CN111466064A - 对储能***的温度控制 - Google Patents

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K.G.布朗
王宏刚
A.M.瓦德尔
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Abstract

一种储能***包括：DC总线；多个电池串，每个电池串包括电耦合在一起的电池；将相应电池串电耦合到DC总线的多个DC/DC转换器；容纳电池串和DC/DC转换器的包封件；以及温度控制***。温度控制***包括至少一个供暖、通风与空气调节（HVAC）***、以及控制器。控制器被编程为执行如下的方法：预测包封件内相应电池串的热负荷，其中热负荷包括外部热负荷和内部热负荷；基于相应的所预测热负荷，确定DC/DC转换器操作命令和HVAC操作命令中之一或二者，以控制相应电池串的实际热负荷；以及响应于DC/DC转换器操作命令和HVAC操作命令中的至少一个，操作DC/DC转换器和HVAC***中之一或二者。

Description

对储能***的温度控制
对相关申请的交叉引用
本申请要求在2017年10月25日提交的序号为62/576880的美国临时专利申请；在2017年11月16日提交的序号为62/587015的美国临时专利申请；以及在2017年10月12日提交的序号为62/571324的美国临时专利申请的权益，所述美国临时专利申请全部通过引用并入本文中。
背景技术
本文中所公开的主题一般涉及储能***的温度控制，并且更具体地涉及储能***的热力性能平衡。
全世界对于电能的需求一直在逐年增长。许多电能需求由从常规能源(诸如，煤和天然气)产生的能量来满足。然而，近年来，已存在对通过可再生能量资源(诸如，太阳能和风力)发电的推动。
风力涡轮发电机被认为是利用风能来产生电力的环境友好并且相对便宜的备选能源。而且，太阳能发电使用光伏(PV)模块从太阳光发电。由于风和太阳光的强度不是恒定的，因而风力涡轮和PV模块的功率输出整天波动。电力需求通常不根据太阳变化和风变化而变化。
储能***可以在某种程度上有助于解决太阳能和风力的可变性的问题。例如，来自太阳能发电厂和风力发电厂的可变功率能够存储于储能***中，然后，该可变功率能够在稍后的时间或在远程位置处使用。
还可以从电力网对储能***进行充电，并且储能***能够用于解决电力网中的频率变化、谐波抑制、电压支持以及电力质量。
储能***经历并且生成热。特别地，在电池的充电和放电期间，生成最大量的热。如果热不被移除，则热积聚于电池容器中并且电池寿命缩短。供暖、通风与空气调节(HVAC)***可以用于控制储能***的温度。通常，至少一个HVAC***配备于封闭式储能***内，用于对在空间上分布于包封件(enclosure)中的多机架(rack)的储能模块进行热管理。然而，由于变化的外部状况、太阳载荷(sun loading)、HVAC性能、变化、电池单元的变化的劣化、以及包封件中的气流死区，在不同机架之间可能存在显著的温度失衡。在其中储能模块包括锂离子电池的实施例中，例如，这样的电池通常在20摄氏度到25摄氏度最佳地工作，并且在更高的温度操作缩短寿命并且导致容量损失。而且，对所要求冷却的响应时间有时可能由于与电池的大的热质量相关联的传热考虑而延迟。
具有改进的储能***的温度控制将是期望的。
发明内容
一种储能***包括：DC总线；多个电池串，每个电池串包括电耦合在一起的电池；将相应电池串电耦合到DC总线的多个DC/DC转换器；容纳电池串和DC/DC转换器的包封件；以及温度控制***。温度控制***包括至少一个供暖、通风与空气调节(HVAC)***、以及控制器。控制器被编程为执行如下的方法：预测包封件内相应电池串的热负荷(load)，其中热负荷包括外部热负荷和内部热负荷；基于相应的所预测热负荷，确定DC/DC转换器操作命令和HVAC操作命令中之一或二者，以控制相应电池串的实际热负荷；以及响应于DC/DC转换器操作命令和HVAC操作命令中的至少一个，操作DC/DC转换器和HVAC***中之一或二者。
一种用于控制储能***中的温度的方法，储能***包括DC总线；多个电池串，每个电池串包括耦合在一起的电池；将相应电池串电耦合到DC总线的DC/DC转换器；容纳电池串和DC/DC转换器的包封件；以及至少一个供暖、通风与空气调节(HVAC)***。该方法包括：预测包封件内相应电池串的热负荷，其中热负荷包括外部热负荷和内部热负荷；基于相应的所预测热负荷，确定DC/DC转换器操作命令和HVAC操作命令中之一或二者，以控制相应电池串的实际热负荷；以及响应于DC/DC转换器操作命令和HVAC操作命令中的至少一个，操作DC/DC转换器和HVAC***中之一或二者。
一种用于控制储能***中的温度的方法，储能***包括容纳于包封件中的多个储能装置。该方法包括：获得容器位于的区域的天气预报；测量表示容器附近的太阳辐射的本地参数；至少部分地基于本地参数，调整天气预报；至少部分地基于所调整的天气预报，确定操作命令；以及响应于操作命令，操作供暖、通风与空气调节(HVAC)组件中的至少一个。
附图说明
当参考附图来阅读下文的详细描述时，本发明的这些以及其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中，相似的字符在整个附图中表示相似的部分，其中：
图1是根据本发明的耦合到可再生发电***和电力网的储能***的框图。
图2是根据本发明的包括多个电池模块串的储能容器的透视图。
图3是根据本发明的包括温度控制***的储能***的框图。
图4是根据本发明的用于储能***的温度控制方法的流程图。
图5是根据本文中所公开的实施例的用于管理两个HVAC***的方法的框图。
图6是根据本发明的储能***和控制器的框图。
图7是根据本发明的基于太阳辐射的温度控制方法的框图。
图8是根据本发明的基于太阳辐射和负荷预测的温度控制方法的框图。
图9是根据本发明的基于太阳辐射和负荷预测的温度控制方法的流程图。
图10是根据本发明的额外的传感器的框图。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的实施例，在附图中图示所述实施例的一个或多个示例。每个示例通过解释本发明而非限制本发明来提供。实际上，对于本领域技术人员将显而易见的是，在不偏离本发明的范围或精神的情况下，能够在本发明中进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分来图示或描述的特征能够与另一个实施例一起用于得到再进一步的实施例。因而，旨在的是，本发明涵盖如进入所附权利要求及其等同物的范围内的这样的修改和变化。
如本文中所使用的，术语“第一”、“第二”以及“第三”可以被可互换地用于将一个组件与另一个区分开，并且不旨在表示个别组件的位置或重要性。
术语“1-n”等等指可以包括一个组件或装置到数量为“n”的组件或装置的多个组件或装置。
图1图示耦合到可再生能量电源114的DC耦合的储能***100。储能***100包括DC总线102。多个电池串104通过相应的多个功率转换器106连接到DC总线102。电池串104中的每个包括串联和/或并联连接的多个电池120，诸如储能模块，如图3中所示出的。每个电池串104中的电池120可以从DC总线得以充电，和/或可以向连接到DC总线的一个或多个负载(load)108提供能量。功率转换器106(其可以是DC到DC(dc/dc)转换器)可以从电力网/电网110或可再生能量电源114(诸如，太阳能模块)对电池串104进行充电。而且，连接到电池串104的功率转换器106能够促进将能量从一个电池串104转移到另一个电池串104和/或在一个电池串104内将能量从一个电池120转移到另一个电池。多个功率转换器106中的一个或多个可以包括降压转换器、升压转换器、降压-升压转换器、反激转换器或任何其它合适的dc/dc功率转换器。负载108能够包括汽车充电器、电传动、照明负载等。当特定负载是交流电(AC)负载时，可以在DC总线102与(一个或多个)AC负载之间使用DC到AC转换器。
在一些实现中，储能***100的DC总线102可以经由电力网逆变器112连接到AC电力网或电网110。电力网或电网11能够是消费者、商业和/或公用事业规模电网。在一些实现中，储能***100还可以连接到可再生能量电源114，可再生能量电源114能够从一个或多个可再生能量生成源(例如，光伏(PV)面板、风力涡轮、地热交换或任何其它可再生能量生成源)生成能量。可再生能量电源114经由功率转换器116连接到储能***。
在其中可再生功率模块114包括PV面板的实施例中，可再生功率转换器116可以是PV转换器。通过控制DC总线电压，可以从电力网110和/或可再生功率模块114对电池串104中的电池进行充电。此外，在一些实施例中，电池串104可以向电力网110供应功率。
图2图示根据一些实施例的储能***100。在所图示的实施例中，储能***100包括容器或包封件102和安装在其中的多个电池模块串115。每个电池模块串115可以包括电池串104和相应的功率转换器106。如图2中所示出的，容器102还可以包括功率电子设备和/或温度控制设备118(诸如，供暖、通风与空气调节(HVAC)***)和遍及包封件102分布的一个或多个风扇150，以管理电池模块串115的操作和冷却/供暖。
图3图示与图2中所示出的储能***类似的储能***100的容器102的实施例内的温度控制***200的示意框图。温度控制***200控制经过容器102和电池模块串115的气流152的循环的管理和温度。温度控制***200包括HVAC***302、HVAC控制器或恒温器204、多个风扇206、多个风扇控制器208、以及多个电池管理串(BMS)210、以及容器温度控制器212。HVAC***204控制冷却流体214(例如，空气)的温度和循环通过容器102的导管和/或管道216的空气的体积流率。HVAC***204包括HVAC组件218(诸如压气机220、蒸发器盘管222、加热器224以及鼓风机226)，以对空气214进行冷却和/或加热并且使空气214遍及容器102的内部循环。HVAC***202还包括用于向导管或流路216提供新鲜空气的输入阀228和用于从导管或流路移除废气的出口阀230。停止阀232可以布置于入口阀228与出口阀230之间的循环流路216内，以同时实现添加新鲜空气和从流路移除废气。
HVAC控制器或恒温器204被编程为执行如下的步骤：确定用于操作加热器224、压气机220、鼓风机226以及各种阀(诸如，入口阀228、出口阀230以及停止阀232)的操作参数；并且响应于由容器温度控制器212在输入250处提供的HVAC温度设定点以及相应温度传感器254的返回空气的温度和/或供应空气的温度，向这些HVAC组件218中的每个提供对应的操作命令。
容器102内的每个电池模块串115的多个风扇206由相应的风扇控制器208控制。风扇控制器208被编程为执行如下的步骤：确定风扇速度；并且响应于由转速计提供的相应风扇的速度261、由一个或多个温度传感器263提供的功率转换器的温度以及由容器温度控制器202提供的转换器温度设定点262中的一个或多个，向风扇206中的每个提供操作命令260，以控制风扇速度。在另一个实施例中，向风扇控制器提供前馈载荷信号264，以控制风扇速度。虽然出于示例的目的示出并且讨论风扇150，但可以使用任何冷却介质。例如，在其它实施例中，储能***可以是液体冷却的，而非空气冷却的。
如在图3中进一步示出的，每个电池存储模块115包括电池管理***(BMS)210，电池管理***(BMS)210接收指示电池或储能模块120的状况(包括每个电池的温度、电流以及瓦特数)的信号。基于这些温度测量，每个电池管理***210向容器温度控制器212提供信号，包括如在图1中最佳示出的每个相应电池模块串104的电池120的中值温度、平均温度、最高温度以及最低温度中的至少一个。
容器温度控制器212是用于控制HVAC控制器204和风扇控制器208的监督控制器。容器温度控制器212被编程为执行步骤以确定250处的HVAC温度设定点和每个风扇控制器208的262处的温度设定点偏值(bias)，其被对应地提供到HVAC控制器204和风扇控制器208。HVAC温度设定点250和温度设定点偏值262部分地基于由HVAC***202、风扇控制器208以及电池管理***210提供的温度。总体上，容器温度控制器212被编程为执行如下的步骤：预测包封件102内相应电池串104的热负荷，其中热负荷包括外部热负荷和内部热负荷；基于相应的所预测热负荷，确定DC/DC转换器106操作命令、HVAC118操作命令以及风扇206操作命令、或DC/DC转换器、HVAC以及风扇操作命令的组合，以控制相应电池串的实际热负荷；以及将操作命令发送到DC/DC转换器、至少一个HVAC***、风扇、或DC/DC转换器、至少一个HVAC***以及风扇的组合。
图3出于示例的目的额外图示可以在协调HVAC组件218时使用的温度传感器、风扇206、电池管理***(BMS)210、风扇控制器208以及包封件温度控制器212。DC/DC转换器106对储能***100有用，但不一定被要求。风扇206可以或者与相应的DC/DC转换器相关联或者独立于DC/DC转换器106。在没有DC/DC转换器106的实施例中，操作命令可以包括风扇操作命令(诸如，例如风扇速度)和HVAC操作命令。虽然出于示例的目的示出并且讨论风扇206，但可以使用任何冷却介质。例如，在其它实施例中，储能***100可以是液体冷却的，而非空气冷却的。
在图3的实施例中，例如，容器温度控制器212、HVAC控制器204以及风扇控制器208中的每个可以包括配置成执行各种各样的计算机实现的功能(例如，执行本文中所公开的方法、步骤、运算等等)的一个或多个处理器和相关联的(一个或多个)存储器装置。如本文中所使用的，术语“处理器”不仅指在本领域中被认为是被包括在计算机中的集成电路，而且还指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和/或其它可编程电路。
另外，(一个或多个)存储器装置一般可以包括(一个或多个)存储器元件，包括但不限于计算机可读介质(例如，随机存取存储器(RAM))、计算机可读非易失性介质(例如，闪速存储器)、软盘、致密盘-只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字通用盘(DVD)和/或其它合适的存储器元件。这样的(一个或多个)存储器装置一般可以配置成存储合适的计算机可读指令，所述计算机可读指令在由(一个或多个)处理器实现时，将控制器212、204、208配置成执行各种功能。
图4是根据本文中所公开的实施例的用于储能***100的温度控制方法300的流程图。如上面关于图3所引用的，电池串热负荷302包括外部热负荷304和内部热负荷306。外部热负荷304指电池串104上的产生于外部生成的来源的热负荷。例如，外部热负荷304可以包括太阳载荷、外部温度以及风速。外部热负荷304可以至少部分地基于以下中的至少一个来预测：获得天气数据；获得外部温度和风速数据；使用地点信息；或使用包封件布局信息。在一些实施例中，下面关于图6讨论的概念可以用于预测外部热负荷时的预报调整。取决于太阳的方向和角度以及风的方向和速度、包封件在该地点上的位置、包封件的取向、以及该地点的物理布局(这可能造成来自附近包封件的遮蔽效应)，例如，一些电池串104可能经历比给定的包封件内的其它电池串更高的来自太阳和/或风载荷的热负荷。
与外部热负荷304形成对照，内部热负荷306指电池串104上的产生于内部生成的来源的热负荷。例如，内部热负荷306可以包括电池负荷、DC/DC转换器负荷、风扇负荷以及HVAC负荷。可能影响内部热负荷306的因素包括例如电池年龄、电池劣化、电池充电、电池放电、HVAC容量、HVAC劣化、包封件中的气流死区、风扇劣化、风扇容量、DC/DC转换器状态或DC/DC转换器老化。在充电和放电时，电池串104的电池生成热，并且与更新的电池相比更旧的电池在充电或放电时生成更多的热。类似地，劣化的电池生成比健康电池更多的热。如果包封件在任何区域中都具有气流问题，则该区域中的电池串可以从(一个或多个)HVAC***202接收较少的冷却空气。此外，如果HVAC***202或风扇206具有低容量或劣化，那么它可以补偿的载荷的量减少。在智能预测性控制的情况下，电池劣化可被降低，这通过延长电池寿命来降低总体项目寿命周期成本。
如步骤308中所示出的，可以由任何合适的技术来完成热负荷预测。由储能***100的内部组件的特性、状况和/或操作来生成内部热负荷306。例如，由电池串104在充电和放电期间生成的热负荷306可以使用时间相关的第一原理模型、经验模型或数据驱动模型来预测。数据驱动模型的示例是基于每个电池串104中的历史数据的时间序列预测模型。而且，由外部来源(诸如，太阳载荷、环境温度以及风载荷)生成的外部热负荷304可以由整天的天气预报来预测。
继续参考图4，在预测电池串热负荷306之后，生成操作命令以改变电池串热负荷，如步骤310中所示出的。这些命令将典型地导致实际热负荷中的至少一些少于相应的所预测热负荷中的至少一些，并且将典型地为DC/DC转换器106、风扇206或(一个或多个)HVAC***118中的至少两个生成这些命令。然而，在某些实施例中，可以为DC/DC转换器、风扇以及(一个或多个)HVAC***中的一个而不是其它生成并且提供命令，如步骤310和312中所示出的。
潜在的操作命令的一个示例是风扇操作命令。当DC/DC转换器106由风扇206用然后被引导跨过相应电池串104的空气进行冷却时，风扇操作命令的一个示例涉及那些风扇的速度。以比其它风扇更高的速度操作一些风扇206将导致更多的冷却空气被引导到从风扇接收下游空气的相应电池串或多个电池串104。或者如果风扇独立于DC/DC转换器而定位，或者如果在储能***100中不存在DC/DC转换器，则可以独立地使用风扇速度。
除了风扇速度之外，潜在的操作命令的另一个示例还涉及DC/DC转换器切换信号。当从某些电池串104提取更多功率或由某些电池串104吸收更多功率时，那些电池串将造成比其它电池串更多的热。例如，确定DC/DC转换器操作命令可以包括确定DC/DC转换器切换信号以重新分配电池串载荷，以避免具有比至少一个其它电池串更高的所预测热负荷的至少一个电池串104的劣化。例如，具有更高的所预测热负荷的电池串104可以被控制，以便以比具有更低的所预测热负荷的电池串更低的速率充电或放电。作为在将HVAC***118和/或风扇150折中(compromise)时的情形下可能有用的另一个示例，确定DC/DC转换器操作命令包括确定DC/DC切换信号以在第一时间段内增加一个或多个电池串104上的电池串负荷，并且然后在第二时间段内增加一个或多个不同电池串上的电池串负荷。以此方式，给定串的温度的增加是暂时的，使得电池串104在其负荷减小的时间期间可以稍微恢复。
在更具体的示例中，当预测热负荷至少部分地基于太阳载荷304时，DC/DC操作命令可以设计为生成位于包封件102的第一部分中的第一电池串104上的更低电池串负荷，该第一电池串104相对于包封件的第二部分中的第二电池串更受太阳载荷304影响。然后，一旦太阳载荷304从包封件102的第一部分移走，由于暂时的外部热304增加已经减弱，因而DC/DC操作命令便可以用于增加第一电池串上的电池串104负荷。此概念也适用于风载荷，由此风可能取决于风向而影响包封件102的特定侧。
例如，不同电池串104的热瞬态时间可基于其在包封件102中的空间分布并且基于其与HVAC***118的通风口和风扇150的位置的距离而不同。作为具体示例，离风扇150和/或(一个或多个)HVAC***118最远的电池串104由于更高的气流输送时间、来自其它电池串104的更少热交互、并且更接近包封件102的外壁，因而可具有更长的冷却响应时间。用于该电池串104的DC/DC转换器106可以被控制成以更低的速率充电/放电，以维持相对平坦的温度分布。
图5是根据本文中所公开的实施例的用于预测性地管理两个HVAC***402、404的方法的框图。该图示出上面讨论的影响电池串热负荷的内部和外部因素中的一些。图5还示出HVAC***400，HVAC***400具有由HVAC控制器406控制的至少一对HVAC***(HVAC1、HVAC2)402、404。关于HVAC操作命令，这些命令典型地包括基于内部信息416和外部信息418，为每个HVAC***402、404预测供暖或冷却的水平。在图4中示出这样的水平(或“模式”)408、410，例如，如给定的HVAC***402、404可以具有诸如断开、仅鼓风机、冷却阶段a(或“设定点”)、冷却阶段b(或“最大”)以及加热器之类的设定。具有多个HVAC***402、404的优点是，除了在一个HVAC***关闭的情况下提供一些支持之外，当多个HVAC***可用时，更细粒度的冷却水平也可用。例如，HVAC***1402可能正在设定点处操作，同时HVAC***2404正在最大化地操作。基于内部和外部信息，HVAC控制器406分别在步骤412和414选择每个HVAC***402、404的水平或模式408、410，由此生成用于控制个别组件(诸如，图3中所示出的鼓风机226和压气机220)的***特定命令。
如果期望，则在确定HVAC操作命令时，可以额外虑及经济考虑事项。例如，这样的考虑事项可以包括在高峰时间和/或夜间消耗避免期间更高的值。换句话说，预冷却可以从设计成使用更少的昂贵能量来给HVAC***402、404供电的时机开始。
在HVAC***402、404劣化时，预冷却也可以是有用的。在这样的情形下，HVAC操作命令可以更早地启动HVAC***和/或更早地以更高的速率运行HVAC。此外，当一个HVAC正在比另一个HVAC***更快地劣化时，然后更健康的HVAC的操作命令可以高于劣化的HVAC，以便最小化对于检修、维护或置换的实地考察。
图6是根据本文中所公开的实施例的控制器502和与图1中所示出的储能***类似的储能***500的框图。多个储能装置504(出于示例的目的示出为电池)可选地与其它相关设备(诸如，DC/DC转换器508)一起容纳于容器506中。温度控制***510包括供暖、通风与空气调节(HVAC)组件和控制器502，控制器502被编程为执行如下的步骤：例如，通过预报接口512获得容器506位于的区域的天气预报；例如，由容器506附近的传感器514通过传感器接口516测量表示太阳辐射的本地参数；例如，通过预报调整模型518而至少部分地基于本地参数来调整天气预报；例如，通过命令/设定点调整模型520而至少部分地基于所调整的天气预报来确定操作命令；以及将操作命令发送到线路522处的HVAC组件中的至少一个。例如，将被调整的天气预报的时段典型地在从提前一小时到提前六小时的范围内。
出于示例的目的，图6的实施例还图示通过可选的MPPT(最大功率点跟踪)DC/DC转换器528耦合到DC总线526的多个太阳能面板524，以及通过DC/AC逆变器532和变压器534向电网530提供所生成并且存储的功率的DC总线。虽然在图6中示出一组太阳能面板534和电池504，但如果期望，则可以部署多组。
还在图6中示出与太阳辐射相关的传感器514和可选的额外参数传感器536。与太阳辐射相关的传感器514可以包括用于测量来自耦合到储能***500的太阳能面板524的电压和电流的一个或多个电流和电压传感器。例如，太阳能面板524位于容器506附近，诸如邻近容器或在容器之上。
用于温度控制目的的控制器502可以是独立控制器，或可以与一般的功率转换和其它***控制(未示出)集成。
图7图示根据本文中所公开的实施例的基于太阳辐射的温度控制方法600的框图。在温度控制方法600中，由模型(Sm)604基于历史数据606和当前可用的天气预报信息(Sw)608两者来获得天气预报预测(So)602。历史数据606可以包括HVAC的规范和/或HVAC先前性能、以及储能***100的其它参数。历史数据606被供应到模型预报604，然后模型预报604生成在k+F的时间点的模型太阳辐射估计，其中k是目前的并且F是未来的小时数(例如，未来的1到6小时)。类似地，在该相同时间段内生成基于当前可用的太阳辐射估计608。这样的天气预报608可以基于例如经由图6的预报接口512的来自因特网或天气服务的目前时间数据。虽然没有示出，但在一些实施例中，这样的基于当前可用的预报608可以进一步基于诸如风速和云量之类的其它状况。
模型预报604和当前可用的预报608被组合成预报预测框602，以达成天气预报预测(So)。在一个实施例中，加权被用于基于模型604的先前性能与当前可用的天气预报608相比，以更高的置信度值向预报分配更多的权重。虽然示出两个输入，但在一些实施例中，可以使用两个输入中的仅一个。如果两个输入中的一个正缺失，那么权重将完全在可用输入上。
如上面所讨论的，当前时间获得的太阳辐照数据Sp(k)610然后被用于在预报校正框614中调整预报预测602(这在下面参考图9来讨论)。在一个实施例中，由图6中所讨论的太阳能面板电压和电流传感器514获得这样的太阳辐照数据610。如还在下面关于图9所讨论的，可以在光伏(PV)模型框612中从那些测量的参数推断当前时间太阳辐照。
然后，所调整的天气预报Sc(k+F)被发送到电池存储能量平衡框616，其中确定将需要从容器506移除什么热负荷。将被移除的热(Qac)是由太阳辐射生成的热(Qsc)与由储能装置生成的热(Qbat)的和减去损失的热(Qloss)。在此使用的能量平衡框616仅出于图示目的。在其它实施例中，例如，从Sc推断Qac的框可以包括基于历史操作数据的数据驱动模型、基于操作经历的经验模型或其它基于物理的模型。
最后，生成并且发送HVAC命令618(在图7中示为空气调节器负荷指令)。在图7的示例中，所需要的冷却与当前冷却620比较，并且差被供应到空气调节器单元。该命令仅出于示例的目的。在另一个实施例中，例如，该命令可以包括供应到HVAC组件并且用于组件控制的温度设定点。
图8是根据本文中所公开的实施例的基于太阳辐射和负荷预测的温度控制方法700的框图。图8的实施例类似于图7的温度控制方法600，但还包括：获得如图6中所示出的储能装置或电池504的负荷分布(Qbat)702；以及在确定HVAC操作命令618时，使用与预报调整Sc(k+F)组合的该负荷分布702。注意到，具有相同参考编号的功能或步骤执行先前描述的相同功能或步骤。
在图7的实施例中，假定了恒定的电池负荷分布(Qbat)。在图8的实施例中，通过使用负荷分布702和负荷预测704来增加需要被移除的热(Qac)的量的准确度。在一个实施例中，这通过获得关于将由图6的太阳能模块或电池504生成的所预测功率702以及将从太阳能模块524和储能装置504要求的所预测负荷704的信息来完成。例如，负荷预报可以基于时间、天气状况、客户类型、配电***状况和/或历史数据来确定，在Krock等人共同转让的US8886362中描述若干这样的技术，其通过引用并入本文中。如图10中所示出的，可选的温度传感器536可以提供产生于环境或外部状况(诸如，由于太阳能负荷和/或环境周围负荷而导致的热改变)的包封件壁的温度。这些包封件温度参数706可以用于进一步调整太阳能预测708。
图9是根据本文中所公开的实施例的基于太阳辐射和电池负荷预测的温度控制方法800的流程图。步骤不需要按所示出的确切顺序发生。例如，步骤802中的电压和电流采集可能在与步骤806中模型置信度权重的分配相同的时间发生。
更具体地参考图9，在步骤802中，在时间t，从耦合到电池的PV面板采集电压和电流信息。然后，在步骤804中，电压和电流信息与光伏(PV)模型组合使用，以推断在时间t的太阳辐射。下面是能够同时地求解以达成辐射的若干等式。
Figure BDA0002536906300000111
Figure BDA0002536906300000112
Figure BDA0002536906300000113
其中Ipv表示从太阳能面板生成的电流，Iph表示光电流，Isat表示模块反向饱和电流，np表示并联的电池(cell)的数量，q表示电子电荷(1.6x10-19C)，A表示理想因子，k表示玻尔兹曼常数(1.38x10-23 J/K)，T表示用开尔文作为单位的太阳能面板的表面温度，Vpv表示太阳能面板两端的电压，ns表示串联的电池的数量，Rs表示PV电池的串联电阻，Isso表示短路电流，ki表示短路电流温度系数，Tr表示参考温度，S表示太阳辐射水平(0～1000W/m2)，Irr表示在Tr的反向饱和电流，并且Egap表示硅的带隙的能量(1.1eV)。
在预报预测准备步骤中，在步骤806中，模型预测和当前可用的天气预报的置信度权重基于其先前预测性能与在当前时间t的所运算太阳辐射对比进行分配。
在步骤808中，从天气模型作出或确定对在未来F小时的太阳辐射的预测。如果在步骤810中存在任何当前可用的天气预报数据，那么在步骤814中，在达成组合的预报预测时使用加权。如果在步骤812中不存在可用的天气预报数据，那么该方面的权重是零。
然后，在步骤814的预报预测通过在步骤816基于历史偏差用从PV电压和电流测量推断的所推断太阳来校正对于太阳辐射的提前t+F小时的预测进行调整。可以使用的一个等式如下：
Sc(k+F)＝So(k+F)+α1·[Sp(k)-So(k)]
+α2·[Sp(k-1)-So(k-1)]+…
+αn·[Sp(k-n)-So(k-n)]
其中Sc表示所调整的预报，So表示在由太阳辐照信息进行调整之前的预报预测，Sp表示基于实时测量推断的太阳辐射，k表示目前时间，F表示未来的时间段，并且α乘数是逐渐变得更小的常数(或“遗忘因子”)。
最后，在步骤820，判定用于移除所预测热的所需负荷的确定(例如，如上面关于图7和8所讨论的)，并且将一个或多个命令发送到HVAC组件。如上面所讨论的，一个直截了当的命令是热负荷调整命令。备选方案是要针对HVAC确定新的温度设定点，该温度设定点能够将常用的反馈控制连同所预报的负荷用作前馈信号。
在一些实施例中，温度控制方法还包括：经由图6中可选的传感器536测量表示容器506附近的温度的额外本地参数；以及至少部分地基于额外的负荷参数，确定发送操作命令的时机。例如，可选的传感器536可以用于获得与多个储能装置或电池504相关联的电流和/或电压。该传感器536还可以表示电池载荷并且指示即时放热信息，即时放热信息还能够被合并为温度控制回路的前馈信号。
在另一个示例中，图6中可选的传感器536包括温度传感器。图10是根据本文中所公开的另一个实施例的额外传感器的框图。图5描绘用于储能装置504的包封件506顶部、侧面以及底部的截面侧视图，其中外层包括金属550(诸如，钢)，并且内层552包括绝热体(诸如，玻璃纤维或聚苯乙烯泡沫)。图10图示两个传感器536，但一个传感器实施例也是适用的。如所示出的，传感器536可以布置于顶壁的在绝热材料(insulation)552与顶壁之间的内表面上，传感器536有利地测量产生于太阳能负荷的温度改变。类似地，传感器536可以布置于侧壁的在绝热材料552与侧壁之间的内表面上，传感器536有利地测量产生于环境周围负荷的温度改变。当来自金属与绝热体之间的传感器536的数据示出由于外部状况而导致的改变时，存在时间段，在所述时间段之前该改变将传播通过绝热体552，所述时间段能够作为因素包括(factor)到控制信号或设定点注释的时机中。
本书面描述使用示例(包括优选实施例)来公开本发明，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制作并且使用任何装置或***以及执行任何合并的方法。本发明的可专利范围由权利要求定义，并且可以包括本领域技术人员所想到的其它示例。这样的其它示例如果它们具有并非与权利要求的字面语言不同的结构元件或如果它们包括与权利要求的字面语言有非实质性差异的等同结构元件，则旨在属于权利要求的范围内。来自所描述的各种实施例的方面以及对于每个这样的方面而言其它已知的等同物能够由本领域技术人员混合并且匹配，以根据本申请的原理来构造额外的实施例和技术。

Claims (24)

1.一种储能***，包括：
DC总线；
多个电池串，每个电池串包括电耦合在一起的电池；
多个DC/DC转换器，所述多个DC/DC转换器将相应电池串电耦合到所述DC总线；
包封件，所述包封件容纳所述电池串和所述DC/DC转换器；以及
温度控制***，包括：
至少一个供暖、通风与空气调节（HVAC）***，以及
控制器，所述控制器被编程为执行以下的方法：
预测所述包封件内相应电池串的热负荷，其中所述热负荷包括外部热负荷和内部热负荷；
基于相应的所预测热负荷，确定DC/DC转换器操作命令和HVAC操作命令中之一或二者，以控制所述相应电池串的实际热负荷；以及
响应于所述DC/DC转换器操作命令和所述HVAC操作命令中的至少一个，操作所述DC/DC转换器和所述HVAC***中之一或二者。
2.根据权利要求1所述的能量控制***，其中
所述外部热负荷包括太阳载荷、风载荷以及外部温度中的至少一个，
所述内部热负荷包括电池负荷和HVAC负荷中的至少一个，以及
所述确定DC/DC转换器操作命令和HVAC操作命令中之一或二者包括：
确定所述DC/DC操作命令以重新分配电池串载荷，以避免具有比至少一个其它电池串更高的所预测热负荷的至少一个电池串的劣化，以及
确定HVAC操作命令以给所述包封件的至少一个部分提供预冷却。
3.一种用于控制储能***中的温度的方法，所述储能***包括：DC总线；多个电池串，每个电池串包括耦合在一起的电池；DC/DC转换器，所述DC/DC转换器将相应电池串电耦合到所述DC总线；包封件，所述包封件容纳所述电池串和所述DC/DC转换器；以及至少一个供暖、通风与空气调节（HVAC）***，所述方法包括：
预测所述包封件内相应电池串的热负荷，其中所述热负荷包括外部热负荷和内部热负荷；
基于相应的所预测热负荷，确定DC/DC转换器操作命令和HVAC操作命令中之一或二者，以控制所述相应电池串的实际热负荷；以及
响应于所述DC/DC转换器操作命令和所述HVAC操作命令中的至少一个，操作所述DC/DC转换器和所述HVAC***中之一或二者。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述外部热负荷包括太阳载荷、风载荷以及外部温度中的至少一个。
5.根据权利要求4所述的方法，其中预测所述热负荷至少部分地基于以下中的至少一个：获得天气数据；获得外部温度数据；使用地点信息；或使用布局信息。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述内部热负荷包括电池负荷和HVAC负荷。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述预测所述热负荷至少部分地基于以下中的至少一个：电池年龄；电池劣化；电池充电；电池放电；HVAC容量；HVAC状态；HVAC劣化；所述包封件中的气流死区；DC/DC转换器状态；或DC/DC转换器老化。
8.根据权利要求3所述的方法，其中所述储能***还包括DC/DC转换器风扇，并且其中确定所述DC/DC转换器操作命令包括确定DC/DC转换器风扇速度或DC/DC转换器切换信号中的至少一个。
9.根据权利要求3所述的方法，其中确定DC/DC转换器操作命令包括确定DC/DC转换器切换信号以重新分配电池串载荷，以避免具有比至少一个其它电池串更高的所预测热负荷的至少一个电池串的劣化。
10.根据权利要求9所述的方法，其中确定所述DC/DC转换器操作命令包括确定DC/DC切换信号以在第一时间段内增加一个或多个电池串上的电池串负荷，并且然后在第二时间段内增加一个或多个不同电池串上的电池串负荷。
11.根据权利要求3所述的方法，其中确定所述HVAC操作命令包括为第一HVAC***和第二HVAC***确定供暖或冷却的水平。
12.根据权利要求3所述的方法，其中确定所述操作命令包括确定DC/DC转换器操作命令和HVAC操作命令两者。
13.根据权利要求3所述的方法，其中预测所述热负荷至少部分地基于太阳载荷。
14.根据权利要求13所述的方法，其中确定DC/DC转换器操作命令包括确定DC/DC操作命令以生成位于所述包封件的第一部分中的第一电池串上的更低电池串负荷，所述第一电池串相对于所述包封件的第二部分中的第二电池串更受所述太阳载荷影响。
15.根据权利要求3所述的方法，其中确定所述HVAC操作命令包括，在至少一个HVAC***劣化时，确定HVAC操作命令以更早地启动所述HVAC***或更早地以更高的速率运行所述HVAC。
16.一种用于控制储能***中的温度的方法，所述储能***具有容纳于包封件中的多个储能装置；所述方法包括：
获得所述容器位于的区域的天气预报，
测量表示所述容器附近的太阳辐射的本地参数，
至少部分地基于所述本地参数，调整所述天气预报，
至少部分地基于所调整的天气预报，确定操作命令；以及
响应于所述操作命令，操作供暖、通风与空气调节（HVAC）组件中的至少一个。
17.根据权利要求16所述的方法，其中测量所述本地参数包括测量来自耦合到所述储能***的太阳能面板的电压和电流。
18.根据权利要求17所述的方法，其中获得所述天气预报包括使用基于历史数据的模型、使用公开可用的天气预报信息、或使用基于历史数据的模型和公开可用的天气预报信息的组合。
19.根据权利要求16所述的方法，其中获得所述天气预报包括使用基于历史数据的模型，并且还包括通过校准所述模型来调整所述天气预报。
20.根据权利要求16所述的方法，还包括获得所述储能装置的负荷分布，并且其中确定所述操作命令还至少部分地基于所述负荷分布。
21.根据权利要求16所述的方法，还包括：测量额外的本地参数，所述额外的本地参数表示所述容器附近的温度；以及至少部分地基于所述额外的本地参数，确定发送所述操作命令的时机。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述额外的本地参数包括从位于所述容器的壁的外部与内部部分之间的传感器获得的温度。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述壁包括顶壁或侧壁，其中所述壁的所述外部部分包括导热材料，并且其中所述壁的所述内部部分包括绝热材料。
24.根据权利要求17所述的方法，其中测量所述本地参数包括测量来自位于所述容器之上的太阳能面板的电压和电流。
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