一种应用于新能源的高效固态电池储能热管理系统的制作方法

本发明涉及新能源，具体地说，涉及一种应用于新能源的高效固态电池储能热管理系统。

背景技术：

1、随着全球对可持续发展和减少碳排放的关注不断增加，新能源技术（如太阳能、风能等）得到了快速发展。这些可再生能源具有间歇性和波动性的特点，需要高效的储能系统来平滑输出并提供稳定的电力供应。固态电池因其高能量密度、长寿命、快速充放电能力和安全性等优点，成为新能源储能系统的理想选择。然而，尽管固态电池在储能方面具有显著优势，其性能和寿命仍然受到温度的显著影响。过高或过低的温度都会导致电池效率下降，甚至可能引发安全问题。因此，一个高效的热管理系统对于确保固态电池在各种运行条件下的稳定性和可靠性至关重要。高效的热管理不仅能优化电池的化学反应速率，提高能量转换效率，还能延长电池的使用寿命，降低维护成本。

2、传统的温度调节模型往往只考虑基本的热传导、对流和辐射过程，导致模型预测不准确，且温度调节模型通常采用固定的参数，无法动态适应电池表面状态的变化（如氧化、污染等），使得在复杂工况下的温度控制效果不佳，因此，设计一种应用于新能源的高效固态电池储能热管理系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种应用于新能源的高效固态电池储能热管理系统，以解决上述背景技术中提出的温度调节模型通常采用固定的参数，无法动态适应电池表面状态的变化（如氧化、污染等），使得在复杂工况下的温度控制效果不佳的问题。

2、为实现上述目的，本发明目的在于提供了一种应用于新能源的高效固态电池储能热管理系统，包括：

3、电池管理单元，所述电池管理单元用于监测每个电池单元的电压、电流和温度，生成电荷状态和健康状态，并向功率转换单元发送充放电指令和充放电速率指令，同时对监测的每个电池单元的电荷状态和健康状态进行记录和分析，还基于能量回收均衡分配固态电池组内的电量分布；

4、功率转换单元，所述功率转换单元用于执行电池管理单元传输过来的充放电指令以及充放电速率的指令；

5、热管理单元，所述热管理单元用于监控电池管理单元的温度数据以及功率转换单元的工作状态，动态调整冷却和加热措施，在动态调整冷却和加热措施的过程中引入功率转换单元产生的热源和电池表面状态变化的影响因素进行优化；

6、其中，热管理单元包括温度监控模块、温度调节模块和路径设计模块；

7、安全保护单元，所述安全保护单元用于根据电池管理单元监测的数据，采取相应的报警和保护措施，同时，在热管理单元无法将电池组的温度降至安全范围内的时候，安全保护单元介入，实施备用的保护措施。

8、作为本技术方案的进一步改进，所述电池管理单元中，基于能量回收均衡分配固态电池组内的电量分布，具体步骤如下：

9、实时监测每个电池单元的电荷状态和能量状态，当检测到某个电池单元的电荷状态高于其他电池单元时，启动能量回收电路，将多余的能量转移到低电荷状态电池单元，并根据低电荷状态电池单元的当前状态和需求，智能分配回收的能量，在智能分配回收的能量过程中引入能量效率的影响因素进行优化。

10、作为本技术方案的进一步改进，所述电池管理单元中根据低电荷状态电池单元或固态电池储能系统其他部分的当前状态和需求，智能分配回收的能量，具体如下：

11、s11、计算每个电池单元的电荷状态和能量状态：

12、；

13、其中，为第个电池单元的电荷状态；为第个电池单元的当前电量；为第个电池单元的最大容量；

14、；

15、其中，为第个电池单元的能量状态；为第个电池单元的电压；为第个电池单元的电流；为采样时间间隔；

16、s12、计算每个电池单元的电荷状态与平均电荷状态的差异，判断是否超过阈值，如果超过，则启动能量回收电路：

17、；

18、；

19、其中，为第个电池单元的电荷状态与平均电荷状态的差异；为所有电池单元的平均电荷状态；为电池单元的总数；；

20、如果，则启动能量回收电路，其中，为电荷状态阈值；

21、s13、计算需要转移的能量，根据低电荷状态电池单元的当前状态和需求，计算分配比例，根据分配比例，计算每个低电荷状态电池单元应接收的能量；

22、；

23、其中，为转移的能量；为高电荷状态电池单元的能量；为低电荷状态电池单元的能量；

24、；

25、其中，为第个低电荷状态电池单元的分配比例；为目标电荷状态；为所有低电荷状态电池单元；为第个低电荷状态电池单元的电荷状态；

26、根据分配比例，计算每个低电荷状态电池单元应接收的能量：

27、；

28、其中，为第个电池单元应接收的能量；

29、s14、根据计算结果，启动能量回收电路，将多余的能量从高电荷状态电池单元转移到低电荷状态电池单元，持续监测每个电池单元的电荷状态和能量状态。

30、作为本技术方案的进一步改进，所述电池管理单元中在智能分配回收的能量过程中引入能量效率的影响因素进行优化，优化后具体为：

31、；

32、其中，为第个电池单元的内阻；为第个电池单元的基准内阻；为内阻温度系数；为第个电池单元的温度；为参考温度；

33、；

34、其中，为第个电池单元的能量效率；为第个电池单元的电流；

35、；

36、其中，为优化后的第个低电荷状态电池单元的分配比例；

37、则根据优化后的分配比例，计算每个低电荷状态电池单元应接收的能量：

38、；

39、其中，为优化后的第个电池单元应接收的能量。

40、作为本技术方案的进一步改进，所述热管理单元中温度监控模块通过安装在电池单元上的温度传感器，实时采集每个电池单元的温度数据，并监测每个电池单元的温度变化情况，及时发现过热或低温现象；

41、温度调节模块根据温度监控模块提供的依据以及功率转换单元的工作状态，动态调整冷却和加热措施，使得电池在合适的温度范围内工作，在动态调整冷却和加热措施的过程中引入功率转换单元产生的热源和电池表面状态变化的影响因素进行优化；

42、路径设计模块用于优化热传导路径，确保电池产生的热量能够迅速传导到散热器或冷却介质中。

43、作为本技术方案的进一步改进，所述温度监控模块通过获得每个电池单元的温度分布和温度梯度，从而识别温度异常点。

44、作为本技术方案的进一步改进，所述温度调节模块具体步骤如下：

45、s31、基于传热学和流体力学原理，建立电池组的物理温度模型，结合实际运行数据，建立经验模型，将物理模型和经验模型结合，形成混合模型；

46、s32、设置最佳温度范围和允许的最大温度偏差；

47、s33、使用pid控制器，根据温度偏差和变化率，动态调整冷却或加热装置的输出，引入模糊逻辑控制，根据温度和工作状态的模糊规则，调整控制参数，根据电池组的实时状态和历史数据，动态调整控制参数；

48、s34、实施控制策略。

49、作为本技术方案的进一步改进，所述s31中，具体如下：

50、电池组的物理模型包括热传导方程、对流换热方程和辐射换热方程；

51、热传导方程：

52、；

53、其中，为材料的密度；为材料的比热容；为温度分布函数，表示在空间坐标和时间处的温度；为材料的热导率；为热源项，表示在空间坐标和时间处的热生成率；

54、对流换热方程：

55、；

56、其中，为对流换热系数；为电池表面的温度；为冷却介质的温度；为电池表面法向方向的温度梯度；

57、辐射换热方程：

58、；

59、其中，为表面发射率；为环境温度；为斯特藩-玻尔兹曼常数，约为；

60、建立经验模型具体如下：

61、；

62、其中，为预测的温度；为在时间输入的特征向量，包括电流、电压、环境温度和电荷状态；

63、将物理模型和经验模型结合，形成混合模型具体如下：

64、；

65、其中，为混合模型的温度预测；为物理模型的温度预测；为经验模型的温度预测；为动态权重系数。

66、作为本技术方案的进一步改进，所述热管理单元中在动态调整冷却和加热措施的过程中引入功率转换单元产生的热源和电池表面状态变化的影响因素进行优化，优化后的方程具体为：

67、热传导方程：

68、；

69、；

70、；

71、其中，为内部热源项；为电流密度；为电池单元内部电阻；为功率转换产生的热源项；为功率转换的效率损失系数；为功率转换在时间的功率损耗；为狄拉克函数，表示功率转换的位置；

72、对流换热方程：

73、；

74、；

75、其中，为动态对流换热系数；为基准对流换热系数；为速度相关系数；为基准流动速度；为冷却介质的流动速度；为速度指数；

76、辐射换热方程：

77、；

78、；

79、其中，为动态表面发射率；为基准表面发射率；为温度相关系数；为温度变化量；

80、建立经验模型具体如下：

81、；

82、其中，为优化后的预测的温度；为优化后的在时间输入的特征向量，包括电流、电压、环境温度、电荷状态、内阻、冷却介质流动速度和功率转换单元（2）的功率损耗；

83、将物理模型和经验模型结合，形成混合模型具体如下：

84、；

85、其中，为优化后的混合模型的温度预测；为优化后的物理模型的温度预测；为优化后的经验模型的温度预测；为动态权重系数。

86、作为本技术方案的进一步改进，所述s34具体如下：

87、初始化温度目标和控制参数，启动温度监控和控制程序；持续采集温度和工作状态数据，更新模型输入；根据当前状态和模型，预测未来的温度变化趋势；根据预测结果和控制策略，决定冷却或加热装置的运行状态；发送控制指令给冷却或加热装置，调整其运行状态；根据实际温度反馈，调整控制参数。

88、与现有技术相比，本发明的有益效果：

89、1、该应用于新能源的高效固态电池储能热管理系统中，

90、在动态调整冷却和加热措施的过程中，引入功率转换产生的热源以及电池表面状态变化的影响因素进行优化，不仅增强了模型的物理真实性，还提高了其适应复杂工况的能力，确保了电池在各种运行条件下都能保持在最佳工作温度范围内，从而延长电池寿命、提高系统的可靠性和整体性能；

91、2、该应用于新能源的高效固态电池储能热管理系统中，在智能分配回收的能量过程中引入能量效率的影响因素进行优化，可以显著提升整个固态电池储能系统的性能和可靠性；通过考虑每个电池单元的实际工作条件来动态调整能量分配比例，系统能够更高效地将多余的能量转移到低电荷状态的电池单元，从而减少能量损耗和热损失，这使得固态电池储能系统在各种工况下都能保持最佳性能，提升了系统的稳定性和经济效益。