CN114388938B - 一种储能电池温度控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种储能电池温度控制系统，在所述电池组内的不同位置分布加热带组，每组由一个开关管进行控制，所述加热带组供电由所述电池组供给；所述电压传感器用于对所述电池组母线电压进行采集，将采集的电压信息传递给所述控制器；所述电池组由表及里分为多个温度区域，多个热敏电阻组成的测温组进行温度采样，将采集的温度信息传递给所述控制器；所述控制器对采样信号进行处理，根据温度及电压信息对开关管发出开启或关闭的信号，并根据温升速率、当前电池组母线电压大小进行开关管PWM占空比控制，最终实现对加热带的控制。本发明在不添加外部设备的前提下，保证温升速度并且减小电池组无用的加热损耗。

Description

一种储能电池温度控制系统
技术领域
本发明属于新能源电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池组温度控制方法。该方法可以应用于电动汽车电池、舰船储能设备等的温度控制系统中。
背景技术
储能电池温度控制系统对电池使用的安全性及其寿命有很重要的意义。很多的储能设备在高寒条件下都是通过自身的能量进行自加热完成对自己保温的效果。这就要求温度控制方式的高效性，在保证温升速度的前提下，尽可能的减小能量的损耗。现有的很多电池组加热方式都是通过检测温度进行整体性加热，同时并未全面的考虑到电池不同电量下带来的加热速率不同之处；也有很多的电池组将母线电压通过直流电源转换为不同的电压的稳压源对加热带进行控制，但是此种方式增加了设备增加了成本。同时，重量的增加也导致功率密度及储能系统的能量密度降低。
发明内容
本发明需解决的技术问题是提供一种综合、高效的储能电池温度控制系统，在不添加外部设备的前提下，保证温升速度并且减小电池组无用的加热损耗。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种储能电池温度控制系统，采取技术方案如下：
所述温度控制系统包括电池组、控制器、加热带、热敏电阻、电压传感器；
在所述电池组内的不同位置分布加热带，将加热带分组，每组由一个开关管进行控制，所述加热带组供电由所述电池组供给；
所述电压传感器用于对所述电池组母线电压进行采集，将采集的电压信息传递给所述控制器；
所述电池组由表及里分为多个温度区域，在每个测温区域对应的测温点以及外部温度测温点由多个所述热敏电阻组成的测温组进行温度采样，所述热敏电阻将采集的温度信息传递给所述控制器；
所述控制器由DSP处理器、开关管构成，所述DSP处理器对采样信号进行处理，根据温度及电压信息对开关管发出开启或关闭的信号，并根据温升速率、当前电池组母线电压大小进行开关管PWM占空比控制，最终实现对加热带的控制。
进一步地，所述DSP处理器进行开关管PWM占空比控制，方法如下：
判断各个温度区域测温点采样得到的温度平均值是否低于储能电池工作最低温度的阈值T，当测温点低于T时将开启对应开关管，否则，关闭对应开关管；
将各个测温点温度与外部测温点温度进行比较，根据温度差值，确定所需要的温升速率；
结合所需要的温升速率与当前电池组母线电压大小，对开关管PWM占空比进行调节。
进一步地，
根据硬件设备及加热带功率，设置测温点温度与外部测温点温度之间差值的多级阈值，并对应设置不同的加热带温升速率，温差阈值越低，对应的加热带温升速率越高；
根据各个测温点获得的温度差值，判断加热带温升速率；
将电池电压范围分成若干等份，判断电池母线电压所处于的电压范围；
结合所需的温升速率与当前电池组母线电压大小，决定开关管信号对应的占空比大小。
与现有技术对比，本发明有益效果如下：
本发明提出一种综合、高效的储能电池温度控制系统，通过储能电池系统中温度和电压传感器监测的数值，对温度控制的工作模式进行判断，在不添加外部设备的前提下，保证温升速度并且减小电池组无用的加热损耗。
附图说明
图1示出了本发明具体实施例提供的储能电池温控系统硬件示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1中给出储能电池温控系统的硬件示意图，图中的储能电池也可以为电动汽车、舰船上以及新能源发电中的储能电池。所述储能电池温度控制系统包括电池组4、控制器5、加热带6、热敏电阻、电压传感器7。
在所述电池组内的不同位置分布加热带，将加热带分组，每组由一个开关管S1～Sn进行控制。所述加热带组R1～Rn供电由所述电池组4供给，在电池电量不同的情况下，电池组正负母线之间的电压也是不同的。所述电压传感器7用于对电池组母线电压进行采集，将采集的电压信息传递给所述控制器。
所述电池组由表及里分为多个温度区域(i＝1,2,3,.....t)，在每个测温区域对应的测温点以及外部温度测温点由多个所述热敏电阻组成的测温组进行温度采样。为保证每个区域的采样温度准确，将所述热敏电阻均匀的分布在电池组内。所述热敏电阻将采集的温度信息传递给所述控制器。
所述控制器由DSP处理器、开关管构成，所述DSP处理器对采样信号进行处理，根据温度及电压信息对开关管发出开启或关闭的信号，并根据温升速率、当前电池组母线电压大小进行开关管PWM占空比控制，最终实现对加热带的控制。
在一些实施例中，所述DSP处理器进行开关管PWM占空比控制，方法如下：
所述DSP处理器判断各个温度区域测温点采样得到的温度平均值是否低于储能电池工作最低温度的阈值T，当测温点低于T时将开启对应开关管，加热带进行加热；否则，关闭对应开关管，加热带不工作。将各个测温点温度与外部测温点之间进行比较，根据温度差值，确定所需要的温升速率。结合所需要的温升速率与当前电池组母线电压大小，对开关管PWM占空比进行调节。
具体地，包括如下步骤：
步骤1、将分布于电池组内的热敏电阻采集的温度数据进行处理，将各个温度区域i(i＝1,2,3,.....t，t为温度区域个数)对应的温度采集值进行平均，得到各个温度区域的平均温度值Ti(i＝1,2,3,.....t)；外部环境测温点的温度值为T0；利用电压传感器对电池组母线电压进行采集，将其值送入DSP中进行下一步处理；
步骤2、将平均温度值Ti(i＝1,2,3,.....t)分别与温度阈值T进行比较。当判断Ti(i＝1,2,3,.....t)低于阈值T，将开启对应的开关管信号dx；否则关断对应的开关管信号，即将占空比信号dx设置为0。
步骤3、将平均温度值Ti(i＝1,2,3,.....t)和外部环境测温点的温度值为T0进行作差，得到温度差值ai(i＝1,2,3,.....t)。
步骤4、根据硬件设备及加热带功率，设置多级温差阈值，并对应设置不同的加热带温升速率，温差阈值越低，对应的加热带温升速率越高。根据步骤3获得的温度差值ai(i＝1,2,3,.....t)，判断加热带温升速率。
步骤5、将电池电压范围分成若干等份，判断电池母线电压ubat处于哪个电压范围内，结合步骤4中判断得出所需的温升速率，决定开关管信号d1～dn对应的占空比大小。
在一些具体实施例中，所述电池组由表及里分为三个温度区域，如图1所示，温度区域Ⅰ1、温度区域Ⅱ2、温度区域Ⅲ3分别处于最内层、中间层、最外层。在三个测温区域对应的测温点1、测温点2、测温点3，以及外部温度测温点由多个所述热敏电阻组成的测温组进行温度采样。
所述DSP处理器输出的控制信号d1～dn分别对应控制开关管S1～Sn。图1中的R1～Rn表示n个加热带组，每个加热带组中有若干个加热带。加热带组R1～Rn与开关管S1～Sn相关联，不同的条件下采取不同的控制方式。
进一步地，所述DSP处理器进行开关管PWM占空比控制，方法如下：
所述DSP处理器判断三个温度区域各自采样得到的温度平均值是否低于储能电池工作最低温度的阈值T，当图1中的三个测温点低于T时将开启对应开关管S1～Sn，加热带进行加热；否则，关闭对应开关管S1～Sn，加热带不工作。将三个测温点与外部测温点四者之间进行比较，根据温度差值，确定所需要的温升速率。结合所需要的温升速率与当前电池组母线电压大小，对开关管S1～Sn的控制信号d1～dn进行调节，最终实现对加热带的控制。
具体地，包括如下步骤：
(1)将分布于电池组内的热敏电阻采集的温度数据进行处理，将温度区域1、区域2、区域3中的对应的温度采集值进行平均，得到测温点1、2、3的平均温度值分别为T1、T2、T3；外部环境测温点的温度值为T0；利用电压传感器对电池组母线电压进行采集，将其值送入DSP中进行下一步处理。
(2)将平均温度值T1、T2、T3分别与温度阈值T进行比较。当判断T1、T2、T3低于阈值T，将开启对应的开关管信号dx；否则关断对应的开关管信号，即将占空比信号dx设置为0(x根据实际所需要控制开关管设置)。
(3)将平均温度值T1、T2、T3和外部环境测温点的温度值为T0进行作差，得到温度差值a1＝T1-T0，a2＝T2-T1，a3＝T3-T2；
(4)对温度差值a1、a2和a3进行判断，温差阈值为15℃、10℃和5℃。当a1、a2和a3大于15℃时，对应加热带温升速率应满足Tp1；当a1、a2和a3大于10℃时，对应加热带温升速率应满足Tp2；当a1、a2和a3大于5℃时，对应加热带温升速率应满足Tp3。温升速率Tp1>Tp2>Tp3，其值由硬件设备及加热带功率决定。
(5)将电池电压范围分成4个等份，将其电压范围分别定义为u0～u1、u1～u2、u2～u3、u3～u4，其中u4>u3>u2>u1>u0。判断电池母线电压ubat处于哪个电压范围内，综合(4)中判断得出所需的温升速率，决定开关管信号d1～dn对应的占空比大小。
(6)利用控制信号d1～dn对开关管S1～Sn进行控制，实现加热带组R1～Rn，在不同环境下的工作，保障储能设备的温度，并且减小损耗。
优选地，所述步骤(5)中开关管信号d1～dn对应的占空比大小如表1所示,
表1占空比信号综合判断条件及其结果
其中，x＝1～n，根据实际所需要控制开关管设置。

Claims (2)

1.一种储能电池温度控制系统，其特征在于，包括电池组、控制器、加热带、热敏电阻、电压传感器；
在所述电池组内的不同位置分布加热带，将加热带分组，每组由一个开关管进行控制，所述加热带组供电由所述电池组供给；
所述电压传感器用于对所述电池组母线电压进行采集，将采集的电压信息传递给所述控制器；
所述电池组由表及里分为三个温度区域，温度区域Ⅰ、温度区域Ⅱ、温度区域Ⅲ，分别处于所述电池组最内层、中间层、最外层；在三个测温区域对应的测温点以及外部温度测温点由多个所述热敏电阻组成的测温组进行温度采样，所述热敏电阻将采集的温度信息传递给所述控制器；
所述控制器由DSP处理器、开关管构成，所述DSP处理器对采样信号进行处理，根据温度及电压信息对开关管发出开启或关闭的信号，并根据温升速率、当前电池组母线电压大小进行开关管PWM占空比控制，最终实现对加热带的控制，
所述DSP处理器输出的控制信号d1～dn分别对应控制开关管S1～Sn；加热带组R1～Rn与开关管S1～Sn相关联，所述DSP处理器进行开关管PWM占空比控制，方法如下：
步骤1、将分布于电池组内的热敏电阻采集的温度数据进行处理，将温度区域Ⅰ、温度区域Ⅱ、温度区域Ⅲ中对应的温度采集值进行平均，得到三个测温点的平均温度值分别为T1、T2、T3，外部环境测温点的温度值为T0；利用电压传感器对电池组母线电压进行采集，将其值送入DSP中进行下一步处理；
步骤2、将平均温度值T1、T2、T3分别与温度阈值T进行比较，当判断T1、T2、T3低于阈值T，将开启对应的开关管信号dx；否则关断对应的开关管信号；
步骤3、将平均温度值T1、T2、T3和外部环境测温点的温度值为T0进行作差，得到温度差值a1＝T1-T0，a2＝T2-T1，a3＝T3-T2；
步骤4、对温度差值a1、a2和a3进行判断，温差阈值为15℃、10℃和5℃；当a1、a2和a3大于15℃时，对应加热带温升速率应满足Tp1；当a1、a2和a3大于10℃时，对应加热带温升速率应满足Tp2；当a1、a2和a3大于5℃时，对应加热带温升速率应满足Tp3，温升速率Tp1>Tp2>Tp3；
步骤5、将电池电压范围分成4个等份，将其电压范围分别定义为u0～u1、u1～u2、u2～u3、u3～u4，其中u4>u3>u2>u1>u0，判断电池母线电压ubat所处电压范围，综合步骤4中判断得出所需的温升速率，决定开关管信号d1～dn对应的占空比大小。
2.根据权利要求1所述的一种储能电池温度控制系统，其特征在于，所述步骤5中开关管信号d1～dn对应的占空比大小如下表所示,
表1占空比信号综合判断条件及其结果
其中，x＝1～n。
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