CN117353430A - 一种基于储能温升特性约束的储能运行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于储能温升特性约束的储能运行控制方法，该方法采用储能运行控制系统进行工作，该系统包括蓄电池、温升检测模块、功率调节模块、电源、负载，所述蓄电池由若干个电池单元组成，所述温升检测模块用于检测各个电池单元的温度，所述功率调节模块用于调节各个电池单元的充电功率和放电功率，所述电源用于在充电时提供电能，所述负载为蓄电池释放电能的对象，所述温升检测模块包括温度传感器、温升分析模块、计时模块、充电功率检测模块、放电功率检测模块，所述温度传感器用于检测单个电池单元的温度，所述温升分析模块用于对温度进行分析，本发明，具有兼顾电池单元之间差异性的特点。
Description
技术领域
本发明涉及储能技术领域，具体为一种基于储能温升特性约束的储能运行控制方法。
背景技术
储能设备特别是电池的温度高低，既影响其充放电转换效率，系统整体运行效率，也影响电池的寿命。在储能运行中，特别是储能设备的空调系统（含液冷系统）不能有效的将温度控制在理想范围内时，控制储能充电功率和放电功率的大小，以及在充电和放电转换前，给予一定的静置降温时间，有利于提高效率、降低损耗和提高电池寿命。
但是现有技术采用的是整体功率控制和静置时间的策略，由于不同电池单元的温升特性略有不同，这种策略并不能很好地兼顾到电池单元之间的差异性，导致不能发挥最大的效率，使用寿命也参差不齐。因此，设计兼顾差异性的一种基于储能温升特性约束的储能运行控制方法是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于储能温升特性约束的储能运行控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于储能温升特性约束的储能运行控制方法，该方法采用储能运行控制系统进行工作，该系统包括蓄电池、温升检测模块、功率调节模块、电源、负载、空调系统，所述蓄电池由若干个电池单元组成，所述温升检测模块用于检测各个电池单元的温度，所述功率调节模块用于调节各个电池单元的充电功率和放电功率，所述电源用于在充电时提供电能，所述负载为蓄电池释放电能的对象。
根据上述技术方案，所述温升检测模块包括温度传感器、温升分析模块、计时模块、充电功率检测模块、放电功率检测模块，所述温度传感器用于检测单个电池单元的温度，所述温升分析模块用于对温度进行分析，判断是否需要进行功率调整和静置，所述计时模块用于计算电池温升的时间和静置的时间，所述充电功率检测模块用于实时测量电池单元的充电功率，所述放电功率检测模块用于实时测量电池单元的放电功率；
所述功率调节模块包括电流分流器、变阻器、功率计算模块、静置判断模块、通断单元、均衡器、平衡功率计算模块、电压检测单元，所述电流分流器用于通过调节分配到各个电池单元电流的方式对充电功率进行调整，所述变阻器用于调整每个电池单元串联的电阻的大小来对放电功率进行调整，所述功率计算模块用于根据不同的需要计算此时电池单元需要以何种充电功率和放电功率进行工作，所述静置判断模块用于根据电池单元的温升情况判断是否需要进行断电静置，所述通断单元用于控制电池单元是否接入系统，所述电压检测单元用于检测电池单元之间的电压差异，所述均衡器通过将电流从高电压电池单元转移到低电压电池单元来平衡电量，所述平衡功率计算模块用于确定平衡电量时高电压电池单元的输出功率。
根据上述技术方案，包括以下主要步骤：
S1、安装温度传感器在每个电池单元上，确保能够准确测量各个电池单元的温度变化；
S2、在电池进行充放电时，将温度传感器采集到的温度数据传输到温升分析模块；
S3、判断每个电池单元的温升情况，如果某个电池单元的温度高于设定的阈值，需要降低其充放电功率来降低温度；
S4、根据各个电池单元的温升情况对是否静置进行灵活调整，对于温升时间超过设定时间的电池单元，启用静置时间促进降温；
S5、当某个电池单元因为充电功率高而先于其他电池单元完成充电时，切断此电池单元的电源，防止过充现象，当某个电池单元因为放电功率高而先于其他电池单元完成放电时，则适当提高其他电池单元的放电功率，防止造成失压现象。
根据上述技术方案，上述步骤S3中，降低其充放电功率来降低温度的具体方法为：
S3-1、充电时，如果监测到某电池单元的温度到达充电温度阈值时，利用电流分流器调节此电池单元的输入电流，从而降低此电池单元的充电功率/>；
S3-2、放电时，如果监测到某电池单元的温度到达放电温度阈值时，调节与电池单元串联的变阻器的电阻来调节输出电流，从而降低此电池单元的放电功率/>。
根据上述技术方案，上述步骤S3-1和S3-2中，充电功率的具体调节方法为：，且/>，其中/>为单个电池单元的额定充电功率，/>为常数，/>为电池单元的实时温度，/>为单个电池单元的最小充电功率，放电功率/>的具体调节方法为：/>，且/>，其中/>为单个电池单元的额定放电功率，/>为单个电池单元的最小放电功率。
根据上述技术方案，上述步骤S4中，为了防止充电功率和放电功率/>在未充分调整的情况下就发生断电的情况，做出以下调整方法：充电和放电时实时记录电池单元的温度高于充电温度阈值/>的时间，即温升时间/>，当/>超过设定时间/>，充电时首先将充电功率/>降低至/>，放电时相应地将放电功率/>降低至/>，并重新记录温升时间/>，直到/>再次超过设定时间/>，此时切断此电池单元的电源对其进行静置，静置时间/>取决于充电时和放电时电池单元的实时温度/>，/>与充电温度阈值/>和放电温度阈值/>的差值越大，/>具体为：充电时静置时间/>，放电时静置时间/>。
根据上述技术方案，上述步骤S5中，适当提高其他电池单元的放电功率的具体方法为：实时计算所有正在工作的电池单元的放电总功率，其中/>为某电池单元放电结束前正在工作的电池单元数量，此时静置状态的电池单元仍然记为正在工作，当某电池单元结束工作时，其他的电池单元放电功率/>需平摊之前的放电总功率/>，具体为：
；
其中，为电池单元初始放电功率，即某电池单元放电结束前其他的电池单元放电功率，/>为电池单元的编号，表示具体是哪个电池单元，当某电池单元结束工作后，正在工作的电池单元数量为/>。
根据上述技术方案，上述步骤S5中，在温升高和温升时间长的电池单元静置时，首先检测各个电池单元之间的电压差异，再利用均衡器以低功率的形式将电流从高电压电池单元转移到低电压电池单元来平衡电量，使得各个电池单元的电压尽量均衡，以减少提高其他电池单元的放电功率时造成的温升现象，低功率/>的确定方法为：，其中/>为单位为安培的系数，/>为当前正处于静置状态的电池单元电压，/>为最低电压的电池单元当前的电压。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，在充电和放电时实时检测每个电池单元的温升特性，实时根据检测结果对电池单元的充放电功率进行调整，防止因为温度过高造成的系统运行效率降低的问题，此方法考虑到了蓄电池内不同电池单元的差异性，对温升进行更加精确的控制。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的整体模块结构示意图；
图2是本发明的电路原理示意图。
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。
请参阅图1和图2，本发明提供技术方案：一种基于储能温升特性约束的储能运行控制方法，该方法采用储能运行控制系统进行工作，该系统包括蓄电池、温升检测模块、功率调节模块、电源、负载、空调系统，蓄电池由若干个电池单元组成，温升检测模块用于检测各个电池单元的温度，功率调节模块用于调节各个电池单元的充电功率和放电功率，电源用于在充电时提供电能，负载为蓄电池释放电能的对象；
温升检测模块包括温度传感器、温升分析模块、计时模块、充电功率检测模块、放电功率检测模块，温度传感器用于检测单个电池单元的温度，温升分析模块用于对温度进行分析，判断是否需要进行功率调整和静置，计时模块用于计算电池温升的时间和静置的时间，充电功率检测模块用于实时测量电池单元的充电功率，放电功率检测模块用于实时测量电池单元的放电功率；
功率调节模块包括电流分流器、变阻器、功率计算模块、静置判断模块、通断单元、均衡器、平衡功率计算模块、电压检测单元，电流分流器用于通过调节分配到各个电池单元电流的方式对充电功率进行调整，变阻器用于调整每个电池单元串联的电阻的大小来对放电功率进行调整，功率计算模块用于根据不同的需要计算此时电池单元需要以何种充电功率和放电功率进行工作，静置判断模块用于根据电池单元的温升情况判断是否需要进行断电静置，通断单元用于控制电池单元是否接入系统，电压检测单元用于检测电池单元之间的电压差异，均衡器通过将电流从高电压电池单元转移到低电压电池单元来平衡电量，平衡功率计算模块用于确定平衡电量时高电压电池单元的输出功率；
包括以下主要步骤：
S1、安装温度传感器在每个电池单元上，确保能够准确测量各个电池单元的温度变化；
S2、在电池进行充放电时，将温度传感器采集到的温度数据传输到温升分析模块；
S3、判断每个电池单元的温升情况，如果某个电池单元的温度高于设定的阈值，需要降低其充放电功率来降低温度；
S4、根据各个电池单元的温升情况对是否静置进行灵活调整，对于温升时间超过设定时间的电池单元，启用静置时间促进降温；
S5、当某个电池单元因为充电功率高而先于其他电池单元完成充电时，切断此电池单元的电源，防止过充现象，当某个电池单元因为放电功率高而先于其他电池单元完成放电时，则适当提高其他电池单元的放电功率，防止造成失压现象；
上述步骤S3中，降低其充放电功率来降低温度的具体方法为：
S3-1、充电时，如果监测到某电池单元的温度到达充电温度阈值时，利用电流分流器调节此电池单元的输入电流，从而降低此电池单元的充电功率/>；
S3-2、放电时，如果监测到某电池单元的温度到达放电温度阈值时，调节与电池单元串联的变阻器的电阻来调节输出电流，从而降低此电池单元的放电功率/>；
上述步骤S3-1和S3-2中，充电功率的具体调节方法为：/>，且，其中/>为单个电池单元的额定充电功率，/>为常数，/>为电池单元的实时温度，为单个电池单元的最小充电功率，放电功率/>的具体调节方法为：，且/>，其中/>为单个电池单元的额定放电功率，/>为单个电池单元的最小放电功率；
当温度高是会大幅度降低功率，温度略高时会小幅度降低功率，便于根据检测的温度对功率进行适应性地调整，温度控制更加准确，功率也会尽可能保持最大化。
上述步骤S4中，为了防止充电功率和放电功率/>在未充分调整的情况下就发生断电的情况，做出以下调整方法：充电和放电时实时记录电池单元的温度高于充电温度阈值/>的时间，即温升时间/>，当/>超过设定时间/>，充电时首先将充电功率/>降低至/>，放电时相应地将放电功率/>降低至/>，并重新记录温升时间/>，直到/>再次超过设定时间/>，此时切断此电池单元的电源对其进行静置，静置时间/>取决于充电时和放电时电池单元的实时温度/>，/>与充电温度阈值/>和放电温度阈值/>的差值越大，/>具体为：充电时静置时间/>，放电时静置时间/>；
通过静置可以直接有效地降低电池单元的温度，这是针对于降低功率达不到想要的效果时才会采用的策略，是蓄电池安全工作的第二个保障，与前一个不会造成冲突。
上述步骤S5中，适当提高其他电池单元的放电功率的具体方法为：实时计算所有正在工作的电池单元的放电总功率，其中/>为某电池单元放电结束前正在工作的电池单元数量，此时静置状态的电池单元仍然记为正在工作，当某电池单元结束工作时，其他的电池单元放电功率/>需平摊之前的放电总功率/>，具体为：
；
其中，为电池单元初始放电功率，即某电池单元放电结束前其他的电池单元放电功率，/>为电池单元的编号，表示具体是哪个电池单元，当某电池单元结束工作后，正在工作的电池单元数量为/>；
由于温升特性的平衡原因，不同的电池单元放电功率会有不同，导致有的电池单元先于其他的放完电，此时这种调节方法可以尽量保持放电总功率趋近于相同，延长正常使用蓄电池的时间。
上述步骤S5中，在温升高和温升时间长的电池单元静置时，首先检测各个电池单元之间的电压差异，再利用均衡器以低功率的形式将电流从高电压电池单元转移到低电压电池单元来平衡电量，使得各个电池单元的电压尽量均衡，以减少提高其他电池单元的放电功率时造成的温升现象，低功率/>的确定方法为：/>，其中/>为单位为安培的系数，/>为当前正处于静置状态的电池单元电压，/>为最低电压的电池单元当前的电压。
均衡电池单元的电量也可以提高整个电池组的性能和稳定性，避免因为某个电池单元过度放电或充电而导致整个电池组失效的情况发生。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于储能温升特性约束的储能运行控制方法，其特征在于：该方法采用储能运行控制系统进行工作，该系统包括蓄电池、温升检测模块、功率调节模块、电源、负载、空调系统，所述蓄电池由若干个电池单元组成，所述温升检测模块用于检测各个电池单元的温度，所述功率调节模块用于调节各个电池单元的充电功率和放电功率，所述电源用于在充电时提供电能，所述负载为蓄电池释放电能的对象。
2.根据权利要求1所述的一种基于储能温升特性约束的储能运行控制方法，其特征在于：所述温升检测模块包括温度传感器、温升分析模块、计时模块、充电功率检测模块、放电功率检测模块，所述温度传感器用于检测单个电池单元的温度，所述温升分析模块用于对温度进行分析，判断是否需要进行功率调整和静置，所述计时模块用于计算电池温升的时间和静置的时间，所述充电功率检测模块用于实时测量电池单元的充电功率，所述放电功率检测模块用于实时测量电池单元的放电功率；
所述功率调节模块包括电流分流器、变阻器、功率计算模块、静置判断模块、通断单元、均衡器、平衡功率计算模块、电压检测单元，所述电流分流器用于通过调节分配到各个电池单元电流的方式对充电功率进行调整，所述变阻器用于调整每个电池单元串联的电阻的大小来对放电功率进行调整，所述功率计算模块用于根据不同的需要计算此时电池单元需要以何种充电功率和放电功率进行工作，所述静置判断模块用于根据电池单元的温升情况判断是否需要进行断电静置，所述通断单元用于控制电池单元是否接入系统，所述电压检测单元用于检测电池单元之间的电压差异，所述均衡器通过将电流从高电压电池单元转移到低电压电池单元来平衡电量，所述平衡功率计算模块用于确定平衡电量时高电压电池单元的输出功率。
3.根据权利要求2所述的一种基于储能温升特性约束的储能运行控制方法，其特征在于：包括以下主要步骤：
S1、安装温度传感器在每个电池单元上，确保能够准确测量各个电池单元的温度变化；
S2、在电池进行充放电时，将温度传感器采集到的温度数据传输到温升分析模块；
S3、判断每个电池单元的温升情况，如果某个电池单元的温度高于设定的阈值，需要降低其充放电功率来降低温度；
S4、根据各个电池单元的温升情况对是否静置进行灵活调整，对于温升时间超过设定时间的电池单元，启用静置时间促进降温；
S5、当某个电池单元因为充电功率高而先于其他电池单元完成充电时，切断此电池单元的电源，防止过充现象，当某个电池单元因为放电功率高而先于其他电池单元完成放电时，则适当提高其他电池单元的放电功率，防止造成失压现象。
4.根据权利要求3所述的一种基于储能温升特性约束的储能运行控制方法，其特征在于：上述步骤S3中，降低其充放电功率来降低温度的具体方法为：
S3-1、充电时，如果监测到某电池单元的温度到达充电温度阈值时，利用电流分流器调节此电池单元的输入电流，从而降低此电池单元的充电功率/>；
S3-2、放电时，如果监测到某电池单元的温度到达放电温度阈值时，调节与电池单元串联的变阻器的电阻来调节输出电流，从而降低此电池单元的放电功率/>。
5.根据权利要求4所述的一种基于储能温升特性约束的储能运行控制方法，其特征在于：上述步骤S3-1和S3-2中，充电功率的具体调节方法为：/>，且，其中/>为单个电池单元的额定充电功率，/>为常数，/>为电池单元的实时温度，为单个电池单元的最小充电功率，放电功率/>的具体调节方法为：，且/>，其中/>为单个电池单元的额定放电功率，/>为单个电池单元的最小放电功率。
6.根据权利要求5所述的一种基于储能温升特性约束的储能运行控制方法，其特征在于：上述步骤S4中，为了防止充电功率和放电功率/>在未充分调整的情况下就发生断电的情况，做出以下调整方法：充电和放电时实时记录电池单元的温度高于充电温度阈值/>的时间，即温升时间/>，当/>超过设定时间/>，充电时首先将充电功率/>降低至/>，放电时相应地将放电功率/>降低至/>，并重新记录温升时间/>，直到/>再次超过设定时间/>，此时切断此电池单元的电源对其进行静置，静置时间/>取决于充电时和放电时电池单元的实时温度/>，/>与充电温度阈值/>和放电温度阈值/>的差值越大，/>具体为：充电时静置时间，放电时静置时间/>。
7.根据权利要求6所述的一种基于储能温升特性约束的储能运行控制方法，其特征在于：上述步骤S5中，适当提高其他电池单元的放电功率的具体方法为：实时计算所有正在工作的电池单元的放电总功率，其中/>为某电池单元放电结束前正在工作的电池单元数量，此时静置状态的电池单元仍然记为正在工作，当某电池单元结束工作时，其他的电池单元放电功率/>需平摊之前的放电总功率/>，具体为：
；
其中，为电池单元初始放电功率，即某电池单元放电结束前其他的电池单元放电功率，/>为电池单元的编号，表示具体是哪个电池单元，当某电池单元结束工作后，正在工作的电池单元数量为/>。
8.根据权利要求7所述的一种基于储能温升特性约束的储能运行控制方法，其特征在于：上述步骤S5中，在温升高和温升时间长的电池单元静置时，首先检测各个电池单元之间的电压差异，再利用均衡器以低功率的形式将电流从高电压电池单元转移到低电压电池单元来平衡电量，低功率/>的确定方法为：/>，其中/>为单位为安培的系数，/>为当前正处于静置状态的电池单元电压，/>为最低电压的电池单元当前的电压。
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