集中式储能设备热管理系统及其工作方法

453 编辑：中冶有色技术网来源：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司

2023-11-29 15:01:43

权利要求书： 1.一种集中式储能设备热管理系统，其特征在于，包括主控制器(1)、主水箱(2)、循环主路(6)；循环主路(6)与主水箱(2)连接，循环主路(6)上设有主路水泵(3)，主路水泵(3)连接有压力流量检测单元(4)和主路测温单元(5)；循环主路(6)连接有若干条循环支路(7)，每条循环支路(7)连接一个储能集装箱(8)，循环支路(7)上设有支路水泵(9)，支路水泵(9)连接有支路测温单元(10)；循环支路(7)连接有若干条循环分路(11)，每条循环分路(11)连接一个储能电池簇(12)，循环分路(11)上设有分路水泵(13)，分路水泵(13)连接有分路测温单元(14)；循环分路(11)连接有若干条循环毛细路(15)，每条循环毛细路(15)连接一个电池组(16)，循环毛细路(15)上设有毛细路水泵(17)，毛细路水泵(17)连接有毛细路测温单元(18)；

主路水泵(3)、压力流量检测单元(4)、主路测温单元(5)、支路水泵(9)、支路测温单元(10)、分路水泵(13)、分路测温单元(14)、毛细路水泵(17)和毛细路测温单元(18)分别与主控制器(1)连接。

2.根据权利要求1所述的集中式储能设备热管理系统，其特征在于，循环主路(6)包括供液主路和供液回路，供液主路和回液主路分别与主水箱(2)连接，供液主路和回液主路上均设有主路水泵(3)；若干储能集装箱(8)设在供液主路和回液主路之间，每个储能集装箱(8)分别通过循环支路(7)与供液主路和回液主路连接，每条循环支路(7)上均设有支路水泵(9)。

3.根据权利要求2所述的集中式储能设备热管理系统，其特征在于，主路测温单元(5)和压力流量检测单元(4)均分别与供液主路上的主路水泵(3)连接。

4.根据权利要求1所述的集中式储能设备热管理系统，其特征在于，循环支路(7)包括供液支路和两条回液支路，供液支路与循环主路(6)连接，两条回液支路汇合后与循环主路(6)连接，供液支路和两条回液支路上均设有支路水泵(9)；若干储能电池簇(12)设在供液支路和两条回液支路之间，每个储能电池簇(12)分别通过循环分路(11)与供液支路和两条回液支路连接，每条循环分路(11)上均设有分路水泵(13)。

5.根据权利要求1所述的集中式储能设备热管理系统，其特征在于，循环分路(11)包括供液分路和两条回液分路，供液分路与循环支路(7)连接，两条回液分路汇合后与循环支路(7)连接，供液分路和两条回液分路上均设有分路水泵(13)；若干电池组(16)设在供液分路和两条回液分路之间，每个电池组(16)分别通过循环毛细路(15)与供液分路和两条回液分路连接，每条循环毛细路(15)上均设有毛细路水泵(17)。

6.根据权利要求1所述的集中式储能设备热管理系统，其特征在于，主控制器(1)的处理器单元为AT91SAM9260。

7.根据权利要求1所述的集中式储能设备热管理系统，其特征在于，主路测温单元(5)、支路测温单元(10)、分路测温单元(14)和毛细路测温单元(18)为接触式测温热电偶。

8.根据权利要求1所述的集中式储能设备热管理系统，其特征在于，主路水泵(3)、压力流量检测单元(4)、主路测温单元(5)、支路水泵(9)、支路测温单元(10)、分路水泵(13)、分路测温单元(14)、毛细路水泵(17)和毛细路测温单元(18)分别通过远程组网与主控制器(1)通讯连接。

9.根据权利要求8所述的集中式储能设备热管理系统，其特征在于，主控制器(1)的通讯芯片为AM335X。

10.根据权利要求1～9任意一项所述的集中式储能设备热管理系统的工作方法，其特征在于，包括：

主控制器(1)根据主路测温单元(5)、支路测温单元(10)、分路测温单元(14)和毛细路测温单元(18)实时反馈的温度信息，结合上级系统对储能设备的出力及功率需求和储能设备最优的温度运行数据，分别对主路水泵(3)、支路水泵(9)、分路水泵(13)和毛细路水泵(17)进行控制，进而控制循环主路(6)、循环支路(7)、循环分路(11)和循环毛细路(15)中冷却介质的流量大小，监控每个储能集装箱(8)、储能电池簇(12)和电池组(16)的环境温度并进行实时调节；当某个储能集装箱(8)、储能电池簇(12)或电池组(16)发生突发热失控时，对其进行电路强制分离并加大相应水泵进行注液降温。

说明书：一种集中式储能设备热管理系统及其工作方法技术领域[0001] 本发明属于储能技术领域，具体涉及一种集中式储能设备热管理系统及其工作方法。背景技术[0002] 在对储能过程进行分析时，为了确定研究对象而划出的部分物体或空间范围，称为储能系统。它包括能量和物质的输入和输出、能量的转换和储存设备。储能系统往往涉及多种能量、多种设备、多种物质、多个过程，是随时间变化的复杂能量系统，需要多项指标来描述它的性能。常用的评价指标有储能密度、储能功率、蓄能效率以及储能价格、对环境的影响等。[0003] 电化学储能是指各种二次电池储能。是利用化学元素做储能介质，充放电过程伴随储能介质的化学反应或者变化。主要包括铅酸电池、液流电池、钠硫电池、锂离子电池等。目前以锂电池和铅蓄电池为主。

[0004] 目前储能电池热管理系统主要采取空冷、液冷、相变材料冷却或其几种方式耦合的方法，这些方法存在系统结构复杂、系统能耗高等缺点，然而现在比较成熟的液冷系统并不适用于大型电站式电池储能系统，这主要是由于电池储能系统在一定空间内积聚了大量的电池，不能统一做到温控及消防的统一管理，会造成系统能耗高，成本居高不下的问题。发明内容[0005] 为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种集中式储能设备热管理系统及其工作方法，对分布式储能单元的热管理进行集中式管控，结构设计合理，控制精准、能耗低，提高储能设备的安全性和可靠性。[0006] 本发明是通过以下技术方案来实现：[0007] 本发明公开了一种集中式储能设备热管理系统，包括主控制器、主水箱、循环主路；循环主路与主水箱连接，循环主路上设有主路水泵，主路水泵连接有压力流量检测单元和主路测温单元；循环主路连接有若干条循环支路，每条循环支路连接一个储能集装箱，循环支路上设有支路水泵，支路水泵连接有支路测温单元；循环支路连接有若干条循环分路，每条循环分路连接一个储能电池簇，循环分路上设有分路水泵，分路水泵连接有分路测温单元；循环分路连接有若干条循环毛细路，每条循环毛细路连接一个电池组，循环毛细路上设有毛细路水泵，毛细路水泵连接有毛细路测温单元；[0008] 主路水泵、压力流量检测单元、主路测温单元、支路水泵、支路测温单元、分路水泵、分路测温单元、毛细路水泵和毛细路测温单元分别与主控制器连接。[0009] 优选地，循环主路包括供液主路和供液回路，供液主路和回液主路分别与主水箱连接，供液主路和回液主路上均设有主路水泵；若干储能集装箱设在供液主路和回液主路之间，每个储能集装箱分别通过循环支路与供液主路和回液主路连接，每条循环支路上均设有支路水泵。[0010] 进一步优选地，主路测温单元和压力流量检测单元均分别与供液主路上的主路水泵连接。[0011] 优选地，循环支路包括供液支路和两条回液支路，供液支路与循环主路连接，两条回液支路汇合后与循环主路连接，供液支路和两条回液支路上均设有支路水泵；若干储能电池簇设在供液支路和两条回液支路之间，每个储能电池簇分别通过循环分路与供液支路和两条回液支路连接，每条循环分路上均设有分路水泵。[0012] 优选地，循环分路包括供液分路和两条回液分路，供液分路与循环支路连接，两条回液分路汇合后与循环支路连接，供液分路和两条回液分路上均设有分路水泵；若干电池组设在供液分路和两条回液分路之间，每个电池组分别通过循环毛细路与供液分路和两条回液分路连接，每条循环毛细路上均设有毛细路水泵。[0013] 优选地，主控制器的处理器单元为AT91SAM9260。[0014] 优选地，主路测温单元、支路测温单元、分路测温单元和毛细路测温单元为接触式测温热电偶。[0015] 优选地，主路水泵、压力流量检测单元、主路测温单元、支路水泵、支路测温单元、分路水泵、分路测温单元、毛细路水泵和毛细路测温单元分别通过远程组网与主控制器通讯连接。[0016] 进一步优选地，主控制器的通讯芯片为AM335X。[0017] 本发明公开的上述集中式储能设备热管理系统的工作方法，包括：[0018] 主控制器根据主路测温单元、支路测温单元、分路测温单元和毛细路测温单元实时反馈的温度信息，结合上级系统对储能设备的出力及功率需求和储能设备最优的温度运行数据，分别对主路水泵、支路水泵、分路水泵和毛细路水泵进行控制，进而控制循环主路、循环支路、循环分路和循环毛细路中冷却介质的流量大小，监控每个储能集装箱、储能电池簇和电池组的环境温度并进行实时调节；当某个储能集装箱、储能电池簇或电池组发生突发热失控时，对其进行电路强制分离并加大相应水泵进行注液降温。[0019] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：[0020] 本发明公开的一种集中式储能设备热管理系统，通过主控制器与储能系统中每级的水泵和温度测点直接连接，对分布式储能单元的热管理进行集中式管控，取消了单个储能单元的热管理机构，有效降低了储能系统的能耗，降低了系统的设计、安装和维护成本。通过储能系统每级中每个监测点的实时通讯状态信息，精准地控制储能系统中每级的环境温度；并且在某个储能单元突发热失控状态时能够进行强制分离及降温，降低突发安全问题的发生概率，降低储能系统因为热失控所造成的巨大经济损失，提高储能系统的安全性和稳定性。

[0021] 进一步地，循环支路、循环分路和循环毛细路均采用中间供液路、两边回液路的形式，循环效果好。[0022] 进一步地，主控制器的处理器单元采用AT91SAM9260，AT91SAM9260拥有可实现高效系统管理的全功能系统控制器，其中包含了一个复位控制器、关机控制器、时钟管理、高级中断控制器(AIC)、调试单元(DBGU)、周期间隔定时器、看门狗定时器以及实时定时器。具备8KB指令以及8KB数据缓存。在190MHz时钟频率下运行时性能可达210MIPS。该产品包含了8KBSRAM以及32KBROM，在最高处理器或总线速度下可实现单周期访问。该产品还具备外部总线接口，这些外部总线接口中包含了诸多控制器，用于控制SDRAM以及包括NANDFlash和CompactFlash在内的静态存储器。32位并行输入/输出控制器让针脚可以与这些外围设备实现多路复用，从而减少了设备的针脚数量以及外围设备DMA通道，将接口与片上、片外存储器之间的数据吞吐量提升到了最高水平。通过AT91SAM926032位并行输入/输出控制器对现有温度控制点、各水路控制阀实现实时平行控制，并且支持外部总线接口，对于控制板的接驳提供更友好的连接方式及通讯时效，保障温控系统的稳定运行，能够满足本系统的控制需要。

[0023] 进一步地，主路测温单元、支路测温单元、分路测温单元和毛细路测温单元均采用接触式测温热电偶，结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传。[0024] 进一步地，各水泵和检测单元通过远程组网与主控制器通讯连接，能够实现远程控制，自动化程度高。[0025] 进一步地，主控制器的通讯芯片采用AM335X，能够实现与所有水泵、检测单元及上级系统的通信互联。[0026] 本发明公开的上述集中式储能设备热管理系统的工作方法，自动化程度高、集中程度高，有效降低了系统能耗，能够从整体上对储能系统进行热管理，安全性和稳定性强。附图说明[0027] 图1为本发明的整体结构示意图；[0028] 图2为储能集装箱内冷却循环结构示意图；[0029] 图3为储能电池簇内冷却循环结构示意图。[0030] 图中：1为主控制器，2为主水箱，3为主路水泵，4为压力流量检测单元，5为主路测温单元，6为循环主路，7为循环支路，8为储能集装箱，9为支路水泵，10为支路测温单元，11为循环分路，12为储能电池簇，13为分路水泵，14为分路测温单元，15为循环毛细路，16为电池组，17为毛细路水泵，18为毛细路测温单元。具体实施方式[0031] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：[0032] 本发明的集中式储能设备热管理系统，循环主路6与主水箱2连接，循环主路6上设有主路水泵3，主路水泵3连接有压力流量检测单元4和主路测温单元5；循环主路6连接有若干条循环支路7，每条循环支路7连接一个储能集装箱8，循环支路7上设有支路水泵9，支路水泵9连接有支路测温单元10；循环支路7连接有若干条循环分路11，每条循环分路11连接一个储能电池簇12，循环分路11上设有分路水泵13，分路水泵13连接有分路测温单元14；循环分路11连接有若干条循环毛细路15，每条循环毛细路15连接一个电池组16，循环毛细路15上设有毛细路水泵17，毛细路水泵17连接有毛细路测温单元18。

[0033] 主路水泵3、压力流量检测单元4、主路测温单元5、支路水泵9、支路测温单元10、分路水泵13、分路测温单元14、毛细路水泵17和毛细路测温单元18分别与主控制器1连接；优选地，采用远程组网连接，其媒介可以是串行485、以太网、光纤环网等。[0034] 如图1，在本发明的一个较优的实施例中，循环主路6包括供液主路和供液回路，供液主路和回液主路分别与主水箱2连接，供液主路和回液主路上均设有主路水泵3；若干储能集装箱8设在供液主路和回液主路之间，每个储能集装箱8分别通过循环支路7与供液主路和回液主路连接，每条循环支路7上均设有支路水泵9，主路测温单元5和压力流量检测单元4均分别与供液主路上的主路水泵3连接。[0035] 如图2，在本发明的一个较优的实施例中，循环支路7包括供液支路和两条回液支路，供液支路与循环主路6连接，两条回液支路汇合后与循环主路6连接，供液支路和两条回液支路上均设有支路水泵9；若干储能电池簇12设在供液支路和两条回液支路之间，每个储能电池簇12分别通过循环分路11与供液支路和两条回液支路连接，每条循环分路11上均设有分路水泵13。[0036] 如图3，在本发明的一个较优的实施例中，循环分路11包括供液分路和两条回液分路，供液分路与循环支路7连接，两条回液分路汇合后与循环支路7连接，供液分路和两条回液分路上均设有分路水泵13；若干电池组16设在供液分路和两条回液分路之间，每个电池组16分别通过循环毛细路15与供液分路和两条回液分路连接，每条循环毛细路15上均设有毛细路水泵17。[0037] 主控制器1的处理器单元可以采用AT91SAM9260。[0038] 主路测温单元5、支路测温单元10、分路测温单元14和毛细路测温单元18优选采用接触式测温热电偶。[0039] 主控制器1的通讯芯片采用AM335X，以及与其连接的多个网口、485串口和多路输入输出干接点。主路测温单元5、支路测温单元10、分路测温单元14和毛细路测温单元18的输出端通过模数转换器连接对应的485接口，进而将测温数据传输给AM335X芯片。电站控制系统通过ICE104协议与AM335X芯片通讯，用于将储能设备的运行状态传输给AM335X芯片。[0040] 上述集中式储能设备热管理系统在工作时：[0041] 主控制器1根据主路测温单元5、支路测温单元10、分路测温单元14和毛细路测温单元18实时反馈的温度信息，结合上级系统对储能设备的出力及功率需求和储能设备最优的温度运行数据，分别对主路水泵3、支路水泵9、分路水泵13和毛细路水泵17进行控制，进而控制循环主路6、循环支路7、循环分路11和循环毛细路15中冷却介质的流量大小，监控每个储能集装箱8、储能电池簇12和电池组16的环境温度并进行实时调节；当某个储能集装箱8、储能电池簇12或电池组16发生突发热失控时，通过各测温单元给出温度三级报警，联动相应BMS(电池管理系统)电池簇管控开关，对其进行电路切断，热管理系统相应电磁阀打开，对电池箱进行注液降温处理，确保热失控的可控性，做到热管理和消防的同步管理。

[0042] 以上所述，仅为本发明实施方式中的部分，本发明中虽然使用了部分术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了方便的描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的内容，以便于更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。