一种储能电站电池温度控制系统

摘要

一种储能电站电池温度控制系统，属于能源电池技术领域，主要解决电池舱内电池模块之间的温差较大从而影响电池寿命的问题，电池温度控制系统分为两级架构，包括控制单元和管理单元，一个控制单元连接多个管理单元，每个管理单元连接控制若干个风扇，控制单元从电池管理系统处收集电池模组温度，根据有效平均温度M，电池温度变换率Tgr和不同电池组的参考温度X之间的关系，控制各个电池模组内风扇的启停和转速。设置双级架构的温度控制系统，通过动态实时收集的温度，利用控制单元和管理单元双级分析处理，控制系统风扇的启停和各个电池模组内风扇的转速，均衡电池舱内各个电池模组的温差，实现各电池模组之间的温度一致，提高电池寿命。

权利要求

1.一种储能电站电池温度控制系统，其特征在于，电池温度控制系统分为两级架构，包括控制单元和管理单元，一个控制单元连接多个管理单元，每个管理单元连接控制若干个风扇，所述控制单元从电池管理系统处收集电池模组温度并将其处理后发送给管理单元，管理单元通过分析数据后控制风扇的启停和转速；

每个电池模组内有多个电池温度数据Tn，控制单元收集温度数据后通过计算得出该电池模组内部温度的最大值Tmax、最小值Tmin、去除最大值Tmax和最小值Tmin后的有效平均值M和电池温度变换率Tgr，其中电池温度变换率Tgr=T/Tn，T为30秒内同一温度的变换量，当M≥30℃且电池模组内Tn≥30℃的数据大于5个时，管理单元控制风扇启动，当电池模组内部温度升温过快，即Tgr≥50%，管理单元控制风扇提升转速；

同时，电池舱内每组有多个电池模组，收集数据后控制单元还需计算出每个电池模组的有效平均值Mn，去除两个最高值Mmax1、Mmax2后计算出该组的算数平均值X作为这一组的参考温度，由管理单元控制风扇的转速，当Mn‑X≥10℃时，风扇转速为额定转速的100%，当7℃≤Mn‑X＜10℃时，风扇转速为额定转速的75%～100%，当5℃≤Mn‑X＜7℃时，风扇转速为额定转速的45%～75%，当Mn‑X＜5℃时，风扇转速为额定转速的20%～40%。

2.根据权利要求1所述的一种储能电站电池温度控制系统，其特征在于，一个控制单元连接有四个管理单元，每个管理单元控制36个风扇，每个控制单元与四个管理单元组成一个完整的风扇控制系统，整个电池温度控制系统有若干个风扇控制系统。

3.根据权利要求1所述的一种储能电站电池温度控制系统，其特征在于，所述控制单元包括电源模块一、微控制单元一和设置在微控制单元一上的显示模块、控制模块一、接口模块和复位模块一，电源模块一连接微控制单元一和显示模块，控制模块一通过显示模块进行调试控制，接口模块设有两组，分别为接入模块一和接出模块一，接入模块一连接电池管理系统，接出模块一连接管理单元。

4.根据权利要求3所述的一种储能电站电池温度控制系统，其特征在于，所述管理单元包括电池模块二、微控制单元二和设置在微控制单元二上的控制模块二，接入模块二、接出模块二和复位模块二，电池模块二连接微控制单元二，接入模块二连接控制单元的接出模块一，接出模块二连接风扇。

5.根据权利要求3所述的一种储能电站电池温度控制系统，其特征在于，微控制单元一上还设置有以太网接口，通过以太网接口连接运行监控系统，将电扇的运行状态上传至运行监控系统。

6.根据权利要求3或4任一项所述的一种储能电站电池温度控制系统，其特征在于，所述控制单元和管理单元的接入模块和接出模块均使用RS‑485总线接口进行连接。

7.根据权利要求3所述的一种储能电站电池温度控制系统，其特征在于，所述显示模块为触摸显示屏，使用者可通过显示屏查看整个系统所控制的风扇的运行状态，并且可通过显示屏设置软件部分的全部阈值。

说明书

一种储能电站电池温度控制系统

技术领域

[0001] 本发明属于能源电池技术领域，尤其涉及一种储能电站电池温度控制系统。

背景技术

[0002] 储能电站现有风扇是通过电池管理系统来控制，使用一刀切的方式，通过电池管理系统来控制同一簇内所有风扇同时启停，无法精确控制每个电池模组对应电扇的启停，
导致电池仓内温度高的电池模组和温度低的电池模组同时被风扇冷风作用，并且不能根据
模组温度智能调节模组风扇的转速和单独控制模组上风扇的启停，造成电池仓内冷空气无
法精准的作用于发热大的电池模组，导致了电池集装箱的同簇内不同模组之间温差相差持
续较大，风扇在温差较大的环境下运行会影响电池的寿命。

发明内容

[0003] 为了解决上述背景技术中的问题，本发明提供了一种储能电站电池温度控制系统，设置控制单元与管理单元，并设置独有的温度管理控制程序，使每个电池模组的温度均
符合工作温度，同时根据温度控制不同电池模组风扇转速，来减少电池模组之间的温差。

[0004] 一种储能电站电池温度控制系统，其特征在于，电池温度控制系统分为两级架构，包括控制单元和管理单元，一个控制单元连接多个管理单元，每个管理单元连接控制若干
个风扇，所述控制单元从电池管理系统处收集电池模组温度并将其处理后发送给管理单
元，管理单元通过分析数据后控制风扇的启停和转速；

[0005] 每个电池模组内有多个电池温度数据Tn，控制单元收集温度数据后通过计算得出该电池模组内部温度的最大值Tmax、最小值Tmin、去除最大值Tmax和最小值Tmin后的有效
平均值M和电池温度变换率Tgr，其中电池温度变换率Tgr=T/Tn，T为30秒内同一温度的变换
量，当M≥30℃且电池模组内Tn≥30℃的数据大于5个时，管理单元控制风扇启动，当电池模
组内部温度升温过快，即Tgr≥50%，管理单元控制风扇提升转速；

[0006] 同时，电池舱内每组有多个电池模组，收集数据后计算出每个电池模组的有效平均值Mn，去除两个最高值Mmax1、Mmax2后计算出该组的算数平均值X作为这一组的参考温
度，当Mn‑X≥10℃时，风扇转速为额定转速的100%，当7℃≤Mn‑X＜10℃时，风扇转速为额定
转速的75%～100%，当5℃≤Mn‑X＜7℃时，风扇转速为额定转速的45%～75%，当Mn‑X＜5℃
时，风扇转速为额定转速的20%～40%。

[0007] 进一步的，所述一个控制单元连接有四个管理单元，每个管理单元控制36个风扇，每个控制单元与四个管理单元组成一个完成的风扇控制系统，整个电池温度控制系统有若
干个风扇控制系统。

[0008] 控制单元通过对收集的温度数据进行处理，将处理后的数据传输到管理单元后，由管理单元对传输的数据分析后控制电池模组的风扇，管理单元控制风扇的启停，同时设
置多组管理单元控制多个电池模组的风扇，可根据不同电池模组之间的温差灵活调节各电
池模组的风扇转速，根据不同温度控制不同的风扇转速，以此来调节各电池模组之间的温
差。

[0009] 进一步的，所述控制单元包括电源模块一、微控制单元一和设置在微控制单元一上的显示模块、控制模块一、接口模块和复位模块一，电源模块一连接微控制单元一和显示
模块，控制模块一通过显示模块进行调试控制，接口模块设有两组，分别为接入模块一和接
出模块一，接入模块一连接电池管理系统，接出模块一连接管理单元。

[0010] 控制单元设置独立的微控制单元一对数据进行处理，接口模块接收和输出数据，显示模块配合控制模块一对温度检测的程序进行设置并且显示所控制风扇的运行状态，电
源模块一提供显示模块和微控制单元一的运行驱动电能，复位模块一则用于恢复运行电
路。

[0011] 进一步的，所述管理单元包括电池模块二、微控制单元二和设置在微控制单元二上的控制模块二，接入模块二、接出模块二和复位模块二，电池模块二连接微控制单元二，
接入模块二连接控制单元的接出模块一，接出模块二连接风扇。管理单元设置独立的微控
制单元二接收分析控制单元传输的数据，并将控制信号传输到控制模块二后通过接出模块
二控制风扇的运行，复位模块二用于恢复运行电路。

[0012] 进一步的，微控制单元一上还设置有以太网接口，通过以太网接口连接运行监控系统，将电扇的运行状态上传至运行监控系统。设置以太网接口用于将电扇的运行状态上
传至运行监控系统，便于集中管理。

[0013] 进一步的，所述控制单元和管理单元的接口模块均使用RS‑485总线接口进行连接。因RS‑485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等优点，接口模块需
要连接多个下级单元，因此选用RS‑485接口。

[0014] 进一步的，所述显示装置为触摸显示屏，使用者可通过显示屏查看整个系统所控制的风扇的运行状态，并且可通过显示屏设置软件部分的全部阈值。

[0015] 与现有技术相比，使用本发明的有益效果为：设置双级架构的温度控制系统，通过控制单元和管理单元双级分析处理，对整个系统的运行进行控制；同时在每个电池模组内
收集多个温度数据，通过对收集的温度数据分析处理后，依据有效平均温度M，电池温度变
换率Tgr和不同电池组的参考温度X之间的关系，控制风扇的启停和各个电池模组内风扇的
转速，均衡电池舱内各个电池模组的温差，实现各电池模组之间的温度一致，提高电池寿
命；同时，温度数据是实时收集的，各个参考温度均为动态实时计算得出，因此整个系统中
检测的温度都更加准确，不存在延迟，计算得出的均衡参考温度更加适合模组，能更快的调
整电池模组的温度。

附图说明

[0016] 图1为本发明所提供的一种储能电站电池温度控制系统的系统拓补图；

[0017] 图2为本发明中控制单元的总体设计图；

[0018] 图3为本发明中管理单元的总体设计图；

[0019] 图4为本发明中的软件流程图。

具体实施方式

[0020] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，下面结合附图使用一具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

[0021] 如图1，一种储能电站电池温度控制系统，电池温度控制系统分为两级架构，包括控制单元和管理单元，一个控制单元连接有四个管理单元，每个管理单元控制36个风扇，每
个控制单元与四个管理单元组成一套完整的风扇控制系统，整个电池温度控制系统有若干
个风扇控制系统，依据储能电站储存的电池决定，同时，在整个电池温度控制系统还设置有
运行监控系统，对整个系统中的风扇进行监控，方便集中管理。

[0022] 所述控制单元从电池管理系统处收集电池模组温度并将其处理后发送给管理单元，管理单元通过分析数据后控制风扇的启停和转速；电池模组温度由电池管理系统收集，
由控制单元分析后将数据发送给管理单元，管理单元根据软件设置的阈值对数据分析后发
送控制命令。

[0023] 其中控制单元的数据分析处理过程为：每个电池模组内有12个电池温度数据Tn，控制单元收集温度数据后通过计算得出该电池模组内部温度的最大值Tmax、最小值Tmin、
去除最大值Tmax和最小值Tmin后的有效平均值M和电池温度变换率Tgr，其中电池温度变换
率Tgr=T/Tn，T为30秒内同一温度的变换量，

[0024] 将上述数据发送到管理单元后，管理单元对控制单元处理后数据进行分析，当M≥30℃且电池模组内Tn≥30℃的数据大于5个时，管理单元控制风扇启动，当电池模组内部温
度升温过快，即Tgr≥50%，管理单元控制风扇提升转速；

[0025] 同时，电池舱内每组有多个电池模组，为了确保该组每个电池模组的温差不会太大，收集数据后通过控制单元计算出每个电池模组的有效平均值Mn，去除该组内两个最高
值Mmax1、Mmax2后计算出该组的算数平均值X作为这一组的参考温度，风扇转速与温差之间
的关系见下表1：

[0026] 表1：风扇转速与温差关系表

[0027]

[0028] 进一步的，如图2，所述控制单元包括电源模块一、微控制单元一和设置在微控制单元一上的显示模块、控制模块一、接口模块和复位模块一，电源模块一连接微控制单元一
和显示模块，控制模块一通过显示模块进行调试控制，接口模块设有两组，分别为接入模块
一和接出模块一，接入模块一连接电池管理系统，接出模块一连接管理单元。

[0029] 微控制单元一对数据进行处理，接口模块接收和输出数据，显示模块配合控制模块一对温度检测的阈值进行设置并且显示所控制风扇的运行状态，电源模块一提供显示模
块和微控制单元一的运行驱动电能。

[0030] 进一步的，微控制单元一上还设置有以太网接口，通过以太网接口连接运行监控系统。

[0031] 进一步的，显示装置为触摸显示屏，使用者可通过显示屏查看整个系统所控制的风扇的运行状态，并且可通过显示屏设置软件部分的全部阈值。

[0032] 进一步的，如图3，所述管理单元包括电池模块二、微控制单元二和设置在微控制单元二上的控制模块二，接入模块二、接出模块二和复位模块二，电池模块二连接微控制单
元二，接入模块二连接控制单元的接出模块一，接出模块二连接风扇。

[0033] 微控制单元二接收分析控制单元传输的数据，并将控制信号传输到控制模块二后通过接出模块二控制风扇的运行，复位模块二用于恢复运行电路。

[0034] 在本发明中，由于一个控制单元控制四个管理单元，一个管理单元则控制36个风扇，因此，控制单元和管理单元的接口模块均使用RS‑485总线接口进行连接，RS‑485接口具
有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等优点，可以满足本项目要求，

[0035] 微控制单元：控制单元和管理单元的微控制单元采用STM32F767IG6，该芯片采用ARM‑M7内核，M7内核的最高性能理论值：216MHz，完全满足系统要求。

[0036] 电源模块：整个电池温度控制系统需要外接220V，采用220V交流转直流10V电源适配器，10V直流电压接入板内电源模块。电源模块一和电源模块二均采用MP2359芯片和
AMS1117‑3.3芯片，前者可以把10V电压转换成5V，后者可以把5V电压转换成3.3V，分别为微
控制单元、其他外围电路、显示装置等供电。

[0037] 接口模块：由于RS‑485电平不能直接连接到STM32芯片，因此需要用电平转换芯片，在控制单元的接口模块采用SP3485（最大支持32台设备）电平转换，来实现与管理单元
和电池管理系统之间连接通信；在管理单元上的接口模块用SN75LBC184（最大支持64台设
备）实现与风扇的RS‑485连接通信。

[0038] 复位模块：因为微控制单元使用的芯片是低电平复位的，所以复位电路也为低电平复位电路。

[0039] 控制模块：模块需要搭载一个SWD调试接口需要3根线（GND、SWDCLK、SWDIO），使用ST LINK。

[0040] 如图4，本发明的工作流程为：预先通过控制单元的显示屏对控制单元的数据处理和管理单元的数据处理和动作指令进行程序预设，程序预设完毕后，电池管理系统将位于
电池舱内的电池模组内的温度数据收集后发送到控制单元处，控制单元对收集的温度数据
进行分析处理，将分析处理后的数据再发送到管理单元，管理单元分析处理接收到的数据
后，根据预设的动作指令对电池舱内各个电池模组的风扇运行和转速，并根据动态实时收
集的温度数据对电池模组的风扇转速不断的进行调整，缩短各电池模组之间的温度差，提
高电池使用寿命。

[0041] 以上所述实施例仅用以说明本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人
员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的
保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。