CN117878489A - 一种用于储能电池组的温度监测控制系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于储能电池组的温度监测控制系统，其包括中心处理装置、电池集装箱、温度调节装置和数据采集组件，电池集装箱内设置有容纳腔，容纳腔用以放置多组储能电池；数据采集组件安装于容纳腔内和储能电池上监测储能电池的工作环境和工作状态，并将监测数据反馈至中心处理装置，温度调节装置包括恒温水循环调节组件和空气循环调节组件，恒温水循环调节组件和空气循环调节组件均与电池集装箱内的容纳腔连通，并且恒温水循环调节组件和空气循环调节组件均与中心处理装置相连接；本发明在保持储能电池的恒温的同时，通过控制温度调节装置调整容纳腔和储能电池的温度，以使储能电池于调节后得到安全温度阀值，散热和均温效果好。

Description

一种用于储能电池组的温度监测控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及储能电池技术领域，具体涉及一种用于储能电池组的温度监测控制系统及其控制方法。
背景技术
储能电池主要是指使用于太阳能发电设备和风力发电设备以及可再生能源储蓄能源用的蓄电池，储蓄能源用的蓄电池能技术逐步被应用于电力系统的各个环节。
储能不仅可以用于调整频率，减小电网的峰谷差，降低电力系统的旋转备用容量，还可以用于延缓发电投资，延长传输设别的寿命，缓解输电阻塞，提高电力设备的利用率，在降低供电成本的同时还提高了电力系统的运行稳定性和供电可靠性，尽可能降低电网可靠性和电能质量问题造成损失的风险。
但是，由于温度影响到电池的容量、内阻、开路电压、充放电效率、自放电率、一致性，甚至是安全性；现有的储能系统热管理主要使用风冷技术，多采用风扇或工业空调的控制方式，将冷风送入储能电池组内，实现对电池的冷却控温，若储能电池组以大功率充放电，风扇散热能力差，无法及时有效地降低电池温度，若系统工作于寒冷地区，风扇控制方式无制热功能，整个系统将在不适宜温度范围内工作。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种用于储能电池组的温度监测控制系统及其控制方法，解决了现有储能电池组的热管理无法及时有效的进行温度调节的问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
提供一种用于储能电池组的温度监测控制系统，其包括中心处理装置、电池集装箱、温度调节装置和数据采集组件，电池集装箱内设置有容纳腔，容纳腔用以放置多组储能电池；数据采集组件安装于容纳腔内和储能电池上监测储能电池的工作环境和工作状态，并将监测数据反馈至中心处理装置，温度调节装置包括恒温水循环调节组件和空气循环调节组件，恒温水循环调节组件和空气循环调节组件均与电池集装箱内的容纳腔连通，并且恒温水循环调节组件和空气循环调节组件均与中心处理装置相连接。
本发明在储能电池组工作时，直接开启恒温水循环调节组件，通过恒温水循环调节组件保持容纳腔内的温度恒温，在储能电池的温度升高时，通过控制恒温水循环调节组件和空气循环调节组件调整容纳腔和储能电池的温度，以使储能电池于调节后得到安全温度阀值，成本低、能耗低、散热效果好，均温效果好。
进一步地，空气循环调节组件包括冷风供给装置和暖风供给装置，冷风供给装置和暖风供给装置分别与中心处理装置相连；
冷风供给装置的出风口和暖风供给装置的出风口均通过送风管与容纳腔的进风风道连通；
冷风供给装置的进风口和暖风供给装置的进风口均通过送风管与容纳腔的出风风道连通。
进一步地，恒温水循环调节组件包括位于容纳腔内的调节管，以及与调节管连通的恒温水循环装置，恒温水循环装置可制冷或制热。
进一步地，调节管包括导流管和回流管；导流管和回流管之间设置有蛇形管，蛇形管位于相邻储能电池之间；导流管和回流管均与恒温水循环装置连通。
进一步地，数据采集组件包括环境监测单元，以及用于监测储能电池的工作电压及工作电流的电池监测单元；环境监测单元和电池监测单元均与中心处理装置相连接。
进一步地，环境监测单元包括安装于容纳腔内壁上湿度传感器和第一温度传感器，以及储能电池上的第二温度传感器，湿度传感器、第一温度传感器和第二温度传感器均与中心处理装置相连接。
进一步地，容纳腔的内壁上设置有保温层。
另一方面，提供一种用于储能电池组的温度监测控制系统的控制方法，其包括以下步骤：
步骤S1、在储能电池组开始工作时，开启恒温水循环装置，保持容纳腔内的温度，
步骤S2、获取储能电池组当前的环境参数和电池参数；其中，环境参数为当前环境温度和当前环境湿度；电池参数为当前电池温度、当前电池的充放电功率以及电池的温升特性；
步骤S3、根据环境参数和电池参数对储能电池组下一时刻的电池温度进行预测，得到第一电池预测温度；
步骤S4、在电池预测温度大于或小于安全温度阀值时，对当前环境温度和当前电池温度进行调节，以使储能电池于调节后得到安全温度阀值。
进一步地，步骤S3中对当前环境温度和当前电池温度进行调节的调节方法为：
步骤A1、当第一电池预测温度大于或小于安全温度阀值时，中心处理装置控制恒温水循环装置升高或降低水流介质的温度；
步骤A2、根据环境参数和电池参数对储能电池组下一时刻的电池温度进行预测，得到第二电池预测温度；
步骤A3、当第二电池预测温度大于或小于安全温度阀值时，启动空气循环调节组件供给冷风或者暖风；
步骤A4、重复步骤A1-A3，以使储能电池于调节后得到安全温度阀值。
进一步地，根据环境参数和电池参数对储能电池组下一时刻的电池温度进行预测，得到电池预测温度，包括：
基于环境参数和电池参数获取电池温升时间函数，其中，电池温升时间函数是在固定环境温度、固定充放电功率以及固定的温升特性下，电池温度随时间变化的函数；基于温升时间函数以及当前电池温度对储能系统下一时刻的电池温度进行预测，得到电池预测温度。
本发明公开了一种用于储能电池组的温度监测控制系统及其控制方法，其有益效果为：
本发明在储能电池组工作时，直接开启恒温水循环调节组件，通过恒温水循环调节组件保持容纳腔内的温度恒温，在储能电池的温度升高时，通过控制恒温水循环调节组件和空气循环调节组件调整容纳腔和储能电池的温度，快速实现对储能电池的温度调整，以使储能电池于调节后得到安全温度阀值，成本低、能耗低、散热效果好，均温效果好。
附图说明
图1为本发明的一种用于储能电池组的温度监测控制系统的结构框图。
图2为本发明的空气循环调节组件的结构示意图。
图3为本发明的恒温水循环调节组件的结构示意图。
图4为本发明的一种用于储能电池组的温度监测控制系统的控制方法的控制流程图。
图5为本发明的调节方法的调节流程图。
其中，1、中心处理装置；2、电池集装箱；21、容纳腔；22、进风风道；23、出风风道；3、温度调节装置；4、数据采集组件；5、储能电池；6、恒温水循环调节组件；61、调节管；62、恒温水循环装置；63、导流管；64、回流管；65、蛇形管；7、空气循环调节组件；71、冷风供给装置；72、暖风供给装置；73、送风管。
具体实施方式
面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1
参考图1-图3，为本实施例的一种用于储能电池组的温度监测控制系统的结构示意图，其目的是解决现有储能电池组的热管理无法及时有效的进行温度调节的问题，下面将对本实施例中的具体结构进行详细描述。
一种用于储能电池组的温度监测控制系统，其包括中心处理装置1、电池集装箱2、温度调节装置3和数据采集组件4。
具体的，电池集装箱2内设置有容纳腔21，容纳腔21用以放置多组储能电池5，数据采集组件4安装于容纳腔21内和储能电池5上监测储能电池5的工作环境和工作状态，并将监测数据反馈至中心处理装置1。
本实施例中，中心处理装置1为处理器，可为计算机或者中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)，中心处理装置1可通过有线或者无线的方式与温度调节装置3和数据采集组件4进行数据连接。
电池集装箱2内设置有容纳腔21，多组储能电池5均匀排列放置于容纳腔21内，容纳腔21的内壁上设置有保温层，保温层可采用隔热材料，以保证容纳腔21内部的恒温效果，数据采集组件4安装于容纳腔21内和储能电池5上监测储能电池5的工作环境和工作状态，并将监测数据反馈至中心处理装置1。
具体的，温度调节装置3包括恒温水循环调节组件6和空气循环调节组件7；恒温水循环调节组件6和空气循环调节组件7均与电池集装箱2内的容纳腔21连通，并且恒温水循环调节组件6和空气循环调节组件7均与中心处理装置1相连接。
本实施例中，温度调节装置3包括恒温水循环调节组件6和空气循环调节组件7，恒温水循环调节组件6可使容纳腔21形成恒温环境，以便为储能电池5的工作提供良好的工作环境，更和电池集装箱2配合减少外部环境对容纳腔21内部环境的影响，同时，空气循环调节组件7与容纳腔21形成空气循环，配合恒温水循环调节组件6进一步调节容纳腔21内部储能电池5的工作环境。
具体的，空气循环调节组件7包括冷风供给装置71和暖风供给装置72，冷风供给装置71和暖风供给装置72分别与中心处理装置1相连；冷风供给装置71的出风口和暖风供给装置72的出风口均通过送风管73与容纳腔21的进风风道22连通；冷风供给装置71的进风口和暖风供给装置72的进风口均通过送风管73与容纳腔21的出风风道23连通。
本实施例中，空气循环调节组件7包括冷风供给装置71和暖风供给装置72，冷风供给装置71可为冷风机，暖风供给装置72可为暖风机，
冷风供给装置71的出风口和暖风供给装置72的出风口均通过送风管73与容纳腔21的进风风道22连通；冷风供给装置71的进风口和暖风供给装置72的进风口均通过送风管73与容纳腔21的出风风道23连通，从而通过冷风供给装置71和暖风供给装置72提供冷风或者暖风，并将冷风或者暖风通过进风风道22送入容纳腔21内，换热后的风通过出风风道23会送，可以实现循环利用，进一步节约能耗。
同时，进风风道22内可设置有电子开关阀，电子开关阀与中心处理装置1电连接，使中心处理装置1可控制电子开关阀的开启大小，从而使中心处理装置1可同时控制冷风供给装置71和暖风供给装置72运转功率，以及电子开关阀的开启大小，进一步精确控制空气循环调节组件7的空气循环效果。
具体的，恒温水循环调节组件6包括位于容纳腔21内的调节管61，以及与调节管61连通的恒温水循环装置62，恒温水循环装置62可制冷或制热。
调节管61包括导流管63和回流管64，导流管63和回流管64之间设置有蛇形管65，蛇形管65位于相邻储能电池5之间；导流管63和回流管64均与恒温水循环装置62连通。
本实施例中，恒温水循环装置62可为大容量的大型超低温冷却循环器、CRHCD-高低温循环槽等，其温度设定范围-30℃-100℃，以便根据容纳腔21和储能电池5的当前温度，进行制热或者制冷。
调节管61包括导流管63和回流管64，通过导流管63和回流管64将恒温水循环装置62的流体介质送入容纳腔21内，以及回流，蛇形管65位于相邻储能电池5之间，采用蛇形管65以便增加与储能电池5之间的换热面积，以便通过蛇形管65与储能电池5和容纳腔21内部进行换热，达到保持容纳腔21内部恒温效果。
具体的，数据采集组件4包括环境监测单元，以及用于监测储能电池5的工作电压及工作电流的电池监测单元，环境监测单元和电池监测单元均与中心处理装置相连接。
本实施例中，环境监测单元包括安装于容纳腔21内壁上湿度传感器和第一温度传感器，湿度传感器和第一温度传感器采集容纳腔21内部的温度和湿度信息，并将该信息反馈至中心处理装置1。
电池监测单元为集成在储能电池5上的电池管理单元(Battery ManagementSystem，BMU)，以及储能电池5上的第二温度传感器，且电池管理单元与中心处理装置1信号相连。
电池管理单元与第二温度传感器信号相连，电池管理单元通过第二温度传感器采集储能电池5的电池温度，电池管理单元监测储能电池5的工作电压及工作电流状况，并将储能电池5的工作电压、工作电流状况和电池温度反馈至中心处理装置1。
实施例2
参考图4和图5，为本实施例的一种用于储能电池组的温度监测控制系统的控制方法的控制流程图，其目的是解决现有储能电池组的热管理无法及时有效的进行温度调节的问题，基于实施例1，本实施例提供一种用于储能电池组的温度监测控制系统的控制方法，下面将对本实施例中控制方法的具体步骤进行详细描述。
一种用于储能电池组的温度监测控制系统的控制方法，其包括以下步骤：
步骤S1、在储能电池组开始工作时，开启恒温水循环装置62，保持容纳腔21内的温度；
具体的，可根据外部储能电池组的外部环境，确定电池集装箱2内容纳腔21内部的恒温温度，从而开启恒温水循环装置62，恒温水循环装置62的温度调节范围为-30℃-100℃。
步骤S2、获取储能电池组当前的环境参数和电池参数；其中，环境参数为当前环境温度和当前环境湿度；电池参数为当前电池温度、当前电池的充放电功率以及电池的温升特性；
电池温升特性是指电池温度与环境温度以及电池充放电功率之间的变化关系；该温升特性可以通过多次充放电试验得到，所有获取到的电池温升特性的相关数据可以传输至电池管理单元。
步骤S3、根据环境参数和电池参数对储能电池组下一时刻的电池温度进行预测，得到第一电池预测温度；
根据环境参数和电池参数对储能电池组下一时刻的电池温度进行预测，得到电池预测温度，包括：
基于环境参数和电池参数获取电池温升时间函数，其中，电池温升时间函数是在固定环境温度、固定充放电功率以及固定的温升特性下，电池温度随时间变化的函数；基于温升时间函数以及当前电池温度对储能系统下一时刻的电池温度进行预测，得到电池预测温度。
具体的，下一时刻是指当前时刻之后并且与当前时刻间隔单位时间对应的时刻，该电池预测温度为通过预测得的下一时刻对应的电池温度，该单位时间即时间间隔可以人为设定，需要保证及时在该时间间隔中，电池温度值超过一定值也不会对电池本身的性能造成影响，或造成的影响可以忽略不计；且在运行参数不变的情况下，电池温度随时间变化而上升的，所以电池预测温度是从当前时刻到下一时刻中电池的最高温度；通过该运行参数进行计算，可以得到电池温度在当前条件下的温度时间曲线，通过该曲线，再带入时间常数即可对下一时刻的电池温度进行预测。
步骤S4、在电池预测温度大于或小于安全温度阀值时，对当前环境温度和当前电池温度进行调节，以使储能电池5于调节后达到安全温度阀值。
具体的，步骤S3中对当前环境温度和当前电池温度进行调节的调节方法为：
步骤A1、当第一电池预测温度大于或小于安全温度阀值时，中心处理装置1控制恒温水循环装置62升高或降低水流介质的温度；
步骤A2、根据环境参数和电池参数对储能电池组下一时刻的电池温度进行预测，得到第二电池预测温度；
步骤A3、当第二电池预测温度大于或小于安全温度阀值时，启动空气循环调节组件7供给冷风或者暖风；
步骤A4、重复步骤A1-A3，以使储能电池5于调节后达到安全温度阀值。
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于储能电池组的温度监测控制系统，其特征在于：包括中心处理装置(1)、电池集装箱(2)、温度调节装置(3)和数据采集组件(4)；
所述电池集装箱(2)内设置有容纳腔(21)，容纳腔(21)用以放置多组储能电池(5)；所述数据采集组件(4)安装于容纳腔(21)内和储能电池(5)上监测储能电池(5)的工作环境和工作状态，并将监测数据反馈至中心处理装置(1)；
所述温度调节装置(3)包括恒温水循环调节组件(6)和空气循环调节组件(7)；所述恒温水循环调节组件(6)和空气循环调节组件(7)均与电池集装箱(2)内的容纳腔(21)连通，并且恒温水循环调节组件(6)和空气循环调节组件(7)均与所述中心处理装置(1)相连接。
2.根据权利要求1所述的用于储能电池组的温度监测控制系统，其特征在于：所述空气循环调节组件(7)包括冷风供给装置(71)和暖风供给装置(72)，所述冷风供给装置(71)和暖风供给装置(72)分别与中心处理装置(1)相连；
所述冷风供给装置(71)的出风口和暖风供给装置(72)的出风口均通过送风管(73)与容纳腔(21)的进风风道(22)连通；
所述冷风供给装置(71)的进风口和暖风供给装置(72)的进风口均通过送风管(73)与容纳腔(21)的出风风道(23)连通。
3.根据权利要求1所述的用于储能电池组的温度监测控制系统，其特征在于：所述恒温水循环调节组件(6)包括位于容纳腔(21)内的调节管(61)，以及与调节管(61)连通的恒温水循环装置(62)，所述恒温水循环装置(62)可制冷或制热。
4.根据权利要求3所述的用于储能电池组的温度监测控制系统，其特征在于：所述调节管(61)包括导流管(63)和回流管(64)；所述导流管(63)和回流管(64)之间设置有蛇形管(65)，所述蛇形管(65)位于相邻储能电池(5)之间；所述导流管(63)和回流管(64)均与恒温水循环装置(62)连通。
5.根据权利要求1所述的用于储能电池组的温度监测控制系统，其特征在于：所述数据采集组件(4)包括环境监测单元，以及用于监测储能电池(5)的工作电压及工作电流的电池监测单元；所述环境监测单元和电池监测单元均与所述中心处理装置相连接。
6.根据权利要求5所述的用于储能电池组的温度监测控制系统，其特征在于：所述环境监测单元包括安装于容纳腔(21)内壁上湿度传感器和第一温度传感器，以及储能电池(5)上的第二温度传感器，所述湿度传感器、第一温度传感器和第二温度传感器均与中心处理装置(1)相连接。
7.根据权利要求1所述的用于储能电池组的温度监测控制系统，其特征在于：所述容纳腔(21)的内壁上设置有保温层。
8.一种基于权利要求1-7任一所述的用于储能电池组的温度监测控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1、在储能电池组开始工作时，开启恒温水循环装置(62)，保持容纳腔(21)内的温度；
步骤S2、获取储能电池组当前的环境参数和电池参数；其中，环境参数为当前环境温度和当前环境湿度；电池参数为当前电池温度、当前电池的充放电功率以及电池的温升特性；
步骤S3、根据所述环境参数和电池参数对所述储能电池组下一时刻的电池温度进行预测，得到第一电池预测温度；
步骤S4、在所述电池预测温度大于或小于安全温度阀值时，对所述当前环境温度和所述当前电池温度进行调节，以使所述储能电池(5)于调节后达到安全温度阀值。
9.根据权利要求8的用于储能电池组的温度监测控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤S3中对所述当前环境温度和所述当前电池温度进行调节的调节方法为：
步骤A1、当所述第一电池预测温度大于或小于安全温度阀值时，中心处理装置(1)控制恒温水循环装置(62)升高或降低水流介质的温度；
步骤A2、根据所述环境参数和电池参数对所述储能电池组下一时刻的电池温度进行预测，得到第二电池预测温度；
步骤A3、当所述第二电池预测温度大于或小于安全温度阀值时，启动空气循环调节组件(7)供给冷风或者暖风；
步骤A4、重复步骤A1-A3，以使所述储能电池(5)于调节后达到安全温度阀值。
10.根据权利要求9所述的用于储能电池组的温度监测控制系统的控制方法，其特征在于：所述根据所述环境参数和电池参数对所述储能电池组下一时刻的电池温度进行预测，得到电池预测温度，包括：
基于所述环境参数和电池参数获取电池温升时间函数，其中，所述电池温升时间函数是在固定环境温度、固定充放电功率以及固定的温升特性下，电池温度随时间变化的函数；基于所述温升时间函数以及所述当前电池温度对所述储能系统下一时刻的电池温度进行预测，得到电池预测温度。
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