一种储能系统用电池温度管理方法与流程

1.本发明涉及电池温度控制技术领域，特别地，涉及一种储能系统用电池温度管理方法。


背景技术：

2.目前，传统的光伏储能系统大多是由光伏发电系统、储能系统和逆变控制系统等部分以相互分离的形式组成。光伏发电系统、储能系统相互集成，物理集成也会带来高温度堆积的风险，储能电池作为系统的核心部件，在过高的温度下运行会导致其使用性能和安全性能受到严重影响。由于光伏发电系统处于户外，所以对于应用于此处的储能系统也有了更高的技术要求。储能系统必须安全可靠，有充分的抗恶劣天气和使用条件的能力。
3.在锂离子电池工作的过程中由于欧姆阻抗和极化等因素会导致持续的产热，而由于锂离子电池在垂直极片的方向存在接触热阻，以及高热阻的隔膜等因素，导致其散热较差，会在电池内部产生较大的温度梯度。而温度梯度的存在会导致电流在电池内部的分布不均，因而进一步造成电池内部性能衰退速度的不一致。锂离子电池的性能在极端的工作条件下，尤其是过热的情况下容易受到影响，这很大程度上限制了其在此处的应用。
4.现在对于新能源汽车等行业中，退役电池的重新利用是具有潜在的经济价值的，而如何将这些退役电池重新利用，则无疑又是一个难题。
5.由此可见，需要解决的技术问题是：如何更加经济、安全可靠的实现一种储能系统，能够应用在光伏发电系统上，克服温度控制难题。


技术实现要素：

6.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种储能系统用电池温度管理方法，能够更加经济、可靠、安全的实现储能的同时，有效进行温度控制，满足用户需求。
7.为实现上述目的及其他相关目的，本发明采用如下技术方案：一种储能系统用电池温度管理方法，储能系统包括数据采集模块、储能电池模块、以及数据模拟模块，所述数据采集模块包括光伏组件温度监测模块、户外环境监测模块，其特征是：所述储能电池模块中的电池采用新能源汽车上的退役电池，对退役电池的工作产热进行检测的方法包括：
8.在退役电池两面的分别布置了多根t型热电偶，用以记录单体电池温度随着时间变化的曲线，然后，把布置好热电偶的电池在恒温箱中静置，恒温箱设定温度为30℃，直到电池达到与恒温箱温度相同的程度后开始测试，1个小时后，使用电池测试系统设置电池分别以1c(20a)、2c(40a)、3c(60a)、4c(80a)和5c(100a)倍率下放电，和1.5c(30a)倍率下充电，待测试完成后，数据通过计算机导出并在绘图软件上进行分析，采集的温度值分别命名为t1-t6，则被测电池的表面温度t按采集温度的平均值计算：t＝(t1+t2+t3+t4+t5+t6)/6，通过数据拟合，获得并得出该电池各个充放电倍率下的平均产热功率。
9.通过上述技术方案，将上午5时至下午18时的风速、环境温度和辐照度，通过简单
地平滑处理，并将其作为模型的环境状况输入数据,通过数据模拟模块进行工作模拟。
10.通过上述技术方案，储能系统的最外层耦合空气层，空气层控制其外表面的空气流动；储能系统的上表面为光伏组件，下表面为铝板，内部包括电池阵列、控制器和接线器，间隙空间布满铝蜂窝结构。
11.通过上述技术方案，所述电池阵列上耦合石蜡层或散热控温层。
12.通过上述技术方案，采用的光伏板为功率为50w的多晶硅光伏组件，组件尺寸为：670
×
540
×
25mm3，工作电压为18v
±
3％，工作电流为2.78a
±
3％，采用六边形铝蜂窝芯，铝蜂窝边长7mm，铝铂厚度:0.4mm，退役电池为磷酸铁锂动力电池，铝板尺寸为：670
×
540
×
2mm3。
13.通过上述技术方案，所述石蜡层添加导热增强剂和阻燃剂，选择膨胀石墨作为导热增强剂和氢氧化铝作为阻燃剂。
14.通过上述技术方案，所述石蜡层依附在三聚氰胺海绵上。
15.通过上述技术方案，通过裁剪做成规格形状的三聚氰胺海绵骨架；
16.将常温下为固体的石蜡置于100℃的环境中加热成熔融液态，然后加入导热剂膨胀石墨，2000r/min熔融共混搅拌4h，得到改性复合材料；随后加入阻燃剂氢氧化铝粉末，2500r/min熔融共混搅拌2h，得到改性复合材料；
17.在改性复合材料中，纯石蜡质量分数占比为78％，导热剂占比为7％，阻燃剂占比为15％；
18.将改性复合材料放入容器盒子中，并将盛有改性复合材料的盒子置于真空干燥箱中，真空干燥箱温度设定在90℃，可以使得改性复合材料处于熔融液态；然后将海绵骨架完全浸没于盛有熔融液态改性复合材料的盒子中，关闭真空干燥箱门并开始抽真空，抽真空使得内部压力为-0.1mpa，负压状态可以保证液态的改性复合材料快速被海绵骨架吸收；
19.静置处理6h，待吸附完成后拿出吸附了改性复合材料的高导热海绵骨架，使其在常温下冷却固化24h。
20.相比于背景技术，本发明技术效果主要体现在以下方面：
21.(1)、能够大范围的回收，重新利用退役电池，对环境改善和节能上作出贡献，有利于社会经济发展，对于退役电池的利用，更加安全化，能够让部分能源重新进行安全可靠的环境下利用和发挥其剩余价值，节约社会资源；
22.(2)、为了克服退役电池投入工作过程中的温度变化的因素，采用数据采集模块和数据模拟模块，可以对外部、内部等多个维度的因素进行监控，数据采集，数据处理，以便于更加安全的使用，数据采集和数据处理过程，能够复合要求，更加准确话，通过多点采集，平均处理，换算成产热功率来更加直观的体现退役电池的工作情况，以便于更好、更准确的监控；
23.(3)采用蜂窝铝板材质结构进行填充，以提高散热效率，而且有利于温度控制，在结合特种制备的三聚氰胺海绵搭载复合材料，从而能够大幅度降低电池的发热情况，以更好的进行能源储存和利用。
附图说明
24.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
25.图1显示为本发明实施例的模块示意图；
26.图2为电池阵列外部排布结构示意简图。
27.【主要组件附图标记说明】
28.1、数据采集模块；11、光伏组件温度监测模块；12、户外环境监测模块；2、储能电池模块；3、数据模拟模块；4、光伏组件；5、铝板；6、电池阵列；7、铝蜂窝结构；8、散热控温层。
具体实施方式
29.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
30.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
31.下面结合附图1-2对本发明具体实施方式作进一步说明。
32.实施例：
33.一种储能系统用电池温度管理方法，参考图1所示，储能系统包括数据采集模块1、储能电池模块2、以及数据模拟模块3。数据采集模块1包括光伏组件4温度监测模块11、户外环境监测模块12。由于光伏组件4和储能电池结合在一起，使用时均可以处于户外使用，因此光伏组件4温度监测模块11更多的是用于监测电池温度。对于电池是对一下储能电池的简称，更是对本方案中退役电池的简称。
34.由于，本方案的储能电池模块2中的电池采用新能源汽车上的退役电池。对退役电池的工作产热进行检测的方法包括：
35.在退役电池两面的分别布置了3根t型热电偶(误差
±
0.2℃)，用以记录单体电池温度随着时间变化的曲线，然后，把布置好热电偶的电池在恒温箱中静置，恒温箱设定温度为30℃，直到电池达到与恒温箱温度相同的程度后开始测试，1个小时后，使用电池测试系统设置电池分别以1c(20a)、2c(40a)、3c(60a)、4c(80a)和5c(100a)倍率下放电，和1.5c(30a)倍率下充电，待测试完成后，数据通过计算机导出并在绘图软件上进行分析，采集的温度值分别命名为t1-t6，则被测电池的表面温度t按采集温度的平均值计算：t＝(t1+t2+t3+t4+t5+t6)/6，通过数据拟合，获得并得出该电池各个充放电倍率下的平均产热功率。接着在相同条件下，对该电池得1c、2c、4c、5c的放电实验和1.5c的充电实验进行分别拟合，并得出该电池各个充放电倍率下的平均产热功率。
36.对光伏组件4的温度监测可以是通过热电偶设置在光伏组件4的背面，每块组件在斜对角布置三个点以监测其温度，取采集数据中连续六天的有效组件温度使用，绘制成曲线。运行环境监测主要借助于环境监测仪。环境监测仪主要由气象传感器、总辐射表、支架和蓄电池等部分组成。其中气象传感器主要可以测试并记录风速风向、环境温度、相对湿度和大气压力等，环境监测仪所采集的数据中，辐照度，风速，环境温度这三种气象数据对光
伏组件4的影响最大，所以取这三个数据对象即可。
37.为了简化计算，需要将模拟的时间范围缩短，因为相较于夜晚，白天时，环境温度较高，更容易影响光伏储能集成系统内的电池温度分布。将上午5时至下午18时的风速、环境温度和辐照度，通过简单地平滑处理，并将其作为模型的环境状况输入数据,通过数据模拟模块3进行工作模拟。
38.参考图2所示，储能系统的最外层耦合空气层，空气层控制其外表面的空气流动。空气层，是在外部设置风扇进行空气散热的方式，通过风扇形成空气对流。或者利用自然风进行外部空气对流。储能系统的上表面为光伏组件4，下表面为铝板5，内部包括电池阵列6、控制器和接线器，间隙空间布满铝蜂窝结构7。电池阵列6上耦合石蜡层或散热控温层8。散热控温层8即为以下介绍的复合特性材料，以便于温度控制。
39.在一个具体的示例方案中，采用的光伏板为功率为50w的多晶硅光伏组件4，组件尺寸为：670
×
540
×
25mm3，工作电压为18v
±
3％，工作电流为2.78a
±
3％，采用六边形铝蜂窝芯(铝蜂窝结构7)，铝蜂窝边长7mm，铝铂厚度:0.4mm，退役电池为磷酸铁锂动力电池，铝板5尺寸为：670
×
540
×
2mm3。铝平板起到封装系统和承载内部电池、控制器和接线盒的作用，同时因为铝平板的高导热性，其一定程度上起到散热的作用。
40.石蜡层添加导热增强剂和阻燃剂，选择膨胀石墨作为导热增强剂和氢氧化铝作为阻燃剂。石蜡层依附在三聚氰胺海绵上。膨胀石墨具有优良的导热系数和较强的吸附性，能够在增强相变材料导热系数的同时，也能吸附液相的石蜡，防止漏液。氢氧化铝阻燃剂在高温下分解释放出结晶水，可以吸收大量的热量，从而达到冷却聚合物、阻止燃烧蔓延的目的。
41.具体的，通过裁剪做成规格形状的三聚氰胺海绵骨架；将常温下为固体的石蜡置于100℃的环境中加热成熔融液态，然后加入导热剂膨胀石墨，2000r/min熔融共混搅拌4h，得到改性复合材料；随后加入阻燃剂氢氧化铝粉末，2500r/min熔融共混搅拌2h，得到改性复合材料；
42.在改性复合材料中，纯石蜡质量分数占比为78％，导热剂占比为7％，阻燃剂占比为15％；
43.将改性复合材料放入容器盒子中，并将盛有改性复合材料的盒子置于真空干燥箱中，真空干燥箱温度设定在90℃，可以使得改性复合材料处于熔融液态；然后将海绵骨架完全浸没于盛有熔融液态改性复合材料的盒子中，关闭真空干燥箱门并开始抽真空，抽真空使得内部压力为-0.1mpa，负压状态可以保证液态的改性复合材料快速被海绵骨架吸收；
44.静置处理6h，待吸附完成后拿出吸附了改性复合材料的高导热海绵骨架，使其在常温下冷却固化24h。
45.三聚氰胺海绵，是一种由密胺树脂发泡而成的泡沫塑料，内部是三维网状开孔，较高的开孔率具有良好的吸水性、吸油性，可快速吸附熔融液态的石蜡材料，同时它网格密度大、韧性强，可反复压缩，在进行机械切割，打孔时都极为方便，而且不用担心材料因为受力不均而开裂，折断等情况发生。同时三聚氰胺海绵不添加阻燃剂而具有阻燃性，能在高温条件下工作，且不易变形，又因为是树脂因而具有良好的绝缘性，可以有效避免电池之间短路的问题。
46.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟
悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种储能系统用电池温度管理方法，储能系统包括数据采集模块(1)、储能电池模块(2)、以及数据模拟模块(3)，所述数据采集模块(1)包括光伏组件(4)温度监测模块(11)、户外环境监测模块(12)，其特征是：所述储能电池模块(2)中的电池采用新能源汽车上的退役电池，对退役电池的工作产热进行检测的方法包括：在退役电池两面的分别布置了多根t型热电偶，用以记录单体电池温度随着时间变化的曲线，然后，把布置好热电偶的电池在恒温箱中静置，恒温箱设定温度为30℃，直到电池达到与恒温箱温度相同的程度后开始测试，1个小时后，使用电池测试系统设置电池分别以1c、2c、3c、4c和5c倍率下放电，和1.5c倍率下充电，待测试完成后，数据通过计算机导出并在绘图软件上进行分析，采集的温度值分别命名为t1-t6，则被测电池的表面温度t按采集温度的平均值计算：t＝(t1+t2+t3+t4+t5+t6)/6，通过数据拟合，获得并得出该电池各个充放电倍率下的平均产热功率。2.根据权利要求1所述的储能系统用电池温度管理方法，其特征是：将上午5时至下午18时的风速、环境温度和辐照度，通过简单地平滑处理，并将其作为模型的环境状况输入数据,通过数据模拟模块(3)进行工作模拟。3.根据权利要求2所述的储能系统用电池温度管理方法，其特征是：储能系统的最外层耦合空气层，空气层控制其外表面的空气流动；储能系统的上表面为光伏组件(4)，下表面为铝板(5)，内部包括电池阵列(6)、控制器和接线器，间隙空间布满铝蜂窝结构(7)。4.根据权利要求3所述的储能系统用电池温度管理方法，其特征是：所述电池阵列(6)上耦合石蜡层或散热控温层(8)。5.根据权利要求4所述的储能系统用电池温度管理方法，其特征是：采用的光伏板为功率为50w的多晶硅光伏组件(4)，组件尺寸为：670
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540
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25mm3，工作电压为18v
±
3％，工作电流为2.78a
±
3％，采用六边形铝蜂窝芯，铝蜂窝边长7mm，铝铂厚度:0.4mm，退役电池为磷酸铁锂动力电池，铝板(5)尺寸为：670
×
540
×
2mm3。6.根据权利要求5所述的储能系统用电池温度管理方法，其特征是：所述石蜡层添加导热增强剂和阻燃剂，选择膨胀石墨作为导热增强剂和氢氧化铝作为阻燃剂。7.根据权利要求6所述的储能系统用电池温度管理方法，其特征是：所述石蜡层依附在三聚氰胺海绵上。8.根据权利要求7所述的储能系统用电池温度管理方法，其特征是：通过裁剪做成规格形状的三聚氰胺海绵骨架；将常温下为固体的石蜡置于100℃的环境中加热成熔融液态，然后加入导热剂膨胀石墨，2000r/min熔融共混搅拌4h，得到改性复合材料；随后加入阻燃剂氢氧化铝粉末，2500r/min熔融共混搅拌2h，得到改性复合材料；在改性复合材料中，纯石蜡质量分数占比为78％，导热剂占比为7％，阻燃剂占比为15％；将改性复合材料放入容器盒子中，并将盛有改性复合材料的盒子置于真空干燥箱中，真空干燥箱温度设定在90℃，可以使得改性复合材料处于熔融液态；然后将海绵骨架完全浸没于盛有熔融液态改性复合材料的盒子中，关闭真空干燥箱门并开始抽真空，抽真空使得内部压力为-0.1mpa，负压状态可以保证液态的改性复合材料快速被海绵骨架吸收；静置处理6h，待吸附完成后拿出吸附了改性复合材料的高导热海绵骨架，使其在常温
下冷却固化24h。

技术总结
本发明公开了一种储能系统用电池温度管理方法，属于电池温度控制技术领域，解决的问题为：如何更加经济、安全可靠的实现一种储能系统，或者能够应用在光伏发电系统上，克服温度控制难题；其技术方案要点是储能系统包括数据采集模块、储能电池模块、以及数据模拟模块，所述数据采集模块包括光伏组件温度监测模块、户外环境监测模块，所述储能电池模块中的电池采用新能源汽车上的退役电池，对退役电池的工作产热进行检测，采集的温度值分别命名为T1-T6，则被测电池的表面温度T按采集温度的平均值计算：T＝(T1+T2+T3+T4+T5+T6)/6，通过数据拟合，获得并得出该电池各个充放电倍率下的平均产热功率，达到了的效果为：能够更加准确、直观的监控温度变化。观的监控温度变化。观的监控温度变化。


技术研发人员：张建勋 吴恩慧 丁大圣
受保护的技术使用者：宁波甬能新能源科技有限公司
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/9/9