CN112803553A - 基于热管理技术的新能源储充平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于热管理技术的新能源储充平台，包括：储能电站外壳；设置于储能电站外壳内的储能电池模组，储能电池模组包括按照三维矩阵布设的多个储能电池；布设于储能电池模组四周的多个温度传感器；电池管理系统，分别与每一储能电池电连接，用于控制每一储能电池在单位时间内的充放电电流；热管理控制模块，其中，热管理控制模块用于获取每一温度传感器的温度，并构建储能电池模组的温度梯度模型，且电池管理系统进一步根据温度梯度模型控制热管理控制模块中对应的储能电池的充放电电流，使温度低位置对应的储能电池的充放电电流大于温度高位置对应的储能电池的充放电电流，从而温度梯度趋于一致。

Description

基于热管理技术的新能源储充平台

技术领域

本发明涉及一种基于热管理技术的新能源储充平台。

背景技术

随着能源短缺问题的突出，新型能源的开发和利用已成为当今社会研究的重点问题。新型能源包括太阳能、风能、生物质能、水能等由可再生能源衍生出来的生物燃料，相对于传统能源，新型能源具有污染少、储量大的优点，因此，新型能源的开发和利用势必会在电动汽车、智能电网、微电网、分布式能源系统、家庭储能系统、无电地区供电工程以及未来能源安全方面都将发挥巨大作用。

随着新型能源的大量应用，储能电站应运而生。储能电站中电池的热管理是关系整个储能电站安全性的重要环节。目前的，储能电站的热管理主要通过简单的外部降温为主，未考虑电池本身的影响，从而影响整体的控温效率。

发明内容

本发明提供了一种基于热管理技术的新能源储充平台，可以有效解决上述问题。

本发明是这样实现的：

一种基于热管理技术的新能源储充平台，包括：

储能电站外壳；

设置于所述储能电站外壳内的储能电池模组，所述储能电池模组包括按照三维矩阵布设的多个储能电池，其中，所述储能电池顺序命名为A₁₁₁...A_xyz号储能电池；

布设于所述储能电池模组四周的多个温度传感器；

电池管理系统，分别与每一储能电池电连接，用于控制每一储能电池在单位时间内的充放电电流；

热管理控制模块，分别与每一温度传感器、每一储能电池电连接连接；其中，所述热管理控制模块用于获取每一温度传感器的温度，并构建所述储能电池模组的温度梯度模型，且所述电池管理系统进一步根据所述温度梯度模型控制所述热管理控制模块中对应的储能电池的充放电电流，使温度低位置对应的储能电池的充放电电流大于温度高位置对应的储能电池的充放电电流，从而所述温度梯度趋于一致。

作为进一步改进的，所述温度传感器设置于所述储能电池模组的8个角上以及中心位置。

作为进一步改进的，，所述温度传感器进一步设置于所述储能电池模组的12条边线上，且等间距布设。

作为进一步改进的，所述热管理控制模块进一步通过温度梯度模型获取每一储能电池的实际温度T_xyz，并根据每一储能电池的温度对应调整其充放电电流，使每一储能电池的实际温度T_xyz趋于一致，从而使储能电池模组的温度梯度模型满足：20℃≤T₁₁₁≌T₁₂₁...≌T_xyz≤40℃，且ΔT≦3℃，其中，ΔT为所述储能电池模组整体的温度差。

作为进一步改进的，所述储能电站外壳进一步包括设置于四周的制冷单元，当温度传感器的温度超过设定值时，所述热管理控制模块控制对应位置的制冷单元进行制冷。

本发明的有益效果是：通过设置于所述储能电池模组四周的多个温度传感器构建所述储能电池模组的温度梯度模型，并进一步根据所述温度梯度模型控制所述热管理控制模块中对应的储能电池的充放电电流，使温度低位置对应的储能电池的充放电电流大于温度高位置对应的储能电池的充放电电流，从而所述温度梯度趋于一致。该系统不仅可以大大降低温度传感器的数量，而且，通过控制内部每一储能电池的充放电电流，从而可以从内部准确的控制整体的控温效果，提高整体的控温效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例提供的基于热管理技术的新能源储充平台的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的基于热管理技术的新能源储充平台中控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参照图1所示，本发明实施例提供一种基于热管理技术的新能源储充平台，包括：

储能电站外壳10，所述进一步包括设置于四周的制冷单元图中未画出。所述储能电站外壳10一般为规则的长方体或正方体，当然，所述储能电站外壳10可以为不规则的几何立体结构。本实施例中，所述储能电站外壳10为长方体。

设置于所述储能电站外壳10内的储能电池模组，所述储能电池模组包括按照三维矩阵布设的多个储能电池12，其中，所述储能电池12顺序命名为A₁₁₁...A_xyz号储能电池。所述储能电池12可以通过电池支架进行三维矩阵布设。所述储能电池12分别与外部充放电电路连接，从而实现电池的充放电。

布设于所述储能电池模组四周的多个温度传感器11。在其中一个实施例中，温度传感器11设置于所述储能电池模组的8个角上以及中心位置处。进一步的，为了获得更为准确的温度分布情况，所述温度传感器11进一步设置于所述储能电池模组的12条边线上，且等间距布设。更进一步的，所述储能电池模组可以划分为多个长方体的立体区域，且所述温度传感器11进一步设置于该长方体的立体区域的每一条边线上，且等间距设置。可以理解，所述温度传感器11布设的数量越多，构建的温度分布情况更为准确，但是，成本也较高。优选的，以48V、100Ah的储能锂电池12为例，其体积一般达到440mm*410mm*88mm，因此，可以按照2～3*2～3*10～12的数量布设温度传感器11，即长、宽、高分别为1米的立方体区域为单元布设温度传感器11。这样，每一单元布设温度传感器的数量约为8个，相对于现有技术中每个储能电池12都要布设温度传感器，可以大大节约成本。此外，每一温度传感器可以以最近单体储能电池12的位置进行编号，例如，当温度传感器的位置最靠近A₁₁₁号储能电池时，其对应编号为T₁₁₁，以此类推。

电池管理系统14，分别与每一储能电池12电连接，用于控制每一储能电池12在单位时间内的充放电电流。

热管理控制模块13，分别与每一温度传感器11、每一储能电池12电连接连接；其中，所述热管理控制模块13用于获取每一温度传感器11的温度，并构建所述储能电池模组的温度梯度模型，且所述电池管理系统14进一步根据所述温度梯度模型控制所述热管理控制模块13中对应的储能电池12的充放电电流，使温度低位置对应的储能电池12的充放电电流大于温度高位置对应的储能电池12的充放电电流，从而所述温度梯度趋于一致。

作为进一步改进的，也可以获取每一单元的温度分布情况，并根据所述温度分布情况控制每一单元中对应的储能电池12的充放电电流，使温度低位置对应的储能电池12的充放电电流大于温度高位置对应的储能电池12的充放电电流，从而所述温度梯度趋于一致。换言之，以每一单位作为小单元进行微控制。

所述热管理控制模块13进一步通过温度梯度模型获取每一储能电池12的实际温度T_xyz，并根据每一储能电池12的温度对应调整其充放电电流，使每一储能电池12的实际温度T_xyz趋于一致，从而使储能电池模组的温度梯度模型满足：20℃≤T₁₁₁≌T₁₂₁...≌T_xyz≤40℃，且ΔT≦3℃，其中，ΔT为所述储能电池模组整体的温度差。具体的，所述热管理控制模块13用于控制使温度低位置对应的储能电池12的充放电电流大于相邻的温度高位置对应的储能电池12的充放电电流ΔI，其中，

C为储能电池12的热容，η为热-电转换效率，R为储能电池12的内阻。

当温度传感器的温度超过设定值时，所述热管理控制模块13进一步用于控制对应位置的制冷单元进行制冷。

作为进一步改进的，当温度传感器的温度异常时，在本案中，还可以快速获取异常的电池，即实现异常电池的快速准确定位，并实现以异常电池为中心及扩展到其周边预定范围内的电池的快速切断。例如当A_xyz号储能电池所对应的T_xyz温度传感器异常时，可以根据A_xyz号储能电池的温度异常情况，以A_xyz号储能电池为中心切断编号为A_{(x±n)(y±n)(z±n)}号储能电池,然后进行排查及故障检测。

请参见图2，本发明实施例进一步提供一种所述的基于热管理技术的新能源储充平台的控制方法，包括以下步骤：

S1，获取每一温度传感器11的温度，并构建所述储能电池模组的温度梯度模型；

S2，根据所述温度梯度模型控制所述热管理控制模块13中对应的储能电池12的充放电电流，使温度低位置对应的储能电池12的充放电电流大于温度高位置对应的储能电池12的充放电电流，从而使所述温度梯度趋于一致。

在步骤S1中，所述温度梯度模型为从低温到高温等差递增的温度梯度模型，其中，ΔT₁为相邻的电池的温度差。

在步骤S2中，所述根据所述温度梯度模型控制所述热管理控制模块13中对应的储能电池12的充放电电流，使温度低位置对应的储能电池12的充放电电流大于温度高位置对应的储能电池12的充放电电流的步骤包括：

控制使温度低位置对应的储能电池12的充放电电流大于相邻的温度高位置对应的储能电池12的充放电电流ΔI，其中，

C为储能电池12的热容，η为热-电转换效率，R为储能电池12的内阻。

储能电池12的热功耗P_热满足：P_热＝P_电*η，其中，P_电为储能电池12的电功耗，且P_电满足：P_电＝I²*R。由于相邻两个储能电池12的热功耗的差值ΔP_热＝ΔT₁*C。故相邻两个储能电池12的的电流差ΔI，满足

从而相邻两个储能电池12的温度趋于一致。

作为进一步改进的，还包括：

S3，当温度异常或超出警戒值时，进一步根据所述温度梯度模型获取温度异常中心点的储能电池12的编号，并以所述中心点的储能电池12为中心，快速切断其周边预定范围内的储能电池12。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于热管理技术的新能源储充平台，其特征在于，包括：

储能电站外壳(10)；

设置于所述储能电站外壳(10)内的储能电池模组，所述储能电池模组包括按照三维矩阵布设的多个储能电池(12)，其中，所述储能电池(12)顺序命名为A₁₁₁...A_xyz号储能电池；

布设于所述储能电池模组四周的多个温度传感器(11)；

电池管理系统(14)，分别与每一储能电池(12)电连接，用于控制每一储能电池(12)在单位时间内的充放电电流；

热管理控制模块(13)，分别与每一温度传感器(11)、每一储能电池(12)电连接连接；其中，所述热管理控制模块(13)用于获取每一温度传感器(11)的温度，并构建所述储能电池模组的温度梯度模型，且所述电池管理系统(14)进一步根据所述温度梯度模型控制所述热管理控制模块(13)中对应的储能电池(12)的充放电电流，使温度低位置对应的储能电池(12)的充放电电流大于温度高位置对应的储能电池(12)的充放电电流，从而所述温度梯度趋于一致。

2.如权利要求1所述的基于热管理技术的新能源储充平台，其特征在于，所述温度传感器(11)设置于所述储能电池模组的8个角上以及中心位置。

3.如权利要求2所述的基于热管理技术的新能源储充平台，其特征在于，所述温度传感器(11)进一步设置于所述储能电池模组的12条边线上，且等间距布设。

4.如权利要求2所述的基于热管理技术的新能源储充平台，其特征在于，所述热管理控制模块(13)进一步通过温度梯度模型获取每一储能电池(12)的实际温度T_xyz，并根据每一储能电池(12)的温度对应调整其充放电电流，使每一储能电池(12)的实际温度T_xyz趋于一致，从而使储能电池模组的温度梯度模型满足：20℃≤T₁₁₁≌T₁₂₁...≌T_xyz≤40℃，且ΔT≦3℃，其中，ΔT为所述储能电池模组整体的温度差。

5.如权利要求1所述的基于热管理技术的新能源储充平台，其特征在于，所述储能电站外壳(10)进一步包括设置于四周的制冷单元，当温度传感器的温度超过设定值时，所述热管理控制模块(13)控制对应位置的制冷单元进行制冷。

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