一种应用于储能电池的制冷加热控温装置及控温方法与流程

本发明涉及储能电池制冷加热控温，具体为一种应用于储能电池的制冷加热控温装置及控温方法。

背景技术：

1、储能电池正常工作需要适宜的工作温度范围(一般为10℃-30℃)，但其工作时可能面临的环境温度范围远大于储能电池适宜工作温度范围，储能电池自身在工作过程中也会升温，各种情况引发的热失控也时有发生，储能电池在过热环境下会出现电池寿命折损和暴毙等问题。电池在过冷环境下会出现电量损失大等情况，所以也需要配置性能优良的制冷加热温控装置。

2、当前储能电池制冷加热系统主要难点在制热方面，主流应用的制冷加热温控装置有两种制热模式，第一种是采用空调制冷制热方式的经典制冷加热系统，制冷时由制冷剂依次在压缩机—冷凝器—节流装置—蒸发器中通过，经历两次相变在蒸发器中完成制冷，不断循环；而制热时采用热泵技术，即将制冷循环中冷凝器变成蒸发器，蒸发器变成冷凝器，通过一个四通阀逆转制冷循环过程来实现制热，但存在两个问题，(1)在环境温度低于-30℃等使用条件下其制热效率低，无法使用；(2)在低温环境下，其蒸发器(也就是制冷循环中的冷凝器)结霜，需要除霜，在除霜器件不能进行加热作业，因此，传统热泵系统在储能电池领域不能满足制热要求。

3、当前最常用的电池加热方法是采用ptc加热法，即通过ptc加热器加热电池回路的冷却液，然后冷却液将热量传递至电池，完成对储能电池加热，使得储能电池在低温环境下能够正常工作。如图1所示，由循环泵1将载冷剂从水箱2中抽离出来，通过一个完整的制冷回路(包含压缩机3、冷凝器4，冷阀5、蒸发器6)来实现制冷的同时，还需要通过三通阀来并联ptc加热器7实现加热功能，这样传统的电加热方式尚存在一些弱点，一方面ptc加热存在压降较大的问题，由于压降大，会对泵的选型和整个系统设计提出更高的要求，系统能耗较大，系统结构形式和逻辑控制也比较复杂，导致系统加热环节可靠性降低，另一方面由于ptc加热器价格昂贵，还需配置存在的控制器，存在整体成本较高等问题。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有的储能电池制冷加热控温中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是提供一种应用于储能电池的制冷加热控温装置及控温方法，克服了传统的热泵技术在低温下加热时存在的问题。

4、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

5、一种应用于储能电池的制冷加热控温装置，其包括：

6、载冷剂循环系统，将经过交换后的载冷剂循环输送对储能电池降温或者加热；

7、制冷剂压缩管路，其一端与所述载冷剂循环系统连接，将经过载冷剂循环系统的低温低压制冷剂加压成高温高压制冷剂；

8、制冷管路，其一端与所述载冷剂循环系统的输出端连接，另一端与载冷剂循环系统的输入端连接，将高温高压制冷剂制冷后输送至载冷剂循环系统内；

9、加热管路，其一端与所述载冷剂循环系统的输出端连接，另一端与载冷剂循环系统的输入端连接，将高温高压制冷剂加热后输送至载冷剂循环系统内。

10、作为本发明所述的一种应用于储能电池的制冷加热控温装置的一种优选方案，其中，所述载冷剂循环系统包括膨胀液箱、通过管路与所述膨胀水箱连通的固定液箱、将所述固定液箱内的载冷剂抽出的抽液泵以及通过管路与抽液泵的排液端连接的板式蒸发器。

11、作为本发明所述的一种应用于储能电池的制冷加热控温装置的一种优选方案，其中，所述制冷剂压缩管路包括进液端通过管路与所述板式蒸发器的制冷剂排液端连接的压缩机、进液端通过管路与所述压缩机排液端连接的油分。

12、作为本发明所述的一种应用于储能电池的制冷加热控温装置的一种优选方案，其中，所述制冷管路包括进液端通过管路与所述油分的第一出液端连接的冷凝器、进液端通过管路与所述冷凝器的出液端连接的干燥过滤器、进液端通过管路与干燥过滤器的出液端连接且排液端与板式蒸发器的制冷剂进液端连接的冷阀，以及设置在冷凝器和干燥过滤器之间的管路上的第一温度传感器。

13、作为本发明所述的一种应用于储能电池的制冷加热控温装置的一种优选方案，其中，所述加热管路包括进液端通过管路与油分的第二出液端连接且出液端通过管路与板式蒸发器的制冷剂进液端连接恒温阀。

14、作为本发明所述的一种应用于储能电池的制冷加热控温装置的一种优选方案，其中，所述压缩机和油分之间的管路上设置有第一压力传感器和第二温度传感器；

15、所述压缩机和板式蒸发器之间的管路上设置有第二压力传感器以及第三温度传感器；

16、还包括控制器，所述控制器通过接收第一压力传感器和第二温度传感器以及第二压力传感器和第三温度传感器传输的数据信号控制所述冷阀和恒温阀的开度。

17、一种应用于储能电池的制冷加热控温方法，步骤如下：

18、降温模式：当储能电池需要在工作中制冷时，关闭加热管路，载冷剂循环系统内的制冷剂经过制冷剂压缩管路以及制冷管路周而复始的完成制冷循环，持续的将冷量传递给载冷剂，与载冷剂进行热交换，使载冷剂持续的保持低温制冷状态；

19、载冷剂循环系统将经过交换后的载冷剂循环输送对储能电池降温；

20、加热模式：当储能电池需要在低温环境下制热时，关闭制冷管路，载冷剂循环系统内的制冷剂经过制冷剂压缩管路以及加热管路，周而复始的完成加热循环，制冷剂热量传递给载冷剂循环系统内的载冷剂，载冷剂循环系统将经过交换后的载冷剂循环输送对储能电池加热；

21、当制热过程已经接近、达到甚至超过储能电池所需或者所设定的温度时，此时制冷管路和加热管路同时打开，构建制冷—加热并联通道，载冷剂循环系统内的制冷剂经过制冷剂压缩管路压缩加压升温后一部分经过加热管路输出高温气体，另一部分经过制冷管路后，将制冷剂液化，随后并入同一管路进行换热量融合后，进入载冷剂循环系统与载冷剂进行热交换，使载冷剂达到储能电池所需或者所设定的温度，然后制冷剂热量传递给载冷剂循环系统内的载冷剂，载冷剂循环系统将经过交换后的载冷剂循环输送对储能电池的温度进行保持。

22、作为本发明所述的一种应用于储能电池的制冷加热控温方法的一种优选方案，其中，所述降温模式的具体步骤如下：

23、制冷剂经过压缩机从低温低压状态转变为高温高压状态，然后依次经过油分进入到冷凝器、冷阀和板式蒸发器完成制冷循环，在板式蒸发器中将冷量传递给载冷剂；

24、膨胀液箱中的载冷剂先进入到固定液箱，固定液箱中的载冷剂由抽液泵抽出，经过板式蒸发器与制冷剂的冷量交换后循环输送对储能电池降温。

25、作为本发明所述的一种应用于储能电池的制冷加热控温方法的一种优选方案，其中，所述加热模式的具体步骤如下：

26、当储能电池需要在低温环境下制热时，膨胀液箱中的载冷剂先进入到固定液箱，固定液箱中的载冷剂由抽液泵抽出，经过板式蒸发器，同时，将加热管路的恒温阀，制冷管路中的冷阀关闭，制冷剂经过压缩机和油分和恒温阀，此过程还未发生相变，直接由以上部件输出高温高压的气体进入到板式蒸发器中，此时的热量由两部分组成，第一部分是少量制冷剂液化相变放出的热量，第二部分是制冷剂冷凝温度与冷却介质温度的传热温差产生的热量，第一部分是液化后制冷剂留在板式蒸发器内部，第二部分没有液化的制冷剂直接传递给蒸发换热器内的载冷剂，载冷剂经过换热后对储能电池加热，此时的板式蒸发器相当于冷凝设备；

27、当制热过程已经接近、达到甚至超过储能电池所需或者所设定的温度时，此时制冷管路和加热管路构建制冷—加热并联通道，即恒温阀和冷阀同时打开，通过压缩机前面的第二压力传感器以及第三温度传感器得到制冷剂的吸气温度和压力，以及压缩机后面的第一压力传感器和第二温度传感器得到的制冷剂的排气温度和压力，调节恒温阀和冷阀的开度，进行流量控制，实现精确控温，并且经过压缩机、油分以后的制冷剂分别进入恒温阀的加热通道以及冷凝器、干燥过滤器和冷阀组成的制冷通道，在制热通道中通过恒温阀输出高温气体，在制冷通道中冷凝器将制冷剂液化，同时冷阀进一步降低本通道中制冷剂的压力，随后并入同一管路进行换热量融合，再进入蒸发换热器来与载冷剂进行热交换，交换后的载冷剂对储能电池温度进行调节。

28、作为本发明所述的一种应用于储能电池的制冷加热控温方法的一种优选方案，其中，所述制冷剂型号为r410a或者r32。

29、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

30、1、本发明结合特定制冷剂，通过压力控制来实现加热控制，以压缩机-恒温阀-蒸发器(实际上是冷凝器)来构建加热循环回路，能有效避免压缩机的液击现象，可实现精准加热，在组成结构上比传统的热泵系统更加简单，与传统的热泵技术相比，能解决低温下的除霜问题。

31、2、当在加热过程中温度已经接近、达到甚至超过目标，需要精确调节换热量时，此时通过加热回路中并联制冷-加热通道来进行换热量的精细调节，整个系统的结构形式也得到了简化，而且本发明没有额外添加加热部件来构建加热回路，没有使用ptc加热器，避免了ptc加热器产生的额外功耗，并且因为省略了ptc加热器，整个系统成本得到了降低，也避免了因为ptc加热器相关驱动器故障而导致的系统加热能力丧失的问题，提升了系统的可靠性。