CN111931435A - 储能电池散热支架导流板作动的控制逻辑方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种储能电池散热支架导流板作动的控制逻辑方法，包括初调和微调的逻辑控制过程，该方法是基于大量不同工况运行模拟数据库，通过控制导流板作动的逻辑、角度大小以及连续作动时的速度来实现集装箱环境控制系统对冷却空气流量的需求。本发明采用的控制逻辑方法，综合考虑集装箱式储能电池系统的外界环境温度、冷却风速、空调功率以及集装箱环境控制系统电池实时的温度，实现导流板的连续作动，快速的寻找满足要求的导流板角度，使得控制精度和工作效率大大提升，在此基础上获得合适的集装箱环境系统温度。

Description

储能电池散热支架导流板作动的控制逻辑方法

技术领域

本发明涉及集装箱环境控制系统领域，尤其涉及一种储能电池散热支架导流板作动的控制逻辑方法。

背景技术

当今国家电网建设逐步完善，储能技术需求不断增大。电池组作为储能设备的关键部件，直接影响储能系统的性能。大容量集装箱式储能系统一般由成千上万块电池紧密排列组成，电池布置参数在出厂前已经设定，很难对布置空间进行调整，当集装箱式储能系统充放电时，电池会产生大量热量，加上电池空间位置的影响，热量难以均匀排出，会产生不均匀热量聚集现象，导致电池运行环境出现温度差异。长期在温差较大的环境下运行会导致严重的电池间内阻、容量的不一致性，部分电池过充或过放，影响储能系统寿命和性能，严重时还会造成安全隐患。因此，储能电池散热性的好坏是决定其使用性能、安全性能及寿命的关键因素。

主流的储能电池冷却方式有风冷和水冷这两种。风冷降温主要依靠散热风机等送风元件实现，但是集装箱式储能电池的内部剩余空间有限，只能选用多孔风管送风的方式作为替代，但是风管位置相对固定，送风时，冷风的风向、风速等参数难以进行调整，无法实现精准送风，易出现送风不均匀的现象，严重影响风冷效果；相较风冷冷却的方式而言,水冷形式效果会更明显，但是水冷系统单独作用时，主要是对集装箱侧部进行快速高效地降温，集装箱内的热量还是难以及时的散发出去，整体降温效果不理想。

申请人根据获得的热设计方案及箱体内气流组织特性，设计了一种具有自适应特性的储能电池散热支架(CN111029496A)，该散热支架同时利用风冷与水冷两种方式对电池进行散热降温，装置上的自适应可调节导流板，可满足不同外界送风条件及电池工作特性时的自适应风量及送风角度调节。空调或风机作为外部送风装置，输入的冷却空气经导流板导流后进入集装箱内部与电池进行充分的热量交换，热空气通过出风管道排出集装箱。导流板作动的控制策略将直接关系到集装箱环控系统换热量的好坏。

为了保证集装箱储能电池系统能够有效冷却电池的需求，需要对冷却空气流量进行控制规律研究，控制对象为电池箱进气口处导流板的角度。控制包括以下两种情况：一是当集装箱式储能电池系统在同一工况时，由于外界环境参数和系统运行参数的变化，冷却空气设计流量或温度与给定流量值或温度之间产生偏差。另一种情况是集装箱式储能电池系统在不同运行工况切换时，如从放电工况到充电工况的稳态控制。

本发明针对上述两种控制状态进行控制策略的设计，使控制系统能快速的对集装箱环境控制系统进行响应并稳定的输出。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种储能电池散热支架导流板作动的控制逻辑方法，基于大量不同工况运行模拟数据库，通过控制导流板作动的逻辑、角度大小以及连续作动时的速度来实现集装箱环境控制系统对冷却空气流量的需求。本发明采用的控制逻辑方法，综合考虑集装箱式储能电池系统的外界环境温度、冷却风速、空调功率以及集装箱环境控制系统电池实时的温度，实现导流板的连续作动，快速的寻找满足要求的导流板角度，使得控制精度和工作效率大大提升，在此基础上获得合适的集装箱环境系统温度。

本发明的技术方案为：

一种储能电池散热支架导流板作动的控制逻辑方法，主要步骤为：

1)利用流体及传热仿真计算方法获得集装箱式储能电池系统在不同外界环境温度tw、冷却风速v、空调功率P以及电池温度t₀下的导流板角度大小，形成集装箱储能系统空气进气口导流板作动角度的五维查询数据库；

2)当储能电池系统运行工况发生改变时，首先利用热负荷计算公式计算该工况下储能电池环境控制系统所需要的空调功率，空调功率为总热负荷的两倍；

3)然后将运行的外界环境温度、冷却风速、空调功率和电池温度这些运行参数与查询数据库进行对比，如

(tw-t^′w)²+(v-v^′)²+(P-P^′)²+(t₀-t^′ ₀)²≤(tw-twi)²+(v-vi)²+(P-Pi)²+(t₀-t₀i)²

上式的物理意义表示为实际运行的状态点f(tw,v,P,t₀)与五维数据库中某一状态点f(t′_w,v′,P′,t′₀)的距离小于实际运行的状态点f(tw,v,P,t₀)与其他任意状态点f(twi,vi,Pi,t_0i)的距离；

此时，储能电池系统导流板的角度从初始竖直状态调节至f(t′_w,v′,P′,t′₀)所对应的导流板角度，转动时，导流板顶部呈相向转动状态，该导流板角度下的电池箱设计温度为T0；

4)初次导流板角度调节结束后进入微调程序。

进一步地，微调程序的主要步骤如下：

a)系统运转后，利用电池箱温度传感器获取导流板角度调节后的电池箱实际温度T；

b)若|T-T0|<1℃，则导流板角度不再做进一步调节；若1℃<|T-T0|<5℃，导流板按0.5s转1度的模式进行角度调节，若|T-T0|>5℃，导流板按1s转5度的模式进行调节，导流板作动方向与初始作动方向相同；

c)当导流板的角度达到最大即初次转动至水平位置时依然不达标，则系统报警，提示工作人员提高空调的功率或提高风速以及流量，随后系统重新从步骤1)开始执行微调程序，将传感器感知的实际温度与设计温度进行比较，直到|T-T0|<1℃后停止调节；

d)利用上述步骤执行导流板作动调节5次之后即回到工况数据采集阶段重新进行初调过程的循环；

进一步地，微调过程作动5次后间隔1小时系统才再回到工况数据采集阶段，即系统以1小时为一个周期，1小时后再次更新外界环境温度、电池温度、冷却风速、空调功率数据，首先判断工况是否改变，工况不变则保持导流板角度不变，工况改变则根据五维数据库重新获得导流板新的调节位置信息，即回到步骤2)重新进入循环。

本发明的有益效果是：

1.本发明提供的散热支架进气口导流板作动的控制逻辑方法，解决了储能电池系统工作工况变化以及电池表面温度与设计温度产生偏差这两种情况下进气口导流板作动策略的问题；

2、进气口导流板在一定程度上有流量调节的作用，本发明对其作动逻辑进行了严格的规定，以防出现调节不收敛问题；

3、对导流板的调节速度进行了设置，使其能快速通过单向的调节达到理想的位置。

附图说明

图1为储能电池散热支架导流板作动的控制逻辑方法的原理示意图；

图2为储能电池散热支架导流板作动的控制逻辑方法的进气口导流板角度控制逻辑图；

图3为导流板的转向示意图；

其中，1-导流板，2-通风管道，3-进风口。

具体实施方式

下面结合附图1-3本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

为了更好地保证储能电池散热支架的散热效果，以期为集装箱式储能系统的发展及市场竞争提供技术参考，本实施方式中公开一种基于中国专利CN111029496A一种可高效散热的储能电池散热支架的储能电池散热支架导流板作动的控制逻辑方法，主要依据外界环境参数、运行状态参数以及电池温度传感器参数、冷却风道风速参数的变化对冷却空气进气口导流板的角度进行控制及调节，从而实现对储能电池系统冷却空气流量的调节，满足电池温度控制系统的理想温度需求，保证储能电池环境控制系统正常工作，具体的结构原理如图1所示。

首先，利用流体及传热仿真计算方法获得集装箱式储能电池系统在不同外界环境温度tw、冷却风速v、空调功率P以及电池温度t₀下的导流板角度大小，形成集装箱储能系统空气进气口导流板作动角度的五维查询数据库。

五维查询数据库中进气口导流板的开度是因变量，外界环境温度、冷却风速、空调功率以及电池温度是自变量。

当储能电池系统运行工况发生改变时，首先利用热负荷计算公式计算该工况下储能电池环境控制系统所需要的空调功率，空调功率为总热负荷的两倍，然后将运行的外界环境温度、换热风速、空调功率和电池温度这些运行参数与查询数据库进行对比，如

(tw-t^′w)²+(v-v′)²+(P-P′)²+(t₀-t^′ ₀)²≤(tw-twi)²+(v-vi)²+(P-Pi)²+(t₀-t₀i)²

其物理意义表示为实际运行的状态点f(tw,v,P,r₀)与五维数据库中某一状态点f(t′_w,v′,P′,t′₀)的距离小于实际运行的状态点f(tw,v,P,t₀)与其他任意状态点f(twi,vi，Pi，t_0i)的距离；

此时，储能电池系统导流板的角度从初始竖直状态调节至f(t′_w，v′,P′,t′₀)所对应的导流板角度，转动时，导流板顶部呈相向转动状态，转动方向如图3所示。

上述过程为导流板初调作动的控制逻辑方法。

导流板角度确定初始位置后，打开系统电源，系统开始运转，随即电池箱的温度发生改变，但是是否能达到设计温度或者说是理想温度还未可知，如果不能达到设计温度，还需进一步微调作动方法以达到更好的散热效果。

微调阶段，首先利用电池箱温度传感器获取导流板角度第一次调节后的电池箱实际温度T，将其与设计温度T0进行比对，若|T-T0|<1℃，则导流板角度不需要再做进一步调节；若|T-T0|>1℃，则通过调控空调功率或进一步调节导流板角度来增大风量达到降温目的；

当|T-T0|>1℃，设定两档导流板调节速度模式，一档为0.5s转1度，二档为1s转5度，转动方向与初调时的转动方向相同，若|T-T0|<5℃，导流板则按一档模式调节；若|T-T0|>5℃，导流板则按二档模式进行调节。

当导流板的角度达到最大即初次转动至水平位置时依然不达标，则系统报警，提示工作人员提高空调的功率或提高风速以及流量，随后系统按照微调的过程重新执行，将传感器感知的实际温度与设计温度进行比较，直到|T-T0|<1℃后停止调节。

至此，一个完整的微调作动过程结束。

利用微调步骤执行导流板作动调节5次之后即回到工况数据采集阶段重新进行初调方法的循环。

当在系统运行的情况下，并且外界环境对集装箱内的电池不产生危害时，微调步骤执行导流板作动调节5次之后会停止作动1小时，即以1小时为一个周期，1小时后再次更新外界环境温度、电池温度、冷却风速、空调功率数据，判断工况较上个周期是否有所改变，工况不变则导流板角度不变，工况改变则根据五维数据库重新获得导流板新的调节位置信息，重新进行初调过程的循环。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种储能电池散热支架导流板作动的控制逻辑方法，其特征在于，主要步骤为：

1)利用流体及传热仿真计算方法获得集装箱式储能电池系统在不同外界环境温度t_w、冷却风速v、空调功率P以及电池温度t₀下的导流板角度大小，形成集装箱储能系统空气进气口导流板作动角度的五维查询数据库；

2)当储能电池系统运行工况发生改变时，首先利用热负荷计算公式计算该工况下储能电池环境控制系统所需要的空调功率，空调功率为总热负荷的两倍；

3)然后将运行的外界环境温度、冷却风速、空调功率和电池温度这些运行参数与查询数据库进行对比，如

(t_w-t′_w)²+(v-v′)²+(P-P′)²+(t₀-t′₀)²≤(t_w-t_wi)²+(v-v_i)²+(P-P_i)²+(t₀-t_0i)²

上式的物理意义表示为实际运行的状态点f(t_w，v，P，t₀)与五维数据库中某一状态点f(t′_w,v′,P′,t′₀)的距离小于实际运行的状态点f(t_w,v,P,t₀)与其他任意状态点f(t_wi,v_i,P_i,t_0i)的距离；

此时，储能电池系统导流板的角度从初始竖直状态调节至f(t′_w,v′，P′,t′₀)所对应的导流板角度，转动时，导流板顶部呈相向转动状态，该导流板角度下的电池箱设计温度为T0；

4)初次导流板角度调节结束后进入微调程序。

2.如权利要求1所述的一种储能电池散热支架导流板作动的控制逻辑方法，其特征在于，微调程序的主要步骤如下：

a)系统运转后，利用电池箱温度传感器获取导流板角度调节后的电池箱实际温度T；

b)若|T-T0|<1℃，则导流板角度不再做进一步调节；若1℃<|T-T0|<5℃，导流板按0.5s转1度的模式进行角度调节，若|T-T0|>5℃，导流板按1s转5度的模式进行调节，导流板作动方向与初始作动方向相同；

c)当导流板的角度达到最大即初次转动至水平位置时依然不达标，则系统报警，提示工作人员提高空调的功率或提高风速以及流量，随后系统重新从步骤1)开始执行微调程序，将传感器感知的实际温度与设计温度进行比较，直到|T-T0|<1℃后停止调节；

d)利用上述步骤执行导流板作动调节5次之后即回到工况数据采集阶段重新进行初调过程的循环。

3.如权利要求1所述的一种储能电池散热支架导流板作动的控制逻辑方法，其特征在于，微调过程作动5次后间隔1小时系统才再回到工况数据采集阶段，即系统以1小时为一个周期，1小时后再次更新外界环境温度、电池温度、冷却风速、空调功率数据，首先判断工况是否改变，工况不变则保持导流板角度不变，工况改变则根据五维数据库重新获得导流板新的调节位置信息，即回到步骤2)重新进入循环。

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