CN115295926A - 一种基于热电效应的储能柜自动温控方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于热电效应的储能柜自动温控方法及系统，所述系统包括储能柜体、电池PACK、热电效应组件、热管传热组件、自动温控组件。本发明通过自动温控组件收集电池PACK内热电偶反馈的温度来实时决定热电效应组件是处于加热或冷却模式。本发明的系统可以精确控制储能柜内电芯的温度，并且热电效应组件使用直流电源运行既能保证其不受其他类型冷却系统的停电影响，而且能使同一热电效应组件提供制冷和供热，具有更好的控制性、更高的效能和更高的可靠性，并且热电效应组件还可以冷却到远低于周围环境的温度，同时保护外壳内的设备不受外部污染物的影响，提高储能柜的防护等级。

Description

一种基于热电效应的储能柜自动温控方法及系统

技术领域

本发明涉及储能技术领域，具体地说，是一种基于热电效应的储能柜自动温控方法及系统。

背景技术

储能系统具有赋予电网灵活性和提供备用电源的能力。当遭遇紧急状态或基础设施故障导致停电时，储能系统的作用至关重要。储能系统可确保云数据和通信系统在遭遇自然灾害危机中保持在线。

温度异常会降低储能系统的性能、安全性和使用寿命。储能系统必须高效地冷却，以确保系统正常运行。传统上，储能系统使用压缩机为基础的空调冷却系统。但是传统的压缩机空调存在成本高、产品开发时间长，安装复杂、体积大的缺陷，所以亟待需要开发出一种成本低、安装简单、能够实时调节储能系统(电池PACK)温度并维持储能系统(电池PACK)温度稳定的设备或方法。

中国专利申请：CN114122544A公开了一种储能电池舱温控方法、储能放电控制方法及储能应用系统，包括温度检测-电池表面进行温控-电池工作-放电控制，储能电池舱内部的温度传感器对环境温度进行检测，将检测结果反馈到电池舱内的集成芯片上，由集成芯片对电池舱内部电源发出电信号，当电池舱内部的环境温度高于电池工作的温度时，即电池表面温度过高，此时，散热组件进行工作对电池进行散热，通过利用热管与水蒸汽对电池进行降、升温，同时采取空穴型半导体与电子型半导体对电池与外用电元件进行保护，以解决电池“热工作”与“冷工作”以及电池处于非正常温度工作，易造成电池损坏的问题。但是该专利中对电池温度控制的方法是利用热管与水蒸汽对电池进行降、升温，主要落脚点还是通过水蒸气实现升温及降温，相较于本发明会存在温控滞后性。

中国专利申请：CN113644359A公开了一种储能系统用电池架、电池温控系统以及储能系统，一种储能系统用电池架，所述储能系统用电池架包括支架以及底板；所述支架与加热管路连接，所述支架形成一系列用于放置电池模组的安装格间；所述底板设置于所述支架上，位于每个所述安装格间的底面，所述底板与冷却管路连接。提供的储能系统用电池架将支架与加热管路相连，将底板与冷却管路相连，利用支架以及底板分别实现加热与冷却功能，这种温控方式有利于实现电池模组的温度均衡，且能耗小，节能环保。但是该专利同样存在温控滞后性的缺陷，而且通过全文内容来看实现散热与加热的方式使分别通过底板与支架，但是这样的结构其效果并不好，如当散热时，如果仅通过底板散热只适用于热量小的情形，如果热量较大的话，则该散热效果就会非常差。本发明针对现有技术的不足首次提出了一种既能实时控温、且散热、加热效果好、成本低、体积小、安装简单的系统、方法，关于本发明一种基于热电效应的储能柜自动温控方法及系统目前还未见报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于热电效应的储能柜自动温控方法及系统。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

第一方面，本发明提供了一种基于热电效应的储能柜自动温控方法，包括储能柜体、电池PACK、热电效应组件、热管传热组件、自动温控组件，

其包括以下步骤：

步骤一：首先将电池PACK、热电效应组件、热管传热组件、自动温控组件安装在储能柜体内，并用连接线连接；

步骤二：自动温控组件收集电池PACK温度来实时决定热电效应组件是处于加热或冷却模式。

优选地，所述电池PACK包括热电偶和电芯，步骤二具体为：自动温控组件收集电池PACK电芯的热电偶温度来实时决定热电效应组件是处于加热或冷却模式。

优选地，所述热电效应组件包括热电制冷片、散热器和风机，步骤二具体为：自动温控组件收集电池PACK电芯的热电偶温度来实时决定热电效应组件是处于加热或冷却模式，热电效应组件是冷却模式时，热电效应组件通过热电制冷片、散热器和风机工作。

优选地，步骤二具体为：自动温控组件收集电池PACK电芯的热电偶温度来实时决定热电效应组件是处于加热或冷却模式，当电池PACK电芯的热电偶温度高于设定值时，热电效应组件通过热电制冷片、散热器和风机启动冷却模式至电池PACK电芯发热量稳定后，热电效应组件供电电流达到稳定来维持电池PACK电芯发热量稳定；当电池PACK电芯的热电偶温度低于设定值时，热电效应组件启动加热模式至达到电池PACK电芯的启动温度后，热电效应组件切断电流供应来维持电池PACK电芯发热量稳定。

第二方面，本发明提供了一种基于热电效应的储能柜自动温控系统，包括储能柜体、电池PACK、热电效应组件、热管传热组件、自动温控组件，所述电池PACK、热电效应组件、热管传热组件、自动温控组件均位于储能柜体内，所述自动温控组件用于收集电池PACK的温度并实时决定热电效应组件加热或冷却工作，所述热管传热组件用于将热电效应组件热量传递到电池PACK，所述系统的使用方法为：

步骤一：首先将电池PACK、热电效应组件、热管传热组件、自动温控组件安装在储能柜体内，并用连接线连接；

步骤二：自动温控组件收集电池PACK温度来决定热电效应组件是处于加热或冷却模式。

优选地，所述电池PACK包括热电偶和电芯。

优选地，所述热电效应组件包括热电制冷片、散热器和风机。

优选地，所述自动温控组件是电子式自动温控组件。

优选地，所述热管传热组件包括热管。

优选地，所述电池PACK、热电效应组件还包括底板，电池PACK底板和热管传热组件底板之间实现热量传递。

术语

热电

将两块不同的金属(如铜和铁)靠在一起时，由于两金属中自由电子浓度的不同，使得电子从一金属向另一金属扩散转移，电子转移量与金属所处的温度有关。如果将两块金属处于同一温度，那么电子转移会达到一种平衡，这种平衡使得两金属的接触界面上产生一个电势差，称为接触电势。温度不同，接触电势也不同，根据接触电势的大小，可以测量触点所处的温度，这种装置称为热电偶。如果将两个类似于热电偶的金属接触面置于不同的温度下，并用导线将它们连接起来形成闭合回路，那么，在导线中将会产生不间断的电流，是最简单的温差发电。

热电效应

是当受热物体中的电子(空穴)，由高温区往低温区移动时，产生电流或电荷堆积的一种现象。

热管

利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，工作原理：在加热热管的蒸发段，管芯内的工作液体受热蒸发，并带走热量，该热量为工作液体的蒸发潜热，蒸汽从中心通道流向热管的冷凝段，凝结成液体，同时放出潜热，在毛细力的作用下，液体回流到蒸发段。这样，就完成了一个闭合循环，从而将大量的热量从加热段传到散热段。当加热段在下，冷却段在上，热管呈竖直放置时，工作液体的回流靠重力足可满足，无须毛细结构的管芯，这种不具有多孔体管芯的热管被称为热虹吸管。

温控器

又名温度控制器，根据工作环境的温度变化，在开关内部发生物理形变，从而产生某些特殊效应，产生导通或者断开动作的一系列自动控制元件，或者电子原件在不同温度下，工作状态的不同原理来给电路提供温度数据，以供电路采集温度数据。电子式温控器通过热电偶、铂电阻等温度传感装置，把温度信号变换成电信号，通过单片机、PLC等电路控制继电器使得加热(或制冷)设备工作(或停止)。

热电偶

是温度测量仪表中常用的测温元件，直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。工作原理：热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势-热电动势。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系，制成热电偶分度表；分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。

本发明优点在于：

本发明提供了一种紧凑、高效的自动温控系统，利用自动温控组件收集电池PACK电芯内热电偶的温度来实时决定热电效应组件是处于加热或冷却模式，从而实现稳定电池PACK电芯温度、精确控温的技术效果，本发明中使用的热电效应组件将传热机制与热电制冷器相匹配，其冷却能力范围从10瓦到400瓦，与传统的压缩机空调相比，热电效应组件提供了更好的温度控制、更低的制作成本、缩短了产品开发时间、简化了安装、能在环境温度可能高于或低于电池温度限制的环境中提供热控制、只需逆转电流方向即可实现对电池的加热和冷却效果、可根据供电电流的变化提高温度控制的准确性、优化了温度稳定性，以确保敏感的电池系统以最高效率运行、散热系统体积更小，本发明的热电效应组件使用直流电源使它们不容易受到可能影响其他类型冷却系统的停电影响、可以使热电制冷器以与施加的功率成比例的速度散热，因此当冷却需求较低时，用于维持温度控制的能量消耗较少。此外，只需颠倒电流方向，即可使用同一热电效应组件提供制冷和供热。与其他冷却系统相比，热电效应组件提供了高度的热控制、更高的能效和更高的可靠性。热电效应组件可以冷却到远低于周围环境的温度，同时保护外壳内的设备不受外部污染物的影响，提高储能柜的防护等级。

附图说明

附图1是基于热电效应的储能柜自动温控系统结构图。

附图2是热电效应组件及热管传热组件结构图。

附图3是自动温控组件热电偶布置图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

本实施例提供了一种基于热电效应的储能柜自动温控系统，请参照图1，附图1是基于热电效应的储能柜自动温控系统结构图。包括储能柜体、电池PACK、热电效应组件、热管传热组件、自动温控组件，所述电池PACK、热电效应组件、热管传热组件、自动温控组件均位于储能柜体内，所述自动温控组件用于收集电池PACK的温度并实时决定热电效应组件加热或冷却工作，所述热管传热组件用于将热电效应组件热量传递到电池PACK。请参照图2，附图2是热电效应组件及热管传热组件结构图。所述热电效应组件包括热电制冷片、散热器和风机。所述热管传热组件包括热管。所述电池PACK、热电效应组件还包括底板，电池PACK底板和热管传热组件底板之间实现热量传递。请参照图3，附图3是自动温控组件热电偶布置图。所述电池PACK包括热电偶和电芯。所述自动温控组件是电子式自动温控组件。

本实施例还提供了一种基于上述系统的基于热电效应的储能柜自动温控方法，包括步骤：

步骤一：首先将电池PACK、热电效应组件、热管传热组件、自动温控组件安装在储能柜体内，并用连接线连接；

步骤二：自动温控组件收集电池PACK温度来实时决定热电效应组件是处于加热或冷却模式，具体地：

①当电池PACK温度高于设定值时，自动温控组件收集温度将温度信号转变为电信号，热电效应组件启动制冷模式，电芯在充放电过程中产生的热量通过底板内的热管传热组件传递至热电效应底板，随着热电偶反馈的电芯温度的降低，热电效应组件的供电电流同步地相应减小、同时控制热电制冷片、散热器和风机工作进行散热降温，从而控制制冷量。当电芯充放电状态稳定后，电芯发热量固定，自动温控组件收集温度将温度信号转变为电信号，则热电效应组件供电电流处于稳定状态。

②当电池PACK温度低于设定值时，自动温控组件收集温度将温度信号转变为电信号，热电效应组件启动制热模式，热电效应组件产生的热量通过热管传递至电芯底板，从而加热电芯。通过电芯处热电偶反馈的实测温度值，热电效应组件实时调整其供电电流，当电芯温度满足其启动温度后，自动温控组件收集温度将温度信号转变为电信号，热电效应组件同步切断电流供应，电芯在充放电过程中产生的热量会导致电芯温度的升高，当电芯温度高于设定值时，同步启动制冷模式，从而精确的控制电芯在充放电过程中的温度。

需要说明的是，热电效应组件采用直流供电方式。

本发明的基于热电效应的储能柜自动温控系统可根据系统散热需要，实现热电效应组件制冷/制热功率的线性控制，相比于传统压缩制冷的“开/关”操作，能耗更低。自动温控组件可根据布置于电芯处的热电偶温度反馈来实时调整热电效应组件电流及风机转速，实现储能柜内电芯温度的自动控制。热电效应组件作为一种固态制冷设备，摒弃了压缩制冷系统中的压缩机、冷却剂管道等可靠性低的部件，热电效应组件唯一的可移动组件为风机。传统的压缩机工作时的振动会对其他硬件连接造成累积影响，降低系统整体寿命；热电效应组件采用直流供电：传统压缩机制冷系统采用交流供电，在交流供电故障时，制冷系统停摆会导致电池温度不可控，且压缩机启动电流一般为稳态运行时的三倍，压缩机空调系统需要配备能满足该启动电流的供电电路。热电效应组件采用直流供电，可不受交流电源的限制，使储能系统有更好的地域适应性。热电效应组件不受重力影响；传统压缩式制冷系统由于其内部冷却剂的影响，其在运输及安装过程中需要保持一定的方向，否则可能影响其工作性能。热电效应组件采用固态制冷方式，可在任意角度运输与安装。热电效应组件噪音更低：压缩式制冷系统的主要噪音源为压缩机，而热电效应组件唯一可移动部件为风机；热电效应组件维护性更好：压缩式制冷系统需要定期补充冷却剂以满足其正常工作，而热电效应组件的制冷部件为热电制冷片，不需要定期维护，且热电致冷片不受政府臭氧消耗法规的限制；热电效应组件温度控制更精确：热电效应组件可通过改变内部热电制冷片的电流大小及方向来实现精确温控，不存在传统的压缩机制冷系统的温度控制存在的滞后现象。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于热电效应的储能柜自动温控方法，其特征在于，包括储能柜体、电池PACK、热电效应组件、热管传热组件、自动温控组件，

其包括以下步骤：

步骤一：首先将电池PACK、热电效应组件、热管传热组件、自动温控组件安装在储能柜体内，并用连接线连接；

步骤二：自动温控组件收集电池PACK温度并实时决定热电效应组件是处于加热或冷却模式。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电池PACK包括热电偶和电芯，步骤二具体为：自动温控组件收集电池PACK电芯的热电偶温度来实时决定热电效应组件是处于加热或冷却模式。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述热电效应组件包括热电制冷片、散热器和风机，步骤二具体为：自动温控组件收集电池PACK电芯的热电偶温度来实时决定热电效应组件是处于加热或冷却模式，热电效应组件是冷却模式时，热电效应组件通过热电制冷片、散热器和风机工作。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤二具体为：自动温控组件收集电池PACK电芯的热电偶温度来实时决定热电效应组件是处于加热或冷却模式，当电池PACK电芯的热电偶温度高于设定值时，热电效应组件通过热电制冷片、散热器和风机启动冷却模式、同时热电效应组件供电电流达到稳定来维持电池PACK电芯发热量稳定；当电池PACK电芯的热电偶温度低于设定值时，热电效应组件启动加热模式至达到电池PACK电芯的启动温度后，热电效应组件切断电流供应来维持电池PACK电芯发热量稳定。

5.一种基于热电效应的储能柜自动温控系统，其特征在于，包括储能柜体、电池PACK、热电效应组件、热管传热组件、自动温控组件，所述电池PACK、热电效应组件、热管传热组件、自动温控组件均位于储能柜体内，所述自动温控组件用于收集电池PACK的温度并实时决定热电效应组件加热或冷却工作状态，所述热管传热组件用于将热电效应组件热量传递到电池PACK，所述系统的使用方法为：

步骤一：首先将电池PACK、热电效应组件、热管传热组件、自动温控组件安装在储能柜体内，并用连接线连接；

步骤二：自动温控组件收集电池PACK温度来实时决定热电效应组件是处于加热或冷却模式。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述电池PACK包括热电偶和电芯。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述热电效应组件包括热电制冷片、散热器和风机。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述自动温控组件是电子式自动温控组件。

9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述热管传热组件包括热管。

10.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述电池PACK、热电效应组件还包括底板，电池PACK底板和热管传热组件底板之间实现热量传递。

Images