一种应用于液流电池的移动式热管理系统的制作方法

1.本实用新型属于储能技术领域，具体涉及一种应用于液流电池的移动式热管理系统。


背景技术：

2.目前,大型液流电池储能系统的热管理方式主要是在电解液罐体内设置加热盘管,通过直接换热的方式对罐体内的电解液进行加热，通过安装在罐体上、下两部分的温度传感器来实时监控罐体内电解液温度，并实现对电解液温度的控制,以达到较好的电池效率。但在实际运行过程中,由于电解液属于酸性液体具有腐蚀性、大规模电解液罐体由于加工工艺、材料材质等原因，容易出现罐体加热器盘管泄露、加热器法兰面密封不严等导致的电解液泄露情况，以上情况维修难度较大,增加了工程的运行和维修成本。
3.此外，由于大规模下液流电池规模下，正负极电解液储罐规模庞大、数量较多，如果采用传统式加热，除了带来上述问题外，还会导致很多储罐同一加热，增加了储能系统的用电高峰。过多的加热系统配置，也增加了系统的初投资。


技术实现要素：

4.本专利涉及的液流电池移动式热管理系统可以为储能系统加热或者冷却，通过实时监测电解液温度控制热管理系统的冷却/加热模式切换及其换热功率，实现电池温度精确可控，是对系统电解液运行温度进行有效控制的关键技术，有利于系统高效稳定运行。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种应用于液流电池的移动式热管理系统，包括泵输送单元、加热/冷却单元和换热单元；
6.所述泵输送单元包含循环水泵，所述循环水泵一端与换热单元连接，另一端与加热/冷却单元连接；
7.所述加热/冷却单元包括加热热源和冷却源，所述加热热源和冷却源(3)并联设置；
8.所述换热单元由换热器组成。
9.优选的，所述换热器还与泵输送单元连接。
10.优选的，所述泵输送单元还包括电解液循环泵，所述电解液循环泵的另一端与液流电池储罐活动相连，所述换热器另一端与液流电池储罐活动连接。
11.优选的，所述液流电池储罐以及所述电解液循环泵入口分别设有温度传感器，通过储罐内温度传感器以及电解液循环泵入口温度传感器实时监测储罐内电解液温度。
12.优选的，所述电解液循环泵的入口和换热器一侧出口分别设置防腐软性管道接口。
13.优选的，所述电解液循环还能够用于调试期间的电解液灌装，将电解液循环泵的出口与储罐的电解液底部出口相连，电解液循环泵的进口与电解液槽车出口相连通过移动式装置，软管连接储罐，实现逐个储罐的移动式电解液灌装。
14.优选的，所述加热热源不限于电加热器、热泵加热和蒸汽加热。
15.本实用新型的技术效果和优点：
16.1、本实用新型将传统储罐内置换热器形式外置，采用间接换热的方式，减少系统故障率和维修率，有利于设备的检修维护，降低了检修难度。
17.2、本实用新型将冷热源设备、循环系统、换热系统、控制系统集成于移动式撬装车上，有利于在多罐体中移动加热/冷却，可实现一机多用、一机重复利用的效果。
18.3、本实用新型涉及的液流电池热管理系统包括加热、制冷、灌装三种运行模式，实现对电解液的冷却和加热，可以对液流电池系统温度进行有效控制。
19.4、本实用新型涉及的液流电池热管理系统采用管道式换热器，与传统的将换热器置于储罐内部的方式相比换热效果更加均匀，保证进入电池堆的电解液最佳温度范围内运行，保障了储能系统运行稳定性和高效型。
20.5、本实用新型涉及的液流电池热管理系统通过监测系统电解液回水温度来控制加热器/制冷机组的功率，可以有效控制热管理系统的供水温度，提高系统温度调节的准确性。
21.6、本实用新型涉及的液流电池热管理系统不仅有利于液流电池系统运行的高效稳定运行，而且还有利于液流电池系统的安装与调试等工况下的温度调节，可在多个罐区、多个项目上拓展应用，节约了系统造价。同时也节约了液流电池系统的维修和维护成本。
附图说明
22.图1为本实用新型的移动式热管理系统结构示意图；
23.图2为本实用新型的热管理模式结构示意图；
24.图3为本实用新型的电解液灌注模式结构示意图。
25.图中：1-循环水泵；2-加热热源；3-冷却源；4-换热器；5-电解液循环泵；6-储罐；7-电解液槽车。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.本专利提出的应用于液流电池的移动式热管理系统包括加热和制冷两种运行模式，实现对电解液的冷却和加热。包括与液流电池系统正极储罐6、负极储罐6相连接；当监测到电解液温度低于预设最佳温度范围下限时，开启加热系统对电解液进行加热；当监测到电解液温度高于最佳温度范围上限时，开启冷却系统对电解液进行冷却。在系统建设调试阶段，可通过本系统装置进行电解液灌装。
28.为实现上述目的，本实用新型公开了如图1所示的一种应用于液流电池移动式热管理系统，包括泵输送单元、加热/冷却单元和换热单元；
29.所述泵输送单元包含循环水泵1，所述循环水泵1一端与换热单元连接，另一端与加热/冷却单元连接；
30.所述加热/冷却单元包括加热热源2和冷却源3，所述加热热源2和冷却源3并联设置；
31.所述换热单元由换热器4组成。
32.优选的，所述换热器4还与泵输送单元连接。所述泵输送单元由电解液循环泵5组成，所述电解液循环泵5和换热器4分别与储罐6的正负极连接。
33.优选的，在移动式系统的电解液循环泵5入口管道上设置温度传感器，
34.优选的，移动式热管理系统在电解液循环泵5的入口和换热器4一侧出口分别设置防腐软性管道接口。
35.通过温度传感器控制加热器的功率调节和启停运行控制。通过储罐6内温度传感器以及电解液循环泵5入口温度传感器实时监测储罐6内电解液温度，
36.具体地，本实用新型通过设计一种应用于液流电池移动式热管理系统，该系统采用间接换热的方式，将加热/冷却单元、换热单元、泵输送单元和控制单元集成撬装装置，实现移动式加热。所述加热/冷却单元包括加热热源2和冷却热源，加热热源2不限于电加热器、热泵加热、蒸汽加热；所述泵输送单元包括循环水泵1，电解液循环泵5以及相关管道；所述换热单元包括管壳式换热器4。其中换热单元利用管壳式换热器4实现热水与电解液的换热。本实用新型的移动式系统通过软管与储罐6的进出口相连接，通过泵输送单元实现储罐6内介质的循环加热。在本实施例中，在移动式系统的电解液循环泵5入口管道上设置温度传感器，当温度达到设置值时，通过控制单元实现对撬装式装置的精准控制。
37.本系统的工作模式主要有加热模式、冷却模式和电解液灌装模式。
38.加热模式：
39.移动式热管理系统在电解液循环泵5的入口和换热器4一侧出口分别设置防腐软性管道接口，在运行前，通过软管将移动式热管理系统与储罐6相连，排净管道气体后待机。液流电池系统的正负极储罐6以及移动式热管理系统中的电解液循环泵5入口分别设有温度传感器，当储罐6中温度低于最佳温度范围的下限或者初始加热时，首先开启循环水泵1，再开启加热器，加热纯水，通过循环水泵1将热水送入换热器4的壳程中。在换热器4中，壳程高温的纯水与管程中低温的电解液进行换热，使电解液的温度升高至最佳温度范围。通过温度传感器控制加热器的功率调节和启停运行控制。通过储罐6内温度传感器以及电解液循环泵5入口温度传感器实时监测储罐6内电解液温度，当电解液温度达到最佳温度范围，首先关闭移动式热管理系统加热器，再关闭循环水泵1，停止对电解液加热。
40.冷却模式：
41.与加热模式同理，移动式热管理系统除了加热器外，并联配置一套制冷机组。当储罐6中温度高于最佳温度范围的上限或者快速冷却时，首先开启循环水泵1，再开启制冷机组，冷却纯水，通过循环水泵1将冷水送入换热器4的壳程中，在换热器4中，壳程低温的纯水与管程中高温的电解液进行换热，使电解液的温度降低至最佳温度范围。通过温度传感器控制制冷机组的功率调节和启停运行控制。通过储罐6内温度传感器以及电解液循环泵5入口温度传感器实时监测储罐6内电解液温度，当电解液温度达到最佳温度范围，首先关闭移动式热管理系统制冷机组，再关闭循环水泵1，停止对电解液的冷却。
42.电解液灌装模式：
43.除了热管理功能外，移动式热管理系统中的电解液循环泵5还可用于调试期间的
电解液灌装。在调试阶段，将电解液循环泵5的出口与储罐6的电解液底部出口相连，电解液循环泵5的进口与电解液槽车7出口相连通过移动式装置，软管连接储罐6，实现逐个储罐6的移动式电解液灌装。对整个系统而言，实现了泵设备共用的作用，在一定程度上节约了系统总投资。
44.在实际运行中，本实用新型存在两种实施方式,第一种为热管理模式，第二种为电解液灌注模式。接下来将针对这两种实施方式进行具体说明：
45.第一种实施方式为热管理模式，即加热或冷却模式。如图2所示，为移动式热管理系统的实施场景。移动式热管理系统在电解液循环泵5的入口和换热器4一侧出口分别设置防腐软性管道接口。通过软性管道将移动式热管理系统与储罐6的底部出口和上部回液口相连，通过排净相关管道气体后，逐步启动热管理系统。液流电池系统的正负极储罐6以及移动式热管理系统中的电解液循环泵5入口分别设有温度传感器，当储罐6中温度低于最佳温度范围的下限或者初始加热时，首先开启循环水泵1，再开启加热器，加热纯水，通过循环水泵1将热水送入换热器4的壳程中，在换热器4中，壳程的纯水与管程中的电解液进行换热，使电解液的温度升高至最佳温度范围。当电解液温度达到最佳温度范围，首先关闭移动式热管理系统加热器，再关闭循环水泵1，停止对电解液的换热。
46.当储罐6中温度高于最佳温度范围的下限或者需要冷却时，首先开启循环水泵1，再开启制冷机组，冷却纯水，通过循环水泵1将冷水送入换热器4的壳程中，在换热器4中，壳程的纯水与管程中的电解液进行换热，使电解液的温度降低至最佳温度范围。通过温度传感器控制加热器的功率调节和启停运行控制。通过储罐6内温度传感器以及电解液循环泵5入口温度传感器实时监测储罐6内电解液温度，当电解液温度达到最佳温度范围，首先关闭移动式热管理系统制冷机组，再关闭循环水泵1，停止对电解液的冷却。
47.第二种实施方式为电解液灌注模式。如图3所示，为移动式热管理系统的实施场景。移动式热管理系统在电解液循环泵5的入口与电解液槽车7排液口相连，电解液循环泵5出口与储罐6底部根部口相连。打开槽车阀门，电解液自流入泵腔体后，启动循环泵，逐步将电解液槽车7内液体泵送至储罐6。
48.工作原理：液流电池的储能容量取决于电解液，在液流电池运行的过程中需要电解液具有较高的稳定性，并且运行在合适的温度范围，以保障液流电池系统稳定运行在较高的效率区间。在液流电池系统建设完成后，在调试阶段，需将正负极储罐6电解液升温至一定温度。在某种操作下，还会将电解液温度降低至某个温度。如果在每个储罐6内部都增加内部换热器4，则增加了系统故障点，增加了系统初投资。
49.本专利涉及的液流电池移动式热管理系统，可以实现对电解液温度的监测和精准控制，包括加热和制冷两种运行模式，可以实现在一定时间内将电解液温度加热/冷却至目标温度。通过移动式热管理形式，可以实现大规模储能系统规模下，配置一定数量的移动式热管理装置，不必每个储罐6都增加加热系统，降低了系统的复杂程度，在一个项目中，实现了移动式热管理系统的公用。当一个储罐6加热/冷却完毕后，可拆掉连接管道，然后移动装置至下一个储罐6，连接软管后，开始对下一个储罐6内部液体的加热/冷却，如此循环往复，实现大规模下成百个储罐6的加热/冷却。
50.本实用新型涉及的液流电池热管理系统控制方法是通过监测系统电解液循环泵5入口的电解液温度对控制加热器/制冷机组进行功率控制，提高系统温度调节的准确性。
51.本专利将加热器、制冷机组、循环系统、换热系统、控制系统集成于移动式撬装车上，有利于在多罐体区域内移动加热/冷却，可实现一机多用、一机重复利用的效果。
52.外置于储罐6的换热单元利用管壳式换热器4实现水与电解液的换热。移动式装置通过软管与储罐6的进出口相连接，通过泵输送单元实现储罐6内介质的循环换热。当温度达到设置值时，通过控制单元实现对撬装式热管理装置的精准控制。所述控制单元设置在移动式装置上，为移动式装置上自带的控制系统。
53.加热热源2不局限于专利中所述电加热，其他的诸如热泵加热、蒸汽加热等也在此范畴中。
54.最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。