CN117638324B - 基于储能设备的热管理控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于储能设备的热管理控制系统，涉及设备环境温度控制技术领域，通过采集点设置模块根据温度分布数据，将其在电池组件中进行位置对应，并进行处理后得到采集点，之后数据分析模块根据采集点的实时温度数据，对其进行惯性处理，并根据处理后的数据，生成指令信号，之后指令控制模块根据指令信号，对储能设备和热管理设备进行控制，同时液冷控制模块对热管理设备中的支路流量进行控制，使各支路流量相同，减少因隔支路流量不同，使储能设备中温度差过大，从而造成能耗增大的问题，同时根据实时温度数据，生成不同的指令信号，从而对储能设备进行实时温度调节，能在有效的调节储能设备温度的同时，减少热管理设备的使用能耗。

Description

基于储能设备的热管理控制系统

技术领域

本发明属于设备环境温度控制技术领域，具体是基于储能设备的热管理控制系统。

背景技术

电池作为储能设备在充放电过程中会产生大量的热量，若这些热量不能有效地被管理和控制，可能会导致设备过热，从而影响设备的性能和寿命，甚至可能引发安全事故。

专利申请公开号为CN111584242A的发明公开了一种大功率储能设备的热管理系统及其控制方法，该控制方法包括：分别采集多个储能设备的温度；若至少一个储能设备的温度超出第一预设条件，则调节控温等级最低的控温模块的运行参数；其中，第一预设条件包括预设温差和预设时间；若控温等级最低的控温模块的运行参数达到最大值，且储能设备的温度超出第一预设条件，则调节控温等级高一级的控温模块的运行参数；直至储能设备的温度满足第一预设条件。

但在对储能设备进行热管理控制时，若一直以预设条件对储能设备进行温度控制时，一方面不能及时的适应储能设备的实时温度，使储能设备的温度控制没有得到有效调整，另一方面，在增加了使用能耗。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本发明提出了基于储能设备的热管理控制系统，用于解决上述所提出的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出了以下方案予以解决：基于储能设备的热管理控制系统，包括：

采集点设置模块，基于温度分布数据，将温度分布数据在电池组件中进行位置对应，并进行处理，得到采集点；

数据分析模块，基于采集点的实时温度数据，对实时温度数据进行惯性处理，并根据处理后的数据，对应生成指令信号；

指令控制模块，基于指令信号，对储能设备和热管理设备进行控制。

作为本发明的进一步方案，温度分布数据由前期数据采集模块进行获取，并传输至采集点设置模块中。

作为本发明的进一步方案，采集点的获取方法为：

S1：将温度分布数据在电池组件的对应位置进行标记；

S2：根据温度分布数据，先设置预设点1，预设点1即为温度最高点的位置，依次获取到相邻的预设点1的位置距离D，当位置距离D≤Dy时，获取其中点位置，并标记为采集点，当存在距离位置D＞Dy时，将两个预设点1分别标记为采集点，Dy为距离阈值；

S3：设置温度的预设差值Ty1，获取到温度分布数据中温度最高点标记为Tz，将Tz减去Ty1得到第一边缘值Tb1，获取到第一边缘值Tb1在电池组件中的位置，并将其位置标记为预设点2，同时按照上述步骤S2的方法将预设点2进行处理，得到采集点；

S4：按照步骤S3的方法，依次获取电池组件中所有的边缘点，并将边缘点按照步骤S2中的方法进行处理，得到采集点；

S5：当采集点设置完成后，获取到相邻的采集点之间的距离，当相邻的采集点之间的距离小于Dy时，获取到对应的温度数据，将温度值小的采集点进行删除，最终得到电池组件的采集点。

作为本发明的进一步方案，实时温度数据由温度采集模块进行采集，并每个单位时间t1将实时温度数据传输至数据分析模块，单位时间t1为阈值。

作为本发明的进一步方案，指令信号的生成方法为：

获取到接收的实时温度数据，同时提取实时温度数据中的温度最高值Tmax、温度最低值Tmin，同时对实时温度数据进行均值处理，得到温度均值Tvag；

当a1≤Tmax＜a2且Tvag＜a3时，生成指令信号00，00表示待机信号；

当TMS在待机模式下，根据此时接收的实时温度数据中的温度最高值Tmax、温度最低值Tmin和温度均值Tvag，若Tmax-Tmin＞a4时，生成指令信号11，指令信号11表示水泵自动循环信号，若Tmax-Tmin≤a5时，继续生成指令信号00；

当实时温度数据中，Tmax≥a2且Tvag≥a3时，生成指令信号01，指令信号01表示制冷工作信号；

获取到实时温度数据中进水口温度，当进水口温度≤a1时，生成指令信号10，指令信号10表示制热信号；

当Tmax≥a6时，此时生成停止信号；

a1、a2、a3、a4、a5和a6分别为温度的阈值。

作为本发明的进一步方案，指令控制模块中包括储能控制单元和热管理控制单元；

储能控制单元基于接收的停止信号，终止储能设备的充放电，储能设备表示电池组件；

热管理控制单元基于指令信号对热管理设备进行控制，热管理设备包括水泵机组、压缩机以及PTC。

作为本发明的进一步方案，热管理控制单元具体的控制方法为：

先通过BMS唤醒TMS，对热管理设备进行上电，当热管理控制单元接收到指令信号00时，将所有热管理设备进入待机状态，同时当进入待机状态中的热管理设备接收到指令信号11时，仅启动热管理设备中的水泵机组；

当接收到指令信号01时，启动压缩机与水泵机组，使压缩机对水泵机组进行制冷，对储能设备进行冷却水循环；

当接收到指令信号10时，启动PTC与水泵机组，使PTC对水泵机组的冷却水进行加热。

作为本发明的进一步方案，还包括液冷控制模块，用于对指令控制模块中水泵机组的流量进行控制，具体的控制方法为：

获取到水泵机组的流量循环回路中的每个支路的流量数据Vi，i表示不同的支路；

根据电池组件的实时温度数据，设置流量基准值Vb，将流量基准值减去流量数据Vi得到支路流量差值Ci；

获取到每个支路的管道开启面积si，基于，得到调节面积Hbi，此处Ci中包含正号和负号，当Ci为正号时，将生成面积扩张信号，使调节阀在此时开启面积si的基础上，再增大面积Hbi，当Ci为负号时，将生成面积缩小信号，使调节阀在此时开启面积si的基础上，减少面积Hbi，公式中a1为影响因子。

作为本发明的进一步方案，还用于将热管理设备中的水泵机组替换为风冷集装箱，对储能设备进行热管理。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明先根据实时温度数据在电池组件上的位置进行分析，进而来设置温度的采集点，使采集点对温度采集时，不仅能覆盖电池组件中所有的位置，对温度控制更加精准，还能减少对电池组件中同一位置的温度的重复采集，进而节约采集设备的设置成本；

本发明通过根据实时温度数据，生成不同的指令信号，从而对储能设备进行实时温度调节，能在有效的调节储能设备温度的同时，减少热管理设备的使用能耗；

本发明还通过对液冷设备中每个支管的流量进行监测，并对支管的开启面积进行调整，从而使各支路的流量相同，减少因各支路流量不同，使储能设备中温度差过大，从而造成能耗增大的问题。

附图说明

图1为本发明系统框架原理图；

图2为本发明流程框架原理图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1和图2，本申请提供了基于储能设备的热管理控制系统，包括前期数据采集模块、采集点设置模块、温度采集模块，数据分析模块，指令控制模块；

前期数据采集模块基于以往的储能设备中，对电池组件在不同的时间运行时，电池的温度分布数据进行采集，并传输至采集点设置模块；

采集点设置模块基于接收的温度分布数据，将其与电池组件中的位置进行对应，并处理，得到采集点，具体的采集点的获取方法为：

S1：基于温度分布数据，将温度分布数据在电池组件的对应位置进行标记，需要说明的是，此处的温度分布数据为全覆盖数据，即将电池组件中每个位置的温度都进行了采集；

S2：根据温度分布数据，获取到电池组件在不同的运行时间下，每次运行的温度最高点的位置，将其标记为预设点1，依次获取到相邻的预设点1的位置距离D，当位置距离D≤Dy时，将对应的两个预设点1的中点位置标记为采集点，当存在距离位置D＞Dy时，此时，将对应的两个预设点1分别标记为采集点；

S3：设置温度的预设差值Ty1，获取到温度分布数据中温度最高点标记为Tz，将Tz减去Ty1得到第一边缘值Tb1，获取到第一边缘值Tb1在电池组件中的位置，并将其位置标记为预设点2，同时按照上述步骤S2的方法，依次获取到预设点2之间的位置距离，并将位置距离与Dy进行比较，当位置距离小于等于Dy时，将对应的两个预设点2的中点位置标记为采集点，反之，当位置距离大于Dy时，此时将对应的两个预设点2分别标记为采集点；

S4：之后将第一边缘值Tb1再减去Ty1，得到第二边缘值Tb2，并按照上述步骤S2和S3进行处理，得到采集点，同时将每次得到的边缘值减去Ty1，并进行处理，得到电池组件中所有的采集点，Ty1与Dy分别为预设差值与距离阈值，且具体值由本领域的技术人员进行设置；

S5：获取到相邻的采集点之间的距离，当相邻的采集点之间的距离小于Dy时，获取到对应的温度数据，将温度值小的采集点进行删除，之后得到电池组件中的不同位置的采集点；

温度采集模块基于采集点设置的温度采集设备，对电池模组运行时的温度进行采集，得到实时温度数据，同时温度采集模块每隔单位时间t1将实时温度数据传输至数据分析模块，其中温度采集设备设置为温度传感器，单位时间t1为阈值，由本领域的专业人员进行设置；

数据分析模块基于实时温度数据，对其进行分析，得到指令信号，具体的指令信号生成方法为：

对每个单位时间内的实时温度数据进行惯性处理，具体的惯性处理包括分别获取到单位时间内的温度最高值Tmax和温度最低值Tmin，同时对单位时间内的温度进行均值处理，得到温度均值Tvag；

当a1≤Tmax＜a2且Tvag＜a3时，此时生成待机信号，对应待机信号的指令为00，并由BMS发送至TMS中，此时关闭压缩机、水泵、PTC，TMS为冷却机组的运输管理系统，a1、a2和a3分别为阈值，在本实施例中，a1取值为12℃，a2取值为28℃，a3取值为25℃；

当冷区机组在待机模式下时，获取到此时的实时温度数据，同时将此时实时温度数据重新进行惯性处理，分别得到温度最高值Tmax、温度最低值Tmin以及温度均值Tvag，若Tmax-Tmin＞a4时，将生成水泵自动循环信号，对应的水泵自动循环信号的指令为11，若Tmax-Tmin≤a5时，此时将生成待机指令00，a4、a5分别为阈值，在本实施例中，a4取值为6℃，a5取值为3℃；

当实时温度数据中，Tmax≥a2且Tvag≥a3时，此时生成制冷工作信号，对应的制冷工作信号对应的指令为01；

获取到实时温度数据中进水口温度，当进水口温度≤a1时，生成信号制热信号，对应的制热信号的指令为10，同时当Tmax≥a6时，此时生成停止信号，a6为阈值，在本实施例中，a6取值为45℃，需要说明的是，当进水口温度即为电池组件中与冷却液开始循环位置最近的电池的温度，此处的位置为温度最小值；

之后数据分析模块将指令分析信号传输至指令控制模块；

指令控制模块基于接收的指令信号，对设备进行控制，具体的指令控制模块中包括储能控制单元和热管理控制单元，其中热管理设备对储能设备进行温度控制，在本实施例中，热管理设备采用冷却机组，即液冷设备；

热管理控制单元基于接收的指令信号，对热管理设备进行调节，同时当接收到新的指令信号时，对原有指令信号启动的设备生成停止模式，并使原指令信号启动的设备进行关闭，具体的调节方法为：

首先通过BMS唤醒TMS，对热管理设备进行上电，其中热管理设备中包括水泵机组、压缩机以及PTC，水泵机组基于水泵循环对储能设备进行散热调节，压缩机用于对水泵循环中的冷却液进行制冷，PTC为可编程恒温控制器，用于对水泵循环中的冷却液进行加热；

当热管理控制单元接收到指令信号00时，此时热管理控制单元将使热管理设备进入待机状态，同时当进入待机状态中的热管理设备接收到指令信号11时，此时仅启动热管理设备中的水泵机组；

当热管理控制单元接收到指令信号01时，此时启动压缩机与水泵机组，使压缩机对水泵机组进行制冷，对储能设备进行冷却水循环，进而降低电池温度；

当热管理控制单元中接收到指令信号10时，此时启动PTC与水泵机组，使PTC对水泵机组的冷却水进行加热，并对储能设备进行供热循环，进而提高电池温度；

储能设备控制单元用于接收停止信号，当接收到停止信号时，对储能设备中的电池组件停止充放电，进而控制电池组件的温度。

实施例二

本实施例在实施例一的基础上，与实施例一的区别之处在于，本实施例中还包括液冷控制模块，用于对指令控制模块中水泵机组的流量进行控制，具体的控制方法为：

先获取到水泵机组的流量循环回路中的每个支路的流量数据Vi，i表示不同的支路，具体的对流量数据进行获取时，采用流量传感器对数据进行采集；

根据电池组件的实时温度数据，设置流量基准值Vb，将流量基准值减去流量数据Vi得到支路流量差值Ci；

获取到每个支路的管道开启面积si，开启面积即为管道此时的横截面积，基于公式得到调节面积Hbi，此处Ci中包含正号和负号，当Ci为正号时，将生成面积扩张信号，使调节阀在此时开启面积si的基础上，再增大面积Hbi，当Ci为负号时，将生成面积缩小信号，使调节阀在此时开启面积si的基础上，减少面积Hbi，公式中a1为影响因子，从而使各支路的流量相同。

实施例三

本实施例在实施例一和实施例二的基础上，与实施例一和实施例二的区别之处在于，本实施中采用风冷流量控制模块代替液冷控制模块对储能设备进行热管理，即采用风冷集装箱代替水泵机组，对储能设备进行热管理控制。

上述公式中的部分数据均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集的大量数据经过软件模拟得到最接近真实情况的一个公式；公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者通过大量数据模拟获得。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (5)

1.基于储能设备的热管理控制系统，其特征在于，包括：

采集点设置模块，基于温度分布数据，将温度分布数据在电池组件中进行位置对应，并进行处理，得到采集点；

数据分析模块，基于采集点的实时温度数据，对实时温度数据进行惯性处理，并根据处理后的数据，对应生成指令信号；

指令控制模块，基于指令信号，对储能设备和热管理设备进行控制；

采集点的获取方法为：

S1：将温度分布数据在电池组件的对应位置进行标记；

S2：根据温度分布数据，先设置预设点1，预设点1即为温度最高点的位置，依次获取到相邻的预设点1的位置距离D，当位置距离D≤Dy时，获取其中点位置，并标记为采集点，当存在距离位置D＞Dy时，将两个预设点1分别标记为采集点，Dy为距离阈值；

S3：设置温度的预设差值Ty1，获取到温度分布数据中温度最高点标记为Tz，将Tz减去Ty1得到第一边缘值Tb1，获取到第一边缘值Tb1在电池组件中的位置，并将其位置标记为预设点2，同时按照上述步骤S2的方法将预设点2进行处理，得到采集点；

S4：按照步骤S3的方法，依次获取电池组件中所有的边缘点，并将边缘点按照步骤S2中的方法进行处理，得到采集点；

S5：当采集点设置完成后，获取到相邻的采集点之间的距离，当相邻的采集点之间的距离小于Dy时，获取到对应的温度数据，将温度值小的采集点进行删除，最终得到电池组件的采集点；

指令信号的生成方法为：

获取到接收的实时温度数据，同时提取实时温度数据中的温度最高值Tmax、温度最低值Tmin，同时对实时温度数据进行均值处理，得到温度均值Tvag；

当a1≤Tmax＜a2且Tvag＜a3时，生成指令信号00，00表示待机信号；

当TMS在待机模式下，根据此时接收的实时温度数据中的温度最高值Tmax、温度最低值Tmin和温度均值Tvag，若Tmax-Tmin＞a4时，生成指令信号11，指令信号11表示水泵自动循环信号，若Tmax-Tmin≤a5时，继续生成指令信号00，TMS为冷却机组的运输管理系统；

当实时温度数据中，Tmax≥a2且Tvag≥a3时，生成指令信号01，指令信号01表示制冷工作信号；

获取到实时温度数据中进水口温度，当进水口温度≤a1时，生成指令信号10，指令信号10表示制热信号；

当Tmax≥a6时，此时生成停止信号；

a1、a2、a3、a4、a5和a6分别为温度的阈值，a1取值为12℃、a2取值为28℃、a3取值为25℃、a4取值为6℃、a5取值为3℃、a6取值为45℃；

指令控制模块中包括储能控制单元和热管理控制单元；

储能控制单元基于接收的停止信号，终止储能设备的充放电，储能设备表示电池组件；

热管理控制单元基于指令信号对热管理设备进行控制，热管理设备包括水泵机组、压缩机以及PTC；

热管理控制单元具体的控制方法为：

先通过BMS唤醒TMS，对热管理设备进行上电，当热管理控制单元接收到指令信号00时，将所有热管理设备进入待机状态，同时当进入待机状态中的热管理设备接收到指令信号11时，仅启动热管理设备中的水泵机组；

当接收到指令信号01时，启动压缩机与水泵机组，使压缩机对水泵机组进行制冷，对储能设备进行冷却水循环；

当接收到指令信号10时，启动PTC与水泵机组，使PTC对水泵机组的冷却水进行加热。

2.根据权利要求1所述的基于储能设备的热管理控制系统，其特征在于，温度分布数据由前期数据采集模块进行获取，并传输至采集点设置模块中。

3.根据权利要求1所述的基于储能设备的热管理控制系统，其特征在于，实时温度数据由温度采集模块进行采集，并每个单位时间t1将实时温度数据传输至数据分析模块，单位时间t1为阈值。

4.根据权利要求1所述的基于储能设备的热管理控制系统，其特征在于，还包括液冷控制模块，用于对指令控制模块中水泵机组的流量进行控制，具体的控制方法为：

获取到水泵机组的流量循环回路中的每个支路的流量数据Vi，i表示不同的支路；

根据电池组件的实时温度数据，设置流量基准值Vb，将流量基准值减去流量数据Vi得到支路流量差值Ci；

获取到每个支路的管道开启面积si，基于，得到调节面积Hbi，此处Ci中包含正号和负号，当Ci为正号时，将生成面积扩张信号，使调节阀在此时开启面积si的基础上，再增大面积Hbi，当Ci为负号时，将生成面积缩小信号，使调节阀在此时开启面积si的基础上，减少面积Hbi，公式中a1为影响因子。

5.根据权利要求1所述的基于储能设备的热管理控制系统，其特征在于，还用于将热管理设备中的水泵机组替换为风冷集装箱，对储能设备进行热管理控制。