CN117393924A - 一种储能电池模组温度管理系统、方法及储能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种储能电池模组温度管理系统、方法及储能系统，该系统中温度采集装置通过测温光纤采集电池模组上预设温度检测点处的温度数据；EMS根据所述温度数据、热量分布层信息、温度变化趋势信息，发送温度控制指令给液冷系统，以调节电池模组的温度至预设温度。本发明采用光纤测温，布置方式灵活简单，可实现电池模组温度数据的精确采集；液冷系统执行温度变频调整指令，对电池簇整体温度进行调整和/或对单个电池模组的局部温度进行调整，使电池模组的温度调节至预设温度，保证了所有电池模组的温度一致性。

Description

一种储能电池模组温度管理系统、方法及储能系统
技术领域
本发明实施例涉及储能电池温度管理技术领域，尤其涉及一种储能电池模组温度管理系统、方法及储能系统。
背景技术
随着储能技术的不断发展和成本的不断下降，储能日益成为新型电力系统的核心环节之一。对于源侧，储能可以存储可再生电能，弥补可再生能源的间歇性，确保持续供电；对于网侧，储能可以平衡电网负载，提高电网稳定性，减少能源浪费，并降低能源供需不平衡对电网的影响；对于荷侧，储能在家庭智慧用电、绿色交通和电动汽车充电桩等领域具有广泛应用前景。
储能电池模组持续的充电或放电（简称充放电）会产生热量并向其他的电池模组传递，由于储能系统中电池排布紧密且环境相对封闭，电池热量更容易集聚导致温度逐渐上升至过热状态，触发热滥用，此时电池内部放热更大，从而导致热失控。此外，在低温工作时电池的容量和工作电压会明显降低，并能够导致锂枝晶产生及电池老化。因此，储能电池簇的温度管理对安全和寿命非常关键。现有的储能电池簇温度管理方案中，传感系统以电池管理系统（Battery Management System，BMS）为主，电池管理系统集成了温度采样传感器、电流采样传感器以及电压采样传感器等元件，实时监测电池的状态并对异常状态采取预警保护措施，可以从源头避免电池热失控的问题，提高储能系统的安全性、可靠性；执行系统主要采用风冷或液冷技术，但风冷无法满足大规模储能电池温度管理需求，近年液冷技术逐渐成为储能电池温度管理的研究热点。与风冷技术相比，液冷技术能够实现更高的散热效率和更低的噪音水平，在噪声方面远远小于风冷系统，特别适用于高功率、高能量密度的储能系统。此外，在电池管理系统以外，能量管理系统（Energy Management System，EMS）通过热电偶、红外探测器、综合数据采集模块等装置采集环境及电池表面的温度。
但是，上述储能电池簇温度管理方案存在如下不足：一.温度数据可靠性差：电池管理系统和能量管理系统均通过热电偶、红外探测器等传统的温度采集模块采集待控制电池模组的温度数据，不仅成本高，线路复杂，而且温度检测误差普遍超过±1.5℃，误差大，无法为储能电池簇温度的精确控制提供数据支撑；二. 无法有效改善电池模组温度一致性：储能电池簇中位于中间位置的电池PACK，由于受到上下两边的热传导，温度要高于边缘侧电池PACK的温度；同时，在采用并联管路的液冷方式时，受到重力影响，位于上边位置的电池模组的流速及降温效率要低于下边位置的流速及降温效率，而现有储能电池簇温度管理方案并无法解决上述不同位置电池簇之间的温差问题，无法有效改善电池模组温度一致性；三. 传统方式采用固定温度控制方式，液冷机组通过4种工作模式（关机、自循环、制冷、制热）实现温度管理：
1、当温度超过预设温度的阈值极限时，制冷压缩机或电加热（即制冷元件或制热元件）启动，进入制冷或制热模式，此时液冷机组工作在最大出力情况下；
2、经过制冷或制热元件的工作，电池温度反向达到预设温度的下限阈值时，制冷或制热元件延时停止工作，水泵继续工作，进入自循环模式；
3、当温度重新超过预设温度的阈值极限时，制冷压缩机或电加热（即制冷元件或制热元件）再次启动，重新进入制冷或制热模式；
4、如果温度始终没有超过预设温度的阈值极限时，保持初始关机状态。
采用该固定温度控制方式存在以下问题：
通过设置上下阈值来实现温度控制，如果设置阈值比较小，容易造成压缩机反复启停，能耗比较高，频繁的开关也会导致压缩机容易损坏；如果设置阈值比较大，容易导致电池温度出现大的波动，影响电池的寿命。
以上问题亟待解决。
发明内容
为解决相关技术问题，本发明提供一种储能电池模组温度管理系统、方法及储能系统，来解决以上背景技术部分提到的问题。
为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种储能电池模组温度管理系统，该系统包括：
温度采集装置，用于通过测温光纤采集电池模组上预设温度检测点处的温度数据；
EMS，用于获取包括但不限于：电池模组上预设温度检测点处的实时温度数据、运行状态信息，以及生成电池簇内部的热量分布层信息、温度变化趋势信息，并根据所述温度数据、热量分布层信息、温度变化趋势信息发送温度控制指令给液冷系统，以调节电池模组的温度至预设温度；
当电池簇中单个电池模组的温度不能调节至预设温度时，所述EMS及时预警并切断该电池模组所在电池簇。
作为一种可选的实施方式，所述液冷系统用于接收所述EMS发出的温度控制指令，执行电池簇整体温度调整动作和/或单个电池模组的局部温度调整动作，调节所述电池簇和电池模组的温度调节至预设温度；所述液冷系统可用于至少一个电池簇的温度调节，当多个并联电池簇共用一个所述液冷系统时，所述液冷系统执行多个电池簇温度调整动作和/或单个电池模组的局部温度调整动作。
作为一种可选的实施方式，所述EMS基于所述实时温度数据、电池簇充/放电过程中的所述温度变化趋势信息，发送用于控制液冷系统产生变频动作的温度调节指令；所述液冷系统用于接收EMS基于所述实时温度数据、温度变化趋势信息所发送的变频动作指令并执行电池簇整体温度调整动作，包括：调节水泵的转速以控制冷媒的流量和/或调整冷媒的出水温度。
作为一种可选的实施方式，所述EMS基于所述温度数据、温度变化趋势信息、电池簇内部的热量分布层信息，发送局部模组温度调节指令给所述液冷系统；所述液冷系统用于接收基于所述温度数据、温度变化趋势信息、电池簇内部的热量分布层信息发送的局部模组温度调节指令，并执行针对电池模组的局部温度调整动作，包括：调节冷媒进入分支管路的流量。
作为一种可选的实施方式，所述液冷系统执行电池模组局部温度调整动作，调节冷媒进入分支管路的流量，具体包括：控制液冷分支管路上的电磁阀的工作压差或流经所述电磁阀的冷媒速度，完成对冷媒进入分支管路的流量调节。
第二方面，本发明实施例提供了储能电池模组温度管理方法，上述第一方面实施例任一项所述的提供储能电池模组温度管理系统，
其中，所述温度采集装置通过测温光纤采集电池簇中各电池模组上预设温度检测点处的实时温度数据；
其中，所述EMS与所述温度采集装置通信，获取所述温度采集装置反馈的实时温度数据、电池簇的运行状态，生成电池簇内部的热量分布层信息、温度变化趋势信息，所述EMS基于所述实时温度数据、温度变化趋势信息、热量分布层信息以及热交换量，发送温度调节指令至所述液冷系统，液冷系统执行电池簇整体温度调整动作和/或单个电池模组的局部温度调整动作，使所述电池模组的温度调节至预设温度。
作为一种可选的实施方式，所述EMS基于所述实时温度数据、温度变化趋势信息、热量分布层信息以及热交换量，发送温度调节指令至所述液冷系统，液冷系统执行电池簇整体温度调整动作和/或单个电池模组的局部温度调整动作，包括：
所述EMS判断电池簇是否处于充/放电运行状态，若是则判断实时环境温度是否高于环境温度阈值，若是则进入制冷模式；
所述EMS基于电池簇的充/放电程度继续判断温度变化趋势，根据所述温度变化趋势发出温度调节指令给液冷系统；
所述液冷系统基于所述EMS的指令产生变频动作，包括：调节水泵的转速以控制冷媒的流量和/或调整冷媒的出水温度，执行对电池簇整体温度的动作，使所述电池组的温度调节至预设温度；
当多个并联电池簇共用一个液冷系统时，液冷系统根据所述EMS的指令执行多个电池簇温度调整动作和/或单个电池模组的局部温度调整动作。
作为一种可选的实施方式，当所述液冷系统基于所述EMS的指令执行单个电池模组的局部温度调整动作时，所述EMS根据温度数据、温度变化趋势信息、热量分布层信息发送温度调节指令给液冷系统，所述液冷系统基于所述EMS的温度调节指令，执行针对电池模组的局部温度调整动作；当所述液冷系统执行所述温度调节指令后，任一电池模组的实时温度超出预设温度时，所述EMS产生及时预警并切断该电池模组所在的电池簇。
作为一种可选的实施方式，所述EMS基于电池簇生命周期内的热管理仿真模型，自动控制液冷系统实现电池簇的变频降温和/或电池模组的局部调温；所述热管理仿真模型基于实时温度数据、温度变化趋势信息、热量分布层信息以及热交换量不断的自适应学习，建立热管理仿真模型的最优模型，
热管理仿真模型采用PID方式来计算温度调节指令，设定期望达到的温度目标与实时温度数据之间的误差为，则通过调节冷媒流速实现温度调节指令的计算公式为：
其中，表示t时刻的目标温度，/>表示t时刻的实时温度；
表示冷媒的流速，/>将作为温度变化趋势，/>是比例调节系数，/>是积分调节系数，/>是微分调节系数，当温升趋势较快时，/>在整个温度调节指令占比增加，即增加流速，将使液冷系统增加出力；
同时，进行变冷媒流速控制的过程中，同步预测电池的发热量以及目前的制冷量，判断是否启动压缩机，
预测电池的发热量，可以通过神经网络从电池历史测试数据中获得，也可以建立电池等效比热容，根据电池的温度变化来进行预测：
根据上述公式可以计算当前电池的发热量计算目前制冷量：
式中，表示电池热量变化（J），/>表示温度变化（K或℃），/>表示升温的时间（s），/>表示电池的质量（kg）；
表示制冷量（J），/>表示制冷功率（W），/>为液冷系统的出水温度（K或℃），为回水温度（K或℃），/>为冷媒的质量流量（kg/s），/>为冷媒的比热容（J/(kg·K)或J/(kg·℃），基于该公式能确定带走的散热量，即热交换量；
当时，需要压缩机提高频率补充制冷量，其中/>为常数，一般小于等于1。
第三方面，本发明实施例提供了一种储能系统，该系统包括储能电池模组和上述第一方面实施例任一项所述的提供储能电池模组温度管理系统。
本实施例提出的技术方案采用光纤测温，不仅布置方式灵活简单，而且可实现电池模组温度数据的精确采集，解决了传统电池模组温度管理中温度采集方案存在的问题。本实施例提出的技术方案中EMS根据温度数据、电池簇内部的热量分布层信息、温度变化趋势信息等发送温度变频调整指令给液冷系统，液冷系统执行温度变频调整指令，对电池簇整体温度进行调整和/或对单个电池模组的局部温度进行调整，使电池模组的温度调节至预设温度，保证了所有电池模组的温度一致性，解决了现有电池模组温度管理方案存在的问题。
附图说明
为了更清楚地说明及理解本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明背景技术、实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的储能电池模组温度管理系统结构原理图；
图2为本发明关于实施例一中储能电池模组液冷系统的架构图；
图3为本发明实施例一提供的储能电池模组温度管理系统的电气框架原理图；
图4为本发明实施例一提供的储能电池与外部母线之间连接有双向开关的电气图；
图5为图4中双向控制开关S的电气结构图；
图6为依据图4、图5中双向控制开关S的状态判断电池充/放电状态的流程图；
图7为电池处于充/放电状态时的温度调制的流程图；
图8为温度调制的具体的流程图，确切的说根据电池的放电程度控制液冷系统，进行整体机柜的温度调节；
图9为局部位置温度调节的流程图，确切的说是根据电池不同放电程度的温度，控制局部电池降温；
图10为基于PID热管理模型的原理图；
图11为本发明实施例二提供的储能电池模组温度管理方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，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，本领域技术人员在没有作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。
实施例一
请参考图1所示，图1为本发明实施例一提供的储能电池模组温度管理系统结构原理图。如图中所示，本实施例中储能电池模组104温度管理系统100包括：
温度采集装置101，用于通过测温光纤采集电池模组104上预设温度检测点处的温度数据；
EMS102，用于获取包括但不限于：电池模组104上预设温度检测点处的实时温度数据、运行状态信息，以及生成电池簇内部的热量分布层信息、温度变化趋势信息，并根据温度数据、热量分布层信息、温度变化趋势信息发送温度控制指令给液冷系统103，以调节电池模组104的温度至预设温度；
当电池簇中单个电池模组104的温度不能调节至预设温度时，EMS102及时预警并切断该电池模组104所在电池簇。
示例性的，液冷系统103用于接收EMS102发出的温度控制指令，执行电池簇整体温度调整动作和/或单个电池模组104的局部温度调整动作，调节电池簇和电池模组104的温度调节至预设温度；液冷系统103可用于至少一个电池簇的温度调节，当多个并联电池簇共用一个液冷系统103时，液冷系统103执行多个电池簇温度调整动作和/或单个电池模组104的局部温度调整动作。
示例性的，EMS102基于实时温度数据、电池簇充/放电过程中的温度变化趋势信息，发送用于控制液冷系统103产生变频动作的温度调节指令；液冷系统103用于接收EMS102基于实时温度数据、温度变化趋势信息所发送的变频动作指令并执行电池簇整体温度调整动作，包括：调节水泵的转速以控制冷媒的流量和/或调整冷媒的出水温度。
示例性的，EMS102基于温度数据、温度变化趋势信息、电池簇内部的热量分布层信息，发送局部模组温度调节指令给液冷系统103；液冷系统103用于接收基于温度数据、温度变化趋势信息、电池簇内部的热量分布层信息发送的局部模组温度调节指令，并执行针对电池模组104的局部温度调整动作，包括：调节冷媒进入分支管路的流量。
示例性的，液冷系统103执行电池模组104局部温度调整动作，调节冷媒进入分支管路的流量，具体包括：控制液冷分支管路上的电磁阀的工作压差或流经电磁阀的冷媒速度，完成对冷媒进入分支管路的流量调节。
在本实施例中，温度采集装置101采用测温光纤。测温光纤采用但不限于双包层光纤，横截面从内向外分别为：纤芯、内包层、外包层以及保护层，纤芯折射率大于内包层折射率、内包层折射率大于外包层的折射率，纤芯用于传输单模信号光，测温光纤的纤芯上通过相位掩模法刻写有多个不同中心波长的光纤光栅，光源发出的光耦合进光纤并经光纤进入调解仪。当温度发生变化时，进入到光信号的光学性质发生变化，出来的光信号成为被调制的信号光，再经过光纤送入光探测器而获得温度的变化，光探测器与EMS102通信，将电池模组104的温度数据上传至EMS102。
在本实施例中储能电池模组104温度管理系统100采用光纤测温，取代传统传感器的优点如下：1）采用无源系统，不受电磁干扰，更适合于有电力电子的场合；2）测温光纤为防静电阻燃材料，光纤测温为无源方式，具备本质安全；3）可以在同一根线上实现多个点的采样，更容易部署；解决传统电池传感器接头点位和分段数较多，点式测温手段成本较高的问题；4）能够精确定位热源位置，立体感知相邻电池模组104的温度变化，为储能电池模组104温度管理提供可靠的数据基础。
具体的，测温光纤分布于液冷电池模组104的外部，通过卡扣或扎带固定在电池模组104的外壳上，在实际应用中优选通过卡扣固定。可以单个电池模组104的外壳上布设一根测温光纤，或者多个电池模组104共用一根测温光纤，当电池模组104的温度改变，会引起反射光谱波长变化，该变化被解调仪检测并通过光探测器获取后传输给EMS102。需要说明的是，在多个电池模组104共用一根测温光纤时，根据光纤光信号发生变化的长度进行标定确定对应的模组。
在本实施例中，图2所示，液冷系统103包括但不限于控制机组、液冷主管路、液冷分支管路，电池模组104的底部设置液冷板，液冷分支管路铺设于液冷板内部，多个液冷分支管路可以为并联方式，与液冷主管路相连通，例如如果两个电池簇并联共用一个液冷系统103，则可通过三通阀分为两路液冷分支管路，从而对各电池簇进行降温；在液冷分支管路的出口处布局至少一个光纤检测点，实时采集冷媒对电池模组104降温后的温度值。
在本实施例中，电池模组104外部布设多个卡扣，卡扣布置的位置匹配光纤的走向，测温光纤被限制在卡扣中，例如但不限于，测温光纤可以在电池模组104壳体上呈S型敷设；每个电池模组104的壳体表面都设置有温度检测点，分别对应测温光纤上的光栅位置，优选的，本实施例中通过高温胶体将光栅和电池模组104表面的检测点紧密粘连。值得一提的是，在电池模组104上的测温光纤布设具有以下特点：测温点（即温度检测点）的密度分配适配电池模组104的温度分布情况，热量较集中的区域分布的测温点较多，并随散热性能的逐渐升高而减少测温点的布置密度。实际应用中，考虑到电池柜中位于中心位置的电池模组104散热能力低于靠近边缘侧的电池模组104的散热能力，热量较为集中，所以，为了提高采样精度，在热量较为集中的区域具有较为密集的光纤采样点即测温点。
具体的，对于电池模组104的温度检测点设计如下：在电池模组104底部布置液冷板，液冷板内部布设液冷分支管路，液冷分支管路与液冷主管路相通，且多个分支管路采用并联方式，考虑到热量在中间部分较为集中的问题，在本实施例中，在部分液冷分支管路与液冷主管路的连接处设置单独的电磁阀，通过EMS102控制电磁阀。为了实时反馈电池模组104的液冷降温情况，在多个液冷分支管路上布设测温光纤，光纤的光栅位置匹配在各个液冷分支管路的出口处，用于实时检测各个液冷分支管路出水温度。
具体的，如图3所示，建立EMS102与电池模组104、测温光纤的光栅、液冷系统103、电磁阀等电气元件的关系，具体如下：
建立每个电池模组104外部的位置关系与光栅的对应关系，并将对应关系导入到EMS102内部，如左侧对应有光纤检测点/>、光纤检测点/>，/>右侧对应有光纤检测点/>、光纤检测点/>，其中/>表示/>左侧第一个光纤温度检测点，/>表示/>左侧第二个光纤温度检测点；/>表示/>右侧第一个光纤温度检测点，/>则表示/>右侧第二个光纤温度检测点。
建立液冷分支管路、电磁阀、电池模组104以及位于液冷分支管路上光纤检测点的对应关系并记录于EMS102内，如：电池模组104对应分支管路为/>、对应电磁阀为/>以及对应液冷分支管路出口的光纤检测点为/>。
建立EMS102与光纤组件、液冷系统103中控制机组、电磁阀的通信关系，如通过总线建立通信，完成数据的上传以及指令的下发。
设置液冷系统103的工作模式：M1为关机、M2对应自循环工作模式、制冷模式为M3、制热模式则为M4。
具体的，通过搭建电池模组104的热管理仿真模型，如CFD仿真模型，并基于该热管理仿真模型的仿真结果生成电池模组104的初步温度管理方案，EMS102根据该管理方案，基于储能系统的状态和温度控制液冷系统103的出水温度、流速和电磁阀的大小，实现电池模组104的温度调节，具体过程如下：
判断储能电池的充放电状态：如图4所示，储能电池与外部母线之间连接有双向的控制开关S，图5所示，双向控制开关S包含MOS开关管S1、MOS开关管S2，S1、S2共源极连接，S1、S2的漏极分别连接在储能电池侧、电网侧，双向控制开关S的通断状态对应储能电池的工作状态；如图6所示，当S1、S2都截止时，电池处于待机状态；当S1导通且S2截止时，储能电池处于充电；相反的，则储能电池处于放电状态。
当储能电池处于充/放电过程时，如图7所示，进一步判断当前环境温度：EMS102设定阈值温度T1、T2，当环境温度大于T1且小于T2时，认为是室温；当环境温度小于T1时，表示为低温环境，当处于低温环境且储能电池处于充/放电状态时，EMS102控制液冷系统103进入到制热模式M4，使储能电池的温度处于室温环境；当环境温度高于T2时，表示处于高温环境，当当前温度高于T2时，EMS102控制液冷系统103进入到制冷模式；T1和T2可根据电池厂家提供的电池适宜工作温度确定，T1选下限，T2选上限。
当液冷系统103进入到制冷模式时，如图8所示，继续判定电池的状态充/放电程度，分别包括：电池充电初期、电池充电中期和电池充电后期。电池充放电的循环次数、充放电的不同程度、充放电的不同方式，都会引起电池模组104温度变化趋势的改变，结合CFD的仿真模型能够看出基于生命周期内电池充放电时动态的温度变化趋势以及液冷系统103在不同流速下降温的效果。
本实施例采用变频温度管理，通过高精度的温度跟踪，保持压缩机以低频方式正常工作，而通过水泵流速的变化来改变制冷量；当计算发现现有最大制冷量不足以满足预测热量时，再控制压缩机中等频率补充制冷量；再恢复低频工作状态。具体的，EMS102根据电池的充放电程度调节水泵的电机频率从而控制水泵的转速，示例性的，可通过发送不同占空比的方波信号给水泵的电机，以此实现调节水泵的转速，另外，对于处于温度急剧增加的阶段，EMS102还将控制液冷系统103降低冷媒的出水温度，以实现大流量、更低温度冷媒与电池模组104的热交换。例如，以电池放电为例，电池放电初期的温度曲线为逐步上升的，采用60%-70%占空比的PWM控制电机频率实现调节水泵的转速，以此控制冷媒的流量；放电中期的温度曲线为逐步平稳且慢慢有所下降的趋势，此时PWM波的占空比为50%；而到了放电后期，由于电池内阻变大使得温度急剧增加，此时将PWM波的占空比进一步提高到至少80%，且同时还要降低冷媒的温度，以提高热交换效率。
具体的，对于单个电池模组104的温度调节：当液冷系统103对储能电池模组104进行降温时，通过对冷媒温度、流量整体控制对设备进行整体降温，由于位于中间位置的电池模组104散热能力低于边缘侧散热能力，所以本实施例考虑温度的分布，还需对多个电池模组104进行局部的温度调节，进一步提高温度较高区域的储能电池模组104的热交换能力，保持电池系统温度的一致性，过程如下：
利用测温光纤实时采集电池模组104表面的温度，并反馈至EMS102，EMS102生成匹配电池充放电的程度的局部温度调整控制策略，例如可以基于CFD仿真模型的仿真结果生成局部温度调整控制策略，具体如下：通过控制液冷分支管路上的电磁阀的工作压差或流速，调节冷媒进入分支管路的流量；在本实施例中如果电磁阀与EMS102的通讯出现中断，辅助芯片给电磁阀信号使电磁阀保持完全敞开，防止冷媒无法进入电池PACK造成电池过热。而且，若同一侧面分布多个采样点，可以求解多个采样点的平均值以作为该电池模组104当前的温度。
具体的，热管理仿真模型采用PID方式来计算温度调节指令，设定期望达到的温度目标与实时温度数据之间的误差为，则通过调节冷媒流速实现温度调节指令的计算公式为：
其中，表示t时刻的目标温度，/>表示t时刻的实时温度；
表示冷媒的流速，/>将作为温度变化趋势，/>是比例调节系数，/>是积分调节系数，/>是微分调节系数，当温升趋势较快时，/>在整个温度调节指令占比增加，即增加流速，将使液冷系统103增加出力；
同时，进行变冷媒流速控制的过程中，同步预测电池的发热量以及目前的制冷量，判断是否启动压缩机，
预测电池的发热量，可以通过神经网络从电池历史测试数据中获得，也可以建立电池等效比热容，根据电池的温度变化来进行预测：
式中，表示电池热量变化（J），/>表示温度变化（K或℃），/>表示升温的时间（s），/>表示电池的质量（kg）；
具体的，基于分支管路的出口温度，计算制冷量：
式中，表示制冷量（J）,/>表示制冷功率（W），/>为测温光纤采集的分支管路的出口温度（K或℃），/>为冷媒进入管路的温度（K或℃），/>为冷媒的质量流量（kg/s），/>为冷媒的比热容（J/(kg·K) 或J/(kg·℃），基于该公式确定带走的散热量，即热交换量。当/>时，需要压缩机提高频率补充制冷量，其中/>表示制冷系数，/>为常数，一般小于等于1。
通过电磁阀调节进入到液冷分支管路的冷媒的质量流量：
1)电磁阀选用速度调节阀，通过控制流体的速度，实现对冷媒介质进入到液冷分支管路的质量流量：
表示冷媒介质密度(kg//>)，/>表示体积流量/>，/>表示流速（m/s）,S表示管路横截面积/>。
如图9所示，在电池放电过程中，采用速度调节阀进行液冷分支管路的流量控制，通过判断当前的最大温差，实现对速度调节阀的单独控制：温差曲线在放电的前期、中期和后期的温差曲线为：上升、下降、上升，所以对于放电前期温差上升阶段，以一个电池串为例，六个电池模组104中和/>的温度最高，/>和/>的温度最低，通过调速阀减少低温区域的液体流速、同时提高/>和/>的电磁阀的流体速度，以增加液冷分支管路内的冷媒流量。
对于放电中期，若是不干涉并联分支管路的冷媒流量分配，会出现底部大流量、顶部小流量的情况，所以本实施例加大底部液冷分支管路的阻力，如减少底部分支管路的流体速度，从而提高分支管路的流量的一致性；
对于放电后期，温差再次上升，此时增加通过和/>电磁阀的流体速度，同时增加冷媒进入底部液冷分支管路的阻力以降低流体的速度，减少冷媒进入底部分支管路内的流量。
2)或者可配合使用压力调节器，用于调节电磁阀的进出口压差，以实现调节液体流量：
式中，表示电磁阀的通流量体积流量（/>），/>表示流量系数，/>表示电磁阀进出口的压差（psi，lbf/in2），/>表示冷媒的比重，水的比重为1；
由于一般采用英制单位，因此在计算后需要进行单位换算：
表示换算后的电磁阀的通流量体积流量/>；
在本实施例中，使用压力调节器调节电磁阀的进出口压力差，提高了冷媒体积流量，提高了该液冷分支管路与电池模组104的热交换量。
需要说明的是，无论是采用调速阀还是压力调节器局部调节液冷分支管路的流量，在主管路冷媒流量不变的情况下，需要考虑整体的控制，即：提高部分液冷分支管路流速或压力差的同时，增加其他液冷分支管路的阻力。
具体的，如图10所示，本实施例中液冷系统103的控制采用PID控制，基于热管理仿真模型，设定环境温度的室温环境阈值、各个电池模组104充/放电不同状态时的散热/发热的上、下限阈值，当控制指令为散热/发热上限阈值时，EMS102控制液冷机组工作在最大制冷量/制热量；当控制指令为散热/发热下限阈值时，EMS102控制液冷机组使系统维持在最小工作状态，散热量/发热量的计算、调节制冷量/制热量参照上文所述。
当测温光纤测得的环境温度超出下限阈值，EMS102控制液冷系统103进入到制冷或制热模式，使电池模组104处于最适宜的环境温度。以液冷进入到制冷模式且处于充/放电过程中为例，EMS102基于热管理仿真模型，并根据光纤反馈的实时温度所得到的温升曲线，EMS102针对不同充放电状态时温升趋势，控制液冷机组工作，包括：控制水泵电机的开关频率和/或液冷系统103的出水温度，以实现对储能系统整体的降温。考虑到电池充/放电过程中，由于相互间的干涉问题，导致中间位置与边缘侧的储能模组之间存在温度差，且随着充/放电过程的变化，温差也随之波动，EMS102基于储能系统整体降温的同时，控制液冷分支管路上的电磁阀工作，调整局部的热交换量：通过控制调速阀来调节冷媒介质进入到液冷分支管路的速度，从而改变冷媒的体积流量以及质量流量，以实现制冷量提高；或者使用压力调节器改变电磁阀的进出口压差，以改变液冷分支管路中冷媒的体积流量。利用智能PID控制，实现对制冷循环的精确调节，根据室内外温度以及对电池温度范围控制的需求，动态地调整冷水机组的制冷效果，以实现更加精确的温度控制和能耗优化。而且，在测温光纤感知到电池模组104温度超高、温度变化曲线过快或者温差过大时，将控制液冷系统103快速输出最大冷量，避免电池模组104温度超过安全范围，确保电池正常工作。其中，温度超高，即超过电池正常工作范围阈值，一般来自于电池规格书，比如电池充电工作温度不超过50℃，电池放电工作温度不超过55℃；
温度变化曲线过快，即超过散热系统的现有制冷功率，单位为W；
温差过大，指一簇内任意两个模块的温度差超过正常工作范围阈值，一般规定温度差不超过2℃或3℃。
实施例二
请参考图11所示，图11为本发明实施例二提供的储能电池模组温度管理方法流程示意图。
本实施例中储能电池模组温度管理方法200提供上述实施例一中的储能电池模组温度管理系统100，包括：
S201.温度采集装置通过测温光纤采集电池簇中各电池模组上预设温度检测点处的实时温度数据；
S202.EMS与温度采集装置通信，获取温度采集装置反馈的实时温度数据、电池簇的运行状态，生成电池簇内部的热量分布层信息、温度变化趋势信息，EMS基于实时温度数据、温度变化趋势信息、热量分布层信息以及热交换量，发送温度调节指令至液冷系统，液冷系统执行电池簇整体温度调整动作和/或单个电池模组的局部温度调整动作，使电池模组的温度调节至预设温度。
示例性的，EMS基于实时温度数据、温度变化趋势信息、热量分布层信息以及热交换量，发送温度调节指令至液冷系统，液冷系统执行电池簇整体温度调整动作和/或单个电池模组的局部温度调整动作，包括：
EMS判断电池簇是否处于充/放电运行状态，若是则判断实时环境温度是否高于环境温度阈值，若是则进入制冷模式；
EMS基于电池簇的充/放电程度继续判断温度变化趋势，根据温度变化趋势发出温度调节指令给液冷系统；
液冷系统基于EMS的指令产生变频动作，包括：调节水泵的转速以控制冷媒的流量和/或调整冷媒的出水温度，执行对电池簇整体温度的动作，使电池组的温度调节至预设温度；
当多个并联电池簇共用一个液冷系统时，液冷系统根据EMS的指令执行多个电池簇温度调整动作和/或单个电池模组的局部温度调整动作。
示例性的，当液冷系统基于EMS的指令执行单个电池模组的局部温度调整动作时，EMS根据温度数据、温度变化趋势信息、热量分布层信息，发送温度调节指令给液冷系统，液冷系统基于EMS的温度调节指令，执行针对电池模组的局部温度调整动作；当液冷系统执行温度调节指令后，任一电池模组的实时温度超出预设温度时，EMS产生及时预警并切断该电池模组所在的电池簇。
示例性的，EMS基于电池簇生命周期内的热管理仿真模型，自动控制液冷系统实现电池簇的变频降温和/或电池模组的局部调温；热管理仿真模型基于实时温度数据、温度变化趋势信息、热量分布层信息以及热交换量不断的自适应学习，建立热管理仿真模型的最优模型，
本实施例采用变频温度管理，通过高精度的温度跟踪，保持压缩机以低频方式正常工作，而通过水泵流速的变化来改变制冷量；当计算发现现有最大制冷量不足以满足预测热量时，再控制压缩机中等频率补充制冷量；再恢复低频工作状态。
热管理仿真模型采用PID方式来计算温度调节指令，设定期望达到的温度目标与实时温度数据之间的误差为，则通过调节冷媒流速实现温度调节指令的计算公式为：
其中，表示t时刻的目标温度，/>表示t时刻的实时温度；
表示冷媒的流速，/>将作为温度变化趋势，/>是比例调节系数，/>是积分调节系数，/>是微分调节系数，当温升趋势较快时，/>在整个温度调节指令占比增加，即增加流速，将使液冷系统增加出力；
同时，进行变冷媒流速控制的过程中，同步预测电池的发热量以及目前的制冷量，判断是否启动压缩机，
预测电池的发热量，可以通过神经网络从电池历史测试数据中获得，也可以建立电池等效比热容，根据电池的温度变化来进行预测：
式中，表示电池热量变化（J），/>表示温度变化（K或℃），/>表示升温的时间（s），/>表示电池的质量（Kg）；
根据上述公式可以计算当前电池的发热量计算目前制冷量：
表示制冷量（J）,/>表示制冷功率（W），/>为液冷系统的出水温度（K或℃），/>为回水温度（K或℃），/>为冷媒的质量流量（Kg/s），/>为冷媒的比热容（J/(Kg·K)或J/(Kg·℃），基于该公式能确定带走的散热量，即热交换量；
当时，需要压缩机提高频率补充制冷量，其中/>为常数，一般小于等于1，表示制冷系数。
需要说明的是，关于本实施例中储能电池模组温度管理方法的具体实现过程，在上述实施例一中已作具体说明，在此不再赘述。
实施例三
本实施例提供了一种储能系统，该系统包括储能电池模组和上述实施例一所述的提供储能电池模组温度管理系统。
本实施例提出的技术方案采用光纤测温，不仅布置方式灵活简单，而且可实现电池模组温度数据的精确采集，解决了传统电池模组温度管理中温度采集方案存在的问题。本实施例提出的技术方案中，EMS根据温度数据、电池簇内部的热量分布层信息、温度变化趋势信息等发送温度变频调整指令给液冷系统，液冷系统执行温度变频调整指令，对电池簇整体温度进行调整和/或对单个电池模组的局部温度进行调整，使电池模组的温度调节至预设温度，保证了所有电池模组的温度一致性，解决了现有电池模组温度管理方案存在的问题。
需要说明的是，上述可读存储介质可以是由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。可读存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种储能电池模组温度管理系统，其特征在于，包括：
温度采集装置，用于通过测温光纤采集电池模组上预设温度检测点处的温度数据；
EMS，用于获取包括但不限于：电池模组上预设温度检测点处的实时温度数据、运行状态信息，以及生成电池簇内部的热量分布层信息、温度变化趋势信息，并根据所述温度数据、热量分布层信息、温度变化趋势信息发送温度控制指令给液冷系统，以调节电池模组的温度至预设温度；
当电池簇中单个电池模组的温度不能调节至预设温度时，所述EMS及时预警，并根据控制的颗粒度切断该电池模组或该电池模组所在电池簇。
2.根据权利要求1所述的储能电池模组温度管理系统，其特征在于，所述液冷系统用于接收所述EMS发出的温度控制指令，执行电池簇整体温度调整动作和/或单个电池模组的局部温度调整动作，调节所述电池簇和电池模组的温度调节至预设温度；所述液冷系统可用于至少一个电池簇的温度调节，当多个并联电池簇共用一个所述液冷系统时，所述液冷系统执行多个电池簇温度调整动作和/或单个电池模组的局部温度调整动作。
3.根据权利要求2所述的储能电池模组温度管理系统，其特征在于，所述EMS基于所述实时温度数据、电池簇充/放电过程中的所述温度变化趋势信息，发送用于控制液冷系统产生变频动作的温度调节指令；所述液冷系统用于接收EMS基于所述实时温度数据、温度变化趋势信息发送的变频动作指令并执行电池簇整体温度调整动作，包括：调节水泵的转速以控制冷媒的流量和/或调整冷媒的出水温度。
4.根据权利要求2所述的储能电池模组温度管理系统，其特征在于，所述EMS基于所述温度数据、温度变化趋势信息、电池簇内部的热量分布层信息，发送局部模组温度调节指令给所述液冷系统；所述液冷系统用于接收基于所述温度数据、温度变化趋势信息、电池簇内部的热量分布层信息的局部模组温度调节指令，并执行针对电池模组的局部温度调整动作，包括：调节冷媒进入分支管路的流量。
5.根据权利要求4所述的储能电池模组温度管理系统，其特征在于，所述液冷系统执行电池模组局部温度调整动作，调节冷媒进入分支管路的流量，具体包括：控制液冷分支管路上的电磁阀的工作压差或流经所述电磁阀的冷媒速度，完成对冷媒进入分支管路的流量调节。
6.一种储能电池模组温度管理方法，其特征在于，提供储能电池模组温度管理系统，
其中，温度采集装置通过测温光纤采集电池簇中各电池模组上预设温度检测点处的实时温度数据；
其中，EMS与所述温度采集装置通信，获取所述温度采集装置反馈的实时温度数据、电池簇的运行状态，生成电池簇内部的热量分布层信息、温度变化趋势信息，所述EMS基于所述实时温度数据、温度变化趋势信息、热量分布层信息以及热交换量，发送温度调节指令至液冷系统，液冷系统执行电池簇整体温度调整动作和/或单个电池模组的局部温度调整动作，使所述电池模组的温度调节至预设温度。
7.根据权利要求6所述的储能电池模组温度管理方法，其特征在于，所述EMS基于所述实时温度数据、温度变化趋势信息、热量分布层信息以及热交换量，发送温度调节指令至所述液冷系统，液冷系统执行电池簇整体温度调整动作和/或单个电池模组的局部温度调整动作，包括：
所述EMS判断电池簇是否处于充/放电运行状态，若是，则判断实时环境温度是否高于环境温度阈值，结果仍若是，则进入制冷模式；
所述EMS基于电池簇的充/放电程度继续判断温度变化趋势，根据所述温度变化趋势发送温度调节指令给液冷系统；
所述液冷系统基于所述EMS的指令产生变频动作，包括：调节水泵的转速以控制冷媒的流量和/或调整冷媒的出水温度，执行对电池簇整体温度的动作，使所述电池组的温度调节至预设温度；
当多个并联电池簇共用一个液冷系统时，液冷系统根据所述EMS的指令执行多个电池簇温度调整动作和/或单个电池模组的局部温度调整动作。
8.根据权利要求7所述的储能电池模组温度管理方法，其特征在于，当所述液冷系统基于所述EMS的指令执行单个电池模组的局部温度调整动作时，所述EMS根据温度数据、温度变化趋势信息、热量分布层信息发送温度调节指令给液冷系统，所述液冷系统基于所述EMS的温度调节指令，执行针对电池模组的局部温度调整动作；当所述液冷系统执行所述温度调节指令后，任一电池模组的实时温度超出预设温度时，所述EMS及时产生预警并切断该电池模组所在的电池簇。
9.根据权利要求8所述的储能电池模组温度管理方法，其特征在于，所述EMS基于电池簇生命周期内的热管理仿真模型，自动控制液冷系统实现电池簇的变频降温和/或电池模组的局部调温；所述热管理仿真模型基于实时温度数据、温度变化趋势信息、热量分布层信息以及热交换量不断的自适应学习，建立热管理仿真模型的最优模型，
热管理仿真模型采用PID方式来计算温度调节指令，设定期望达到的温度目标与实时温度数据之间的误差为，则通过调节冷媒流速实现温度调节指令的计算公式为：
其中，表示t时刻的目标温度，/>表示t时刻的实时温度；
表示冷媒的流速，/>是比例调节系数，/>是积分调节系数，/>是微分调节系数，将作为温度变化趋势，当温升趋势较快时， />在整个温度调节指令占比增加，即增加流速，将使液冷系统增加出力；
同时，进行变冷媒流速控制的过程中，同步预测电池的发热量以及目前的制冷量，判断是否启动压缩机，
预测电池的发热量，可以通过神经网络从电池历史测试数据中获得，也可以建立电池等效比热容，根据电池的温度变化来进行预测：
式中，表示电池热量变化（J），/>表示温度变化（K或℃），/>表示升温的时间（s），/>表示电池的质量（kg）；
根据上述公式可以计算当前电池的发热量计算目前制冷量：
式中，表示制冷量（J）,/>表示制冷功率（W），/>为液冷系统的出水温度（K或℃），为回水温度（K或℃），/>为冷媒的质量流量（kg/s），/>为冷媒的比热容（J/(kg·K)或J/(kg·℃），基于该公式能确定带走的散热量，即热交换量；
当时，需要压缩机提高频率补充制冷量，其中/>为常数，一般小于等于1。
10.一种储能系统，其特征在于，该系统包括储能电池模组和权利要求1至5任一项所述的储能电池模组温度管理系统。
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