CN116666838B - 一种液冷式储能系统的热管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种液冷式储能系统的热管理方法，涉及储能管理技术领域。本发明通过在各电池单元上设置液冷片和温度传感器，并将各电池单元进行分组得到电池子组，在各电池单元的冷却液入口设置单元液流调节阀，各电池单元的冷却液出口设置单元流量传感器，实现对各电池单元的独立温度监测和流量调控；在各电池子组还设置有子组液流调节阀和子组流量传感器，从而实现分组流量调控；针对各电池单元的工作状态，来进行热管理判断从而避免不必要的能量损耗和热管理流失；通过热状态判断实现各电池单元的状态获取执行针对性的热管理策略，将各个电池单元的热状态整合，并结合当前液冷流速，从而实现整体的循环功率和散热功率的调节。
Description
技术领域
本发明涉及储能管理技术领域，尤其涉及一种液冷式储能系统的热管理方法。
背景技术
储能系统是一个由大量电池、PCS、BMS、EMS、温控、消防等子系统组成的复杂系统；其中，电池是系统的核心部件，由于温度对电化学储能系统的容量、安全性、寿命等性能都有影响，因此需要对储能系统进行热管理，以保证电池单元稳定可靠运行。
现有的储能系统热管理方案由散热介质可分为：风冷式、液冷式和相变式；其中，液冷技术通过液体对流直接散热的方式，能够实现对电池的精确温控，确保降温均匀性。相比之下，风冷技术成本较低，但是散热效率并不高，而且无法实现对电池的精确温控；相变技术还未成熟且成本高昂。因此，在中高功率场景下，液冷技术占据了主导地位。
但是，相较于风冷式储能系统，液冷式储能系统所控制的参数更多，不仅需要控制液冷机组循环功率，还需要控制液冷机组散热功率，在多电池单元储能系统的情况下，其热管理方案还是采用“大锅饭”式的管理策略，缺乏针对某一热失控电池单元的散热策略。
因此，有必要提供一种液冷式储能系统的热管理方法来解决上述技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供的一种液冷式储能系统的热管理方法，部署在液冷式储能系统中，所述液冷式储能系统包括液冷机组、温控单元和若干电池单元，其特征在于，在各电池单元上设置液冷片和温度传感器；其中，液冷片包括液冷片本体、冷却液入口和冷却液出口；将各电池单元进行分组得到若干电池子组，并为各电池子组分别设置第一导流管和第二导流管；其中，同一子组各电池单元的冷却液入口通过第一导流管进行串联，冷却液出口通过第二导流管进行串联，并在各电池单元的冷却液入口设置单元液流调节阀，各电池单元的冷却液出口设置单元流量传感器；
在各电池子组的第一导流管的入流口上还设置有子组液流调节阀，在第二导流管的出流口上还设置有子组流量传感器；液冷机组设置有机组入液口和机组出液口，其中，机组入液口上设置有第一液泵，并通过分流器与各电池子组的入流口联通；机组出液口上设置有第二液泵，并通过集流器与各电池子组的出流口联通；温控单元分别与液冷机组、第一液泵、第二液泵、子组液流调节阀、子组流量传感器、单元液流调节阀、单元流量传感器和温度传感器电性连接。
一种液冷式储能系统的热管理方法，运用于如上所述的一种液冷式储能系统中，温控单元通过如下步骤进行液冷式储能系统的热管理：
获取各电池单元的工作状态，并根据工作状态进行热管理判断；
获取工作中电池单元的当前工作温度和当前液冷流速；
通过当前工作温度进行热状态判断；
汇总各电池单元的热状态，选择并执行对应热管理策略；
结合当前液冷流速，调节液冷机组的循环功率和散热功率；
重复上述步骤直至停止热管理。
作为更进一步的解决方案，温控单元通过如下步骤进行液冷式储能系统的热管理判断：
获取各电池单元的工作状态，
若存在工作中电池单元，则启动液冷机组、第一液泵和第二液泵，并将工作中电池单元的单元液流调节阀和所处电池子组的子组液流调节阀设置为待调节；
若存在未工作的电池单元，则将对应单元液流调节阀设置为关闭；
若电池子组隶属的各电池单元均未工作，则将对应电池子组的子组液流调节阀设置为关闭；
若储能系统隶属的各电池子组均未工作，则将液冷机组、第一液泵和第二液泵设置为关闭。
作为更进一步的解决方案，温控单元通过如下步骤生成液冷式储能系统的热状态判断：
获取工作中电池单元的当前工作温度，并进行工作温度阈值比较：
若不超过正常工作温度，则判断为热正常；
若超过正常工作温度但未达过载工作温度，则判断为热异常；
若超过过载工作温度但未达故障工作温度，则判断为热过载；
若达到故障工作温度，则判断为热故障；
其中，正常工作温度为电池单元能连续长时间工作的温度值，过载工作温度为电池单元无法连续长时间工作的温度值，故障工作温度为电池单元无法正常工作的温度值；正常工作温度、过载工作温度和故障工作温度均根据具体电池单元进行测定设置。
作为更进一步的解决方案，温控单元通过如下步骤进行液冷式储能系统的热管理策略：
获取各电池单元的热状态；
若电池单元为热正常，则调节单元液流调节阀，维持当前液冷流速为第一流速；
若电池单元为热异常，则调节单元液流调节阀，增大当前液冷流速直至第二流速；
若电池单元为热过载，则调节单元液流调节阀，维持当前液冷流速为第二流速；
若电池单元为热故障，则关闭单元液流调节阀，停止当前电池单元工作并故障报警。
作为更进一步的解决方案，第一流速：维持电池单元正常工作散热所需的流速；第二流速：液冷片的冷却液入口和冷却液出口所允许的最大公共流速；故障报警：输出热故障电池单元对应的单元编号。温控单元通过如下公式调节液冷机组的循环功率：
；
；
其中，P ab 为作用于第一液泵和第二液泵的循环功率，并保持循环功率同步；T 总 为机组总流速，H为所需扬程，ρ为冷却液密度，g为重力加速度；μ为水泵效率百分比；M为工作中的电池子组总数；N为各子组工作中的电池单元总数；FT1为处于热正常的第一流速；FT为处于热异常的动态流速；FT2 ij 为处于热过载的第二流速；i为电池单元编号；j为电池子组编号。
作为更进一步的解决方案，温控单元通过如下公式调节液冷机组的散热功率：
若各电池单元均为热正常，则保持默认散热功率运行；
若仅存在电池单元热异常且当前液冷流速未达到第二流速，则保持默认散热功率运行；
若存在电池单元热异常且当前液冷流速达到第二流速，则增加功率直至最大散热功率；
若存电池单元热过载，则直接设置散热功率为最大散热功率。
与相关技术相比较，本发明提供的一种液冷式储能系统的热管理方法具有如下有益效果：
本发明通过在各电池单元上设置液冷片和温度传感器，并将各电池单元进行分组得到电池子组，在各电池单元的冷却液入口设置单元液流调节阀，各电池单元的冷却液出口设置单元流量传感器，实现对各电池单元的独立温度监测和流量调控；在各电池子组还设置有子组液流调节阀和子组流量传感器，从而实现分组流量调控；针对液冷机组则是通过第一液泵和第二液泵实现整体的流量驱动，从而实现整体到个体的分级调节；针对各电池单元的工作状态，来进行热管理判断从而避免不必要的能量损耗和热管理流失；通过热状态判断实现各电池单元的状态获取，并针对各电池单元状态执行针对性的热管理策略，并将各个电池单元的热状态整合，并结合当前液冷流速，从而实现整体的循环功率和散热功率的调节，达到高效节能和针对性强的效果。
附图说明
图1为本发明提供的一种液冷式储能系统的热管理方法的结构示意图；
图2为本发明提供的一种液冷式储能系统的热管理方法的步骤示意图；
其中，附图标记号：1、第一液泵；2、第二液泵；3、子组液流调节阀；4、子组流量传感器；5、单元液流调节阀；6、单元流量传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，本实施例提供的一种液冷式储能系统的热管理方法，所述液冷式储能系统包括液冷机组、温控单元和若干电池单元，其特征在于，在各电池单元上设置液冷片和温度传感器；其中，液冷片包括液冷片本体、冷却液入口和冷却液出口；将各电池单元进行分组得到若干电池子组，并为各电池子组分别设置第一导流管和第二导流管；其中，同一子组各电池单元的冷却液入口通过第一导流管进行串联，冷却液出口通过第二导流管进行串联，并在各电池单元的冷却液入口设置单元液流调节阀5，各电池单元的冷却液出口设置单元流量传感器6；
在各电池子组的第一导流管的入流口上还设置有子组液流调节阀3，在第二导流管的出流口上还设置有子组流量传感器4；液冷机组设置有机组入液口和机组出液口，其中，机组入液口上设置有第一液泵1，并通过分流器与各电池子组的入流口联通；机组出液口上设置有第二液泵2，并通过集流器与各电池子组的出流口联通；温控单元分别与液冷机组、第一液泵1、第二液泵2、子组液流调节阀3、子组流量传感器4、单元液流调节阀5、单元流量传感器6和温度传感器电性连接。
需要说明的是：传统的液冷式储能系统缺乏分组管理的基础仅能进行整体调控，无法针对每个电池单元进行针对性调控；为此，本实施例通过在各电池单元上设置液冷片和温度传感器，并将各电池单元进行分组得到电池子组，在各电池单元的冷却液入口设置单元液流调节阀5，各电池单元的冷却液出口设置单元流量传感器6，实现对各电池单元的独立温度监测和流量调控；在各电池子组还设置有子组液流调节阀3和子组流量传感器4，从而实现分组流量调控；针对液冷机组则是通过第一液泵1和第二液泵2实现整体的流量驱动，从而实现整体到个体的分级调节；此外，子组流量传感器4和单元流量传感器6相互配合，还能实现漏液定位的效果，当子组流量传感器4的流量数值等于隶属于电池子组下的各单元流量传感器6流量数值之和时，该电池子组不存在漏液情况；当子组流量传感器4的流量数值小于隶属于电池子组下的各单元流量传感器6流量数值之和时，该电池子组存在漏液情况。
如图2所示，一种液冷式储能系统的热管理方法，运用于如上所述的一种液冷式储能系统中，温控单元通过如下步骤进行液冷式储能系统的热管理：
获取各电池单元的工作状态，并根据工作状态进行热管理判断；
获取工作中电池单元的当前工作温度和当前液冷流速；
通过当前工作温度进行热状态判断；
汇总各电池单元的热状态，选择并执行对应热管理策略；
结合当前液冷流速，调节液冷机组的循环功率和散热功率；
重复上述步骤直至停止热管理。
需要说明的是：本实施例针对各电池单元的工作状态，来进行热管理判断从而避免不必要的能量损耗和热管理流失；通过热状态判断实现各电池单元的状态获取，并针对各电池单元状态执行针对性的热管理策略，并将各个电池单元的热状态整合，并结合当前液冷流速，从而实现整体的循环功率和散热功率的调节，达到高效节能和针对性强的效果。
作为更进一步的解决方案，温控单元通过如下步骤进行液冷式储能系统的热管理判液冷式储能系统的热管理判断：
获取各电池单元的工作状态，
若存在工作中电池单元，则启动液冷机组、第一液泵1和第二液泵2，并将工作中电池单元的单元液流调节阀5和所处电池子组的子组液流调节阀3设置为待调节；
若存在未工作的电池单元，则将对应单元液流调节阀5设置为关闭；
若电池子组隶属的各电池单元均未工作，则将对应电池子组的子组液流调节阀3设置为关闭；
若储能系统隶属的各电池子组均未工作，则将液冷机组、第一液泵1和第二液泵2设置为关闭。
作为更进一步的解决方案，温控单元通过如下步骤生成液冷式储能系统的热状态判断：
获取工作中电池单元的当前工作温度，并进行工作温度阈值比较：
若不超过正常工作温度，则判断为热正常；
若超过正常工作温度但未达过载工作温度，则判断为热异常；
若超过过载工作温度但未达故障工作温度，则判断为热过载；
若达到故障工作温度，则判断为热故障；
其中，正常工作温度为电池单元能连续长时间工作的温度值，过载工作温度为电池单元无法连续长时间工作的温度值，故障工作温度为电池单元无法正常工作的温度值；正常工作温度、过载工作温度和故障工作温度均根据具体电池单元进行测定设置。
需要说明的是：根据工作中电池单元的当前工作温度便能判断对应的热状态，从而为后续策略执行提供依据。
作为更进一步的解决方案，温控单元通过如下步骤进行液冷式储能系统的热管理策略：
获取各电池单元的热状态；
若电池单元为热正常，则调节单元液流调节阀5，维持当前液冷流速为第一流速；
若电池单元为热异常，则调节单元液流调节阀5，增大当前液冷流速直至第二流速；若电池单元为热过载，则调节单元液流调节阀5，维持当前液冷流速为第二流速；
若电池单元为热故障，则关闭单元液流调节阀5，停止当前电池单元工作并故障报警。
需要说明的是：若为热正常，则仅需维持正常的工作散热即可，若为热异常，则需要加大当前液冷流速，若为热过载则需以第二流速并结合散热功率进行调控，若为热故障，则需要进行报警并通过关闭单元液流调节阀5以达到隔离的效果，避免热扩散至液冷系统当中。
作为更进一步的解决方案，第一流速：维持电池单元正常工作散热所需的流速；第二流速：液冷片的冷却液入口和冷却液出口所允许的最大公共流速；故障报警：输出热故障电池单元对应的单元编号。
作为更进一步的解决方案，温控单元通过如下公式调节液冷机组的循环功率：
；
；
其中，P ab 为作用于第一液泵1和第二液泵2的循环功率，并保持循环功率同步；T 总 为机组总流速，H为所需扬程，ρ为冷却液密度，g为重力加速度；μ为水泵效率百分比；M为工作中的电池子组总数；N为各子组工作中的电池单元总数；FT1为处于热正常的第一流速；FT为处于热异常的动态流速；FT2 ij 为处于热过载的第二流速；i为电池单元编号；j为电池子组编号。
需要说明的是：由于循环功率能针对不同电池单元进行调节，因此在需要进行热管理时，优先进行通过调节循环功率，能实现功耗的进准控制，从而实现能量的充分利用，增加方案的实用价值。
作为更进一步的解决方案，温控单元通过如下公式调节液冷机组的散热功率：
若各电池单元均为热正常，则保持默认散热功率运行；
若仅存在电池单元热异常且当前液冷流速未达到第二流速，则保持默认散热功率运行；
若存在电池单元热异常且当前液冷流速达到第二流速，则增加功率直至最大散热功率；
若存电池单元热过载，则直接设置散热功率为最大散热功率。
需要说明的是：由于散热功率是针对整体调控的，因此需要在循环功率无法实现调控时再启用，因此在各电池单元均为热正常或仅存在电池单元热异常且当前液冷流速未达到第二流速，都保持默认散热功率运行；只有在存电池单元热过载或存在电池单元热异常且当前液冷流速达到第二流速，即：循环功率已达顶时，再进行散热功率调节，从而实现节能的目的。
以上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它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (2)
1.一种液冷式储能系统的热管理方法，部署在液冷式储能系统中，所述液冷式储能系统包括液冷机组、温控单元和若干电池单元，其特征在于，在各电池单元上设置液冷片和温度传感器；其中，液冷片包括液冷片本体、冷却液入口和冷却液出口；将各电池单元进行分组得到若干电池子组，并为各电池子组分别设置第一导流管和第二导流管；其中，同一子组各电池单元的冷却液入口通过第一导流管进行串联，冷却液出口通过第二导流管进行串联，并在各电池单元的冷却液入口设置单元液流调节阀（5），各电池单元的冷却液出口设置单元流量传感器（6）；
在各电池子组的第一导流管的入流口上还设置有子组液流调节阀（3），在第二导流管的出流口上还设置有子组流量传感器（4）；液冷机组设置有机组入液口和机组出液口，其中，机组入液口上设置有第一液泵（1），并通过分流器与各电池子组的入流口联通；机组出液口上设置有第二液泵（2），并通过集流器与各电池子组的出流口联通；温控单元分别与液冷机组、第一液泵（1）、第二液泵（2）、子组液流调节阀（3）、子组流量传感器（4）、单元液流调节阀（5）、单元流量传感器（6）和温度传感器电性连接；
其中，温控单元通过如下步骤进行液冷式储能系统的热管理：
获取各电池单元的工作状态，并根据工作状态进行热管理判断；
获取工作中电池单元的当前工作温度和当前液冷流速；
通过当前工作温度进行热状态判断；
汇总各电池单元的热状态，选择并执行对应热管理策略；
结合当前液冷流速，调节液冷机组的循环功率和散热功率；
重复上述步骤直至停止热管理；
温控单元通过如下步骤进行液冷式储能系统的热管理判断：
获取各电池单元的工作状态，
若存在工作中电池单元，则启动液冷机组、第一液泵（1）和第二液泵（2），并将工作中电池单元的单元液流调节阀（5）和所处电池子组的子组液流调节阀（3）设置为待调节；
若存在未工作的电池单元，则将对应单元液流调节阀（5）设置为关闭；
若电池子组隶属的各电池单元均未工作，则将对应电池子组的子组液流调节阀（3）设置为关闭；
若储能系统隶属的各电池子组均未工作，则将液冷机组、第一液泵（1）和第二液泵（2）设置为关闭；
温控单元通过如下步骤生成液冷式储能系统的热状态判断：
获取工作中电池单元的当前工作温度，并进行工作温度阈值比较：
若不超过正常工作温度，则判断为热正常；
若超过正常工作温度但未达过载工作温度，则判断为热异常；
若超过过载工作温度但未达故障工作温度，则判断为热过载；
若达到故障工作温度，则判断为热故障；
其中，正常工作温度为电池单元能连续长时间工作的温度值，过载工作温度为电池单元无法连续长时间工作的温度值，故障工作温度为电池单元无法正常工作的温度值；正常工作温度、过载工作温度和故障工作温度均根据具体电池单元进行测定设置；
温控单元通过如下步骤进行液冷式储能系统的热管理策略：
获取各电池单元的热状态；
若电池单元为热正常，则调节单元液流调节阀（5），维持当前液冷流速为第一流速；
若电池单元为热异常，则调节单元液流调节阀（5），增大当前液冷流速直至第二流速；
若电池单元为热过载，则调节单元液流调节阀（5），维持当前液冷流速为第二流速；
若电池单元为热故障，则关闭单元液流调节阀（5），停止当前电池单元工作并故障报警；
温控单元通过如下公式调节液冷机组的循环功率：
；
；
其中，P ab 为作用于第一液泵（1）和第二液泵（2）的循环功率，并保持循环功率同步；T 总 为机组总流速，H为所需扬程，ρ为冷却液密度，g为重力加速度；μ为水泵效率百分比；M为工作中的电池子组总数；N为各子组工作中的电池单元总数；FT1为处于热正常的第一流速；FT为处于热异常的动态流速；FT2为处于热过载的第二流速；i为电池单元编号；j为电池子组编号；
温控单元通过如下步骤调节液冷机组的散热功率：
若各电池单元均为热正常，则保持默认散热功率运行；
若仅存在电池单元热异常且当前液冷流速未达到第二流速，则保持默认散热功率运行；
若存在电池单元热异常且当前液冷流速达到第二流速，则增加功率直至最大散热功率；
若存电池单元热过载，则直接设置散热功率为最大散热功率。
2.根据权利要求1所述的一种液冷式储能系统的热管理方法，其特征在于，第一流速：维持电池单元正常工作散热所需的流速；第二流速：液冷片的冷却液入口和冷却液出口所允许的最大公共流速；故障报警：输出热故障电池单元对应的单元编号。
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