[发明专利]针对多热源直流储能装置的集成式热管理系统及控制方法

权利要求书

1.一种针对多热源直流储能装置的集成式热管理系统的控制方法，所述集成式热管理系统包括第一热管理回路、第二热管理回路、空调回路、四通阀，第二热管理回路与空调回路共用的板式换热器；通过四通阀控制第一热管理回路在大循环与自循环间切换，当第一热管理回路大循环时与第二热管理回路联通，自循环时与第二热管理回路断开；并通过板式换热器实现空调回路和第一热管理回路、第二热管理回路间的热量交换；

所述第一热管理回路用于直流储能系统中DC转换模块的冷却，每个DC转换模块均为一个热源，在工作时会产生大量的热；所述第一热管理回路中包括第一水泵、第一水温传感器、DC转换模块、四通阀；第一水泵、第一水温传感器、DC转换模块依次连接；若存在多个所述DC转换模块，则将各DC转换模块一端与第一水温传感器连接，DC转换模块另一端与所述四通阀第一接口连接；并在每个DC转换模块入口和第一水温传感器间串联安装一个调节流经该DC转换模块冷却液流量的流量控制阀；第一水泵连接所述四通阀的第二接口；第一水温传感器用于采集DC转换模块入口冷却液温度；

所述第二热管理回路包括储能电池、板式换热器、第二三通阀、第二水泵、水暖加热器、第二水温传感器；储能电池与板式换热器连接，板式换热器一端与所述四通阀的第四接口连接，板式换热器另一端与第二三通阀的入口相连接，第二三通阀的两个出口分别与四通阀和第二水泵相连接，第二水泵、水暖加热器、第二水温传感器依次连接，第二水温传感器连接储能电池，第二水温传感器用于采集储能电池入口冷却液温度；水暖加热器用于为电池提供热量；通过调节第二三通阀两个出口的开度比例实现第一热管理回路和第二热管理回路冷却液流量的分配；

所述空调回路包括压缩机、第一温度压力传感器、冷凝器、热力膨胀阀、板式换热器及第二温度压力传感器；压缩机、第一温度压力传感器、冷凝器、热力膨胀阀、板式换热器及第二温度压力传感器依次连接，冷凝器表面安装有风扇，所述第一温度压力传感器、第二温度压力传感器分别用于采集压缩机进口和出口的压力与温度，通过板式换热器实现空调回路与第一热管理回路、第二热管理回路间的换热；

其特征在于，控制方法包括以下步骤：

步骤S1，直流储能装置上电后系统自检，若各系统均正常，则进入步骤S2；否则输出相应的故障码用于检测维修；

步骤S2，依据此时储能电池和DC转换模块的工作状态、环境温度、冷却液温度，预测各热源在未来一段时间内的最高温度：

储能电池的温度预测公式为：

T_bat(t_n+1)＝T_bat(t_n)+[I²R+h_a,bat(T_bat(t_n)-T_amb)+h_q,batq_bat(T_bat(t_n)-T_cooltant,bat)]/c_batm_bat

其中，T_bat(t_n)为储能电池在t_n时刻的温度；I为过去一段时间内的最大电流；R为储能电池内阻，与电池SOC及温度有关，建立函数R＝f_R(SOC,T_bat)；T_amb为环境温度；h_a,bat为储能电池与环境等效换热系数，由于储能装置始终处于静止状态，h_a,bat为定值；T_cooltant,bat为储能电池入口水温；h_q,bat为储能电池与冷却液等效换热系数，与流经储能电池的冷却液流量有关，建立函数h_q,bat＝f_q,bat(q_bat)；c_bat和m_bat分别为储能电池比热容和质量；

对于第i个DC转换模块的温度预测公式为：

T_DC,i(t_n+1)＝T_DC,i(t_n)+VI_DC,iR_th,i+[h_a,i(T_DC,i(t_n)-T_amb)+h_q,iq_i(T_DC,i(t_n)-T_cooltant)]/c_im_i

其中，T_DC,i(t_n)为第i个DC转换模块在t_n时刻的温度；I_DC,i为过去一段时间内第i热源的最大电流；V为储能电池电压；R_th,i为等效热阻，与此时DC转换模块温度有关，建立函数R_th,i＝f_th,i(T_DC,i)；T_amb为环境温度；h_a,i为DC转换模块与环境等效换热系数，由于储能装置处于静止状态，h_a,i为定值；T_cooltant为DC转换模块入口水温；h_q,i为DC转换模块与冷却液等效换热系数，与流经DC转换模块的冷却液流量q_i有关，建立函数h_q,i＝f_q,i(q_i)；c_i和m_i分别为DC转换模块的比热容和质量；

在第一热管理回路中，冷却液流经第一水温传感器，并在流量控制阀处分流，各热源入口的冷却液温度均相同；若第一热管理回路与第二热管理回路经四通阀联通，则所有热源入口处冷却液温度均相同；所述热源入口冷却液温度预测公式为：

T_cooltant(t_n+1)＝T_cooltant(t_n)+[Q_PTC+Q_compressor+∑(h_q,iq_i(T_cooltant(t_n)-T_i(t_n)))]/c_cooltant∑q_i

其中，T_cooltant(t_n)为冷却液在t_n时刻的温度；h_q,i为热源与冷却液等效换热系数，与流经热源的冷却液流量q_i有关，建立函数h_q,i＝f_q,i(q_i)；c_cooltant为冷却液比热容；Q_PTC和Q_compressor分别为水暖加热器、压缩机的制热、制冷功率；

步骤S3，进行储能电池热管理模式判断及热管理：

步骤S31，若储能电池预测温度小于温度阈值T₁，则进入电池制热模式，开启水暖加热器及第二水泵为储能电池制热；否则执行步骤S32；

步骤S32，若储能电池预测温度大于温度阈值T₂，T₂＞T₁，则进入电池制冷模式，开启压缩机、风扇及第二水泵为储能电池制冷；电池制冷或制热时，电池目标水温是关于环境温度、储能电池温度及电流的函数；否则储能电池无需热管理，第二水泵、水暖加热器均不工作；随后执行步骤S4；

步骤S4，根据第一热管理回路中各DC转换模块温度及工作状态，调节流经各DC转换模块的流量：

步骤S41，直流储能装置控制器检测此时第一热管理回路中各DC转换模块是否工作；若至少有一个DC转换模块处于工作状态，则进入步骤S42；若DC转换模块均不工作，则此时DC转换模块无需热管理，第一水泵不工作；随后进入步骤S6；

步骤S42，直流储能装置控制器依据第一热管理回路中各DC转换模块工作状态及其预测温度调节相应流量控制阀开度，调节方式如下：

若第i个DC转换模块未处于工作状态，则其流量控制阀开度δ_i＝0；否则将阀开度调节至最小开度δ_i＝δ_low；若第i个DC转换模块的预测温度大于温度阈值T₃，则其流量控制阀开度为：

其中为第i个DC转换模块预测的最高温度，β为比例因子；依据上述方法调节各流量控制阀，随后进入步骤S5；

步骤S5，直流储能装置控制器根据此时电池热管理需求，判断DC转换模块热管理状态；若此时电池制热，则执行步骤S52，再执行步骤S6；若此时电池制冷或无需热管理，则执行步骤S51，再执行步骤S6；

步骤S51，若存在DC转换模块处于工作状态，且预测温度大于温度阈值T₃，则进入DC转换模块制冷模式，第一热管理回路大循环，开启压缩机、风扇及第二水泵为DC转换模块制冷，目标水温是关于环境温度、热源温度及工作功率的函数；否则执行步骤S52；

步骤S52，若存在DC转换模块处于工作状态，其预测温度大于温度阈值T₄和此时入口水温，且环境温度小于温度阈值T₅，T₅＜T₄＜T₃，则进入DC转换模块自循环模式，开启第一水泵；否则DC转换模块无需热管理；

步骤S6，直流储能装置控制器依据储能电池及DC转换模块热管理状态调整第二三通阀位置：若为电池制热模式或仅电池制冷模式，则第二三通阀电池侧开启，将冷却液引至第二热管理回路；若储能电池无需热管理且为DC转换模块制冷模式，则第二三通阀四通阀侧开启，将冷却液引至第一热管理回路；若电池制冷且DC转换模块制冷，则第二三通阀203位置依据两者实际水温与目标水温差值确定，冷却液同时流向两个回路，进入电池与DC转换模块双冷模式。