CN116845433B - 储能电池加热控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

储能电池加热控制方法，包括：在预设的采集周期内，采集储能电池所处工作环境的环境温度数据以及储能电池上多个温控点位的状态温度数据；根据状态温度数据生成多个状态变化规律，状态变化规律与温控点位相对应；根据环境温度数据和状态变化规律生成加热数据；在下一个采集周期内，基于加热数据通过加热器件对储能电池进行加热。储能电池加热控制系统，包括控制模块和供电模块，控制模块电性连接有多个加热器件，加热器件用于对储能电池上的温控点位进行加热，供电模块用于向控制模块和加热器件供电。本发明提供一种储能电池加热控制方法及系统，既保证储能电池的温度能够满足需求，保证储能电池正常运行，也避免过度加热造成能源浪费。

Description

储能电池加热控制方法及系统

技术领域

本发明涉及储能电池技术领域，具体的说是一种储能电池加热控制方法及系统。

背景技术

由于储能电池的化学特性，低温环境会影响其正负极材料活性和电解液导电性，在充电过程汇总，充电时长会增加，同时电量更难以充满；在使用过程中，电量下降速度加快。为解决上述问题，需要通过加热的方式保证储能电池的温度，从而使储能电池在充放电工作时处于最佳状态。

因为储能电池在应用时周围空间有限，因此现有技术中主要采用加热膜模块对储能电池进行加热。目前，加热膜模块主要根据储能电池所处环境的温度状况工作，在环境温度较低时，通过开关控制使加热膜功率处于额定功率附近。虽然这种方法实现起来较为简单，但是很容易出现电能的浪费，主要表现在部分储能电池不需要加热时，加热膜模块也会对其进行加热。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种储能电池加热控制方法及系统，既保证储能电池的温度能够满足需求，保证储能电池正常运行，也避免过度加热造成能源浪费。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

储能电池加热控制方法，包括：

在预设的采集周期内，采集储能电池所处工作环境的环境温度数据以及储能电池上多个温控点位的状态温度数据；

根据所述状态温度数据生成多个状态变化规律，所述状态变化规律与所述温控点位相对应；根据所述环境温度数据和所述状态变化规律生成加热数据；

在下一个所述采集周期内，基于所述加热数据通过加热器件对储能电池进行加热。

优选的，采集所述环境温度数据的方法包括：

在所述工作环境中确定多个环境采样点，所有所述环境采样点分为多组，同组的所述环境采样点与所述储能电池之间的距离相等且方位不同；

对每个所述环境采样点进行采集生成一个环境温度数组；

基于所有所述环境温度数组生成所述环境温度数据。

优选的，所述环境温度数据还包括多个环境变化规律，所述环境变化规律基于所述环境温度数组生成。

优选的，所述状态温度数据包括多个按照时间顺序排列的状态温度点值，所述状态变化规律包括多个状态变化数据，所述状态变化数据用于表征两个状态温度点值之间的差异度。

优选的，当所述加热数据的数量达到预设的阶段阈值时，根据所有所述加热数据生成阶段加热规则，所述阶段加热规则包括阶段加热时长，所述阶段加热时长为所述采集周期的整数倍。

优选的，生成所述加热数据的方法包括：

根据所述环境温度数据和所述状态温度数据计算第一影响因子；

根据所述环境温度数据和所述状态变化规律计算第二影响因子；

所述第一影响因子和所述第二影响因子均与所述温控点位一一对应；

利用所述第一影响因子和所述第二影响因子对预设的基础加热参数进行修正得到目标加热参数；

将所有所述目标加热参数组合成所述加热数据。

优选的，对所述基础加热参数进行修正时，所述第一影响因子的权重大于所述第二影响因子的权重。

优选的，所述控制方法包括：

根据所述加热数据计算控制参数，所述控制参数用于控制所述加热器件的状态；

据所述控制参数控制所述加热器件启动，利用所述加热器件对储能电池进行加热。

所述控制参数包括多个元参数，所述元参数与所述加热器件一一对应。

优选的，所述元参数的计算方法为：

确定所述加热器件的特征参数；

根据所述加热数据的所述目标加热参数和所述特征参数生成所述元参数。

所述控制参数还包括功率分配参数，所述功率分配参数用于对所述元参数进行修正。

优选的，所述功率分配参数包括能源供给数据，所述能源供给数据用于表征所述加热器件能够获取的能源丰富度，当所述能源丰富度达到预设的供能阈值时扩大或者保持所述元参数，当所述能源丰富度未达到所述供能阈值时压缩所述元参数。

优选的，所述功率分配参数包括比例约束参数，当所述能源丰富度未达到所述供能阈值时，基于所述比例约束参数压缩所述元参数。

优选的，储能电池加热控制系统，包括控制模块和供电模块，所述控制模块电性连接有多个加热器件，所述加热器件用于对储能电池上的温控点位进行加热，所述供电模块用于向所述控制模块和所述加热器件供电。

优选的，所述加热器件与所述供电模块之间电性连接有至少一个控制开关，所述控制模块通过所述控制开关控制所述加热器件启动或者停止。

优选的，所述供电模块包括光伏产能模块，所述光伏产能模块用于产生电能，并且将电能供给给所述加热器件。

优选的，所述光伏产能模块电性连接有监测模块、第一状态切换模块和第二状态切换模块，并且所述监测模块、所述第一状态切换模块和所述第二状态切换模块均与所述控制模块电性连接，所述第一状态切换模块还与所述加热器件电性连接，所述第二状态切换模块还与储能电池电性连接。

优选的，所述监测模块包括光照强度监测单元和产能效率监测单元，所述光照强度监测单元与所述控制模块电性连接，所述产能效率监测单元与所述光伏产能模块和所述控制模块均电性连接。

优选的，所述加热器件设置为加热膜模块，所述加热膜模块固定贴合在储能电池的所述温控点位上。

本发明既保证储能电池的温度能够满足需求，保证储能电池正常运行，也避免过度加热造成能源浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是加热控制方法的流程图；

图2是环境采样点的分布方式示意图；

图3是加热控制系统的结构框图；

图4是光伏产能模块的连接关系示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域普通技术人员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。

如图1和2所示，储能电池加热控制方法，包括如下步骤：

在预设的采集周期内，采集储能电池所处工作环境的环境温度数据以及储能电池上多个温控点位的状态温度数据；

根据状态温度数据生成多个状态变化规律，状态变化规律与温控点位相对应；

根据环境温度数据和状态变化规律生成加热数据。

在下一个采集周期内，基于加热数据通过加热器件对储能电池进行加热。

本发明首先按照预设的采集周期采集环境温度数据和状态温度数据，环境温度数据主要用于表征储能电池所处的环境温度状况，状态温度数据主要用于表征储能电池的自身温度状况，然后根据环境温度数据和状态温度数据共同生成状态变化规律，状态变化规律用于表征环境温度状况对储能电池的自身温度状况的影响。因为储能电池通常会设置多个，并且为了节约空间，相邻的储能电池之间的距离较近，所以位于边缘位置的储能电池更容易受环境的影响，而位于中间位置的储能电池相对不易受到环境的影响，类似的，对于同一个储能电池来说，位于边缘位置的温控点位可能更容易受到环境的影响，位于中间位置的温控点位相对不易受到环境的影响。通过生成状态变化规律，可以体现温控点位对环境温度状况的变化的敏感程度，对于敏感程度较高的温控点位，在环境温度下降的时候，所需求的加热幅度更大，而对于敏感程度较低的温控点位，在环境温度下降的时候，所需求的加热幅度更小。随后，根据环境温度数据判断环境温度状况是逐渐降温还是逐渐升温，在环境温度状况是逐渐降温的时候，根据装填变化规律生成加热数据，加热数据主要用于表征加热幅度，基于加热数据通过加热器件对储能电池进行加热，因为加热数据是根据温控点位对加热幅度的需求生成的，所以能够对储能电池进行更加精确高效的加热，既保证储能电池的温度能够满足需求，保证储能电池正常运行，也避免过度加热造成能源浪费。

在一些实施例中，采集环境温度数据的方法包括如下步骤：

在工作环境中确定多个环境采样点，所有环境采样点分为多组，同组的环境采样点与储能电池之间的距离相等且方位不同；

对每个环境采样点进行采集生成一个环境温度数组。环境温度数组包括多个环境温度点值，每个环境温度点值记录环境采样点在一个时刻的温度信息；

基于所有环境温度数组生成环境温度数据。

储能电池的应用规模越大，则周围环境的空间越大，可能包含的影响环境温度状况的因素越多，为了精确地采集到环境温度数据，本发明设置了多个环境采样点，以储能电池为中心，同组的环境采样点与储能电池之间地距离相等且方位不同，从而能够采集到储能电池周围不同方向的环境温度数组，而不同组的环境采样点与储能电池之间的距离不同，从而能够采集到储能电池周围不同距离的环境温度数组，最终由所有环境温度数组生成的环境温度数据，可以非常精确地反映出储能电池所处的环境温度状况，环境采样点的设置数量和具体分布方式可以根据储能电池的应用规模确定，储能电池应用规模越大，则环境采样点的数量越多，并且分布更加广泛，反之储能电池应用规模越小，则环境采样点的数量越少，并且分布更加紧凑，从而降低成本。

因为需要根据环境温度数据判断环境温度状况的变化趋势，因此，环境温度数据还包括多个环境变化规律，环境变化规律基于环境温度数组生成。环境变化规律主要用于表征环境温度状况的变化规律，即表征环境温度是逐渐降温还是逐渐升温，环境变化规律可以基于环境温度数组生成，具体地说，利用环境温度数组中相邻的两个环境温度点值的差值来生成，因为环境温度点值与时刻是对应的，因此环境温度点值的上升或者下降就能够反应出环境采样点的温度变化情况，另一方面，考虑到采集环境温度点值时受传感器精度的影响，或者其它干扰因素的影响，可能出现一部分环境温度点值失真，导致相邻两个环境温度点值之间的差值不能够反映出环境采样点的温度变化情况，为此，需要综合考虑一个环境温度数组中所有的环境温度点值，可以综合对比每两个环境温度点值之间的差值，差值通过后一个环境温度点值减去前一个环境温度点值得到，因此差值可能有正、负或者零三种情况，差值为正说明环境温度点值上升，差值为负说明环境温度点值下降，差值为零说明环境温度点值不变，在所有差值中，当具有一定比例的差值(比如超过80％)反应出相同的环境温度点值的变化趋势时，则以该变化趋势作为环境变化规律，如此，可以避免一些异常的环境温度点值对环境变化规律产生不利影响。

与环境温度数据类似的，状态温度数据包括多个按照时间顺序排列的状态温度点值，状态变化规律包括多个状态变化数据，状态变化数据用于表征两个状态温度点值之间的差异度，状态变化规律的生成方式与环境变化规律类似，只是依据的为状态温度点值，在此不再再赘述。

在自然环境中，环境温度的变化通常不会出现极短时间内极大幅度变化的情况，大多都是比较平稳地改变，因此，在一定的时间内，已经生成的加热数据是能够在后续过程中直接应用的，为了降低方法的复杂度和实现过程中的计算量以及能源消耗量，当加热数据的数量达到预设的阶段阈值时，根据所有加热数据生成阶段加热规则，阶段加热规则包括阶段加热时长，阶段加热时长为采集周期的整数倍，阶段加热规则可以直接由多个加热数据组合得到，阶段加热时长可以根据储能电池的实际环境和特性确定。

在一些实施例中，生成加热数据的方法包括如下步骤：

根据环境温度数据和状态温度数据计算第一影响因子；

根据环境温度数据和状态变化规律计算第二影响因子；

第一影响因子和第二影响因子均与温控点位一一对应。

利用第一影响因子和第二影响因子对预设的基础加热参数进行修正得到目标加热参数，目标加热参数用于表征需要将使温控点位的温度到达的目标值；

将所有目标加热参数组合成加热数据。

第一影响因子用于表征环境温度状况与储能电池自身温度状况的关联程度，第二影响因子用于表征环境温度状况对储能电池自身温度状况变化趋势的影响程度。具体地说，环境温度状况与自身温度状况的关联程度越高，则第一影响因子越大，需要加大基础加热参数，比如，位于边缘位置的储能电池上位于边缘位置的温控点位，容易受到周边环境温度的影响，因此对应的第一影响因子更大；环境温度状况对自身温度状况变化趋势的影响程度越大，则第二影响因子越大，需要加大基础加热参数，比如，位于边缘位置的储能电池上位于边缘位置的温控点位，容易受到周边环境温度的变化状况的影响，对应的第二影响因子更大。另一方面，位于中心位置的储能电池上的位于边缘位置的温控点位，虽然也很容易受到环境影响，但是其还会受到周围储能电池工作时产生的热量以及其它加热器件产生的热量的影响，这会使其对应的第二影响因子降低，此时可以减小基础加热参数。利用第一影响因子和第二影响因子，可以对基础加热参数进行修正，以保证能够对储能电池进行精确加热，并且避免造成电能浪费，考虑到对储能电池进行加热的主要目的是直接控制其温度，因此对基础加热参数进行修正时，第一影响因子的权重大于第二影响因子的权重。

在一些实施例中，控制方法还包括如下步骤，：

根据加热数据计算控制参数，控制参数用于控制加热器件的状态；

据控制参数控制加热器件启动，利用加热器件对储能电池进行加热；

因为储能电池通常会设置多个，每个储能电池上也需要设置多个温控点位，相应的加热器件也会有多个，因此控制参数包括多个元参数，元参数与加热器件一一对应，每个元参数用于对应控制一个加热器件。

在一些实施例中，元参数的计算方法包括如下步骤：

确定加热器件的特征参数。特征参数用于表征加热器件的自身特性，最主要的是用于表征加热器件需要获取的能源与其能够产生的热量，特征参数与加热器件的具体选择有关；

根据加热数据的目标加热参数和特征参数生成元参数，由于目标加热参数是温控点位的温度所需要达到的目标值，这与加热器件能够产生的热量直接相关，因此元参数依据目标加热数据和特征参数生成，目标加热参数越高则元参数越大。

在理想状态下，所有加热器件都能够根据元参数对储能电池进行精确地加热，但是实际中，受制于各种因素，特别是能源供给因素，可能会出现部分加热器件不能够满足元参数的要求，此时需要对加热器件的输出功率进行控制调节，使所有加热器件都能够产生热量，即使产生的热量并不能将温控点位的温度加热到目标加热参数，从而避免部分加热器件完全失去能量供应，进而导致部分储能电池的自身温度状况超出合理范围而损坏，为了实现该效果，控制参数还包括功率分配参数，功率分配参数用于对元参数进行修正。功率分配参数包括能源供给数据，能源供给数据用于表征加热器件能够获取的能源丰富度，当能源丰富度达到预设的供能阈值时扩大或者保持元参数，当能源丰富度未达到供能阈值时压缩元参数，能源供给数据需要根据加热器件的实际类型确定，例如当加热器件以电能为能源时，能源供给数据可以是能够表征电能储量的数据，当加热器件以燃料为能源时，能源供给数据可以是能够表征燃料余量的数据。

考虑到在多数情况中，当能源供给数据与加热器件的需求能够匹配的时候，是不需要加大元参数的，功率分配参数主要用于对元参数进行压缩，因此功率分配参数包括比例约束参数，当能源丰富度未达到供能阈值时，基于比例约束参数压缩元参数，比例约束参数可以根据能源丰富度和元参数之间的冲突程度确定。

如图3和4所示，基于上述加热控制方法，本发明进一步提供一种储能电池加热控制系统，包括控制模块和供电模块，控制模块电性连接有多个加热器件，加热器件用于对储能电池上的温控点位进行加热，供电模块用于向控制模块和加热器件供电。在本发明中，加热器件采用加热膜模块，加热膜模块固定贴合在储能电池的温控点位上，属于是本领域的常规技术，其结构和具体的加热原理在此不再赘述。

在一些实施例中，控制模块控制加热器件与供电模块之间电性连接有至少一个控制开关，控制模块通过控制开关控制加热器件启动或者停止。

采用加热膜模块作为加热器件，其需要消耗电能来产生热量，为了避免使用储能电池自身的电能，以保证储能电池能够更稳定地为负载供电，本发明中供电模块包括光伏产能模块，光伏产能模块用于产生电能，并且将电能供给于加热器件，利用光伏产能模块，可以额外产生向加热膜模块供给的电能，无需消耗储能电池自身的电能，另外，光伏产能模块也无需额外敷设供电线缆，可以降低系统部署的复杂度。

虽然光伏产能模块能够自行产生电能，但是其容易受到天气影响，在天气晴朗、光照充足的状态下，光伏产能模块产出的电能可能超出所有加热膜模块的需求总量，而在天气阴暗、光照不佳的状态下，光伏产能模块产出的电能可能无法满足所有加热膜模块的需求，因此需要对光伏产能模块产出的电能进行高效分配，避免出现电能浪费的情况，为此，光伏产能模块电性连接有监测模块、第一状态切换模块和第二状态切换模块，并且监测模块、第一状态切换模块和第二状态切换模块均与控制模块电性连接，第一状态切换模块还与加热器件电性连接，第二状态切换模块还与储能电池电性连接。其中，监测模块用于监测天气状况或者光伏产能模块产出电能的情况，第一状态切换模块用于使光伏产能模块向加热器件供电，即向加热膜模块供电，第二状态切换模块用于使光伏产能模块向储能电池供电。在一些实施例中，第一状态切换模块和第二状态切换模块均可以以接触器为基础，并且第一状态切换模块处于常闭状态，第二状态切换模块处于常开状态，仅在光伏产能模块产出的电能大幅超出加热膜模块的需求总量时闭合。

在本发明其它的实施方式中，也可以增加第三状态切换模块，第三状态切换模块用于使储能电池向加热膜模块供电，以避免在极端环境下储能电池温度严重降低造成损坏，但是显而易见的，这会导致储能电池的电量下降。

在一些实施例中，监测模块包括光照强度监测单元和产能效率监测单元，光照强度监测单元与控制模块电性连接，产能效率监测单元与光伏产能模块和控制模块均电性连接，光照强度监测单元用于监测光照强度，产能效率监测单元用于监测光伏产能模块的产能效率，均属于光伏领域成熟的现有技术，在此不再赘述。通过设置光照强度监测单元和产能效率监测单元，可以充分对光伏产能模块产出的电量进行监测和预估，进而对光伏产能模块产出的电能进行合理应用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (17)

1.储能电池加热控制方法，其特征在于，包括：

在预设的采集周期内，采集储能电池所处工作环境的环境温度数据以及储能电池上多个温控点位的状态温度数据；采集所述环境温度数据的方法包括：在所述工作环境中确定多个环境采样点，所有所述环境采样点分为多组，同组的所述环境采样点与所述储能电池之间的距离相等且方位不同；对每个所述环境采样点进行采集生成一个环境温度数组；

基于所有所述环境温度数组生成所述环境温度数据；

根据所述状态温度数据生成多个状态变化规律，所述状态变化规律与所述温控点位相对应；

根据所述环境温度数据和所述状态变化规律生成加热数据，加热数据根据温控点位对加热幅度的需求生成，加热数据用于表征加热幅度；当所述加热数据的数量达到预设的阶段阈值时，根据所有所述加热数据生成阶段加热规则，所述阶段加热规则包括阶段加热时长，所述阶段加热时长为所述采集周期的整数倍；

在下一个所述采集周期内，基于所述加热数据通过加热器件对储能电池进行加热，每个温控点位具有一个独立的加热数据，不同温控点位的加热数据不同，在基于加热数据对储能电池进行加热时，是针对每个温控点位和其对应的加热数据进行独立加热。

2.如权利要求1所述的储能电池加热控制方法，其特征在于，所述环境温度数据还包括多个环境变化规律，所述环境变化规律基于所述环境温度数组生成。

3.如权利要求1所述的储能电池加热控制方法，其特征在于，所述状态温度数据包括多个按照时间顺序排列的状态温度点值，所述状态变化规律包括多个状态变化数据，所述状态变化数据用于表征两个状态温度点值之间的差异度。

4.如权利要求1所述的储能电池加热控制方法，其特征在于，生成所述加热数据的方法包括：

根据所述环境温度数据和所述状态温度数据计算第一影响因子；

根据所述环境温度数据和所述状态变化规律计算第二影响因子；

所述第一影响因子和所述第二影响因子均与所述温控点位一一对应；

利用所述第一影响因子和所述第二影响因子对预设的基础加热参数进行修正得到目标加热参数；

将所有所述目标加热参数组合成所述加热数据。

5.如权利要求4所述的储能电池加热控制方法，其特征在于，对所述基础加热参数进行修正时，所述第一影响因子的权重大于所述第二影响因子的权重。

6.如权利要求4所述的储能电池加热控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

根据所述加热数据计算控制参数，所述控制参数用于控制所述加热器件的状态；

据所述控制参数控制所述加热器件启动，利用所述加热器件对储能电池进行加热。

7.如权利要求6所述的储能电池加热控制方法，其特征在于，所述控制参数包括多个元参数，所述元参数与所述加热器件一一对应。

8.如权利要求7所述的储能电池加热控制方法，其特征在于，所述元参数的计算方法为：

确定所述加热器件的特征参数；

根据所述加热数据的所述目标加热参数和所述特征参数生成所述元参数。

9.如权利要求7所述的储能电池加热控制方法，其特征在于，所述控制参数还包括功率分配参数，所述功率分配参数用于对所述元参数进行修正。

10.如权利要求9所述的储能电池加热控制方法，其特征在于，所述功率分配参数包括能源供给数据，所述能源供给数据用于表征所述加热器件能够获取的能源丰富度，当所述能源丰富度达到预设的供能阈值时扩大或者保持所述元参数，当所述能源丰富度未达到所述供能阈值时压缩所述元参数。

11.如权利要求10所述的储能电池加热控制方法，其特征在于，所述功率分配参数包括比例约束参数，当所述能源丰富度未达到所述供能阈值时，基于所述比例约束参数压缩所述元参数。

12.采用如权利要求1-11任一项储能电池加热控制方法的储能电池加热控制系统，其特征在于：包括控制模块和供电模块，所述控制模块电性连接有多个加热器件，所述加热器件用于对储能电池上的温控点位进行加热，所述供电模块用于向所述控制模块和所述加热器件供电。

13.如权利要求12所述的储能电池加热控制系统，其特征在于：所述加热器件与所述供电模块之间电性连接有至少一个控制开关，所述控制模块通过所述控制开关控制所述加热器件启动或者停止。

14.如权利要求13所述的储能电池加热控制系统，其特征在于：所述供电模块包括光伏产能模块，所述光伏产能模块用于产生电能，并且将电能供给给所述加热器件。

15.如权利要求14所述的储能电池加热控制系统，其特征在于：所述光伏产能模块电性连接有监测模块、第一状态切换模块和第二状态切换模块，并且所述监测模块、所述第一状态切换模块和所述第二状态切换模块均与所述控制模块电性连接，所述第一状态切换模块还与所述加热器件电性连接，所述第二状态切换模块还与储能电池电性连接。

16.如权利要求15所述的储能电池加热控制系统，其特征在于：所述监测模块包括光照强度监测单元和产能效率监测单元，所述光照强度监测单元与所述控制模块电性连接，所述产能效率监测单元与所述光伏产能模块和所述控制模块均电性连接。

17.如权利要求12所述的储能电池加热控制系统，其特征在于：所述加热器件设置为加热膜模块，所述加热膜模块固定贴合在储能电池的所述温控点位上。