、Umin、Uoc分别代表电池的电压最大值、电压最小值、由电压检测装置测得的电池端电压值；如果电池端电压超过上述范围，减小电流幅值以满足电池端电压上下限要求。
7.根据权利要求4所述的一种基于储能电池交流预热的储能电站冬季保温方法，其特征在于：每个电池之间的参考正弦交流电流信息之间存在相位差，该相位差满足以下条件：
ψi＝i*2π/n，其中，n为待预热升温的电池的总数，i为电池在升温步骤中的排序编号，i＝0，1，2，……，n-1。
8.根据权利要求7所述的一种基于储能电池交流预热的储能电站冬季保温方法，其特征在于：所述参考正弦交流电流信息满足以下条件：
Ii(t)＝Asin(2πft+ψi)，其中，t代表时间，f代表交流电的频率。
9.根据权利要求1或2所述的一种基于储能电池交流预热的储能电站冬季保温方法，其特征在于：所述储能双向变换器对其对应的电池进行预热升温是指：
储能双向变换器对其对应的电池输出交流电流以进行预热升温，所述交流电流为正弦交流电流或正负交变的矩形波或正负交变的脉冲波或周期性正负交变电流；
所述周期性正负交变电流存在相位差，该相位差满足以下条件：
ψi＝i*2π/n，其中，n为待预热升温的电池的总数，i为电池在升温步骤中的排序编号，i＝0，1，2，……，n-1。
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