一种储能用电池热管理系统

技术领域

本发明涉及储能电池技术领域，具体为一种储能用电池热管理系统。

背景技术

目前储能系统热管理主流方案包括风冷和液冷，其中风冷方案较为多见，但当前装机较多的储能项目基本都为通信基站等带电量、功率密度相对较小的项目。在未来大功率充放电场景或复杂工况下，风冷技术方案恐难解决电芯散热问题，液冷技术是行业的发展趋势。液冷不需要预留散热通道，将大幅节约大型储能项目的占地面积；另一方面，风冷系统通过冷却空气间接冷却电芯，整个储能系统将产生很大的自耗电，而液冷产品则能降低这部分额外的运行成本。

现有储能液冷方案目前均为基于氢氟烃类制冷剂如HFC-R134a的常规制冷方案，一方面存在高能耗和环保的问题，另一方面储能系统基本为交流电输入，且对使用寿命提出了更高的要求，而现有常规液冷方案均系车用电池冷却方案基础上衍生而来，系统成本高昂的同时使用寿命、使用安全性都有所降低，因此提出一种新型的储能用电池热管理系统，在实现对储能系统电池电芯温度精确管理的同时，降低系统成本、提升系统COP，降低系统能耗，提升系统使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种储能用电池热管理系统，具备保证储能电池使用安全可靠，对储能电池PACK进行温度控制，提高储能电池寿命和确保储能电池使用性能的优点，解决了现有常规液冷方案能耗较高，系统成本高昂的同时使用寿命、使用安全性都有所降低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种储能用电池热管理系统，包括电子扇、低温散热器、交流水泵、压缩机、水冷冷凝器、冷却器、膨胀水箱和三通阀，所述电子扇与低温散热器之间相互配合工作，所述低温散热器的一端与交流水泵连通，所述交流水泵远离低温散热器的一端连通有四通电子水阀，所述低温散热器的另一端与水冷冷凝器连通，所述水冷冷凝器的一端与四通电子水阀连通，所述水冷冷凝器的一端与压缩机连通，所述压缩机远离水冷冷凝器的一端连通有气液分离器，所述水冷冷凝器的一端连通有干燥储液器，所述干燥储液器远离水冷冷凝器的一端连通有TXV/EXV，所述TXV/EXV远离干燥储液器的一端与冷却器连通，所述气液分离器的一端与冷却器连通，所述冷却器的一端连通有交流PTC，所述膨胀水箱的一端与交流PTC连通，所述膨胀水箱的另一端设置有两个三通阀，且两个三通阀之间连通。

优选的，所述交流水泵的数量为两个，且两个交流水泵均与四通电子水阀连通，其中一个交流水泵远离四通电子水阀的一端与三通阀的1号阀连通。

优选的，所述四通电子水阀设置有四个入口，其中1号口和3号口分别与交流水泵连通，所述四通电子水阀的2号口与水冷冷凝器连通，所述四通电子水阀的4号口与冷却器连通。

优选的，所述电池热管理系统设置有温压传感器，所述温压传感器的数量为四个。

优选的，所述温压传感器的1号传感器设置于压缩机和水冷冷凝器之间。

优选的，所述温压传感器的2号传感器设置于冷却器和气液分离器之间。

优选的，所述温压传感器的3号传感器设置于三通阀的一号阀入口的上游。

优选的，所述温压传感器的4号传感器设置于交流PTC出口的下游。

优选的，所述电池热管理系统的液体加注口和三通阀的2号阀之间设置有二通球阀。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明提出的电池热管理系统，具有保证储能电池使用安全可靠，对储能电池PACK进行温度控制，提高储能电池寿命和确保储能电池使用性能的优点，解决了现有常规液冷方案能耗较高，系统成本高昂的同时使用寿命、使用安全性都有所降低的问题。

2、本发明可以实现对储能系统电池电芯温度的精确管理，并在此基础上加入中、低温工况下储能电池的冷却方案，在春秋季或环境温度适度时可不启动压缩机制冷，降低电池热管理系统的能耗。

3、本发明采用二次换热系统架构，冷却系统模块化，实现第三代环保制冷剂R290的替换和应用：冲注量小，成本低廉，降低制冷剂成本；降低压缩机工作负荷，提升其使用寿命；提升系统COP，降低系统运行能耗；系统模块化，可实现冷却模块全焊接密封，无限趋于零泄漏。

4、本发明储能电池同平台电压零部件的使用，提升系统使用寿命和安全性。

附图说明

图1为本发明系统结构框图；

图2为本发明制冷工况系统运行框图；

图3为本发明制热工况系统运行框图；

图4为本发明中低温工况系统运行框图。

图中：1、电子扇；2、低温散热器；3、交流水泵；4、四通电子水阀；5、压缩机；6、温压传感器；7、水冷冷凝器；8、干燥储液器；9、TXV/EXV；10、冷却器；11、气液分离器；12、膨胀水箱；13、三通阀；14、交流PTC；15、二通球阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，一种储能用电池热管理系统，包括电子扇1、低温散热器2、交流水泵3、压缩机5、水冷冷凝器7、冷却器10、膨胀水箱12和三通阀13，电子扇1与低温散热器2之间相互配合工作，低温散热器2的一端与交流水泵3连通，交流水泵3远离低温散热器2的一端连通有四通电子水阀4，低温散热器2的另一端与水冷冷凝器7连通，水冷冷凝器7的一端与四通电子水阀4连通，水冷冷凝器7的一端与压缩机5连通，压缩机5远离水冷冷凝器7的一端连通有气液分离器11，水冷冷凝器7的一端连通有干燥储液器8，干燥储液器8远离水冷冷凝器7的一端连通有TXV/EXV9，TXV/EXV9远离干燥储液器8的一端与冷却器10连通，气液分离器11的一端与冷却器10连通，冷却器10的一端连通有交流PTC14，膨胀水箱12的一端与交流PTC14连通，膨胀水箱12的另一端设置有两个三通阀13，且两个三通阀13之间连通，交流水泵3的数量为两个，且两个交流水泵3均与四通电子水阀4连通，其中一个交流水泵3远离四通电子水阀4的一端与三通阀13的1号阀连通，四通电子水阀4设置有四个入口，其中1号口和3号口分别与交流水泵3连通，四通电子水阀4的2号口与水冷冷凝器7连通，四通电子水阀4的4号口与冷却器10连通，电池热管理系统设置有温压传感器6，温压传感器6的数量为四个，温压传感器6的1号传感器设置于压缩机5和水冷冷凝器7之间，温压传感器6的2号传感器设置于冷却器10和气液分离器11之间，温压传感器6的3号传感器设置于三通阀13的一号阀入口的上游，温压传感器6的4号传感器设置于交流PTC14出口的下游，电池热管理系统的液体加注口和三通阀13的2号阀之间设置有二通球阀15。

工作原理：

1、制冷工况，参阅图2：

此时四通电子水阀4：1/4口接通，2/3口接通；二通球阀15关闭；压缩机5开启；交流水泵3-1开启；交流水泵3-2开启；交流PTC14关闭。

制冷剂侧冷媒：

压缩机5→温压传感器6-1→水冷冷凝器7→干燥储液器8→TXV/WXV9→冷却器10→温压传感器6-2→气液分离器11→压缩机5。

电池PACK水侧冷却剂：

电池PACK热水(20-30℃)出→WEG IN→温压传感器6-3→三通阀13-1→交流水泵3-1→四通电子水阀4→冷却器10→交流PTC14→温压传感器6-4→WEG OUT→电池PACK冷水(10-15℃)进。

此制冷剂侧冷媒与水侧冷却剂在冷却器10中进行热交换，冷媒将电池PACK中的热水进行降温冷却后输送到电池PACK中，对电池电芯进行降温；

低温散热器水侧冷却剂：

交流水泵3-2→四通电子水阀4→水冷冷凝器7→低温散热器2→电子扇1→交流水泵3-2。

此水侧冷却剂与制冷剂高压侧冷媒在水冷冷凝器7中进行热交换，将水冷冷凝器7中的热水输送到低温散热器2中，低温散热器2通过电子扇1与空气进行热交换，经过低温散热器2温度降低后的冷却液再次回到水冷冷凝器7中与高压侧制冷剂热交换，如此往复循环，给水冷冷凝器7降温。

2、制热工况，参阅图3：

此时四通电子水阀4：1/4口接通，2/3口接通；二通球阀15关闭；压缩机5关闭；交流水泵3-1开启；交流水泵3-2关闭；交流PTC14开启。

水侧冷却剂：

电池PACK冷水(-30-0℃)出→WEG IN→温压传感器6-3→三通阀13-1→交流水泵3-1→四通电子水阀4→冷却器10→交流PTC14→温压传感器6-4→WEG OUT→电池PACK热水(15-60℃)进。

此水侧冷却剂经过交流PTC14加热后输送到电池PACK中，对电池电芯进行加热。

3、中低温散热工况，参阅图4：

环境温度低于20℃，此时四通电子水阀4：1/2口接通，3/4口接通；二通球阀15关闭；压缩机5关闭；交流水泵3-1开启；交流水泵3-2开启(可选关闭)；交流PTC14关闭。

水侧冷却剂：

电池PACK水(20-35℃)出→WEG IN→温压传感器6-3→三通阀13-1→交流水泵3-1→四通电子水阀4→水冷冷凝器7→低温散热器2→电子扇1→交流水泵3-2→四通电子水阀4→冷却器10→交流PTC14→温压传感器6-4→WEG OUT→电池PACK冷水(15-20℃)进。

此水侧冷却剂将电池PACK中的热量带出，在低温散热器2中通过电子扇1与中、低温环境下的空气进行热交换，温度降低后的冷却剂回到电池PACK中对电池电芯进行降温。

综上，该电池热管理系统具有保证储能电池使用安全可靠，对储能电池PACK进行温度控制，提高储能电池寿命和确保储能电池使用性能的优点，解决了现有常规液冷方案能耗较高，系统成本高昂的同时使用寿命、使用安全性都有所降低的问题。

该电池热管理系统可以实现对储能系统电池电芯温度的精确管理，并在此基础上加入中、低温工况下储能电池的冷却方案，在春秋季或环境温度适度时可不启动压缩机5制冷，降低电池热管理系统的能耗。

该电池热管理系统采用二次换热系统架构，冷却系统模块化，实现第三代环保制冷剂R290的替换和应用：冲注量小，成本低廉，降低制冷剂成本；降低压缩机5工作负荷，提升其使用寿命；提升系统COP，降低系统运行能耗；系统模块化，可实现冷却模块全焊接密封，无限趋于零泄漏；电池热管理系统中储能电池同平台电压零部件的使用，提升系统使用寿命和安全性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。