储能系统的低温加热系统、控制方法、设备及存储介质与流程

本技术涉及储能电池热管理，具体是一种储能系统的低温加热系统、控制方法、设备及存储介质。

背景技术：

1、凭借安全性能优异、循环使用寿命长、造价成本低廉等核心优势，磷酸铁锂电池目前已是电化学储能行业的主流应用技术。但该电池体系存在显著的低温适配短板：环境温度降至0℃以下时，电池的充电接收能力会急剧衰减。此时对电池充电，会致使锂金属在负极表面不断析出，生成的锂枝晶会逐步刺破电池隔膜，极易造成电芯内部短路，严重时还会引发热失控安全事故。因此，低温加热配套系统已然是高寒地区储能电池稳定运行的必备配置。

2、现阶段行业主流的低温预热方案为电热膜加热技术，但该方案在实际应用中存在诸多缺陷，具体问题集中在三个方面：

3、一是供电来源单一，损耗电池寿命。现有加热方案完全依靠电池自身供电实现加热，低温环境下电池额外放电会进一步加剧电芯极化现象，加速电池老化衰减，直接缩短储能电池的整体循环使用寿命。

4、二是能源利用低效，备用供电能力不足。该技术没有建立电网、光伏等外部能源与储能电池的协同调度机制。日常电网、光伏可正常供电的工况下，低温加热的全部能耗依旧由电池自身承担，导致电池长期处于低荷电状态。一旦遭遇电网突发故障、光伏无法正常发电的极端情况，电池无法输出足额备用电力，大幅降低了储能系统的供电稳定性与可靠性。

5、三是控制逻辑不完善，无极端工况自恢复能力。现有控制策略未针对多重故障叠加的极端场景设计自主恢复机制。若出现电芯温度低于0℃、电网长期断电、光伏停发，同时电池荷电状态跌破加热启动阈值的情况，系统会因电量不足无法启动自加热。即便后续电网、光伏等外部能源恢复正常，为规避低温充电析锂的安全风险，系统会持续断开主回路、禁止充电，最终导致整套储能系统瘫痪，无法自主重启，必须依靠运维人员现场人工复位才能恢复运行，大幅增加运维成本与设备停机损失。

6、综上所述，当前行业迫切需要研发一套全新的磷酸铁锂储能低温加热电路及控制方案，可高效协同光伏、电网等外部清洁能源完成电池低温预热，大幅降低电池自身的加热能耗损耗，同时具备极端故障场景下的自主恢复运行能力。以此针对性解决高寒地区储能电池寿命快速衰减、系统备用供电能力不足、故障后无法自复位等工程应用难题，适配高寒场景的长期稳定运行需求。

技术实现思路

1、本技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种储能系统的低温加热系统、控制方法、设备及存储介质，克服了现有磷酸铁锂储能电池低温加热系统依赖电池本体供电，未能充分利用电网、光伏等外部能源，且缺乏极端故障叠加场景下的自恢复机制，导致电池寿命损耗加快、备用电力不足及系统宕机后无法自行恢复等弊端。

2、根据本技术的一个方面，提供一种储能系统的低温加热系统，包括：

3、一主回路，由一电池模组、一主回路继电器、一逆变器依次串联而成，所述电池模组的正极连接至所述逆变器的直流侧正极，所述电池模组的负极连接至所述逆变器的直流侧负极；所述逆变器连接外部能源；

4、一加热回路，所述加热回路一端连接至所述逆变器的直流侧正极与所述主回路继电器之间，另一端串接一加热控制继电器、一电热膜后连接至所述电池模组的负极；

5、一限流防反支路，由一防反二极管、一辅助继电器、一限流电阻串联而成，所述限流防反支路并联在所述主回路继电器的两端；

6、一bms模块，用于实时采集所述电池模组的电芯温度t、电池soc、主回路的电流i以及所述外部能源的供电状态；根据所述电芯温度t、电池soc、主回路电流i和所述外部能源的供电状态，控制所述主回路继电器、加热控制继电器和辅助继电器的开通和关断，对所述电热膜进行供电控制以对所述电池模组进行加热。

7、优选的，所述辅助继电器在所述电池模组的温度低于 0℃且由所述外部能源对所述电热膜进行供电时闭合，并在所述主回路继电器闭合时断开；当所述辅助继电器闭合时，所述限流防反支路经所述限流电阻为所述逆变器提供可检测的所述电池模组的电压信号。

8、优选的，所述外部能源包括光伏系统和公共电网，所述光伏系统连接至所述逆变器的直流侧，所述公共电网连接至所述逆变器的交流侧。

9、根据本技术的一个方面，提供一种储能系统的低温加热控制方法，包括：

10、bms模块实时采集所述电池模组的电芯温度t、电池soc、主回路的电流i和所述外部能源的供电状态；根据所述电芯温度t、电池soc、主回路电流i和所述外部能源的供电状态，控制所述主回路继电器、加热控制继电器和辅助继电器的开通和关断，对所述电热膜进行供电控制以对所述电池模组进行加热。

11、优选的，还包括如下步骤：

12、所述bms模块内置所述电池模组的四种工况预设，分别为：

13、工况一：所述电芯温度 t∈[0℃,10℃)；

14、工况二：所述电芯温度t＜0℃，且所述外部能源正常供电；

15、工况三：所述电芯温度t＜0℃，所述外部能源不供电，且所述电池soc > 5%；

16、工况四：所述电芯温度 t＜0℃，所述外部能源不供电，且所述电池 soc≤5%；

17、所述bms模块判断处于工况一时，控制所述加热控制继电器闭合，所述辅助继电器断开，所述主回路继电器保持当前状态；当所述电芯温度t≥15℃时，所述bms模块控制所述加热控制继电器断开；

18、所述bms模块判断处于工况二时，控制所述加热控制继电器闭合，所述主回路继电器断开，所述辅助继电器闭合；当所述电芯温度t≥5℃时，控制所述主回路继电器闭合，所述辅助继电器断开，并继续通过所述加热控制继电器对所述电池模组进行加热，直至所述电芯温度t≥15℃时断开所述加热控制继电器；

19、所述bms模块判断处于工况三时，若所述电池soc≥35%，控制所述主回路继电器闭合，所述辅助继电器断开，所述加热控制继电器闭合；若所述电池soc∈（5%,35%)，控制所述主回路继电器闭合，所述辅助继电器断开，所述加热控制继电器断开；

20、所述bms模块判断处于工况四时，控制所述主回路继电器、加热控制继电器和辅助继电器均断开，所述储能系统进入休眠待机状态。

21、优选的，当处于工况一时，且所述外部能源正常供电时，所述bms模块控制所述电池模组不向所述电热膜供电。

22、优选的，所述逆变器交流侧连接有负载，当处于工况二时，所述bms模块控制所述主回路继电器闭合后，若所述逆变器未向所述电热膜供电且收到所述负载的供电请求，则控制所述辅助继电器断开，所述加热控制继电器断开，所述主回路继电器闭合以向所述负载供电；所述负载供电结束后，重新闭合所述加热控制继电器。

23、优选的，在工况三下且所述电池 soc≥35% 时，所述 bms 模块根据所述电芯温度t 与预设目标温度 tref 的温差 δt＝tref−t 以及所述电池 soc，按照如下公式计算所述电热膜的平均加热功率 pavg：

24、pavg＝pmax×min{1，k×δt＋λ×(soc−35%)}，

25、其中，pmax 为所述电热膜的额定功率；

26、pavg为平均加热功率，0＜pavg≤pmax；

27、k为温差增益系数， k＞0；

28、λ荷电状态修正系数，λ＞0；

29、所述 bms 模块基于占空比 d＝pavg/pmax对所述加热控制继电器进行低频周期性通断控制，在单个控制周期内，所述加热控制继电器的导通时长为 d×tcycle，断开时长为(1-d)×tcycle，tcycle为预设控制周期，以使电热膜以平均功率 pavg 对所述电池模组进行加热；当所述电芯温度 t 达到 tref 时，控制所述加热控制继电器断开，其中，0＜d≤1。

30、根据本技术的一个方面，提供一种储能系统的低温加热控制设备，包括：

31、处理器；

32、存储器，其中存储有所述处理器的可执行指令；

33、其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行上述储能系统的低温加热控制方法的步骤。

34、根据本技术的一个方面，提供一种计算机可读存储介质，用于存储程序，所述程序被执行时实现上述储能系统的低温加热控制方法的步骤。

35、上述技术方案的有益效果是：

36、本技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种储能系统的低温加热系统、控制方法、设备及存储介质，将电热膜并联于逆变器直流侧与电池主回路之间，由bms根据外部能源的运行状态选择加热供电路径：在有外部能源供电的场景下，电池不参与加热放电，能够降低低温工况下电池额外放电引起的电芯极化与老化，有利于延长电池循环寿命。基于电芯温度、外部能源运行状态和电池荷电状态的多工况差异化控制策略，在存在外部能源时优先利用外部能源加热，有利于将电池荷电状态维持在较高水平；在无外部能源时设置加热启动阈值和强制停止阈值，能够保留电池备用容量，从而在电网突发故障时提供备用电力，提升储能系统的供电可靠性。

37、本技术的其它特征和优点以及本技术的各种实施例的结构和操作，将在以下参照附图进行详细的描述。应当注意，本技术不限于本文描述的具体实施例。在本文给出的这些实施例仅仅是为了说明目的。