CN114122563A - 一种用于储能系统的温控方法及温控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于储能系统的温控方法及温控系统，所述储能系统中设置有BMS温控模块，主控模块、从控模块，空调、以及包含风扇、加热器及若干电芯组成的电池模组，所述BMS温控模块均与所述空调、所述风扇及加热器通信连接；该温控方法包括：通过所述BMS温控模块收集每个电池模组内部的运行状态，并根据所述运行状态计算每个所述电池模组的能量需求，基于所述能量需求发送控制指令；通过所述空调、所述风扇、所述加热器接收所述控制指令，并基于所述控制指令调整所述空调的运行参数、风扇转速及加热器开关。如此，可以对储能系统内部中每一个电池模组的温度实现精确地分别控制。同时适用高温及极寒天气等多种不同工况下的储能系统温控与运行需要。

Description

一种用于储能系统的温控方法及温控系统
技术领域
本发明涉及储能系统技术领域，具体涉及一种用于储能系统的温控方法及温控系统。
背景技术
电池温度控制是决定储能电站电池容量衰减程度及循环寿命的关键要素。目前，储能集装箱大部分采用风冷技术，一般直接通过空调制冷制热、通过风道将不同温度的风引入电池模组内，实现模组内温度控制，但温控精度及温差仅能够控制在10℃左右。
而部分方案虽然在电池模组中增加了强排风扇，通过强排风扇的启停来控制电池模组的进风量或排风量，但温度控制仍不够精确。
因此，传统的集装箱中电池模组的温度调节能力不足，温度控制不够精确。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术中存在的传统的集装箱中电池模组的温度调节能力不足，温度控制不够精确的问题，从而提供一种用于储能系统的温控方法及温控系统。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种用于储能系统的温控方法及温控系统，所述储能系统中设置有BMS温控模块、空调以及包含风扇、加热器及若干电芯组成的电池模组，所述BMS温控模块均与所述空调、所述风扇及加热器通信连接；该温控方法包括：通过所述BMS温控模块收集每个电池模组内部的运行状态，并根据所述运行状态计算每个所述电池模组的能量需求，基于所述能量需求发送控制指令；通过所述空调、所述风扇、所述加热器接收所述控制指令，并基于所述控制指令调整所述空调的运行参数、风扇转速及加热器开关。
可选地，所述BMS温控模块包括主控模块与从控模块，所述主控模块与所述从控模块通信连接；所述通过BMS温控模块收集每个电池模组内部的运行状态，包括：通过所述从控模块收集每个所述电池模组内部的所述运行状态，并将所述运行状态以电信号的形式发送至所述主控模块。
可选地，所述根据所述运行状态计算每个所述电池模组的能量需求，包括：
通过所述主控模块接收来自所述从控模块发送的所述运行状态的电信号，并根据所述运行状态计算每个所述电池模组的能量需求。
可选地，所述根据所述运行状态计算每个所述电池模组的能量需求，包括：
按预设频率动态评估每个所述电池模组内部的运行状态，并根据所述运行状态计算每个所述电池模组的能量需求。
可选地，所述能量需求包括热量需求和冷量需求。
可选地，所述基于所述能量需求发送控制指令，包括：基于每个所述电池模组的所述能量需求，形成每个所述电池模组的单体温控策略以及所有所述电池模组的总体温控策略；根据所述单体温控策略和所述总体温控策略，生成所述控制指令；将所述控制指令发送至所述空调、所述加热器和所述风扇。
可选地，所述控制指令至少包括作用于所述空调的动作设定指令、各个所述电池模组的模组加热指令以及风扇控制指令。
可选地，所述风扇控制指令为风扇PID调节指令；所述通过所述风扇接收所述控制指令，并基于所述控制指令调整风扇转速，包括：通过所述从控模块实时采集的每个所述电池模组内部的当前温度，实时计算所述当前温度与目标温度的偏差值、温度变化率以及温度变化量；基于所述偏差值、所述温度变化率以及所述温度变化量生成所述风扇PID调节指令来调整所述风扇转速。
可选地，所述储能系统中还设置有PTC加热器；所述PTC加热器与所述从控模块通信连接；该温控方法还包括：通过所述从控模块控制所述PTC加热器，并监控所述PTC加热器的工作状态。
本发明实施例还提供一种用于储能系统的温控系统，所述储能系统中设置有BMS温控模块、空调以及包含风扇、加热器及若干电芯组成的电池模组，所述BMS温控模块均与所述空调、所述风扇及加热器通信连接；所述BMS温控模块，用于收集每个电池模组内部的运行状态，并根据所述运行状态计算每个所述电池模组的能量需求，基于所述能量需求发送控制指令；所述空调用于接收所述控制指令，并基于所述控制指令调整所述空调的运行参数；所述风扇用于接收所述控制指令，并基于所述控制指令调整风扇转速；所述加热器用于接收所述控制指令，并基于所述控制指令调整加热器开关。
可选地，所述电池模组上设置有温控装置，所述运行状态至少包括所述电池模组的模组温度、模组工作模式及所述温控装置的状态数据。
本发明技术方案与现有技术相比，具有如下优点：
1.本发明实施例提供了一种用于储能系统的温控方法，所述储能系统中设置有BMS温控模块、空调以及包含风扇、加热器及若干电芯组成的电池模组，所述BMS温控模块均与所述空调、所述风扇及加热器通信连接；该温控方法包括：通过所述BMS温控模块收集每个电池模组内部的运行状态，并根据所述运行状态计算每个所述电池模组的能量需求，基于所述能量需求发送控制指令；通过所述空调、所述风扇、所述加热器接收所述控制指令，并基于所述控制指令调整所述空调的运行参数、风扇转速及加热器开关。
如此设置，可以对储能系统内部中每一个电池模组的温度实现精确地分别控制，在此基础上，能够对所有电池模组的温度整体进行精确控制。并且，还能够使电池模组之间的温度保持均衡，从而提升储能系统整体的安全性、容量保持率及循环寿命。同时适用高温及极寒天气等多种不同工况下的储能系统温控与运行需要。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通工人来讲，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的附图。
图1为本发明实施例储能系统的整体结构示意图。
图2为用于储能系统的温控方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通工人在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通工人而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
电池温度控制是决定储能电站电池容量衰减程度及循环寿命的关键要素。目前，储能集装箱大部分采用风冷技术，一般直接通过空调制冷制热、通过风道将不同温度的风引入电池模组内，实现模组内温度控制，但温控精度及温差仅能够控制在10℃左右。而部分方案虽然在电池模组中增加了强排风扇，通过强排风扇的启停来控制电池模组的进风量或排风量，但温度控制仍不够精确。因此，传统的集装箱中电池模组的温度调节能力不足，温度控制不够精确。
因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术中存在的传统的集装箱中电池模组的温度调节能力不足，温度控制不够精确的问题，从而提供一种用于储能系统的温控方法及温控系统。
实施例1
如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种用于储能系统的温控方法，所述储能系统中设置有BMS温控模块、空调以及包含风扇、加热器及若干电芯组成的电池模组，所述BMS温控模块均与所述空调、所述风扇及加热器通信连接；
在本发明实施例中，该温控方法具体包括：
S1、通过所述BMS温控模块收集每个电池模组内部的运行状态，并根据所述运行状态计算每个所述电池模组的能量需求，基于所述能量需求发送控制指令；
在本发明实施例中，能够通过所述BMS温控模块收集每个电池模组内部的运行状态。具体地，所述BMS温控模块包括主控模块与从控模块，所述主控模块与所述从控模块之间可以为通信连接。通信连接可以分为有线连接和无线连接。进一步地，可以通过所述从控模块收集每个所述电池模组内部的所述运行状态，并将所述运行状态以电信号的形式发送至所述主控模块。然后，通过所述主控模块接收来自所述从控模块发送的所述运行状态的电信号，并根据所述运行状态计算每个所述电池模组的能量需求。
进一步地，所述电池模组上设置有温控装置，所述运行状态至少包括所述电池模组的模组温度、模组工作模式及所述温控装置的状态数据。温控装置可以包括与BMS从控装置连接的温度传感器、PTC加热器以及风扇。温度传感器布置在模组内1个或多个电芯表面，用于感知电芯的温度。
具体地，该储能系统内部设置有风道，风道由与空调出风口连接的主风道、连接电池模组与主风道的分支风道、电池模组内部的散热风道及制约风道组成。在本发明实施例中，电池模组采用封闭架构，内有多个电芯串并组合形成，电池模组的一侧与分支风道连接，电池模组的另一侧布置有一个或多个风扇，风扇可以为变频排风扇。加热器可以为PTC加热器，PTC加热器位于模组的后部，与风道连接，用于在低温环境下辅助电芯加热，实现升温，安全考虑一般功率控制在100W以内。并且，PTC加热器也可自带风扇，加快热空气的流通，提高模组内电芯制热效果。
在本发明实施例中，空调输出的制冷、制热或通风风量通过主风道输送，再通过每个分支风道输出到每一个电池模组，通过风扇的吸入，经过电池模组内的散热风道，通过空调送风正压与排风产生的负压的相互配合，确保合适的风量及冷量或热量通过电池模组内的每一个电芯。并且，电池模组采用封闭架构，可以降低热量或冷量的损失，保证电池模组内的电芯均匀散热或吸热。
然后，可以根据所述运行状态与能量需求之间的预设关系来计算每个所述电池模组的能量需求，并基于具体的所述能量需求向空调和风扇发送控制指令。
S2、通过所述空调、所述风扇、所述加热器接收所述控制指令，并基于所述控制指令调整所述空调的运行参数、风扇转速及加热器开关。
具体地，空调通过485、CAN总线等通讯方式与BMS主控模块连接。可以通过所述空调接收BMS主控模块发送的所述控制指令。在所述空调、所述风扇、所述加热器接收到控制指令之后，可以根据控制指令中指定的运行模式，例如通风、制热、制冷、待机、内外循环模式以及具体的调节温度及输送风量，来执行具体的通风、制热、制冷或待机操作。还可以通过加热器开关来控制加热器的开关状态，使得加热器处于开启或者关闭状态，以此来调节温度。
在本发明实施例中，空调在制热模式下，一般强制设置为内循环模式。
当然，本实施例仅仅是对空调的具体运行模式进行举例说明，但是并不加以限制，本领域技术人员可以根据实际情况对空调的具体运行模式进行改变，能够起到相同的技术效果即可。
如此设置，可以对储能系统内部中每一个电池模组的温度实现精确地分别控制，在此基础上，能够对所有电池模组的温度整体进行精确控制。并且，还能够使电池模组之间的温度保持均衡，从而提升储能系统整体的安全性、容量保持率及循环寿命。同时适用高温及极寒天气等多种不同工况下的储能系统温控与运行需要。
进一步地，在本发明的一个可选实施例中，步骤S1中，步骤“所述根据所述运行状态计算每个所述电池模组的能量需求”具体包括：按预设频率动态评估每个所述电池模组内部的运行状态，并根据所述运行状态计算每个所述电池模组的能量需求。
具体地，所述能量需求包括热量需求和冷量需求。可以通过按秒级的频率动态评估每个电池模组内部的运行状态，包括温度状态，温度状态又具体包括平均温度、温度变化率等。并且，可以根据电池模组的运行状态计算每个电池模组的热量或冷量需求。电池模组的运行状态可以具体包括：待机、充电、放电状态及充放电倍率等。
在本发明实施例中，冷量需求的具体计算方式如下：
冷量需求=（当前温度-目标温度）*比热容*质量+电池发热量；电池发热量=工作电流*工作电压*发热系数*工作时间；
热量需求的具体计算方式如下：
热量需求=（目标温度-当前温度）*比热容*质量-电池发热量；电池发热量=工作电流*工作电压*发热系数*工作时间。
电池发热量可以通过获取的电池模组的温度状态及电池模组的运行状态来测算。
进一步地，在本发明的一个可选实施例中，步骤S1中，步骤“所述基于所述能量需求发送控制指令”具体包括：
S3、基于每个所述电池模组的所述能量需求，形成每个所述电池模组的单体温控策略以及所有所述电池模组的总体温控策略；
S4、根据所述单体温控策略和所述总体温控策略，生成所述控制指令；
S5、将所述控制指令发送至所述空调和所述风扇。
在获得每个所述电池模组的所述能量需求之后，可以基于每个所述电池模组的所述能量需求，形成每个所述电池模组的单体温控策略以及所有所述电池模组的总体温控策略。所述单体温控策略也就是对单个电池模组的温度调控方式，所述总体温控策略也就是对所以电池模组的温度调控方式。在形成每个所述电池模组的单体温控策略以及所有所述电池模组的总体温控策略之后，需要将该单体温控策略和总体温控策略发送至空调和风扇进行调控。具体地，可以通过向所述空调和所述风扇发送控制指令来执行具体的单体温控策略和总体温控策略，也就是说，控制指令用于表征的单体温控策略和总体温控策略。
在本发明实施例中，所述控制指令至少包括作用于所述空调的动作设定指令（第一控制策略与指令）、各个所述电池模组的模组加热指令以及风扇控制指令（第二控制策略与指令）。所述空调的动作设定指令例如可以是通风、制热、制冷、待机、以及具体的调节温度及输送风量。
当然，本实施例仅仅是对控制指令的具体内容进行举例说明，但是并不加以限制，本领域技术人员可以根据实际情况对控制指令的具体内容进行改变，能够起到相同的技术效果即可。
进一步地，在本发明的一个可选实施例中，所述风扇控制指令可以为风扇PID调节指令。步骤S2中的“所述通过所述风扇接收所述控制指令，并基于所述控制指令调整风扇转速”具体包括：
通过所述从控模块实时采集的每个所述电池模组内部的当前温度，实时计算所述当前温度与目标温度的偏差值、温度变化率以及温度变化量；基于所述偏差值、所述温度变化率以及所述温度变化量生成所述风扇PID调节指令来调整所述风扇转速。
通过BMS温控模块生成的风扇PID调节指令动态控制风扇转速，可以形成负压从模组后部吸入制冷或制热后的风量，从而实现模组散热、保温或升温效果。并且，通过生成PID控制指令来动态调整变频排风扇的转速，能够实现快速、精准的温度控制，其中PID控制参数可根据实际温控需求进行标定，保证其对温度控制的稳定性与目标偏差值在±1℃范围。
当然，本实施例仅仅是对偏差值进行举例说明，但是并不加以限制，本领域技术人员可以根据实际情况对偏差值进行改变，能够起到相同的技术效果即可。
进一步地，在本发明的一个可选实施例中，所述储能系统中还设置有PTC加热器，所述PTC加热器与所述从控模块通信连接。该温控方法还包括：
S6、通过所述从控模块控制所述PTC加热器，并监控所述PTC加热器的开关状态。
具体地，在外界低于-20℃的低温环境下，由于空调自身无法实现制热，所以需要采用PTC加热器进行辅助加热，同时可以启动风扇并动态控制风扇转速来调整通风、散热风量，以达到预定的加热或散热效果。由于PTC加热器与从控模块通信连接，所以还可以通过从控模块来监控所述PTC加热器的工作状态，进而能够对电池模组实现快速、精准的升温与调节，延长电池模组的循环寿命。并且，本装置通过在电池模组内布置小功率的PTC加热器，来满足寒冷季节、空调制热能力受限的情况下，电池模组加热与保温需求，大大提升储能系统的环境适用性，满足不同地域的储能应用需求。
进一步地，在本发明的上述实施例可以通过以下方案进行，例如：
方案1：在夏季高温季节下的运行控制
储能系统在夏季高温季节运行，通过监测环境温度、模组内部温度，计算模组制冷需求及系统制冷需求，系统制冷需求用于生成策略并控制空调设定温度及风量，电池模组的制冷需求用来确定并控制风扇转速，通过两个层次的策略，来保证通过每个电池模组的冷量满足电池模组的散热需求，对设定温度与当前温度的偏差，采用风扇PID调节指令控制风扇转速与电池模组风量，实现精准的温度控制，降低温度控制波动。
方案2：动态组网模式下的模组精准温控与温度梯度控制
储能系统运行在动态柔性组网模式下，即部分电池簇或部分电池模组投运、部分簇或电池模组待机，导致电池的产热量不一致，或者当次连续投运的时长不一样，带来温度差异。系统通过监测每一个电池模组的温度及运行状态，计算其散热量，根据温度及散热量，动态计算其对热量、冷量的需求，制定个性化的排风策略，控制变频风扇的运转状态及转速，通过风扇PID调节指令来控制电池模组通风风量，来实现模组内的精准温度控制及模组之间的温度均衡控制。
方案3：储能系统在极端低温环境下待机时的快速升温与保温
储能系统在极端低温环境条件下长时间待机对电池的寿命影响非常大。采用本方案，在极端低温且长时间待机的初始条件下，空调制热功能受限，通过BMS温控模块采集模组的温度信息，BMS温控模块生成PTC加热策略，此时空调运行在内循环、送风模式，系统通过风扇控制加热后的气流首先为电池模组内的电芯加热，实现电芯快速升温，进而逐步提升集装箱内部的环境温度，直到达到空调制热运行环境后转由空调制热，PTC加热器适时进行辅助加热，保证储能集装箱待机时的温度控制在适宜的温度范围内，储能系统保持合理的温度范围或转入正常投运状态。
实施例2
如图1所示，本发明实施例还提供一种用于储能系统的温控系统，所述储能系统中设置有BMS温控模块、空调以及包含风扇、加热器及若干电芯组成的电池模组，所述BMS温控模块均与所述空调、所述风扇及加热器通信连接；所述BMS温控模块，用于收集每个电池模组内部的运行状态，并根据所述运行状态计算每个所述电池模组的能量需求，基于所述能量需求发送控制指令；所述空调用于接收所述控制指令，并基于所述控制指令调整所述空调的运行参数；所述风扇用于接收所述控制指令，并基于所述控制指令调整风扇转速；所述加热器用于接收所述控制指令，并基于所述控制指令调整加热器开关。具体内容请见上述实施例部分，在此不再赘述。
可选地，所述电池模组上设置有温控装置，所述运行状态至少包括所述电池模组的模组温度、模组工作模式及所述温控装置的状态数据。
如此设置，可以对储能系统内部中每一个电池模组的温度实现精确地分别控制，在此基础上，能够对所有电池模组的温度整体进行精确控制。并且，还能够使电池模组之间的温度保持均衡，从而提升储能系统整体的安全性、容量保持率及循环寿命。同时适用高温及极寒天气等多种不同工况下的储能系统温控与运行需要。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通工人来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种用于储能系统的温控方法，其特征在于，所述储能系统中设置有BMS温控模块、空调以及包含风扇、加热器及若干电芯组成的电池模组，所述BMS温控模块均与所述空调、所述风扇及加热器通信连接；该温控方法包括：
通过所述BMS温控模块收集每个电池模组内部的运行状态，并根据所述运行状态计算每个所述电池模组的能量需求，基于所述能量需求发送控制指令；
通过所述空调、所述风扇、所述加热器接收所述控制指令，并基于所述控制指令调整所述空调的运行参数、风扇转速及加热器开关。
2.根据权利要求1所述的温控方法，其特征在于，所述BMS温控模块包括主控模块与从控模块，所述主控模块与所述从控模块通信连接；
所述通过BMS温控模块收集每个电池模组内部的运行状态，包括：
通过所述从控模块收集每个所述电池模组内部的所述运行状态，并将所述运行状态以电信号的形式发送至所述主控模块。
3.根据权利要求2所述的温控方法，其特征在于，所述根据所述运行状态计算每个所述电池模组的能量需求，包括：
通过所述主控模块接收来自所述从控模块发送的所述运行状态的电信号，并根据所述运行状态计算每个所述电池模组的能量需求。
4.根据权利要求3所述的温控方法，其特征在于，所述根据所述运行状态计算每个所述电池模组的能量需求，包括：
按预设频率动态评估每个所述电池模组内部的运行状态，并根据所述运行状态计算每个所述电池模组的能量需求。
5.在根据权利要求4所述的温控方法，其特征在于，所述能量需求包括热量需求和冷量需求。
6.根据权利要求2至5任一项所述的温控方法，其特征在于，所述基于所述能量需求发送控制指令，包括：
基于每个所述电池模组的所述能量需求，形成每个所述电池模组的单体温控策略以及所有所述电池模组的总体温控策略；
根据所述单体温控策略和所述总体温控策略，生成所述控制指令；
将所述控制指令发送至所述空调、所述加热器和所述风扇。
7.根据权利要求6所述的温控方法，其特征在于，所述控制指令至少包括作用于所述空调的动作设定指令、各个所述电池模组的模组加热指令以及风扇控制指令。
8.根据权利要求7所述的温控方法，其特征在于，所述风扇控制指令为风扇PID调节指令；所述通过所述风扇接收所述控制指令，并基于所述控制指令调整风扇转速，包括：
通过所述从控模块实时采集的每个所述电池模组内部的当前温度，实时计算所述当前温度与目标温度的偏差值、温度变化率以及温度变化量；
基于所述偏差值、所述温度变化率以及所述温度变化量生成所述风扇PID调节指令来调整所述风扇转速。
9.根据权利要求7或8所述的温控方法，其特征在于，所述加热器为PTC加热器；所述PTC加热器与所述从控模块通信连接；
通过所述从控模块控制所述PTC加热器，并监控所述PTC加热器的开关状态。
10.一种用于储能系统的温控系统，其特征在于，所述储能系统中设置有BMS温控模块、空调以及包含风扇、加热器及若干电芯组成的电池模组，所述BMS温控模块均与所述空调、所述风扇及加热器通信连接；
所述BMS温控模块，用于收集每个电池模组内部的运行状态，并根据所述运行状态计算每个所述电池模组的能量需求，基于所述能量需求发送控制指令；
所述空调用于接收所述控制指令，并基于所述控制指令调整所述空调的运行参数；
所述风扇用于接收所述控制指令，并基于所述控制指令调整风扇转速；
所述加热器用于接收所述控制指令，并基于所述控制指令调整加热器开关。
11.根据权利要求10所述的温控系统，其特征在于，所述电池模组上设置有温控装置，所述运行状态至少包括所述电池模组的模组温度、模组工作模式及所述温控装置的状态数据。
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