液冷储能热管理系统及方法

技术领域

本发明涉及液冷储能技术领域，具体涉及一种液冷储能热管理系统及方法。

背景技术

目前储能系统常见的冷却方式主要为自然冷却或强制风冷形式，但其散热功率有限，无法满足大容量、高功率储能电池系统的散热需求。液冷技术的原理是利用液体的高热容和高热传导性能，将电子设备产生的热量传递到液体中，然后通过液体的流动将热量带走，其对流换热系数是强制风冷的10倍左右，具有更效率的散热，还可以有效的降低设备的温度。此外，液冷技术还可以降低设备噪音，减少能源消耗等优点。目前液冷系统主要是按照液冷机出水温度来控制液冷机的运行模式，这种运行模式比较简单，但是能耗较高。

因此，现有技术中存在仅靠液冷机组出水温度确定运行模式造成的能耗较高，从而造成储能系统的能效值低的问题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种液冷储能热管理系统及方法，用以解决现有技术中仅靠液冷机组出水温度确定运行模式造成的能耗较高，从而造成储能系统的能效值低问题。本发明通过确定出相应场景下电池温度适宜且能耗尽可能最低的热管理策略，从而使储能系统在全周期场景运行中充放电性能尽可能提高，能效值较高。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种液冷储能热管理系统，包括：电池模块、储能变流器、液冷机组、分控箱、液冷管道、检测模块、控制模块以及处理模块；所述电池模块与储能变流器电连接；所述液冷机组与所述液冷管道连接，所述液冷机组用于对电池模块和储能变流器进行降温或加热；所述检测模块设置于电池模块和储能变流器上，检测模块用于检测电池模块的电池工作参数以及储能变流器的变流器工作参数并生成反馈信号；处理模块用于根据所述反馈信号处理得到充放电倍率、温度和温差，输出控制信号到控制模块；控制模块位于分控箱内，分别与液冷机组和检测模块电连接，控制模块用于接收所述控制信号，并根据所述控制信号确定控制液冷机组的水泵参数、风机参数、PTC加热参数及压缩机参数，以根据所述水泵参数、风机参数、PTC加热参数及压缩机参数调节冷却液的温度和流量。

在可能的一些实施方式中，所述电池模块包括多个并排设置的电池，并排的每个电池模块下方通过导热胶与液冷板连接，液冷板用于对电池进行降温和加热，各个液冷板之间并联连接，液冷板与电池一一对应；液冷板通过转接头分别独立接入液冷管道，液冷管道包含进液总管和出液总管，所述进液总管内冷却液分别进入各个液冷板，换热后的冷却液汇集至出液总管，并返回液冷机组。

在可能的一些实施方式中，液冷机组包含压缩机、冷凝器、冷凝风机、电加热PTC、循环泵和板式换热器；液冷机组的供水口、出水口和液冷管道相连，用于提供电池模块中液冷板的换热液体；液冷机组的压缩机、冷凝风机、电加热PTC、水泵的电信号与检测模块、处理模块以及控制模块电信号连接。

在可能的一些实施方式中，检测模块包括设置于电池上的电池参数检测器和储能变流器参数检测器；电池参数检测器用于检测电池模块的工作参数；所述工作参数包括电池模块的电压、电流、温度参数；储能变流器参数检测器用于检测储能变流器模块的温度、功率及效率。

在可能的一些实施方式中，所述处理模块位于分控箱内，用于处理检测模块检测的电池参数，计算电池充放电倍率、温度最大值、最小值及PCS发热功率、电池自身发热功率及低环温下电池所需加热功率，确定电池温度温差，并根据充放电倍率、温度和温差选择对应的热管理策略。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种液冷储能热管理方法，应用于上述的液冷储能热管理系统，所述方法包括：

步骤S201、检测电池模块的电池工作参数以及储能变流器的变流器工作参数并生成反馈信号；

步骤S202、接收所述反馈信号，根据所述反馈信号处理得到充放电倍率、温度和温差，输出控制信号到控制模块；

步骤S203、接收所述控制信号，并根据所述控制信号确定控制液冷机组的水泵参数、风机参数、PTC加热参数及压缩机参数；

步骤S204、根据所述水泵参数、风机参数、PTC加热参数及压缩机参数调节冷却液的温度和流量。

在可能的一些实施方式中，还包括：

基于BMS采集电池电流、温度参数、所有电池最高温度T

基于处理模块确定充放电倍率N和温差T

判断N是否大于或等于预设倍率，若N小于预设倍率，则执行第二处理模式；

若N大于或等于预设倍率，则判断T

若T

若T

若T

在可能的一些实施方式中，还包括：

若T

若P

若P

若T

在可能的一些实施方式中，还包括：

在进入第二处理模式后，判断T

若T

若T

若T

在可能的一些实施方式中，还包括：

若T

若P

若P

若T

采用上述实施例的有益效果是：

本发明能够解决仅靠液冷机组出水温度确定运行模式造成的能耗较高，从而造成储能系统的能效值低问题。本发明通过确定出相应场景下电池温度适宜且能耗尽可能最低的热管理策略，从而使储能系统在全周期场景运行中充放电性能尽可能提高，能效值较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本发明提供的液冷储能热管理系统的一个实施例系统架构图；

图2为本发明提供的液冷储能热管理方法的一个实施例流程图；

图3为本发明提供的液冷储能热管理方法的另一个实施例流程图；

图4为本发明提供的液冷储能热管理方法的又一个实施例流程示意图。

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。

以下，术语“第一”、 “第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、 “第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请实施例的描述中，除非另有说明， “多个”的含义是两个或两个以上。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明提供了一种液冷储能热管理系统及方法，以下分别进行说明。

如图1所示，为本发明提供的液冷储能热管理系统的一个实施例系统架构图，该系统包括：电池模块1、储能变流器（PCS）2、液冷机组3、分控箱4、液冷管道5、消防口6、不间断电源（UPS）7、检测模块、控制模块以及处理模块；所述电池模块1与储能变流器2电连接；所述液冷机组3与所述液冷管道5连接，所述液冷机组3用于对电池模块1和储能变流器2进行降温或加热；所述检测模块设置于电池模块1和储能变流器2上，检测模块用于检测电池模块1的电池工作参数（BMS）以及储能变流器2的变流器工作参数（EMS）并生成反馈信号；处理模块用于根据所述反馈信号处理得到充放电倍率、温度和温差，输出控制信号到控制模块；控制模块位于分控箱4内，分别与液冷机组3和检测模块电连接，控制模块用于接收所述控制信号，并根据所述控制信号确定控制液冷机组的水泵参数、风机参数、PTC加热参数及压缩机参数，以根据所述水泵参数、风机参数、PTC加热参数及压缩机参数调节冷却液的温度和流量，对电池模块1的温度进行调控，从而实时保证液冷机组3的能耗在满足电池模块1正常工作情况下最低。

在可能的一些实施方式中，所述电池模块1包括多个并排设置的电池，并排的每个电池模块下方通过导热胶与液冷板连接，液冷板用于对电池进行降温和加热，各个液冷板之间并联连接，液冷板与电池一一对应；液冷板通过转接头分别独立接入液冷管道5，液冷管道5包含进液总管和出液总管，所述进液总管内冷却液分别进入各个液冷板，换热后的冷却液汇集至出液总管，并返回液冷机组3。可选地，液冷板内的冷却液为50%乙二醇水溶液。

在可能的一些实施方式中，液冷机组包含压缩机、冷凝器、冷凝风机、电加热PTC、循环泵和板式换热器等；液冷机组的供水口、出水口和液冷管道相连，用于提供电池模块中液冷板的换热液体；液冷机组的压缩机、冷凝风机、电加热PTC、水泵的电信号与检测模块、控制模块、处理模块以及电信号连接。

在可能的一些实施方式中，检测模块包括设置于电池上的电池参数检测器和储能变流器参数检测器；电池参数检测器用于检测电池模块的工作参数；所述工作参数包括电池模块的电压、电流、温度参数；储能变流器参数检测器用于检测储能变流器模块的温度、功率及效率。

在可能的一些实施方式中，处理模块位于分控箱4内，用于处理检测模块检测的电池参数，计算电池充放电倍率、温度最大值、最小值及PCS发热功率、电池自身发热功率及低环温下电池所需加热功率，确定电池温度温差，并根据充放电倍率、温度和温差选择对应的热管理策略。

需要说明的是，本发明实施例的一些名词进行解释如下：

BMS：电池管理系统，EMS：能量管理系统；

Tmax-所有电池最高温度，Tmin-所有电池最低温度，Ti-PCS模块检测点温度，N-电池充放电倍率，Td-电池最高温度和最低温度差值，Tc-PCS模块允许的最大温度，P1-PCS的发热功率，P2-电池的自身发热功率，P3-电池加热到正常工作温度的功率。

具体的，检测模块、处理模块、控制模块集成在EMS系统中，其包含的物理组件可以被实施为由处理器芯片，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读存储介质上，计算机可读存储介质可以包括计算机存储介质（或非暂时性介质）和通信介质（或暂时性介质）。

EMS、BMS和电池、PCS及水冷机组的通讯通过网络传输，例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备，网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

本发明还提供了一种液冷储能热管理方法，应用于上述的液冷储能热管理系统，请查阅图2，所述方法包括：

步骤S201、检测电池模块的电池工作参数以及储能变流器的变流器工作参数并生成反馈信号；

步骤S202、接收所述反馈信号，根据所述反馈信号处理得到充放电倍率、温度和温差，输出控制信号到控制模块；

步骤S203、接收所述控制信号，并根据所述控制信号确定控制液冷机组的水泵参数、风机参数、PTC加热参数及压缩机参数；

步骤S204、根据所述水泵参数、风机参数、PTC加热参数及压缩机参数调节冷却液的温度和流量。

在可能的一些实施方式中，还包括：

基于BMS采集电池电流、温度参数、所有电池最高温度T

基于处理模块确定充放电倍率N和温差T

判断N是否大于或等于预设倍率，若N小于预设倍率，则执行第二处理模式，其中，预设倍率为0.5C；

若N大于或等于预设倍率，则判断T

若T

若T

若T

在可能的一些实施方式中，还包括：

若T

若P

若P

若T

在可能的一些实施方式中，还包括：

在进入第二处理模式后，判断T

若T

若T

若T

在可能的一些实施方式中，还包括：

若T

若P

若P

若T

需要说明的是，在具体的实例中，循环水泵为变频水泵，循环水泵的第一开度为100%开度，第二开度为50%开度，第三开度为80%开度，第四开度为30%开度，第五开度为60%开度。在N≥预设倍率时，循环水泵的占空比有3档，分别为50%、80%、100%，在第二处理模式中，循环水泵的占空比有4档，分别为30%、60%、80%、100%。

需要说明的是，在本申请实施例中，冷凝风机具有调速功能，冷凝风机运行的第一状态运行为100%运行，第二状态运行为60%运行，第三状态运行为80%运行；在N≥预设倍率时，冷凝风机的占空比有2档，分别为60%、100%，在第二处理模式中，冷凝风机的占空比有3档，分别为60%、80%、100%。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上对本发明所提供的液冷储能热管理系统及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。