CN114204148A - 热管理***、温度控制方法及电池储能*** - Google Patents

热管理***、温度控制方法及电池储能*** Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电池储能***的热管理***，包括温度检测装置、电池管理***、控制装置、空调装置及风扇装置，温度检测装置检测储能电池的温度信息并将温度信息传送至电池管理***，电池管理***接收温度信息并传送温度数据至控制装置，控制装置根据温度数据控制空调装置的启闭和开启时的运行模式，以及输出对应占空比的PWM信号控制风扇装置的启闭和开启时的转速，及控制风扇装置开启时的运行模式。通过同时设置空调装置和风扇装置，可以根据降温/升温需求，同时或择一开启空调装置和风扇装置，能够更好地实现温度调节，且通过PWM信号控制风扇装置的转速，减小了功耗，同时可以减小噪音。另，本发明还公开热管理***的温度控制方法及电池储能***。

Description

热管理***、温度控制方法及电池储能***
技术领域
本发明涉及电池储能***温度管理技术领域，尤其涉及一种电池储能***的热管理***、温度控制方法及电池储能***。
背景技术
随着我国新能源技术快速推进，锂电池储能***的优势不言而喻，锂电池储能***广泛应用于光储电站、风储电站、AGC调频电等领域。储能***中锂电池数量多，且电池容量和功率较大，储能***架构设计导致易产生产热不均匀、电池间温差较大和温度分布不均匀等问题，进而可能导致一些电池的充放电性能变弱、寿命和容量下降。
常见的储能***内部电池PACK箱使用风扇进行散热，并配合空调一起使用，风扇和空调的运行管理对储能***的散热至关重要。目前市场的储能***对风扇和空调的运行管理局限于到达设定温度阈值开启或关闭，风扇和空调总是工作在全速运行的状态，导致空调和风扇的能量利用效率低，功耗大等问题。由于储能***PACK电池箱数量较多，风扇长时间全速运行还会导致储能***噪音大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池储能***的热管理***、温度控制方法及电池储能***，以提高空调和风扇的能量利用效率。
为了实现上述目的，本发明提供了一种电池储能***的热管理***，所述电池储能***包括若干储能电池，所述热管理***包括温度检测装置、电池管理***、控制装置、空调装置以及风扇装置，所述温度检测装置、所述控制装置与所述电池管理***通讯连接，所述风扇装置、空调装置与所述控制装置通讯连接，所述温度检测装置用于检测储能电池的温度信息并将所述温度信息传送至所述电池管理***，所述电池管理***接收所述温度信息并传送温度数据至所述控制装置，所述控制装置根据所述温度数据控制所述空调装置的启闭和开启时的运行模式，以及输出对应占空比的PWM信号控制所述风扇装置的启闭和开启时的转速，及控制所述风扇装置开启时的运行模式。
较佳地，所述空调装置的运行模式包括制冷模式和制热模式，所述风扇装置的运行模式包括热风模式和冷风模式。
较佳地，所述温度检测装置包括有多个温度传感器，所述多个温度传感器均匀分布于所述若干储能电池的各个区域，所述电池管理***与所述多个温度传感器通讯连接，所述电池管理***接收所述多个温度传感器传送的温度信息，并基于所述多个温度传感器传送的温度信息获得对应的所述温度数据，并传送所述温度数据至所述控制装置。
较佳地，所述电池管理***将所述多个温度传感器传送的温度信息求平均，获得所述温度数据。
较佳地，所述热管理***包括多个电池模组，所述多个电池模组串联连接，每一所述电池模组包括电池箱和多个容置于所述电池箱内的储能电池，每一所述电池箱内均匀分布有多个所述温度传感器以及至少一所述风扇装置。
较佳地，所述温度传感器为NTC温度传感器。
较佳地，所述风扇装置包括驱动装置和与所述驱动装置电连接的直流风扇，所述驱动装置与所述控制装置通讯连接，所述驱动装置接收所述PWM信号并将所述PWM信号转换为对应的电压值提供给所述直流风扇，使所述直流风扇开启或关闭以及控制所述风扇装置开启时的转速。
与现有技术相比，本发明同时设置空调装置和风扇装置，可以在需要快速降温或升温时，同时开启空调装置和风扇装置，而在无需快速降温或升温时，可以择一开启空调装置和风扇装置，能够更好地实现温度调节，满足储能电池的工作温度需求；进一步地，控制装置还根据温度数据输出对应占空比的PWM信号来控制风扇装置的转速，在无需快速降温或升温时，可以使风扇装置以较低的转速运行，热管理***的能量利用效率更高，减小了功耗，同时可以减小噪音。
为了实现上述目的，本发明提供了上述的热管理***的温度控制方法，包括：
于所述温度数据属于第一温度区间时，控制所述空调装置以制热模式运行，控制所述风扇装置以热风模式运行，输出的PWM信号占空比S＝100％使所述风扇装置全速运行；
于所述温度数据属于第二温度区间时，控制所述空调装置以制热模式运行，控制所述风扇装置以热风模式运行，并根据预设的PWM信号占空比与所述温度数据的映射关系输出相应的PWM信号；
于所述温度数据属于第三温度区间时，储能电池处于最佳工作温度范围，控制所述空调装置关闭，控制所述风扇装置以冷风模式运行，并根据预设的PWM信号占空比与所述温度数据的映射关系输出相应的PWM信号；
于所述温度数据属于第四温度区间时，控制所述空调装置以制冷模式运行，控制所述风扇装置以冷风模式运行，输出的PWM信号占空比S＝100％使所述风扇装置全速运行；
其中，所述第一温度区间、第二温度区间、第三温度区间、第四温度区间的温度值为逐渐增大，所述占空比S越大，所述风扇装置的转速越快。
较佳地，于所述温度数据属于第二温度区间时，利用S＝log(Tb+1)(Tb-T+1)*100％计算所需输出的PWM信号的占空比，其中S表示占空比，Tb表示所述第二温度区间的高端值，T表示所述温度数据；于所述温度数据属于第三温度区间时，利用S＝log(Tc-Tb)(T-Tb+1)*100％计算所需输出的PWM信号的占空比，其中S表示占空比，Tb、Tc-1分别表示所述第三温度区间的低端值和高端值，T表示所述温度数据。
与现有技术相比，本发明通过划分出多个温度区间，在各个温度区间分别控制空调装置、风扇装置开启对应的运行模式或关闭空调装置、风扇装置，同时，还根据温度数据所属的温度区间控制PWM信号的占空比的大小，通过占空比的大小调整风扇装置的转速为适合当前温度数据的转速，风扇装置的运行更加合理化，在确保将电池储能***的温度调整为较理想的温度的同时减小了功耗。
为了实现上述目的，本发明提供了一种电池储能***，该电池储能***包括如上所述的热管理***。
附图说明
图1为本发明一实施例电池储能***的热管理***的原理框架图。
图2是本发明一实施例温度传感器在一电池箱中的分布示意图。
具体实施方式
为了详细说明本发明的技术内容、构造特征，以下结合实施方式并配合附图作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解，本发明不受这里描述的示例实施例的限制。基于描述的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本发明的保护范围之内。
本实施例的电池储能***包括多个电池模组以及用于调节温度的热管理***100，其中，多个电池模组串联连接，每一电池模组包括电池箱和多个容置于电池箱内的储能电池，各个电池箱内的储能电池串联连接。如图1所示，热管理***100包括温度检测装置10、电池管理***20、控制装置30、空调装置40以及多个风扇装置50，温度检测装置10、控制装置30与电池管理***20通讯连接，风扇装置50、空调装置40与控制装置30通讯连接。温度检测装置10用于检测储能电池的温度信息并将温度信息传送至电池管理***20，电池管理***20接收温度信息并传送温度数据至控制装置30，控制装置30根据温度数据与预设温度阈值的大小关系控制空调装置40的启闭和开启时的运行模式，以及输出对应占空比的PWM信号控制风扇装置50的启闭和开启时的转速，及控制风扇装置50开启时的运行模式。
其中，空调装置40的运行模式包括制冷模式和制热模式，在需要降低温度时，可以开启制冷模式，而在需要升高温度时，可以开启制热模式；同样地，风扇装置50的运行模式包括热风模式和冷风模式，在需要降低温度时，可以开启冷风模式，使风扇装置50输送冷风，而在需要升高温度时，可以开启热风模式，使风扇装置50输送热风。
每一电池箱设有一风扇装置50，通过风扇装置50针对每一电池箱输送冷风或输送热风，实现针对电池箱内环境的降温；空调装置40可以有多个，例如，多个空调装置40均匀分布在储能***的各个区域，实现对储能***整体环境的温度调节，以及，与风扇装置50共同作用，以快速降低温度或升高温度。
本发明同时设置空调装置40和风扇装置50，可以在需要快速降温或升温时，同时开启空调装置40和风扇装置50，而在无需快速降温或升温时，可以择一开启空调装置40和风扇装置50，能够更好地实现温度调节，满足储能电池的工作温度需求；进一步地，控制装置30还根据温度数据与预设温度阈值的大小关系输出对应占空比的PWM信号来控制风扇装置50的转速，在无需快速降温或升温时，可以使风扇装置50以较低的转速运行，热管理***100的能量利用效率更高，减小了功耗，同时可以减小噪音。
温度检测装置10包括有多个温度传感器11，每一电池箱内均匀分布有四个温度传感器11(如图2所示)，电池管理***20与所有电池箱内的温度传感器11通讯连接，并接收所有温度传感器11传送的温度信息，并基于这些温度传感器11传送的温度信息获得对应的温度数据，然后传送温度数据至控制装置30。其中，温度传感器11为NTC温度传感器，当然，具体实施中不以温度传感器11的具体形式为限制。
在该实施例中，电池管理***20将接收到的所有温度信息求平均，来获得温度数据。具体的，电池管理***20针对每一电池箱的四个温度传感器11传送的温度信息计算出平均值，再将所有电池箱的平均温度再次求平均，获得温度数据。即是，当前单个电池箱的实时平均温度T1＝(Ts+Tr+Tu+Tz)/4，其中，Ts、Tr、Tu、Tz分别表示四个温度传感器11传送的温度信息，整个储能***的平均温度(即，温度数据)T＝(ΣTn)/n，n＝1，2，3，4，....,n(n为正整数)。
当然，电池管理***20不限于是将接收到的所有温度信息求平均，来获得温度数据，在一些实施例中，还可以是采用其它计算方式获得温度数据。
再请参阅图1，电池管理***20包括多个采集器21和与多个采集器21通讯连接的控制器22，控制器22与控制装置30通讯连接，多个采集器21分别对应一电池箱，且每一采集器21与其对应的电池箱中的温度传感器11通讯连接，各个采集器21接收其对应的电池箱中的温度传感器11传送的温度信息，然后传送至控制器22，控制器22接收各个采集器21传送的温度信息，进行求平均获得对应的温度数据，并传送温度数据至控制装置30。
在图1所示实施例中，各采集器21与控制器22通过CAN总线通讯连接，控制器22与控制装置30通过RS485总线/CAN总线通讯连接，控制装置30与各空调装置40通过RS485总线通讯连接。
如图1所示，风扇装置50包括驱动装置51和与驱动装置51电连接的直流风扇52，驱动装置51与控制装置30通讯连接，控制装置30发送PWM信号至驱动装置51，驱动装置51接收PWM信号并将PWM信号转化为对应的电压值提供给直流风扇52。PWM信号的占空比越大，提供给直流风扇52的电压值就越高，直流风扇52的转速就越大；相反，PWM信号的占空比越小，提供给直流风扇52的电压值就越低，直流风扇52的转速就越小，PWM信号的占空比为0时，提供给直流风扇52的电压值为0，直流风扇52停止转动(关闭)。
本实施例的热管理***100的温度控制方法，设置了五个温度阈值，四个温度区间，五个温度阈值从小到大依次为Ta＜0＜Tb＜Tc-1＜Td，四个温度区间从小到大依次为[Ta,0]、(0,Tb]、(Tb,Tc-1]、(Tc-1,Td]，其中，Ta大于电池低温保护阈值，Td小于电池高温保护阈值。温度控制方法具体包括：
于温度数据属于[Ta,0]时，此时储能***处于低温状态，控制空调装置40以制热模式运行，同时控制风扇装置50以热风模式运行，输出的PWM信号占空比S＝100％使风扇装置50全速运行，以实现快速升温。
于温度数据属于(0,Tb]时，此时储能***已经脱离低温状态，控制空调装置40以制热模式运行，同时控制风扇装置50以热风模式运行，输出的PWM信号占空比S＝log(Tb+1)(Tb-T+1)*100％，其中S表示占空比，Tb表示第二温度区间的高端值(右端值)，T表示温度数据。由于伴随着温度的升高，风扇装置50不再需要满功率运行，风扇装置50以较小的功率运行即可满足当前的升温要求，通过公式S＝log(Tb+1)(Tb-T+1)*100％不断调整占空比S的大小，从而调整风扇装置50的转速，温度数据T越小，占空比S越大，温度数据T越大，占空比S越小，当温度数据T＝Tb时，占空比S＝0％，风扇装置50转速为0，即，风扇装置50停止运行(关闭)，同时，关闭空调装置40。
于温度数据属于(Tb,Tc-1]时，储能电池处于最佳工作温度范围，控制空调装置40关闭，同时控制风扇装置50以冷风模式运行，输出的PWM信号占空比S＝log(Tc-Tb)(T-Tb+1)*100％，其中S表示占空比，Tb、Tc-1分别表示第三温度区间的低端值(左端值)和高端值(右端值)，T表示温度数据。由于此时处于最佳工作温度范围，因此不开启空调装置40，仅通过风扇装置50输送冷风，减小能耗，且伴随着温度的升高，风扇装置50需提升功率运行，通过公式S＝log(Tc-Tb)(T-Tb+1)*100％不断调整占空比S的大小，从而调整风扇装置50的转速，温度数据T越小，占空比S越小，温度数据T越大，占空比S越大，当温度数据T＝Tc-1时，占空比S＝100％，风扇装置50满功率运行，转速最大。
于温度数据属于(Tc-1,Td]时，控制空调装置40以制冷模式运行，同时控制风扇装置50以冷风模式运行，输出的PWM信号占空比S＝100％使风扇装置50全速运行，以实现快速降温。
通过划分出多个温度区间，在各个温度区间分别控制空调装置40、风扇装置50开启对应的运行模式或关闭空调装置40、风扇装置50，同时，还根据温度数据所属的温度区间控制PWM信号的占空比的大小，通过占空比的大小调整风扇装置50的转速为适合当前温度数据的转速，风扇装置50的运行更加合理化，在确保将电池储能***的温度调整为较理想的温度的同时减小了功耗。
可以理解的是，上述温度区间仅作为示例，具体实施中，本领域技术人员可以根据具体需求作适应性的调整。通过log函数计算PWM信号的占空比也仅为一优选实施例，具体实施中也可以采用其它函数计算PWM信号的占空比，还可以设置温度数据与占空比的映射关系来实现根据实时的温度数据获得占空比，只要能够满足根据温度的升高和降低，适应性调整PWM信号的占空比，从而实现调整风扇装置50的转速为适宜的转速即可。
在一些实施例中，Ta＝-20，Tb＝20、Tc-1＝35、Td＝45，当然，具体实施中不以此为限制。
综上，本发明通过对储能***的温度的实时监控，并根据温度对储能***风扇装置50的转速和空调装置40的开启和关闭进行合理化管控，可有效解决能量利用效率低，噪音大，功耗大等问题，实现了储能***内环境温度动态平衡，保障储能***运行安全可靠，提高储能***的运行寿命。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种电池储能***的热管理***，所述电池储能***包括若干储能电池，其特征在于，所述热管理***包括温度检测装置、电池管理***、控制装置、空调装置以及风扇装置，所述温度检测装置、所述控制装置与所述电池管理***通讯连接，所述风扇装置、空调装置与所述控制装置通讯连接，所述温度检测装置用于检测储能电池的温度信息并将所述温度信息传送至所述电池管理***，所述电池管理***接收所述温度信息并传送温度数据至所述控制装置，所述控制装置根据所述温度数据控制所述空调装置的启闭和开启时的运行模式，以及输出对应占空比的PWM信号控制所述风扇装置的启闭和开启时的转速，及控制所述风扇装置开启时的运行模式。
2.如权利要求1所述的热管理***，其特征在于，所述空调装置的运行模式包括制冷模式和制热模式，所述风扇装置的运行模式包括热风模式和冷风模式。
3.如权利要求1所述的热管理***，其特征在于，所述温度检测装置包括有多个温度传感器，所述多个温度传感器均匀分布于所述若干储能电池的各个区域，所述电池管理***与所述多个温度传感器通讯连接，所述电池管理***接收所述多个温度传感器传送的温度信息，并基于所述多个温度传感器传送的温度信息获得对应的所述温度数据，并传送所述温度数据至所述控制装置。
4.如权利要求3所述的热管理***，其特征在于，所述电池管理***将所述多个温度传感器传送的温度信息求平均，获得所述温度数据。
5.如权利要求3所述的热管理***，其特征在于，所述热管理***包括多个电池模组，所述多个电池模组串联连接，每一所述电池模组包括电池箱和多个容置于所述电池箱内的储能电池，每一所述电池箱内均匀分布有多个所述温度传感器以及至少一所述风扇装置。
6.如权利要求3所述的热管理***，其特征在于，所述温度传感器为NTC温度传感器。
7.如权利要求1所述的热管理***，其特征在于，所述风扇装置包括驱动装置和与所述驱动装置电连接的直流风扇，所述驱动装置与所述控制装置通讯连接，所述驱动装置接收所述PWM信号并将所述PWM信号转换为对应的电压值提供给所述直流风扇，使所述直流风扇开启或关闭以及控制所述风扇装置开启时的转速。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的热管理***的温度控制方法，其特征在于，
于所述温度数据属于第一温度区间时，控制所述空调装置以制热模式运行，控制所述风扇装置以热风模式运行，输出的PWM信号占空比S＝100％使所述风扇装置全速运行；
于所述温度数据属于第二温度区间时，控制所述空调装置以制热模式运行，控制所述风扇装置以热风模式运行，并根据预设的PWM信号占空比与所述温度数据的映射关系输出相应的PWM信号；
于所述温度数据属于第三温度区间时，储能电池处于最佳工作温度范围，控制所述空调装置关闭，控制所述风扇装置以冷风模式运行，并根据预设的PWM信号占空比与所述温度数据的映射关系输出相应的PWM信号；
于所述温度数据属于第四温度区间时，控制所述空调装置以制冷模式运行，控制所述风扇装置以冷风模式运行，输出的PWM信号占空比S＝100％使所述风扇装置全速运行；
其中，所述第一温度区间、第二温度区间、第三温度区间、第四温度区间的温度值为逐渐增大，所述占空比S越大，所述风扇装置的转速越快。
9.如权利要求8所述的温度控制方法，其特征在于，
于所述温度数据属于第二温度区间时，利用S＝log(Tb+1)(Tb-T+1)*100％计算所需输出的PWM信号的占空比，其中S表示占空比，Tb表示所述第二温度区间的高端值，T表示所述温度数据；于所述温度数据属于第三温度区间时，利用S＝log(Tc-Tb)(T-Tb+1)*100％计算所需输出的PWM信号的占空比，其中S表示占空比，Tb、Tc-1分别表示所述第三温度区间的低端值和高端值，T表示所述温度数据。
10.一种电池储能***，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的热管理***。
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