CN117458011A - 一种储能***性能评估模型以及性能评估方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及电化学储能技术领域，特别是涉及一种储能***性能评估模型以及性能评估方法。本申请的储能***性能评估模型，包括电池模块、信号监测及处理模块、控制模块和热管理模块；信号监测及处理模块用于采集电芯的状态信息，输出***第一***参数和电芯温度；控制模块控制电池模块的工作模式并输出用于控制热管理模块中冷机的液冷状态参数；热管理模块用于输出第二***参数并调节电池模块的温度。本申请能够表征不同策略下的储能***的性能表现，输出第一***参数、第二***参数和电芯温度，评估的技术指标较为丰富，进而有效降低测试成本及人力成本，提高产品开发效率，有效提高风险识别能力，降低失效风险。
Description
技术领域
本申请涉及电化学储能技术领域，特别是涉及一种储能***性能评估模型以及性能评估方法。
背景技术
目前，电化学储能***的装机量迅速攀升，出于降低成本和物流条件限制等因素的考虑，电化学储能***逐渐往大容量、集成化方向发展，而这导致了***产品测试难度增大。
针对独立储能项目，***性能评价指标较多，涉及充放电性能、***成组效率、热管理效果等，由于组成***的电芯数量巨大，因此在产品设计初期较难对***性能做出准确评估，尤其在变工况等复杂工况输入条件下的性能评估。
现有的储能***模型仅能评估热设计及热管理策略，评估的技术指标较为单一。
发明内容
本申请的目的在于，提供一种储能***性能评估模型以及性能评估方法，以解决现有技术中的储能***性能评估模型评估的技术指标较为单一的问题。
为解决上述技术问题，本申请提供一种储能***性能评估模型，包括电池模块、信号监测及处理模块、控制模块和热管理模块；所述电池模块包括多个电芯；所述信号监测及处理模块用于采集所述电池模块中的所述电芯的状态信息，输出第一***参数和电芯温度；所述控制模块基于所述第一***参数和所述电芯温度，控制所述电池模块的工作模式，并输出用于控制所述热管理模块中冷机的液冷状态参数；所述热管理模块用于采集所述控制模块输出的所述液冷状态参数并输出第二***参数，所述热管理模块基于所述液冷状态参数和所述第二***参数，调节所述电池模块的温度。
进一步地，所述第一***参数包括***可用电量和/或***效率。
进一步地，所述第二***参数包括所述冷机的实时功率和/或液冷综合能耗。
进一步地，所述冷机的实时功率通过对样机进行参数标定并建立查找表的方式获取。
进一步地，所述液冷综合能耗的计算公式为：。
其中，t为采样间隔时间，Pi为冷机实时能耗查找表值，所述冷机实时能耗查找表值通过对样机进行参数标定并建立查找表的方式获取。
进一步地，所述电芯的状态信息包括电芯电压、电芯SOC、电芯电流和所述电芯温度中的至少一种。
进一步地，所述控制模块能够输出控制命令，使所述冷机输出冷液与所述电芯进行热交换，以实现对所述电芯的温度控制。
进一步地，所述控制模块基于采集到的所述电芯的状态信息来控制所述电池模块的工作模式。
进一步地，所述储能***性能评估模型是储能***的仿真模型，用于表征不同策略下所述储能***的性能表现。
本申请还提供一种储能***性能评估方法，通过上述任一技术方案中所述的储能***性能评估模型或者所述的储能***来实施，包括：利用所述信号监测及处理模块采集所述电池模块中的所述电芯的状态信息，输出所述第一***参数和所述电芯温度；基于所述第一***参数和所述电芯温度，利用所述控制模块控制所述电池模块的工作模式，并输出用于控制所述热管理模块中冷机的所述液冷状态参数；利用所述热管理模块采集所述控制模块输出的所述液冷状态参数并输出所述第二***参数；基于所述液冷状态参数和所述第二***参数，利用所述热管理模块调节所述电池模块的温度。
本申请还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法的步骤。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法中的步骤。
本申请还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的方法中的步骤。
相比于现有技术，本申请至少具有以下有益效果：本申请的储能***性能评估模型以及性能评估方法能够表征不同策略下的储能***的性能表现，输出第一***参数、第二***参数和电芯温度，评估的技术指标较为丰富，进而有效降低测试成本及人力成本，提高产品开发效率，缩短开发周期，有效提高风险识别能力，降低失效风险。
附图说明
图1为本申请的储能***性能评估模型的拓扑图。
图2为本申请的储能***性能评估模型的热管理模块的模型图。
图3为本申请的储能***性能评估模型的应用流程图。
图4为本申请的储能***性能评估方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本申请的一种储能***性能评估模型以及性能评估方法进行描述，其中表示了本申请的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本申请，而仍然实现本申请的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本申请的限制。
本文中为组件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本申请。根据下面说明和权利要求书，本申请的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本申请实施例的目的。
下面结合说明书附图1、图2和图3所示，对本申请实施例中的储能***性能评估模型进行介绍。
在其中一个实施例中，本实施例的储能***性能评估模型包括电池模块、信号监测及处理模块、控制模块和热管理模块。
所述电池模块包括多个电芯，多个电芯以特定方式组合排列成阵列，以根据需要进行充电和放电。所述电芯的具体规格可根据需要进行具体配置，例如，可以是280Ah，也可以是300Ah，还可以是其它规格。
所述信号监测及处理模块用于采集所述电池模块中的所述电芯的状态信息，并输出第一***参数和电芯温度。
所述控制模块基于所述第一***参数和所述电芯温度，控制所述电池模块的工作模式，并输出用于控制所述热管理模块中冷机的液冷状态参数。
所述热管理模块用于采集所述控制模块输出的液冷状态参数并输出第二***参数，所述热管理模块基于所述液冷状态参数和所述第二***参数，调节所述电池模块的温度。
可以理解，储能***性能评估模型可以但不限于是储能***的仿真模型。储能***性能评估模型可以通过计算机程序实现，在需要对储能***进行性能评估的情况下，无需对该储能***这一实体进行性能评估，只需将该储能***的相关信息配置到储能***性能评估模型，通过运行储能***性能评估模型对应的计算机程序，就能完成对该储能***这一实体的性能评估。
在一些实施例中，储能***性能评估模型可以是储能***的机理模型。
在一些实施例中，储能***性能评估模型可以是基于储能***的内部机制和规律建立的数学模型，用于描述储能***的行为和性能。
在一些实施例中，储能***性能评估模型可以是预先构建的原理模型。储能***可以是根据储能***性能评估模型制作的硬件产品。
在一些实施例中，储能***性能评估模型可以内置于计算机设备。计算机设备可以包括终端或服务器中的至少一种。其中，终端可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑、物联网设备和便携式可穿戴设备，物联网设备可为智能音箱、智能电视、智能空调、智能车载设备等。便携式可穿戴设备可为智能手表、智能手环、头戴设备等。服务器可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。
本实施例的储能***性能评估模型能够表征不同策略下的储能***的性能表现，输出第一***参数、第二***参数和电芯温度，评估的技术指标较为丰富，进而有效降低测试成本及人力成本，提高产品开发效率，缩短开发周期，有效提高风险识别能力，降低失效风险。
如图1和图2所示，信号监测及处理模块能够通过相应的传感器，采集电芯的状态信息，所述电芯的状态信息包括电芯电压（U_cell）、电芯SOC（SOC_cell，指荷电状态，用于反映电池的剩余容量）、电芯电流I和所述电芯温度T中的至少一种。
获取电芯的状态信息之后，信号监测及处理模块对这些信息进行处理，并输出***第一***参数和电芯温度等数据。在其中一个实施例中，所述第一***参数包括***可用电量和***效率。在其它实施例中，所述第一***参数可以是***可用电量和***效率中的一个，也可以是其它参数。
具体地，在其中一个实施例中，所述***可用电量的计算公式为：。
其中，t1为电芯充电或者放电的截止时刻，Ut1为电芯电压随时间变化的值，It1为电芯电流随时间变化的值。
所述***效率的计算公式为：n=Q0/QN；其中，QN为***额定能量。
信号监测及处理模块把采集到的数据以及计算出的数据传递给控制模块，控制模块中存储有控制策略模型，控制模块基于所述第一***参数、所述电芯温度以及控制策略模型，输出逻辑判断信号，控制电池模块的工作模式，使电池模块处于充电状态、放电状态或者静置状态。同时，控制模块还会把电池模块的状态信息反馈给信号监测及处理模块，以供信号监测及处理模块进行记录。
同时，控制模块基于所述第一***参数、控制策略模型和所述电芯温度，输出用于控制所述冷机的液冷状态参数。具体地，控制模块在接收到所述第一***参数和电芯温度的数据后，能够基于控制策略模型，输出用于控制所述冷机的液冷状态参数，如供液温度、供液流量、回液温度、供液流量、环境温度，所述热管理模块用于采集所述控制模块输出的液冷状态参数并输出第二***参数，所述热管理模块中存储有策略执行单元和冷机能耗监测单元，策略执行单元能够基于液冷状态参数，调整冷机能耗模型中的参数配置，调整冷机能耗，进而改变冷机输出的用于与电芯进行热交换的液冷，最终实现对电池模块温度的控制。所述冷机能耗监测单元用于监测冷机的能耗，冷机能耗监测单元中存储有冷机能耗模型，冷机能耗模型能够基于上述液冷状态参数，输出冷机能耗。
需要说明的是，所述电芯温度指电池模块内所有电芯的温度，对于热管理模块中的冷机来说，一方面，电芯温度在作为输入信号时，能够影响液冷的供液温度，另一方面，液冷的供液温度变化，又会反过来影响输出的电芯温度，二者是不断地动态调节、相互影响的过程。
在其中一个实施例中，所述第二***参数包括所述冷机的实时功率和液冷综合能耗。在其它实施例中，所述第二***参数可以是冷机的实时功率和液冷综合能耗中的一个，也可以是其它参数。
具体地，所述冷机的实时功率通过对样机进行参数标定并建立查找表的方式获取。具体地，对储能***所使用的冷机产品的具体型号进行实测标定，在标定时，先确定好需要控制的参数，即确定好输入信息和输出信息，然后通过试验，建立不同数值的输入信息和输出信息的对应关系，进而建立查找表，其中，所述输出信息为冷机的实时功率，所述输入信息为冷机的某一状态参数，如供液温度、供液流量或者回液温度等。
在其中一个实施例中，所述液冷综合能耗的计算公式为：。
其中，t为采样间隔时间，Pi为冷机实时能耗查找表值，所述查找表值通过对样机进行参数标定并建立查找表的方式获取，查找表的建立方式与上述所说的冷机的实时功率的查找表的建立方式相似，即，对储能***所使用的冷机产品的具体型号进行实测标定，在标定时，先确定好需要控制的参数，即确定好输入信息和输出信息，然后通过试验，建立不同数值的输入信息和输出信息的对应关系，进而建立查找表，其中，所述输出信息为冷机的实时能耗，所述输入信息即为冷机的某一状态参数，如供液温度、供液流量或者回液温度等。
图3为本申请的储能***性能评估模型的应用流程，即，先结合***设计信息，进行***仿真模型的构建，输入电芯参数、冷机参数以及热管理策略，然后进行***仿真运行，对仿真过程状态量进行计算，输出仿真结果，如***可用电量、冷机能耗、***效率等参数。
本申请实施例中的储能***为硬件产品，储能***性能评估模型可以是储能***的原理模型，而储能***这一实体的硬件产品可以是根据本申请实施例中的储能***性能评估模型来制作的，储能包括四个硬件模块，分别为电池模块、信号监测及处理模块、控制模块和热管理模块，四个模块的功能及配置与上述第一方面实施例中对应模块的功能及配置相同，在此不再赘述。
下面对本申请的第三方面实施例中的储能***性能评估方法进行介绍。
本申请实施例中的储能***性能评估方法通过本申请实施例中的储能***性能评估模型或者本申请实施例中的储能***来实施。
具体地，如图4所示，本实施例的储能***性能评估方法，包括步骤S100至步骤S400。
步骤S100：利用所述信号监测及处理模块采集所述电池模块中的所述电芯的状态信息，输出所述第一***参数和电芯温度。
步骤S200：基于所述第一***参数和所述电芯温度，利用所述控制模块控制所述电池模块的工作模式，并输出用于控制所述热管理模块中冷机的所述液冷状态参数。
步骤300：利用所述热管理模块采集所述控制模块输出的所述液冷状态参数并输出所述第二***参数。
步骤S400：基于所述液冷状态参数和所述第二***参数，利用所述热管理模块调节所述电池模块的温度。
本实施例的储能***性能评估方法能够表征不同策略下的储能***的性能表现，输出第一***参数、第二***参数和电芯温度，评估的技术指标较为丰富，进而有效降低测试成本及人力成本，提高产品开发效率，缩短开发周期，有效提高风险识别能力，降低失效风险。
在步骤S100，所述电芯的状态信息包括电芯电压、电芯SOC（指荷电状态，用于反映电池的剩余容量）、电芯电流和所述电芯温度中的至少一种，由监测及处理模块能够通过相应的传感器进行采集。
获取电芯的状态信息之后，信号监测及处理模块对这些信息进行处理，并输出第一***参数和电芯温度等数据。在其中一个实施例中，所述第一***参数包括***可用电量和***效率。在其它实施例中，所述第一***参数可以是***可用电量和***效率中的一个，也可以是其它参数。
具体地，在其中一个实施例中，所述***可用电量的计算公式为：。
其中，t1为电芯充电或者放电的截止时刻，Ut1为电芯电压随时间变化的值，It1为电芯电流随时间变化的值。
所述***效率的计算公式为：n=Q0/QN；其中，QN为***额定能量。
在步骤S200中，控制模块基于所述第一***参数、所述电芯温度以及控制策略模型，输出逻辑判断信号，控制电池模块的工作模式，使电池模块处于充电状态、放电状态或者静置状态。
此外，控制模块在接收到所述第一***参数和电芯温度的数据后，基于控制策略模型，输出用于控制所述冷机的液冷状态参数，如供液温度、供液流量、回液温度、回液流量、环境温度。
在步骤S300中，利用所述热管理模块采集所述控制模块输出的液冷状态参数并输出所述第二***参数，所述第二***参数包括所述冷机的实时功率和液冷综合能耗。在其它实施例中，所述第二***参数可以是冷机的实时功率和液冷综合能耗中的一个，也可以是其它参数。
具体地，所述冷机的实时功率通过对样机进行参数标定并建立查找表的方式获取。具体地，对储能***所使用的冷机产品的具体型号进行实测标定，在标定时，先确定好需要控制的参数，即确定好输入信息和输出信息，然后通过试验，建立不同数值的输入信息和输出信息的对应关系，进而建立查找表，其中，所述输出信息即为冷机的实时功率，所述输入信息即为冷机的某一状态参数，如供液温度、供液流量或者回液温度等。
所述液冷综合能耗的计算公式为：。
其中，t为采样间隔时间，Pi为冷机实时能耗查找表值，所述查找表值通过对样机进行参数标定并建立查找表的方式获取，查找表的建立方式与上述所说的冷机的实时功率的查找表的建立方式相似，即，对储能***所使用的冷机产品的具体型号进行实测标定，在标定时，先确定好需要控制的参数，即确定好输入信息和输出信息，然后通过试验，建立不同数值的输入信息和输出信息的对应关系，进而建立查找表，其中，所述输出信息即为冷机的实时能耗，所述输入信息即为冷机的某一状态参数，如供液温度、供液流量或者回液温度等。
在步骤S400中，所述热管理模块基于所述控制模块输出的液冷状态参数和第二***参数，调整冷机能耗模型中的参数配置，进而改变冷机输出的用于与电芯进行热交换的液冷，最终实现对电池模块温度的控制。
在一些实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一些实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一些实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种储能***性能评估模型，其特征在于，包括电池模块、信号监测及处理模块、控制模块和热管理模块；
所述电池模块包括多个电芯；
所述信号监测及处理模块用于采集所述电池模块中的所述电芯的状态信息，输出第一***参数和电芯温度；
所述控制模块基于所述第一***参数和所述电芯温度，控制所述电池模块的工作模式，并输出用于控制所述热管理模块中冷机的液冷状态参数；
所述热管理模块用于采集所述控制模块输出的所述液冷状态参数并输出第二***参数，所述热管理模块基于所述液冷状态参数和所述第二***参数，调节所述电池模块的温度。
2.根据权利要求1所述的储能***性能评估模型，其特征在于，所述第一***参数包括***可用电量和/或***效率。
3.根据权利要求1所述的储能***性能评估模型，其特征在于，所述第二***参数包括所述冷机的实时功率和/或液冷综合能耗。
4.根据权利要求3所述的储能***性能评估模型，其特征在于，所述冷机的实时功率通过对样机进行参数标定并建立查找表的方式获取。
5.根据权利要求3所述的储能***性能评估模型，其特征在于，所述液冷综合能耗的计算公式为：
；
其中，t为采样间隔时间，Pi为冷机实时能耗查找表值，所述冷机实时能耗查找表值通过对样机进行参数标定并建立查找表的方式获取。
6.根据权利要求1所述的储能***性能评估模型，其特征在于，所述电芯的状态信息包括电芯电压、电芯SOC、电芯电流和所述电芯温度中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的储能***性能评估模型，其特征在于，所述控制模块能够输出控制命令，使所述冷机输出冷液与所述电芯进行热交换，以实现对所述电芯的温度控制。
8.根据权利要求1所述的储能***性能评估模型，其特征在于，所述控制模块基于采集到的所述电芯的状态信息来控制所述电池模块的工作模式。
9.根据权利要求1至8任一项所述的储能***性能评估模型，其特征在于，所述储能***性能评估模型是储能***的仿真模型，用于表征不同策略下所述储能***的性能表现。
10.一种储能***性能评估方法，其特征在于，通过权利要求1至9中任一项所述的储能***性能评估模型或者权利要求9中所述的储能***来实施，包括：
利用所述信号监测及处理模块采集所述电池模块中的所述电芯的状态信息，输出所述第一***参数和所述电芯温度；
基于所述第一***参数和所述电芯温度，利用所述控制模块控制所述电池模块的工作模式，并输出用于控制所述热管理模块中冷机的所述液冷状态参数；
利用所述热管理模块采集所述控制模块输出的所述液冷状态参数并输出所述第二***参数；
基于所述液冷状态参数和所述第二***参数，利用所述热管理模块调节所述电池模块的温度。
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