CN109616719B - 基于储能电池温度差异的空调温控系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种基于储能电池温度差异的空调温控系统及控制方法，采用空调有效制冷和制热，可以实时有效调节单体电池的温度，解决了多个单体电池经过长时间运行后温度分布不均匀的问题，减少系统运行异常情况，增加储能系统的使用寿命；替代传统的以室内环境温度为反馈点，本申请以单体电池的温度为空调调节温度的反馈点，防止存在温控滞后的问题。
Description
技术领域
本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种基于储能电池温度差异的空调温控系统及控制方法。
背景技术
现有的储能系统热管理多采用风扇控制方式，若系统以大功率充放电，风扇散热能力差，无法及时有效地降低电池温度，若系统工作于寒冷地区，风扇控制方式无制热功能，整个系统将在不适宜温度范围内工作，电池长时间工作在不适宜温度区间，极大减少电池寿命，甚至出现系统运行异常。
大功率储能系统依靠空调自身进行热管理，该方式下空调内部自动控制，在现有技术中，通过采集集装箱顶部和底部的温度，再计算集装箱的总平均温度，通过比较总平均温度与第一预设温度及第二预设温度的大小来调控空调制冷、制热、待机功能的切换，其温度反馈点为室内环境温度，但是储能系统着重考虑电池温度，因此存在温控相对滞后，无法有效解决电池温度差异，存在效率低下、影响系统正常运行等问题。
鉴于此，克服以上现有技术中的缺陷，提供一种新的基于储能电池温度差异的空调温控系统及控制方法成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于储能电池温度差异的空调温控系统及控制方法。
本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：
本发明的一个方面提供了一种基于储能电池温度差异的空调温控系统，该系统包括：
空调、与所述空调连接的电池堆管理单元、与所述电池堆管理单元连接的电池簇管理单元和与所述电池簇管理单元连接的单体电池管理单元；
其中，所述单体电池管理单元用于采集单体电池的温度并传输给所述电池簇管理单元，所述电池簇管理单元用于将多个单体电池的温度打包并转发给所述电池堆管理单元，所述电池堆管理单元用于收集汇总从多个所述电池簇管理单元转发的单体电池的温度并按照控制策略控制所述空调切换工作模式，进而调节单体电池的温度，使单体电池的温度分布均匀；
所述电池堆管理单元被配置为：
将收集到的单体电池的温度按照从小到大的顺序进行排序，形成排序结果；
根据所述排序结果提取电池温度特征信息，所述电池温度特征信息包括：最小平均温度和最大平均温度；
根据预设的温度工作区间与所述最小平均温度、最大平均温度的比较结果选择控制策略并按照所选控制策略控制所述空调切换工作模式。
优选地，所述电池堆管理单元、所述电池簇管理单元和所述单体电池管理单元中均设有温度传感器。
优选地，所述空调中设有用于根据预设的单体电池的升降温幅度与升降温时间的关系控制所述空调切换工作模式的频率的定时器。
本发明的另一个方面提供了一种基于储能电池温度差异的空调温控系统的控制方法，该控制方法包括：
收集汇总从多个所述电池簇管理单元转发的单体电池的温度；
将收集到的单体电池的温度按照从小到大的顺序进行排序，形成排序结果；
根据所述排序结果提取电池温度特征信息，所述电池温度特征信息包括：最小平均温度和最大平均温度；
根据预设的温度工作区间与所述最小平均温度、最大平均温度的比较结果选择控制策略并按照所选控制策略控制所述空调切换工作模式。
优选地，该控制方法还包括：
所述单体电池管理单元采集单体电池的温度并传输给所述电池簇管理单元；
所述电池簇管理单元将多个单体电池的温度打包并转发给所述电池堆管理单元。
优选地，在“所述电池簇管理单元将多个单体电池的温度打包并转发给所述电池堆管理单元”的步骤中，该控制方法还包括：对有效的单体电池的温度进行筛选，判断单体电池的温度正常则转发给电池堆管理单元，异常则终止转发所述单体电池的温度。
优选地，在“根据所述排序结果提取电池温度特征信息”的步骤中，该控制方法还包括：
提取所述排序结果中排位最前的1％至10％的单体电池温度，计算平均值，取为最小平均温度；提取所述排序结果中排位最后的90％至99％的单体电池温度，计算平均值，取为最大平均温度。
优选地，所述预设的温度工作区间根据电池在不同环境下的运行数据分析所得，所述温度工作区间包括按从小到大依次排列的第一温度、第二温度、第三温度和第四温度。
优选地，所述空调的工作模式包括：制热模式、制冷模式、散风模式和待机模式。
优选地，所述控制策略包括：
当最小平均温度小于第一温度，最大平均温度小于第三温度时，控制空调执行制热模式；
当最大平均温度大于或等于第四温度，最小平均温度大于或等于第一温度时，控制空调执行制冷模式；
当最小平均温度小于第一温度时，最大平均温度大于或等于第四温度，控制空调执行散风模式；
当最小平均温度大于或等于第一温度且小于第三温度时，最大平均温度大于或等于第二温度且小于第三温度时，控制空调执行散风模式。
当最小平均温度和最大平均温度均大于或等于第一温度且小于第二温度时，控制空调执行待机模式。
优选地，在“当最小平均温度小于第一温度，最大平均温度小于第三温度时，控制空调执行制热模式”的控制策略中还包括：
当最小平均温度小于第一温度且最大平均温度小于第一温度，控制空调执行制热模式；
当最小平均温度小于第一温度，最大平均温度大于或等于第一温度且小于第二温度，控制空调执行制热模式；
当最小平均温度小于第一温度，最大平均温度大于或等于第二温度且小于第三温度，控制空调执行制热模式。
优选地，在“当最大平均温度大于或等于第四温度，最小平均温度大于或等于第一温度时，控制空调执行制冷模式”的控制策略中还包括：
当最大平均温度大于或等于第四温度，最小平均温度大于或等于第一温度且小于第二温度时，控制空调执行制冷模式；
当最大平均温度大于或等于第四温度，最小平均温度大于或等于第二温度且小于第三温度时，控制空调执行制冷模式；
当最小平均温度和最大平均温度均大于或等于第四温度时，控制空调执行制冷模式。
优选地，在“当最小平均温度大于或等于第一温度且小于第三温度时，最大平均温度大于或等于第二温度且小于第三温度时，控制空调执行散风模式”的控制策略中还包括：
当最小平均温度大于或等于第一温度且小于第二温度，最大平均温度大于或等于第二温度且小于第三温度时，控制空调执行散风模式；
当最小平均温度大于或等于第二温度且小于第三温度，最大平均温度大于或等于第二温度且小于第三温度时，控制空调执行散风模式。
优选地，所述控制策略还包括：根据预设的单体电池的升降温幅度与升降温时间的关系定时控制所述空调切换工作模式的频率。
本发明的系统及控制方法，采用空调有效制冷和制热，可以实时有效调节单体电池的温度，解决了多个单体电池经过长时间运行后温度分布不均匀的问题，减少系统运行异常情况，增加储能系统的使用寿命；替代传统的以室内环境温度为反馈点，本申请以单体电池的温度为空调调节温度的反馈点，防止存在温控滞后的问题。
附图说明
图1是本发明的系统的结构示意图。
图2是本发明的系统中的电池堆管理单元的工作流程图。
图3是本发明的系统的控制方法的第一种实施例工作流程图。
图4是本发明的系统的控制方法的第二种实施例工作流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。
本发明提供了一种基于储能电池温度差异的空调温控系统及控制方法，本申请的实施例采用空调有效制冷和制热，可以实时有效调节单体电池的温度，解决了多个单体电池经过长时间运行后温度分布不均匀的问题，减少系统运行异常情况，增加储能系统的使用寿命；替代传统的以室内环境温度为反馈点，本申请以单体电池的温度为空调调节温度的反馈点，防止存在温控滞后的问题。
请参见图1，图1示出了一种基于储能电池温度差异的空调温控系统，该系统包括：空调10、电池堆管理单元20、电池簇管理单元30和单体电池管理单元40，空调10与电池堆管理单元20连接、电池堆管理单元20与电池簇管理单元30连接、电池簇管理单元30与单体电池管理单元40连接；其中，单体电池管理单元40用于采集单体电池的温度并传输给电池簇管理单元30，一个单体电池管理单元40对应采集一个单体电池的温度，一个电池簇管理单元30采集的温度包括多个单体电池管理单元40采集的温度，电池簇管理单元30将多个单体电池的温度打包并转发给电池堆管理单元20，在电池簇管理单元30中，需考虑电池簇管理单元30与单体电池管理单元40的在线信息、掉线数量比例以及单体电池的温度异常情况，筛选出有效的单体电池的温度再进行打包并转发给电池堆管理单元20，电池堆管理单元20用于收集汇总从多个电池簇管理单元30转发的单体电池的温度并按照控制策略控制空调10切换工作模式，进而调节单体电池的温度，使单体电池的温度分布均匀；
进一步地，请参见图2，电池堆管理单元20被配置为执行以下步骤：
步骤S201：将收集到的单体电池的温度按照从小到大的顺序进行排序，形成排序结果；
步骤S202：根据排序结果提取电池温度特征信息，电池温度特征信息包括：最小平均温度和最大平均温度；
进一步地，计算最小平均温度和最大平均温度之前，首先剔除排序结果中排位最低的1％和排位最高的1％的单体电池的温度，减小误差，最小平均温度为排序结果中排最前的1％至10％的单体电池温度的平均值，最大平均温度为排序结果中排最后的90％至99％的单体电池温度的平均值。当储能系统经过长时间运行后，容易出现单体电池的最小平均温度和最大平均温度相差较大的现象，该设置方式可有效滤除部分异常温度，同时反映出电池堆内单体电池的温度分布信息。
例如：单体电池的数量为一百，电池堆管理单元20收集汇总了一百个有效的单体电池的温度并对这一百个单体电池的温度按照从小到大的顺序进行排序，在计算最小平均温度和最大平均温度之前，首先剔除了排序结果中排位第一和第一百的单体电池的温度，最小平均温度为排序结果中排位第二至第十的单体电池的温度的平均值，最大平均温度为排序结果中排位第九十至第九十九的单体电池的温度的平均值。
步骤S203：根据预设的温度工作区间与最小平均温度、最大平均温度的比较结果选择控制策略并按照所选控制策略控制空调10切换工作模式。
在本实施例中，空调10靠近单体电池处设置，以单体电池的温度为反馈点，防止温控滞后，无论储能系统处于何种极端气候环境下或工作在大功率充放电的工况下，均可通过空调10进行温控，有效调节单体电池的温度，使得储能系统工作在合理的温度范围内，扩大储能系统的适用范围。
在上述实施例的基础上，本实施例中，电池堆管理单元20、电池簇管理单元30和单体电池管理单元40中均设有温度传感器。
进一步地，空调10中设有用于根据预设的单体电池的升降温幅度与升降温时间的关系控制空调10切换工作模式的频率的定时器，防止空调10频繁切换工作模式影响空调10内部装置的使用寿命，起到保护作用。
本发明还提供了一种基于储能电池温度差异的空调温控系统的控制方法，请参见图3，该控制方法包括：
步骤S301：收集汇总从多个电池簇管理单元30转发的单体电池的温度；
步骤S302：将收集到的单体电池的温度按照从小到大的顺序进行排序，形成排序结果；
步骤S303：根据排序结果提取电池温度特征信息，电池温度特征信息包括：最小平均温度和最大平均温度；
步骤S304：根据预设的温度工作区间与最小平均温度、最大平均温度的比较结果选择控制策略并按照所选控制策略控制空调10切换工作模式。
在本实施例中，步骤S301至S304都由电池堆管理单元20执行，空调10每切换一次工作模式将重新收集各个单体电池的温度、排序、提取电池温度特征信息以及制定控制策略，即重新执行步骤S301、步骤S302、步骤S303以及步骤S304。
进一步地，请参见图4，在步骤S301之前，该控制方法还包括：
步骤S300’：单体电池管理单元40采集单体电池的温度并传输给电池簇管理单元30；
步骤S300：电池簇管理单元30将多个单体电池的温度打包并转发给电池堆管理单元20。
进一步地，在步骤S300中，在电池簇管理单元30转发单体电池的温度之前，还包括判断步骤：判断单体电池的温度正常则转发给电池堆管理单元20，异常则终止转发单体电池的温度，对有效的单体电池的温度进行筛选。
进一步地，在步骤S303中，该控制方法还包括：
步骤S3031：提取排序结果中排位最前的1％至10％的单体电池温度，计算平均值，取为最小平均温度；
步骤S3032：提取排序结果中排位最后的90％至99％的单体电池温度，计算平均值，取为最大平均温度。
进一步地，预设的温度工作区间根据电池在不同环境下的运行数据分析所得，在同一个环境下预设的温度工作区间不变，如表1所示，预设的温度工作区间包括按从小到大依次排列的第一温度T1、第二温度T2、第三温度T3和第四温度T4。
在本实施例中，单体电池在第一温度T1与第二温度T2温度之间的运行性能最佳，当单体电池的温度不在此温度范围内需考虑控制空调10切换成制冷模式、制热模式或散风模式，使得单体电池的温度控制在第一温度T1与第二温度T2温度之间。
进一步地，本实施中的控制方法可以控制如下四种工作模式之间的切换，
制冷模式：当单体电池的最小平均温度稍小而最大平均温度过高，则优先考虑单体电池的温度过高的问题，通过空调10制冷降低单体电池的温度；
制热模式：当单体电池的最小平均温度过低而最大平均温度稍大，则优先考虑单体电池的温度过低的问题，通过空调10制热升高单体电池的温度；
散风模式：一方面具有轻微降温作用，另一方面通过散风传递热量均匀各个单体电池的温度；当单体电池的最小平均温度过低且最大平均温度过高时，不适合采用制冷模式或制热模式，则通过散风传递热量均匀各单体电池的温度，或者当单体电池的最小平均温度和/或最大平均温度稍高时，需轻微降温即可。
待机模式：当电池单体的温度在最佳温度范围内，不需要调控单体电池的温度。
请参见表1，表1是空调的工作区间表，控制策略根据下表进行。
| Tmin工作范围 | Tmax工作范围 | 空调的工作模式 |
| Tmin<T1 | Tmax<T1 | 制热模式 |
| Tmin<T1 | T1≤Tmax<T2 | 制热模式 |
| Tmin<T1 | T2≤Tmax<T3 | 制热模式 |
| Tmin<T1 | Tmax≥T4 | 散风模式 |
| T1≤Tmin<T2 | T1≤Tmax<T2 | 待机模式 |
| T1≤Tmin<T2 | T2≤Tmax<T3 | 散风模式 |
| T1≤Tmin<T2 | Tmax≥T4 | 制冷模式 |
| T2≤Tmin<T3 | T2≤Tmax<T3 | 散风模式 |
| T2≤Tmin<T3 | Tmax≥T4 | 制冷模式 |
| Tmin≥T4 | Tmax≥T4 | 制冷模式 |
具体地，控制策略包括：
当最小平均温度Tmin小于第一温度T1时，
若最大平均温度Tmax小于第一温度T1，电池簇管理单元30控制空调10的工作模式为制热模式；
若最大平均温度Tmax大于或等于第一温度T1且小于第二温度T2，电池簇管理单元30控制空调10的工作模式为制热模式；
若最大平均温度Tmax大于或等于第二温度T2且小于第三温度T3，电池簇管理单元30控制空调10的工作模式为制热模式；
若最大平均温度Tmax大于或等于第四温度T4，电池簇管理单元30控制空调10的工作模式为散风模式。
当最小平均温度Tmin大于或等于第一温度T1且小于第二温度T2时，
若最大平均温度Tmax大于或等于第一温度T1且小于第二温度T2，电池簇管理单元30控制空调10的工作模式为待机模式；
若最大平均温度Tmax大于或等于第二温度T2且小于第三温度T3，电池簇管理单元30控制空调10的工作模式为散风模式；
若最大平均温度Tmax大于或等于第四温度T4，电池簇管理单元30控制空调10的工作模式为制冷模式。
当最小平均温度Tmin大于或等于第二温度T2且小于第三温度T3时，
若最大平均温度Tmax大于或等于第二温度T2且小于第三温度T3，电池簇管理单元30控制空调10的工作模式为散风模式；
若最大平均温度Tmax大于或等于第四温度T4，电池簇管理单元30控制空调10的工作模式为制冷模式。
当最小平均温度Tmin和最大平均温度Tmax均大于或等于第四温度T4时，电池簇管理单元30控制空调10的工作模式为制冷模式。
进一步地，控制策略中还包括：根据预设的单体电池的升降温幅度与升降温时间的关系定时控制空调10切换工作模式的频率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种基于储能电池温度差异的空调温控系统，其特征在于，该系统包括：
空调、与所述空调连接的电池堆管理单元、与所述电池堆管理单元连接的电池簇管理单元和与所述电池簇管理单元连接的单体电池管理单元；
其中，所述单体电池管理单元用于采集单体电池的温度并传输给所述电池簇管理单元，所述电池簇管理单元用于将多个单体电池的温度打包并转发给所述电池堆管理单元，所述电池堆管理单元用于收集汇总从多个所述电池簇管理单元转发的单体电池的温度并按照控制策略控制所述空调切换工作模式，进而调节单体电池的温度，使单体电池的温度分布均匀；
所述电池堆管理单元被配置为：
将收集到的单体电池的温度按照从小到大的顺序进行排序，形成排序结果；
提取所述排序结果中排位最前的1％至10％的单体电池温度，计算平均值，取为最小平均温度；提取所述排序结果中排位最后的90％至99％的单体电池温度，计算平均值，取为最大平均温度；
根据预设的温度工作区间与所述最小平均温度、最大平均温度的比较结果选择控制策略并按照所选控制策略控制所述空调切换工作模式。
2.根据权利要求1所述的基于储能电池温度差异的空调温控系统，其特征在于，所述电池堆管理单元、所述电池簇管理单元和所述单体电池管理单元中均设有温度传感器。
3.根据权利要求1所述的基于储能电池温度差异的空调温控系统，其特征在于，所述空调中设有用于根据预设的单体电池的升降温幅度与升降温时间的关系控制所述空调切换工作模式的频率的定时器。
4.一种基于储能电池温度差异的空调温控系统的控制方法，其特征在于，该控制方法包括：
收集汇总从多个电池簇管理单元转发的单体电池的温度；
将收集到的单体电池的温度按照从小到大的顺序进行排序，形成排序结果；
提取所述排序结果中排位最前的1％至10％的单体电池温度，计算平均值，取为最小平均温度；提取所述排序结果中排位最后的90％至99％的单体电池温度，计算平均值，取为最大平均温度；
根据预设的温度工作区间与所述最小平均温度、最大平均温度的比较结果选择控制策略并按照所选控制策略控制所述空调切换工作模式。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，该控制方法还包括：
单体电池管理单元采集单体电池的温度并传输给电池簇管理单元；
所述电池簇管理单元将多个单体电池的温度打包并转发给电池堆管理单元。
6.根据权利要求5所述的控制方法，在“所述电池簇管理单元将多个单体电池的温度打包并转发给电池堆管理单元”的步骤中，其特征在于，该控制方法还包括：对有效的单体电池的温度进行筛选，判断单体电池的温度正常则转发给电池堆管理单元，异常则终止转发所述单体电池的温度。
7.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述预设的温度工作区间根据电池在不同环境下的运行数据分析所得，所述温度工作区间包括按从小到大依次排列的第一温度、第二温度、第三温度和第四温度。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述空调的工作模式包括：制热模式、制冷模式、散风模式和待机模式。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述控制策略包括：
当最小平均温度小于第一温度，最大平均温度小于第三温度时，控制空调执行制热模式；
当最大平均温度大于或等于第四温度，最小平均温度大于或等于第一温度时，控制空调执行制冷模式；
当最小平均温度小于第一温度时，最大平均温度大于或等于第四温度，控制空调执行散风模式；
当最小平均温度大于或等于第一温度且小于第三温度时，最大平均温度大于或等于第二温度且小于第三温度时，控制空调执行散风模式；
当最小平均温度和最大平均温度均大于或等于第一温度且小于第二温度时，控制空调执行待机模式。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，在“当最小平均温度小于第一温度，最大平均温度小于第三温度时，控制空调执行制热模式”的控制策略中还包括：
当最小平均温度小于第一温度且最大平均温度小于第一温度，控制空调执行制热模式；
当最小平均温度小于第一温度，最大平均温度大于或等于第一温度且小于第二温度，控制空调执行制热模式；
当最小平均温度小于第一温度，最大平均温度大于或等于第二温度且小于第三温度，控制空调执行制热模式。
11.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，在“当最大平均温度大于或等于第四温度，最小平均温度大于或等于第一温度时，控制空调执行制冷模式”的控制策略中还包括：
当最大平均温度大于或等于第四温度，最小平均温度大于或等于第一温度且小于第二温度时，控制空调执行制冷模式；
当最大平均温度大于或等于第四温度，最小平均温度大于或等于第二温度且小于第三温度时，控制空调执行制冷模式；
当最小平均温度和最大平均温度均大于或等于第四温度时，控制空调执行制冷模式。
12.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，在“当最小平均温度大于或等于第一温度且小于第三温度时，最大平均温度大于或等于第二温度且小于第三温度时，控制空调执行散风模式”的控制策略中还包括：
当最小平均温度大于或等于第一温度且小于第二温度，最大平均温度大于或等于第二温度且小于第三温度时，控制空调执行散风模式；
当最小平均温度大于或等于第二温度且小于第三温度，最大平均温度大于或等于第二温度且小于第三温度时，控制空调执行散风模式。
13.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述控制策略还包括：根据预设的单体电池的升降温幅度与升降温时间的关系定时控制所述空调切换工作模式的频率。
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