一种集成化储能热管理系统及其控制方法与流程

本发明涉及热管理，特别涉及一种集成化储能热管理系统及其控制方法。

背景技术：

1、热管理，是指对总系统、分立部件或其环境的温度进行管理和控制，其目的是维护各部件的正常运行或提高其性能或寿命。当前，在诸如电化学储能等领域中通常都需要进行热管理，热管理对储能系统的性能、寿命、安全性都有显著影响。由于液冷的热管理系统的换热能力较强，电芯温差可以做到3℃以内，因此，相对于风冷系统而言，液冷可以显著提升储能系统的寿命。鉴于此，目前在储能领域多采用液冷系统。

2、现有的用于储能的热管理系统中，通常采用制冷剂冷却这一方式对冷却液进行冷却。但是这一方式存在一定的缺陷。具体而言，在中低负荷时，若采用压缩机制冷循环对电池进行冷却，则此时压缩机运行在低效区间，同时，热量需要通过板换与制冷系统进行交换，这就使得系统效率较低。而在低负荷时，电池冷却需求较小，但是电池进水又要求一定的温度，还会出现压缩机不断起停的情况，而频繁起停将降低压缩机和电子膨胀阀的可靠性。

技术实现思路

1、针对现有技术中的部分或全部问题，本发明第一方面提供一种集成化储能热管理系统，其在原有制冷系统集成上增加了一套自然冷却的结构，进而克服现有储能热管理系统中存在的制冷方式单一的问题，所述集成化储能热管理系统包括：

2、冷却模块，用于冷却剂循环，以对储能设备进行冷却，其通过三通阀与中间换热器及第二制冷模块连通；

3、第一制冷模块，其用于制冷剂循环，以通过中间换热器采用制冷剂对冷却剂进行冷却；以及

4、第二制冷模块，用于对所述冷却剂进行直接冷却。

5、在本发明中，“直接冷却”是指不采用中间换热的情况下由冷源直接对带冷却部件(如储能部件、例如电池)进行冷却。

6、进一步地，所述冷却模块包括水泵，所述水泵的出口与所述三通阀的第一支路连通，所述三通阀的第二支路及第三支路分别连接至所述第二制冷模块及所述中间换热器。

7、进一步地，所述第一制冷模块包括：

8、压缩机，其用于对制冷剂进行压缩，以形成第一状态的制冷剂；

9、冷凝器，其入口连接至所述压缩机的排气口，用于对所述第一状态的制冷剂进行降温，以形成第二状态的制冷剂，所述第二状态的温度低于所述第一状态，但压力相同；以及

10、节流装置，连接至所述冷凝器的出口，以对所述第二状态的制冷剂进行节流，使其膨胀至第三状态，所述第三状态的压力低于所述第二状态，但温度相同。

11、进一步地，所述第一制冷模块还包括风扇，设置于所述冷凝器的第一侧，用于将空气引入所述冷凝器以实现热交换。

12、进一步地，所述中间换热器包括：

13、制冷剂管路，包括第一入口及第一出口，分别与所述第一制冷模块的出口及入口连通；以及

14、冷却剂管路，其设置于所述制冷剂管路的周围，使得冷却剂与制冷剂能够进行热交换，且与冷却模块的管路连通，包括第二入口及第二出口。

15、进一步地，所述第一入口与第二出口设置于所述中间换热器的第一侧，以及所述第二入口与第一出口设置于所述中间换热器的相对于第一侧的第二侧。

16、进一步地，所述第二制冷模块包括低温散热器，所述低温散热器设置于所述冷凝器相对于第一侧的第二侧，所述风扇运行时，空气经由所述低温散热器到达所述冷凝器。

17、基于如前所述的集成化储能热管理系统，本发明第二方面提供一种集成化储能热管理系统的控制方法，包括：

18、采集储能设备的温度，并计算其温度变化率；

19、根据所述冷却模块的出口及入口的温差、及冷却液的质量流量计算所述储能设备的发热量；

20、根据所述温度变化率、发热量及环境温度选择制冷模块：

21、若所述温度变化率大于等于第一预设值，或所述储能设备的发热量大于等于所述第二制冷模块的散热功率，或环境温度大于等于第二预设值，则开通所述压缩机，关闭所述三通阀与所述第二制冷模块连通的支路；以及

22、若所述温度变化率小于第一预设值，且所述储能设备的发热量小于所述第二制冷模块的散热功率，且环境温度大于等于第二预设值，则关闭所述三通阀与所述中间换热器连通的支路，并关闭压缩机。

23、进一步地，所述第一预设值及第二预设值通过标定得到。

24、进一步地，所述第二制冷模块的散热功率根据所述压缩机制冷效率小于1时，所述储能设备的散热需求确定。

25、进一步地，所述控制方法还包括：

26、根据所述储能设备的发热量控制所述水泵、和/或风扇、和/或压缩机的转速。

27、本发明提供的一种集成化储能热管理系统及其控制方法，在常规的散热系统中增加了一套辅助散热系统，以在储能设备低热负荷时可采用实现空气直接换热，可以在降低能耗的同时，还能有效地提升压缩机和电子膨胀阀的可靠性和使用寿命。所述系统可通过一种基于系统设计的简化控制方案来控制，所述控制方案原理简单、易实现，经过简单的标定之后，即可实现精准的控制，能够高效的实现模式切换，从而提升系统效率。

技术特征：

1.一种集成化储能热管理系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的集成化储能热管理系统，其特征在于，所述冷却模块包括水泵，所述水泵的出口与所述三通阀的第一支路连通，所述三通阀的第二支路及第三支路分别连接至所述第二制冷模块的入口及所述中间换热器。

3.如权利要求1所述的集成化储能热管理系统，其特征在于，所述第一制冷模块包括：

4.如权利要求3所述的集成化储能热管理系统，其特征在于，所述第一制冷模块还包括风扇，所述风扇设置于所述冷凝器的第一侧，且被配置为将空气引入所述冷凝器以实现热交换。

5.如权利要求1所述的集成化储能热管理系统，其特征在于，所述中间换热器包括：

6.如权利要求5所述的集成化储能热管理系统，其特征在于，所述第一入口与第二出口设置于所述中间换热器的第一侧，以及所述第二入口与第一出口设置于所述中间换热器的相对于第一侧的第二侧。

7.如权利要求4所述的集成化储能热管理系统，其特征在于，所述第二制冷模块包括低温散热器，所述低温散热器设置于所述冷凝器相对于第一侧的第二侧，所述风扇运行时，空气经由所述低温散热器到达所述冷凝器。

8.一种集成化储能热管理系统的控制方法，其特征在于，包括步骤：

9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述第一预设值及第二预设值通过标定得到。

10.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述第二制冷模块的散热功率根据所述压缩机制冷效率小于1时，所述储能设备的散热需求确定。

11.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，还包括步骤：

技术总结
本发明公开一种集成化储能热管理系统，其包括冷却模块、第一制冷模块以及第二制冷模块，其中冷却模块用于冷却剂循环，以对储能设备进行冷却，且其通过三通阀与中间换热器及第二制冷模块连通，第一制冷模块用于提供制冷剂循环，以通过中间换热器采用制冷剂对冷却剂进行冷却，第二制冷模块则对所述冷却剂进行直接冷却。通过在常规的散热系统中增加一套辅助散热系统，以在储能设备低热负荷时可采用实现空气直接换热，可以在降低能耗的同时，还能有效地提升压缩机和电子膨胀阀的可靠性和使用寿命。

技术研发人员：刘学松,冯福金,宋云建,舒涛
受保护的技术使用者：华涧新能源科技（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11