一种电池储能系统内的液冷系统能耗优化方法与流程

1.本发明涉及电池储能技术领域，特别是涉及一种电池储能系统内的液冷系统能耗优化方法。


背景技术：

2.目前，储能技术在能源互联网中具有举重轻重的地位，已广泛应用于可再生能源、分布式能源、智能电网等领域，以磷酸铁锂储能电池作为代表的电化学储能因其储能密度和功率密度高、效率高、技术进步快、发展潜力大等优势发展十分迅速。然而储能电池由于自身的衰减特性，其能量是随着使用而降低的，比如储能系统使用寿命为10年，而储能电池自身10年后容量衰减为80％，再加上维持储能系统正常运行的其他能量损耗，储能系统的总体能效比会逐年降低。
3.在储能系统的辅助配套设施中，冷却设备的能耗占有较大的比例，随着储能容量的提升系统产热量也随之增加，为了保证电池正常运行，通常会不断扩大液冷系统的规模，进一步造成能源浪费。另外，较为粗放式的液冷系统控制管理方法也会带来冗余的能耗。目前，储能系统能耗优化的常用方法有两种，一种是储能电站的能耗监测，另一种是储能电站的能效控制。其中，储能电站的能耗监测是采用储能电站充放电主回路损耗分解模型计算储能电站充放电主回路的各环节损耗，采用储能电站辅助用电回路损耗分解模型计算储能电站辅助用电回路各环节损耗，将储能电站总损耗和储能电站损耗率分别和对应标准值比较，在超出标准值式发出警报；储能电站的能效控制则包括无线接收发射模块、控制模块、储能模块、电能质量监测模块和多个耗能单元，对不同耗能单元进行电能调控、能耗监测、数据整理统计和分析，来找出可节能的点。
4.但是上述两种方法都具有一定的局限性，第一种方法只能通过实际损耗与预设标准值的对比，从而对整个储能电站的能耗进行判断，系统未具备在告警时自动调节各环节损耗的功能，适用于较为粗放的调控方式；而第二种方法的调控策略较为宏观，侧重于负荷分析与电能质量分析，对储能系统自身能耗控制较少提及。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种从储能设备层面进一步降低总能耗，从而实现储能装置自身的节能的能够对电池储能系统内的液冷系统能耗优化的方法。
6.本发明提供了一种电池储能系统内的液冷系统能耗优化方法，所述方法包括：
7.从电池储能系统中的液冷系统和电池系统分别获取液冷循环数据和电池数据，所述液冷循环数据包括供液温度、回液温度和额定供液温度，所述电池数据包括电芯温度、充放电倍率、电芯允许最高温度、电芯允许最低温度和电芯额定温度，所述液冷系统包括压缩机、风机、电加热器和主循环泵；
8.将所述电芯温度分别与所述电芯允许最高温度和所述电芯允许最低温度相比对，
若所述电芯温度大于等于所述电芯允许最高温度，则使所述压缩机和所述风机满载运行；
9.若所述电芯温度小于等于所述电芯允许最低温度，则使所述压缩机和所述风机停止运行，并开启所述电加热器；
10.若所述电芯温度在所述电芯允许最低温度和所述电芯允许最高温度之间，则根据所述充放电倍率，得到所述电池系统中的电池状态，根据所述电池状态，调整所述压缩机和所述风机的运行负荷，以使所述液冷循环数据和所述电池数据分别达到预设的液冷循环温度阈值和电池温度阈值。
11.进一步地，所述若所述电芯温度大于等于所述电芯允许最高温度，则使所述压缩机和所述风机满载运行的步骤为：
12.若所述电芯温度大于等于所述电芯允许最高温度，则使所述压缩机和所述风机满载运行，使所述主循环泵保持运行，直到所述电芯温度等于所述电芯额定温度。
13.进一步地，所述若所述电芯温度小于等于所述电芯允许最低温度，则使所述压缩机和所述风机停止运行，并开启所述电加热器的步骤为：
14.若所述电芯温度小于等于所述电芯允许最低温度，则使所述压缩机和所述风机停止运行，使所述主循环泵保持运行，并开启所述电加热器，直至所述电芯温度大于所述电芯允许最低温度。
15.进一步地，在所述根据所述充放电倍率，得到所述电池系统中的电池状态的步骤之前还包括：
16.计算所述电芯温度与所述电芯额定温度之间的差值，得到电芯温差；
17.将所述电芯温差分别与预设的第一阈值和第二阈值相比对，若所述电芯温差大于等于所述第二阈值，且所述电芯温差小于等于所述第一阈值，则使液冷系统停止运行。
18.进一步地，所述根据所述充放电倍率，得到所述电池系统中的电池状态的步骤包括：
19.若所述充放电倍率为零，则所述电池系统中的电池状态为静置状态；
20.否则，所述电池系统中的电池状态为充放电状态。
21.进一步地，所述根据所述电池状态，调整所述压缩机和所述风机的运行负荷，以使所述液冷循环数据和所述电池数据分别达到预设的液冷循环温度阈值和电池温度阈值的步骤包括：
22.若所述电芯温差大于所述第一阈值，且所述电池状态为静置状态，计算所述供液温度与所述回液温度之间的差值，得到供回液温差，使所述主循环泵保持运行，调整所述压缩机和所述风机的运行负荷，以使所述供回液温差保持不变，且所述电芯温度小于等于所述电芯额定温度；
23.若所述电芯温差大于所述第一阈值，且所述电池状态为充放电状态，则使所述主循环泵保持运行，调整所述压缩机和所述风机的运行负荷，以使所述供液温度小于等于所述额定供液温度，直到所述电芯温度等于所述电芯额定温度。
24.进一步地，所述根据所述电池状态，调整所述压缩机和所述风机的运行负荷，以使所述液冷循环数据和电池数据分别达到预设的液冷循环温度阈值和电池温度阈值的步骤包括：
25.若所述电芯温差小于所述第二阈值，且所述电池状态为静置状态，则使所述液冷
系统停止运行；
26.若所述电芯温差小于所述第二阈值，且所述电池状态为充放电状态，则使所述主循环泵保持运行，所述压缩机和所述风机停止运行。
27.进一步地，所述方法还包括：
28.获取所述液冷系统的运行时间和运行负荷；
29.根据所述运行时间和所述运行负荷，计算所述液冷系统的运行能耗。
30.进一步地，所述第一阈值为0.5，所述第二阈值为-0.5。
31.上述本发明提供了一种电池储能系统内的液冷系统能耗优化方法。通过所述方法，液冷系统根据电芯允许状态、供回液温度和供回液温差来控制压缩机和风机的运行负荷和运行频率，从储能设备层面进一步降低了储能系统运行的总能耗，并且不需要在现有电池储能系统中额外增加设备，减少了不必要的人力和物力资源的消耗，这对于电池储能技术领域来说，是非常有意义的。
附图说明
32.图1是本发明实施例提供的电池储能系统内的液冷系统能耗优化方法的流程示意图；
33.图2是图1中步骤s40的流程示意图；
34.图3是图1中步骤s40的另一种流程示意图；
35.图4是图1中步骤s40的第三种流程示意图；
36.图5是图1中步骤s40的第四种流程示意图；
37.图6是本发明实施例提供的电池储能系统内的液冷系统能耗优化方法的另一种流程示意图。
具体实施方式
38.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.请参阅图1，本发明实施例提出的一种电池储能系统内的液冷系统能耗优化方法，包括步骤s10～s40：
40.步骤s10，从电池储能系统中的液冷系统和电池系统分别获取液冷循环数据和电池数据，所述液冷循环数据包括供液温度、回液温度和额定供液温度，所述电池数据包括电芯温度、充放电倍率、电芯允许最高温度、电芯允许最低温度和电芯额定温度，所述液冷系统包括压缩机、风机、电加热器和主循环泵。
41.本实施例的能耗优化方法是针对具有液冷型式的冷却系统的电池储能系统，现有的电池储能系统一般为电池储能柜的形式，而液冷系统内置在电池储能柜中，液冷系统采用循环冷却液对电池储能柜中的电池、功率变换系统pcs以及柜体内部空间温度进行调节，其工作范围为所属的单个电池储能柜。
42.液冷系统一般可以分为冷热循环单元和控制保护单元，冷热循环单元包括压缩
机、风机、主循环泵、空调、电加热器等设备本体以及冷却液管道，控制保护单元则包括电气控制单元和参数测量与控制单元两部分，其中，电气控制单元会根据系统的控制要求，主要完成压缩机、风机、主循环泵、空调、电加热器等用电设备的运行与故障保护等功能，而参数测量与控制单元采用温度变送器和压力变送器，主要完成供液温度和供液压力、回液温度和回液压力的显示以及供液温度的自动调节等功能。除了液冷系统自带的参数测量外，电池储能柜中的电池管理系统bms也可以对电池数据进行监测，包括电芯温度和充放电倍率等参数。
43.本实施例就是在现有的具有液冷系统的电池储能系统中，根据液冷系统的参数测量与控制单元采集的液冷循环数据，以及电池系统采集的电池数据，结合内外部的参数分析，设置液冷系统的控制逻辑，从而满足不同工况下的设备控制要求，降低电池储能设备的能耗。
44.为了便于下面对本实施例技术方案进行详细描述，我们将液冷循环数据和电池数据进行参数标记为：电芯温度t1、充放电倍率c、电芯允许最高温度tmax、电芯允许最低温度tmin、电芯额定温度t1set、供液温度t2、回液温度t3、以及额定供液温度t2set。
45.步骤s20，将所述电芯温度分别与所述电芯允许最高温度和所述电芯允许最低温度相比对，若所述电芯温度大于等于所述电芯允许最高温度，则使所述压缩机和所述风机满载运行。
46.步骤s30，若所述电芯温度小于等于所述电芯允许最低温度，则使所述压缩机和所述风机停止运行，并开启所述电加热器。
47.在本实施例中，液冷系统会根据电芯温度来调整液冷系统的运行状态，其中，液冷系统会先将电芯温度t1分别与电芯允许最高温度tmax和电芯允许最低温度tmin相比对，如果t1≥tmax，说明此时电池温度过高，液冷系统的电气控制单元会在保持主循环泵运行的情况下，控制压缩机和风机满载运行，达到快速降低电芯温度的目的，直到电芯温度t1降低到电芯额定温度t1set，即t1＝t1set，此时可以控制液冷系统停止运行。
48.如果t1≤tmin，说明此时电池温度过低，实际上，电池温度过高和过低都会影响到电池储能系统的运行状态以及电池寿命，因此，当电芯温度过低时，需要控制液冷系统在保持主循环泵运行的情况下，停止压缩机和风机的运行，并且开启电加热器，使电池快速升温，直到电芯温度t1升至电芯允许最低温度tmin，即t1＞tmin，此时，可以关闭电加热器，可以很明显的看到，本实施例可以根据实际工况，灵活设置液冷系统的运行状态，从而降低了电池储能系统的总能耗。当然还会其他的工况情况，将在下面详细描述。
49.步骤s40，若所述电芯温度在所述电芯允许最低温度和所述电芯允许最高温度之间，则根据所述充放电倍率，得到所述电池系统中的电池状态，根据所述电池状态，调整所述压缩机和所述风机的运行负荷，以使所述液冷循环数据和所述电池数据分别达到预设的液冷循环温度阈值和电池温度阈值。
50.本实施例不仅仅对电芯温度在允许的最大温度值和最小温度值之外设置了工况，当电芯温度处于电芯允许的温度范围时，仍然进行了不同工况的划分，从而使液冷系统更加符合不同工况的需求，进一步地的降低系统的能耗，具体步骤如图2所示：
51.步骤s401，计算所述电芯温度与所述电芯额定温度之间的差值，得到电芯温差。
52.步骤s402，将所述电芯温差分别与预设的第一阈值和第二阈值相比对，若所述电
芯温差大于等于所述第二阈值，且所述电芯温差小于等于所述第一阈值，则使液冷系统停止运行。
53.当电芯温度为tmin＜t1＜tmax时，先计算t1与t1set的差值，得到电芯温差，并且预先设置了第一阈值和第二阈值，在本实施例中，优选的将第一阈值设置为0.5，第二阈值设置为-0.5，当然第一阈值和第二阈值可以根据实际情况设置为其他数值，应当理解的是，本实施例仅以优选的数值便于进行方案描述，而非具体的限定。
54.如果t1-t1set的值在[-0.5,0.5]以内，可以认为电芯温度t1维持在了电芯额定温度t1set附近，此时，可以使液冷系统停止运行。如果t1-t1set的值在[-0.5,0.5]之外，还需要根据电池数据中的充放电倍率进行电池状态的判断，具体如图3所示：
[0055]
步骤s403，若所述充放电倍率为零，则所述电池系统中的电池状态为静置状态。
[0056]
步骤s404，否则，所述电池系统中的电池状态为充放电状态。
[0057]
根据电池系统采集的充放电倍率c，若c＝0，那么此时的电池状态为静置状态，若c＞0，则电池状态为充电状态，若c＜0，则电池状态为放电状态，在本实施例中，优选的根据电池的充放电状态和静置状态进行工况的划分，当然根据电池储能系统的实际运行情况，还可以根据电池的充电状态、放电状态和静置状态进行工况划分，在此不再一一赘述。
[0058]
此时，我们得到了电芯温度和电池状态两个参数条件，那么可以根据这两个参数划分成四种不同的工况，并根据不同工况，对应设置液冷系统不同的控制逻辑，从而对液冷系统的能耗进一步的优化，具体步骤如图4和图5所示：
[0059]
步骤s405，若所述电芯温差大于所述第一阈值，且所述电池状态为静置状态，计算所述供液温度与所述回液温度之间的差值，得到供回液温差，使所述主循环泵保持运行，调整所述压缩机和所述风机的运行负荷，以使所述供回液温差保持不变，且所述电芯温度小于等于所述电芯额定温度。
[0060]
步骤s406，若所述电芯温差大于所述第一阈值，且所述电池状态为充放电状态，则使所述主循环泵保持运行，调整所述压缩机和所述风机的运行负荷，以使所述供液温度小于等于所述额定供液温度，直到所述电芯温度等于所述电芯额定温度。
[0061]
当t1-t1set的值大于0.5时，即电芯温度t1并没有维持在电芯额定温度t1set附近，电芯温度t1实际为t1set+0.5＜t1＜tmax，在此情况下，判断电池状态，如果c＝0，即电池状态为静置状态，那么需要计算供液温度t2与回液温度t3之间的供回液温差，然后在主循环泵运行的情况下，调整压缩机和风机的运行负荷，从而使t2-t3的值保持稳定，并且使t1≤t1set。
[0062]
如果c≠0，即电池状态为充放电状态，此时则需要调整压缩机和风机的运行负荷，使液冷系统的供液温度t2≤额定供液温度t2set，直到t1＝t1set，此时电芯温度维持在了电芯额定温度附近，因此可以控制液冷系统停止运行。
[0063]
步骤s407，若所述电芯温差小于所述第二阈值，且所述电池状态为静置状态，则使所述液冷系统停止运行。
[0064]
步骤s408，若所述电芯温差小于所述第二阈值，且所述电池状态为充放电状态，则使所述主循环泵保持运行，所述压缩机和所述风机停止运行。
[0065]
当t1-t1set的值小于0.5时，即电芯温度t1并没有维持在电芯额定温度t1set附近，电芯温度t1实际为tmin＜t1＜t1set-0.5，在此情况下，判断电池状态，如果c＝0，即电
池状态为静置状态，此时，电池处于的温度和状态都比较稳定，因此可以控制液冷系统停止运行。
[0066]
如果c≠0，即电池状态为充放电状态，此时，电池温度处于较低值，则不需要压缩机和风机运行，只需要保证主循环泵运行即可，从而保证了在各种工况下都对液冷系统的控制逻辑进行了优化，减少了液冷系统不必要的能耗，从而从储能设备层面降低了电池储能系统的总能耗。
[0067]
本实施例除了可以根据对液冷循环数据和电池数据进行参数分析，满足不同工况下设备控制的要求，降低系统的总能耗，而且还可以对系统能耗数据进行进一步的处理，具体如图6所示：
[0068]
步骤s50，获取所述液冷系统的运行时间和运行负荷。
[0069]
步骤s60，根据所述运行时间和所述运行负荷，计算所述液冷系统的运行能耗。
[0070]
本实施例提供的优化方法还可以对上述不同工况下液冷系统的运行时间和各个部分的运行负荷的数据进行采集，并且根据采集的数据计算液冷系统在不同工况下的运行能耗，同时，还可以对运行能耗进行记录和存储，以便后期根据液冷系统的能耗数据和运行参数相结合分析，从而为以后对优化方法扩展进行能效管理提供长期的并且真实的数据支撑，具体分析过程在此不再赘述。
[0071]
本实施例提供的一种电池储能系统内的液冷系统能耗优化方法，相比传统方法只对整个储能电站的能耗进行判断，调控方式较为粗放，以及缺乏储能系统自身能耗控制的问题，本发明在不额外增加设备的情况下，仅仅通过电芯运行状态、供回液温度和温差来控制液冷系统的压缩机和风机的运行负荷，结合电池数据和液冷循环数据进行参数分析，设置液冷系统的控制逻辑来满足不同工况下的设备控制要求，减少了液冷系统不必要的运行能耗，从而从储能设备层面降低了电池储能系统的系统运行总能耗。
[0072]
综上，本发明实施例提出的一种电池储能系统内的液冷系统能耗优化方法，所述方法通过从电池储能系统中的液冷系统和电池系统分别获取液冷循环数据和电池数据，所述液冷循环数据包括供液温度、回液温度和额定供液温度，所述电池数据包括电芯温度、充放电倍率、电芯允许最高温度、电芯允许最低温度和电芯额定温度，所述液冷系统包括压缩机、风机、电加热器和主循环泵；将所述电芯温度分别与所述电芯允许最高温度和所述电芯允许最低温度相比对，若所述电芯温度大于等于所述电芯允许最高温度，则使所述压缩机和所述风机满载运行；若所述电芯温度小于等于所述电芯允许最低温度，则使所述压缩机和所述风机停止运行，并开启所述电加热器；若所述电芯温度在所述电芯允许最低温度和所述电芯允许最高温度之间，则根据所述充放电倍率，得到所述电池系统中的电池状态，根据所述电池状态，调整所述压缩机和所述风机的运行负荷，以使所述液冷循环数据和所述电池数据分别达到预设的液冷循环温度阈值和电池温度阈值。本方法结合电池储能系统的电池数据和液冷循环数据进行参数分析，设置液冷系统的压缩机、风机与外部输入参数之间的控制逻辑，满足不同工况下的设备控制要求，减少了液冷系统不必要的运行能耗，从而从储能设备层面降低了电池储能系统的系统运行总能耗。
[0073]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例直接相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。需要说明的是，上述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个
技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0074]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。