CN113594589A - 一种移动式储能应急保障电源低温启动***及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池保护技术领域，具体提供了一种移动式储能应急保障电源低温启动***及其控制方法，包括：电源装置和依次连接在主循环回路上的储水箱、水泵和加热罐，所述主循环回路的两个端口接入电池组冷板；所述水泵，用于为主循环回路内部导热介质提供循环动力；所述储水箱，用于存储导热介质；所述加热罐，用于对导热介质进行加热；所述电池组冷板，用于对导热介质与被加热电池的电芯进行热交换；所述电源装置，用于向***提供电能。该方案实现了高寒环境下电池的正常启动。

Description

一种移动式储能应急保障电源低温启动***及其控制方法
技术领域
本发明涉及电池保护领域，具体涉及一种移动式储能应急保障电源低温启动***及其控制方法。
背景技术
冬奥会的大型比赛场馆、媒体中心等对供电可靠性要求特别高，必须配置应急保障电源，其中雪上项目场馆还要求应急保障电源能够耐高寒、适应复杂地形。目前广泛使用的移动应急保障电源是柴油发电车，其缺点是不能长时间空载运行、无法做到不间断供电、噪音大、废气污染、耗费一次能源等，不能满足奥组委提出的绿色、零碳冬奥的理念。
近年来，随着电化学储能技术成本持续下降，越来越多的移动式储能***接入电网进行示范运行，未来规模化应用是必然趋势，但常规电化学储能电池在高寒地区的启动和安全运行亟需解决。当磷酸铁锂电池处于低温环境时，相对于常温下，电池出现放电容量衰减、放电电压下降，循环倍率性能下降、电极析锂等现象。一般磷酸铁锂电池在-40℃下放电容量只有室温容量的20％左右，并且在低温下无法实现启动。磷酸铁锂电池的低温性能，严重制约了移动储能保障电源在寒冷地区的推广应用。
发明内容
为了克服上述缺陷，提出了本发明，以提供一种移动式储能应急保障电源低温启动***及其控制方法。
第一方面，提供一种移动式储能应急保障电源低温启动***，所述移动式储能应急保障电源低温启动***包括：依次连接在主循环回路上的储水箱、水泵和加热罐，所述主循环回路的两个端口接入电池组冷板；
所述水泵，用于为主循环回路内部导热介质提供循环动力；
所述储水箱，用于存储导热介质；
所述加热罐，用于对导热介质进行加热；
所述电池组冷板，用于对导热介质与被加热电池的电芯进行热交换。
优选的，所述***还包括向***提供电能的电源装置，电源装置包括智能管理***和钛酸锂电池。
进一步的，所述智能管理***，用于当被加热电池的电芯温度达到预设范围时，启动钛酸锂电池向***提供电能直至被加热电池的电芯温度达到正常运行温度。
优选的，所述***通过外接电源提供电能。
进一步的，所述***还包括连接在加热罐与电池组冷板之间的制冷装置，所述制冷装置，用于对导热介质进行制冷。
进一步的，所述预设范围为[-∞，-20℃]或[30℃，+∞]。
进一步的，当预设范围为[-∞，-20℃]时，所述加热罐工作，所述制冷装置不工作，当所述预设范围为[30℃，+∞]时，所述制冷装置工作，加热罐不工作。
优选的，所述***还包括：副循环回路以及依次连接在所述副循环回路上的球阀和离子交换器；
所述副循环回路的一端连接在所述水泵和加热罐之间，另一端连接在所述储水箱与电池组冷板之间。
进一步的，所述离子交换器，用于吸附副循环回路中的金属离子。
优选的，所述水泵和加热罐之间接有用于过滤导热介质中杂质的过滤器装置。
进一步的，所述制冷装置包括用于将低压气体提升为高压气体的压缩机和用于将高压气体与导热介质之间的冷热进行交换的热交换器。
进一步的，所述水泵和加热罐之间的连接点与所述储水箱与电池组冷板之间的连接点接有旁路管道，所述旁路管道上设有球阀。
第二方面，提供一种基于所述移动式储能应急保障电源低温启动***的控制方法，所述控制方法包括：
监测被加热电池的电芯温度；
当被加热电池的电芯温度达到预设范围时，通过电源装置向***提供电能直至被加热电池的电芯温度达到正常运行温度。
本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：
本发明涉提供了一种移动式储能应急保障电源低温启动***及其控制方法，包括：电源装置和依次连接在主循环回路上的储水箱、水泵和加热罐，所述主循环回路的两个端口接入电池组冷板；所述水泵，用于为主循环回路内部导热介质提供循环动力；所述储水箱，用于存储导热介质；所述加热罐，用于对导热介质进行加热；所述电池组冷板，用于对导热介质与被加热电池的电芯进行热交换；所述电源装置，用于向***提供电能。该方案通过两种电池配合，实现了移动式储能电池在寒冷环境下的低温启动运行，适用于集装箱内架式布局，不损耗功率输出电池的电量。
附图说明
图1是本发明实施例中传统锂电池低温启动***的结构示意图；
图2是本发明实施例中移动式储能应急保障电源低温启动***的结构示意图；
图3是本发明实施例中移动式储能应急保障电源低温启动***的控制策略流程图落。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
当电池处于低温环境时，相对于常温下，电池出现放电容量衰减、放电电压下降，循环倍率性能下降、电极析锂等现象。
目前传统的电源低温启动方法中解决了这一问题，例如，专利ZL201811150462.6“一种锂电池低温启动***及低温启动方法”，提出一种锂电池低温启动***，如图1所示，用于给锂电池提供热量；包括水电解装置、氢气储罐、氧气储罐、催化燃烧装置和换热装置；所述水电解装置包括阳极区和阴极区，所述阳极区连接所述氧气储罐，所述阴极区连接所述氢气储罐，所述氧气储罐和氢气储罐均连接所述催化燃烧装置，所述催化燃烧装置通过热传导介质连接所述换热装置。该专利还提出装载所述的锂电池低温启动***的电动汽车以及一种锂电池低温启动方法。该专利提出的锂电池低温启动***，可以实现超低温启动，可以在零下100℃启动；不会额外损失锂电池的能量，可以回收制动能量运用于水电解制氢。该方法主要应用于铁锂电池的电动汽车的启动，相对于常规加热方法恢复速度快。
该专利可实现电动汽车用锂电池的低温启动，但无法拓展应用于移动储能应急保障电源的磷酸铁锂电池低温启动。况且，该专利需增加的氢气储罐和氧气储罐等给移动储能车上增加了安全隐患因素。
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种移动式储能应急保障电源低温启动***，如图2所示，本发明实施例中的移动式储能应急保障电源低温启动***包括：
电源装置和依次连接在主循环回路上的储水箱、水泵和加热罐，所述主循环回路的两个端口接入电池组冷板；
所述水泵，用于为主循环回路内部导热介质提供循环动力；
所述储水箱，用于存储导热介质；
所述加热罐，用于对导热介质进行加热；
所述电池组冷板，用于对导热介质与被加热电池的电芯进行热交换；
所述电源装置，用于向***提供电能。
在一个实施方式中，可利用外接电源替换电源装置。
本实施例中，主循环回路可以采用聚四氟乙烯材质的软管；
具体的，所述电源装置包括智能管理***和钛酸锂电池。
其中，所述智能管理***，用于当被加热电池的电芯温度达到预设范围时，启动钛酸锂电池向***提供电能直至被加热电池的电芯温度达到正常运行温度。
本实施例中，所述***还包括连接在加热罐与电池组冷板之间的制冷装置，所述制冷装置，用于对导热介质进行制冷。
本实施例中，所述预设范围为[-∞，-20℃]或[30℃，+∞]。
在一个实施方式中，当冬季为电池组加热时，预设范围为[-∞，-20℃]，所述加热罐工作，所述制冷装置不工作，当夏季为电池组降温时，所述预设范围为[30℃，+∞]，所述制冷装置工作，加热罐不工作。
其中，所述制冷装置包括用于将低压气体提升为高压气体的压缩机和用于将高压气体与导热介质之间的冷热进行交换的热交换器；
移动式储能应急保障电源低温启动***工作原理为：主循环回路把热量从加热罐通过主循环回路传送到电池组的冷板，热量再通过电池组冷板输送给电池池芯，给电池组提供适宜的环境温度，保证电池组在最佳环境温度下正常运行。
为避免水管内部附着水垢，需软化***内部乙二醇水溶液，因此在主循环回路上并联了副循环回路。预设定流量的一部分加热介质恒定流经离子交换器, 不断净化管路中可能析出的离子, 后于主循环回路加热介质在主水泵前合流。
本实施例中，所述***还包括：副循环回路以及依次连接在所述副循环回路上的球阀和离子交换器；
所述副循环回路的一端连接在所述水泵和加热罐之间，另一端连接在所述储水箱与电池组冷板之间。
进一步的，所述离子交换器，用于吸附副循环回路中的金属离子。
优选的，所述水泵和加热罐之间接有用于过滤导热介质中杂质的过滤器装置。
在一个实施方式中，本发明还提供了一种针对所述移动式储能应急保障电源低温启动***控制策略：
本发明为实现科技冬奥项目高寒环境下（-40℃）磷酸铁锂电池的低温启动运行，以钛酸锂电池作为加热设备的低温启动电源，在高寒环境下进行双级启动。在低温条件下（-40℃）下，由智能管理***判断***是否启动，首先启动钛酸锂电池，在一定时间内将磷酸铁锂电池提升到常温工作区间，启动磷酸铁锂电池，移动式储能应急保障电源待机运行，具备满功率输出能力。基于环境温度信息、电芯温度以及加热时间、启动温度调节，通过Ansys ICEPAK热仿真***分析，可得出可实现储能***启动及保温运行的钛酸锂电池的最优容量配置需求。
本***可以采用如图3所示高寒环境下应急保障电源的控制策略，可实现温度精准控制，根据实际情况自动调整加热功率，降低功耗。首先由智能管控***判断启动条件，当供电***需要启动保障供电时，首先判断磷酸铁锂电池是否处于待机状态，根据环境温度信息判定是否需要启动钛酸锂电池，从而对加热***供电，对磷酸铁锂电池电芯进行预热。由环境温度、电芯温度、预热时间设定信息及预热目标温度计算加热功率。当检测到电芯极耳温度达到设定值-10℃度时候停止加热，然后判断是否要启动保障供电。
进一步的，为了在维修主水泵或者储水罐的时候防止管道里面的水全部流出来，本发明提供的移动式储能应急保障电源低温启动***还在所述水泵和加热罐之间的连接点与所述储水箱与电池组冷板之间的连接点接有旁路管道，所述旁路管道上设有球阀。
基于同一发明构思，本发明还提供一种基于所述移动式储能应急保障电源低温启动***的控制方法，所述控制方法包括：
监测被加热电池的电芯温度；
当被加热电池的电芯温度达到预设范围时，通过电源装置向***提供电能直至被加热电池的电芯温度达到正常运行温度。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（***）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (13)

1.一种移动式储能应急保障电源低温启动***，其特征在于，所述***包括：依次连接在主循环回路上的储水箱、水泵和加热罐，所述主循环回路的两个端口接入电池组冷板；
所述水泵，用于为主循环回路内部导热介质提供循环动力；
所述储水箱，用于存储导热介质；
所述加热罐，用于对导热介质进行加热；
所述电池组冷板，用于对导热介质与被加热电池的电芯进行热交换。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括向***提供电能的电源装置，电源装置包括智能管理***和钛酸锂电池。
3.如权利要求2所述的***，其特征在于，所述智能管理***，用于当被加热电池的电芯温度达到预设范围时，启动钛酸锂电池向***提供电能直至被加热电池的电芯温度达到正常运行温度。
4.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述***通过外接电源提供电能。
5.如权利要求3所述的***，其特征在于，所述***还包括连接在加热罐与电池组冷板之间的制冷装置，所述制冷装置，用于对导热介质进行制冷。
6.如权利要求5所述的***，其特征在于，所述预设范围为[-∞，-20℃]或[30℃，+∞]。
7.如权利要求6所述的***，其特征在于，当预设范围为[-∞，-20℃]时，所述加热罐工作，所述制冷装置不工作，当所述预设范围为[30℃，+∞]时，所述制冷装置工作，加热罐不工作。
8.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括：副循环回路以及依次连接在所述副循环回路上的球阀和离子交换器；
所述副循环回路的一端连接在所述水泵和加热罐之间，另一端连接在所述储水箱与电池组冷板之间。
9.如权利要求8所述的***，其特征在于，所述离子交换器，用于吸附副循环回路中的金属离子。
10.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述水泵和加热罐之间接有用于过滤导热介质中杂质的过滤装置。
11.如权利要求5所述的***，其特征在于，所述制冷装置包括用于将低压气体提升为高压气体的压缩机和用于将高压气体与导热介质之间的冷热进行交换的热交换器。
12.如权利要求10所述的***，其特征在于，所述水泵和加热罐之间的连接点与所述储水箱与电池组冷板之间的连接点接有旁路管道，所述旁路管道上设有球阀。
13.一种基于权利要求1-12任一项所述的移动式储能应急保障电源低温启动***的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
监测被加热电池的电芯温度；
当被加热电池的电芯温度达到预设范围时，通过电源装置向***提供电能直至被加热电池的电芯温度达到正常运行温度。
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CN115686106B (zh) * 2022-10-10 2023-11-24 浙江福得尔电器有限公司 一种电炉锂电池预热方法装置、存储介质及电子设备

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