CN116780022A - 一种具有热管理功能的便携式储能装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有热管理功能的便携式储能装置及其控制方法，包括壳体，所述壳体内设有电池模组和位于电池模组上方的PCS，所述电池模组与PCS之间及电池模组侧壁均设有液板；所述壳体内还设有热交换器、压缩机、冷凝器、干燥罐、水泵、膨胀壶、PTC、第一三通阀和第二三通阀，所述冷凝器上设有散热扇；热交换器、压缩机、冷凝器、干燥罐依次通过管道连接形成环路；热交换器、第一三通阀、膨胀壶、液板、水泵、第二三通阀依次通过管道连接形成环路；PTC通过管道分别与第一三通阀、第二三通阀连接。本发明既可满足高温时逆变器PCS和电池模组散热，又可满足低温时电池模组加热，能够应对微型储能装置工作环境和状态多变的情况。
Description
技术领域
本发明属于储能电源技术领域，具体涉及一种具有热管理功能的便携式储能装置及其控制方法。
背景技术
储能装置一般包括大型、中型和微型三种类型，大型储能由若干个千度电的集装箱系统组成，中型储能的电量一般是百度电数量级，微型储能主要是指用于户外电源的便携式储能，便携式储能长宽高尺寸和电量相对较小，长度一般小于0.4米，电量一般在3度电以下，例如0.6、1.2和2.4度三种类型。
2020年之前的微、中和大型储能大部分采用自然冷却和风冷方式，随着中大型储能的能量密度、充电和放电功率等性能的提高，中大型储能系统也逐步采用液冷系统，但大型储能热管理装置与控制方法并不能应用于微型储能系统，原因如下：1)中大型储能尺寸大且安装固定，长度一般都大于10米，而微型储能尺寸小而且要频繁移动，便携式储能长度仅有0.4米，大型储能冷却装置尺寸和功能不能应用于微型储能；2)大型储能热管理对象主要是电池包，微型储能高温时主要是冷却逆变器PCS和电池模组，低温时加热电池模组；3)大型储能工作状态相对固定，充电和放电一般只要0.5C倍率即可，用户对微型储能产品性能的要求差异较大，有些用户关注充电时间，要求半小时充满，充电倍率要达到2C以上，有些用户要求带动大功率负载、放电倍率要求2C甚至更高，控制方法与大型储能有差异；由此可见，微型储能电源的热管理装置及控制方法要求兼顾不同用户的各种需求，工作环境多变且频繁移动，同时要解决高温时逆变器PCS和电池模组散热，以及低温时电池模组的加热，而当前大型储能系统的热管理系统并不适合于小型储能装置，小型储能装置常用的是通过风扇进行散热，虽然结构简单，但散热速度较慢且散热均匀性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有热管理功能的便携式储能装置及其控制方法，既可满足高温时逆变器PCS和电池模组散热，又可满足低温时电池模组加热，能够应对微型储能装置工作环境和状态多变的情况。
为实现上述目的，本发明一种具有热管理功能的便携式储能装置，包括壳体，所述壳体内设有电池模组和位于电池模组上方的PCS，所述电池模组与PCS之间及电池模组侧壁均设有液板；
所述壳体内还设有热交换器、压缩机、冷凝器、干燥罐、水泵、膨胀壶、PTC、第一三通阀和第二三通阀，所述冷凝器上设有散热扇；
热交换器、压缩机、冷凝器、干燥罐依次通过管道连接形成环路；
热交换器、第一三通阀、膨胀壶、液板、水泵、第二三通阀依次通过管道连接形成环路；
PTC通过管道分别与第一三通阀、第二三通阀连接。
作为本发明进一步的方案：加热系统：开启PTC和水泵，按照PTC-第二三通阀-水泵-液板-膨胀壶-PTC路径形成持续加热。
作为本发明进一步的方案：制冷系统：开启压缩机、水泵和散热扇，按照压缩机-冷凝器-干燥罐-热交换器-第二三通阀-水泵-液板-膨胀壶-第一三通阀-热交换器-压缩机路径形成持续降温冷却。
为实现上述目的，本发明另一方面提供一种具有热管理功能的便携式储能装置的控制方法，热管理系统总流程如下：
S1.1、能量管理系统EMS、电池管理系统BMS、PCS开机自检，确认系统无故障；
S1.2、BMS和PCS同步判定并发送加热或制冷请求；
1)BMS判定电池是否需要加热或制冷，如无需加热或制冷，BMS开启正常工作模式：
a、电池温度T≤T加热L时，BMS发送加热请求；T≥T加热H时，BMS停止发送加热请求；
b、电池温度T≥T制冷H时，BMS发送制冷请求；T≤T制冷L时，BMS停止发送制冷请求；
2)PCS判定是否需要制冷，如无需制冷，PCS开启正常工作模式：
PCS温度TPCS≥TPCSH时，PCS发送制冷请求；TPCS≤TPCSL时，PCS停止发送制冷请求；
S1.3、EMS接收到制冷或加热请求，同步判定是否满足开启条件；
1)加热开启条件：
a、加热系统正常，所有元件工作正常；
2)制冷开启条件：
a、制冷系统正常，所有元件工作正常；
S1.4、满足条件，EMS开启加热或制冷模式，否则EMS开启正常工作模式。
作为本发明进一步的方案：加热模式流程如下：
S2.1、BMS发送发热请求给EMS，同时BMS延时5s，待EMS自检加热系统有无故障，如超过5s，EMS未反馈开启加热模式，BMS执行下电模式；
S2.2、EMS自检系统无故障，并满足以下加热开启条件；
a、电池温度T≤T加热L时，BMS发送加热请求；
b、加热系统正常，所有元件工作正常；
S2.3、满足条件，EMS闭合PTC继电器，随即闭合水泵继电器，开启加热系统；
S2.4、BMS检测电池温度T≥T加热H，发送停止加热请求；
S2.5、EMS接收到BMS停止加热请求，断开PTC继电器、水泵继电器，关闭加热系统；
S2.6、加热完成，系统可正常充放电。
作为本发明进一步的方案：制冷模式流程如下：
S3.1、EMS自检制冷系统无故障；
S3.2、BMS或PCS发送制冷请求；
a、电池温度T≥T制冷H时，BMS发送制冷请求；
b、PCS温度TPCS≥TPCSH时，PCS发送制冷请求；
S3.3、EMS接收到制冷请求，同步判定是否满足开启制冷条件；
a、接收到BMS和/或PCS发送的制冷请求信号；
b、制冷系统正常，所有元件工作正常；
S3.4、满足条件，EMS闭合水泵和冷凝器散热扇继电器，开启制冷系统，同时发送工作指令给压缩机控制模块控制压缩机运转；
S3.5、BMS检测电池温度T≤T制冷L，BMS停止发送制冷请求；PCS检测温度TPCS≤TPCSL,PCS停止发送制冷请求；
S3.6、EMS同时接收到BMS和PCS停止制冷请求时，断开水泵和冷凝器散热扇继电器，关闭制冷系统，并发送信号至压缩机控制模块，停止压缩机工作；
S3.7制冷完成。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
具有加热系统和制冷系统，能够根据PCS和电池模组的实时情况，既能对PCS和电池模组散热，又能在低温时对电池模组加热，使电池模组始终处于合适的工作温度，实现储能电源的高倍率快速充电，以及高负载持续放电，保证储能电源的使用性能和使用寿命，从而适用于微型储能装置工作环境和工作状态多变的特点。
附图说明
图1是一种具有热管理功能的便携式储能装置的前视结构示意图。
图2是一种具有热管理功能的便携式储能装置的后视结构示意图。
图3是一种具有热管理功能的便携式储能装置的工作原理图。
图4是一种具有热管理功能的便携式储能装置的控制方法的控制总流程图。
图5是一种具有热管理功能的便携式储能装置的控制方法的加热控制流程图。
图6是一种具有热管理功能的便携式储能装置的控制方法的制冷控制流程图。
图中：1、压缩机，2、冷凝器，3、干燥罐，4、热交换器，5、PCS，6、液板，7、电池模组，8、水泵，9、第一三通阀，10、膨胀壶，11、PTC，12、第二三通阀；
2.1、散热扇。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，一种具有热管理功能的便携式储能装置，包括壳体，壳体内设有电池模组7和位于电池模组7上方的PCS5，电池模组7与PCS5之间及电池模组7侧壁均设有液板6；
壳体内还设有热交换器4、压缩机1、冷凝器2、干燥罐3、水泵8、膨胀壶10、PTC11、第一三通阀9和第二三通阀12，冷凝器2上设有散热扇2.1；
热交换器4、压缩机1、冷凝器2、干燥罐3依次通过管道连接形成环路；
热交换器4、第一三通阀9、膨胀壶10、液板6、水泵8、第二三通阀12依次通过管道连接形成环路；
PTC11通过管道分别与第一三通阀9、第二三通阀12连接。
如图3所示，加热系统：开启PTC11和水泵8，按照PTC11-第二三通阀12-水泵8-液板6-膨胀壶10-PTC11路径形成持续加热。
进一步的，制冷系统：开启压缩机1、水泵8和散热扇2.1，按照压缩机1-冷凝器2-干燥罐3-热交换器4-第二三通阀12-水泵8-液板6-膨胀壶10-第一三通阀9-热交换器4-压缩机1路径形成持续降温冷却。
根据预先设定的程序，在电池模组7温度较低时，即可启动加热系统，对电池模组7辅助升温；而在电源模组充电或放电过程中电池模组7和PCS5温度较高时，可以通过启动制冷系统进行持续降温。
如图4所示，为了便于系统化控制，一种具有热管理功能的便携式储能装置的控制方法，热管理系统总流程如下：
S1.1、能量管理系统EMS、电池管理系统BMS、PCS5开机自检，确认系统无故障(系统故障：电池故障、绝缘故障、通信故障、PCS5故障等)；
S1.2、BMS和PCS5同步判定并发送加热或制冷请求；
1)BMS判定电池是否需要加热或制冷，如无需加热或制冷，BMS开启正常工作模式：
a、电池温度T≤T加热L(如0℃)时，BMS发送加热请求；T≥T加热H(如7℃)时，BMS停止发送加热请求；
b、电池温度T≥T制冷H(如45℃)时，BMS发送制冷请求；T≤T制冷L(如30℃)时，BMS停止发送制冷请求；
2)PCS5判定是否需要制冷，如无需制冷，PCS5开启正常工作模式：
PCS5温度TPCS≥TPCSH(如45℃)时，PCS5发送制冷请求；TPCS≤TPCSL(如30℃)时，PCS5停止发送制冷请求；
S1.3、EMS接收到制冷或加热请求，同步判定是否满足开启条件；
1)加热开启条件：
a、加热系统正常，所有元件工作正常(无回路短路，继电器损坏等故障，PTC11温度传感器等元件工作正常)；
2)制冷开启条件：
a、制冷系统正常，所有元件工作正常(无回路短路，继电器损坏等故障，压缩机1控制器、预充等元件工作正常)；
S1.4、满足条件，EMS开启加热或制冷模式，否则EMS开启正常工作模式。
进一步的，如图5所示，进入加热模式，流程如下：
S2.1、BMS发送发热请求给EMS，同时BMS延时5s，待EMS自检加热系统有无故障，如超过5s，EMS未反馈开启加热模式，BMS执行下电模式；
S2.2、EMS自检系统无故障，并满足以下加热开启条件；
a、电池温度T≤T加热L(如0℃)时，BMS发送加热请求；
b、加热系统正常，所有元件工作正常(无回路短路，继电器损坏等故障，PTC11温度传感器等元件工作正常)；
S2.3、满足条件，EMS闭合PTC11继电器，随即闭合水泵8继电器，开启加热系统；
S2.4、BMS检测电池温度T≥T加热H(如7℃)，发送停止加热请求；
S2.5、EMS接收到BMS停止加热请求，断开PTC11继电器、水泵8继电器，关闭加热系统；
S2.6、加热完成，系统可正常充放电。
进一步的，如图6所示，进入制冷模式，流程如下：
S3.1、EMS自检制冷系统无故障；
S3.2、BMS或PCS5发送制冷请求；
a、电池温度T≥T制冷H(如45℃)时，BMS发送制冷请求；
b、PCS5温度TPCS≥TPCSH(如45℃)时，PCS5发送制冷请求；
S3.3、EMS接收到制冷请求，同步判定是否满足开启制冷条件；
a、接收到BMS和/或PCS5发送的制冷请求信号；
b、制冷系统正常，所有元件工作正常(无回路短路，继电器损坏等故障，压缩机1控制器、预充等元件工作正常)；
S3.4、满足条件，EMS闭合水泵8和冷凝器2散热扇2.1继电器，开启制冷系统，同时发送工作指令给压缩机1控制模块控制压缩机1运转；
S3.5、BMS检测电池温度T≤T制冷L(如30℃)，BMS停止发送制冷请求；PCS5检测温度TPCS≤TPCSL(如30℃),PCS5停止发送制冷请求；
S3.6、EMS同时接收到BMS和PCS5停止制冷请求时，断开水泵8和冷凝器2散热扇2.1继电器，关闭制冷系统，并发送信号至压缩机1控制模块，停止压缩机1工作；
S3.7制冷完成。
Claims (6)
1.一种具有热管理功能的便携式储能装置，包括壳体，所述壳体内设有电池模组(7)和位于电池模组(7)上方的PCS(5)，其特征在于，所述电池模组(7)与PCS(5)之间及电池模组(7)侧壁均设有液板(6)；
所述壳体内还设有热交换器(4)、压缩机(1)、冷凝器(2)、干燥罐(3)、水泵(8)、膨胀壶(10)、PTC(11)、第一三通阀(9)和第二三通阀(12)，所述冷凝器(2)上设有散热扇(2.1)；
热交换器(4)、压缩机(1)、冷凝器(2)、干燥罐(3)依次通过管道连接形成环路；
热交换器(4)、第一三通阀(9)、膨胀壶(10)、液板(6)、水泵(8)、第二三通阀(12)依次通过管道连接形成环路；
PTC(11)通过管道分别与第一三通阀(9)、第二三通阀(12)连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有热管理功能的便携式储能装置，其特征在于，加热系统：开启PTC(11)和水泵(8)，按照PTC(11)-第二三通阀(12)-水泵(8)-液板(6)-膨胀壶(10)-PTC(11)路径形成持续加热。
3.根据权利要求1所述的一种具有热管理功能的便携式储能装置，其特征在于，制冷系统：开启压缩机(1)、水泵(8)和散热扇(2.1)，按照压缩机(1)-冷凝器(2)-干燥罐(3)-热交换器(4)-第二三通阀(12)-水泵(8)-液板(6)-膨胀壶(10)-第一三通阀(9)-热交换器(4)-压缩机(1)路径形成持续降温冷却。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种具有热管理功能的便携式储能装置的控制方法，其特征在于，热管理系统总流程如下：
S1.1、能量管理系统EMS、电池管理系统BMS、PCS(5)开机自检，确认系统无故障；
S1.2、BMS和PCS(5)同步判定并发送加热或制冷请求；
1)BMS判定电池是否需要加热或制冷，如无需加热或制冷，BMS开启正常工作模式：
a、电池温度T≤T加热L时，BMS发送加热请求；T≥T加热H时，BMS停止发送加热请求；
b、电池温度T≥T制冷H时，BMS发送制冷请求；T≤T制冷L时，BMS停止发送制冷请求；
2)PCS(5)判定是否需要制冷，如无需制冷，PCS(5)开启正常工作模式：
PCS(5)温度TPCS≥TPCSH时，PCS(5)发送制冷请求；TPCS≤TPCSL时，PCS(5)停止发送制冷请求；
S1.3、EMS接收到制冷或加热请求，同步判定是否满足开启条件；
1)加热开启条件：
a、加热系统正常，所有元件工作正常；
2)制冷开启条件：
a、制冷系统正常，所有元件工作正常；
S1.4、满足条件，EMS开启加热或制冷模式，否则EMS开启正常工作模式。
5.根据权利要求4所述的一种具有热管理功能的便携式储能装置的控制方法，其特征在于，加热模式流程如下：
S2.1、BMS发送发热请求给EMS，同时BMS延时5s，待EMS自检加热系统有无故障，如超过5s，EMS未反馈开启加热模式，BMS执行下电模式；
S2.2、EMS自检系统无故障，并满足以下加热开启条件；
a、电池温度T≤T加热L时，BMS发送加热请求；
b、加热系统正常，所有元件工作正常；
S2.3、满足条件，EMS闭合PTC(11)继电器，随即闭合水泵(8)继电器，开启加热系统；
S2.4、BMS检测电池温度T≥T加热H，发送停止加热请求；
S2.5、EMS接收到BMS停止加热请求，断开PTC(11)继电器、水泵(8)继电器，关闭加热系统；
S2.6、加热完成，系统可正常充放电。
6.根据权利要求4所述的一种具有热管理功能的便携式储能装置的控制方法，其特征在于，制冷模式流程如下：
S3.1、EMS自检制冷系统无故障；
S3.2、BMS或PCS(5)发送制冷请求；
a、电池温度T≥T制冷H时，BMS发送制冷请求；
b、PCS(5)温度TPCS≥TPCSH时，PCS(5)发送制冷请求；
S3.3、EMS接收到制冷请求，同步判定是否满足开启制冷条件；
a、接收到BMS和/或PCS(5)发送的制冷请求信号；
b、制冷系统正常，所有元件工作正常；
S3.4、满足条件，EMS闭合水泵(8)和冷凝器(2)散热扇(2.1)继电器，开启制冷系统，同时发送工作指令给压缩机(1)控制模块控制压缩机(1)运转；
S3.5、BMS检测电池温度T≤T制冷L，BMS停止发送制冷请求；PCS(5)检测温度TPCS≤TPCSL，PCS(5)停止发送制冷请求；
S3.6、EMS同时接收到BMS和PCS(5)停止制冷请求时，断开水泵(8)和冷凝器(2)散热扇(2.1)继电器，关闭制冷系统，并发送信号至压缩机(1)控制模块，停止压缩机(1)工作；
S3.7制冷完成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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