储能电池用二氧化碳直冷、直热热管理系统及热管理方法

技术领域

本发明涉及电池热管理技术领域，具体涉及一种储能电池用二氧化碳直冷、直热热管理系统及热管理方法。

背景技术

电池管理系统是储能系统中很重要的环节，过充、过放、温度异常等都可能影响电池寿命，增加储能系统的维护成本。目前主流电池储能系统有风冷和液冷两种。常规风冷储能系统需要布置大量的风扇进行散热，并需要布置大面积的散热通道，电池模组需要配置较多的电池机架。液冷式储能可以将原来的小容量模组改成大容量的电池模组，减少占地面积，从而减少了储能舱占用的空间。

目前储能电池冷却液冷方案是以液体为冷却介质，通过Chiller对流换热将电池产生的热量带走，通过智能温控技术，使得电池温度更均匀。但是液冷系统设计复杂，成本较高，具体见参考文献1：

参考文献1：专利公开号为CN107666024A的中国专利文献。

参考文献1公开了一种电池包的液冷式热管理系统，用于管理电池包内电池模组的温度，包括液冷动力源、液冷管、与所述电池包接触的液冷板、热交换器、水箱和在所述液冷管内流动的冷却液，所述液冷动力源、液冷板、热交换器、水箱依次通过所述液冷管连接成一个散热回路，所述水箱用于储存、添加或者更换冷却液，所述液冷动力源为所述冷却液的流动提供动能，推动所述冷却液在所述散热回路中循环流动，所述热交换器用于将高温的冷却液转换为常温的冷却液。

现有储能电池加热主流方案均为正温度系数PTC加热，结构简单但能耗高，具体见参考文献2：

参考文献2：专利公开号为CN104037472B的中国专利文献。

参考文献2公开了一种基于PTC电阻带加热的锂离子电池组热管理装置，其技术方案是，铝板上设有若干开槽，铝板与锂离子电池最大表面积一侧贴合；PTC电阻带嵌入铝板并缠绕在锂离子电池表面；温度采集单元布置在单体锂离子电池上采集温度，并将采集到的温度信息上报至电池从控单元；电池主控单元接收电池从控单元上报的温度信息，对配电单元进行管理，或对电池从控单元下达开启风扇的控制信号。

发明内容

本发明的目的是为解决现有储能电池热管理系统复杂程度、能耗及成本高均比较高的问题，提供一种储能电池用二氧化碳直冷、直热热管理系统及其工作方法。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种储能电池用二氧化碳直冷、直热热管理系统，包括：压缩机、气液分离器、气冷器和电池换热组件；

所述气液分离器设置有内部换热器，所述气液分离器的出口与所述压缩机的入口连接，所述压缩机的出口与所述气冷器连接，所述气冷器与所述气液分离器的第一换热接口连接，所述气液分离器的第二换热接口与所述电池换热组件的第一接口连接，所述电池换热组件的第二接口与所述气液分离器的入口连接；

所述压缩机与所述气冷器之间的管道上设置有第一截止阀，所述电池换热组件与所述气液分离器之间的管道上设置有第四截止阀；

第二截止阀和第三截止阀；所述第二截止阀的一端连接在所述第一截止阀与所述压缩机之间的管道上，另一端连接在所述第四截止阀与所述电池换热组件之间的管道上；所述第三截止阀的一端连接在所述第一截止阀与所述气冷器之间的管道上，另一端连接在所述第四截止阀与所述气液分离器之间的管道上；

所述气液分离器的第一换热接口与所述气冷器之间的管道上设置有第一节流阀，所述气液分离器的第二换热接口与所述电池换热组件之间的管道上设置有第二节流阀。

作为本发明一种储能电池用二氧化碳直冷、直热热管理系统的进一步优化：所述电池换热组件为电池直冷板，所述电池直冷板设置连接在储能电池上。

作为本发明一种储能电池用二氧化碳直冷、直热热管理系统的进一步优化：所述气液分离器与所述压缩机之间的管道上、所述压缩机的出口管道上以及所述气液分离器的入口管道上均设置有温压传感器。

作为本发明一种储能电池用二氧化碳直冷、直热热管理系统的进一步优化：所述第一节流阀和所述第二节流阀均为双向节流阀。

作为本发明一种储能电池用二氧化碳直冷、直热热管理系统的进一步优化：所述压缩机配置为能够实现液态制冷剂和气态制冷剂的两种状态压缩的压缩机。

作为本发明一种储能电池用二氧化碳直冷、直热热管理系统的进一步优化：所述气液分离器上设置有压力检测器和液位感测器。

作为本发明一种储能电池用二氧化碳直冷、直热热管理系统的进一步优化：所述气冷器的一侧设置有电子风扇，用于对所述气冷器中的气态二氧化碳进行冷却放热。

一种储能电池用二氧化碳直冷、直热热管理系统的热管理方法：

当需要制冷时，控制第一截止阀和第四截止阀处于打开状态，第二截止阀和第三截止阀处于关闭状态，第一节流阀处于打开状态，第二节流阀处于节流状态，压缩机流出的制冷剂经由第一截止阀进入气冷器中，经气冷器冷凝后再经由第一节流阀进入气液分离器的内部换热器中进行换热，换热后的制冷剂经由第二节流阀进入电池换热组件，实现储能电池的降温；

当需要加热时，控制第一截止阀和第四截止阀处于关闭状态，第二截止阀和第三截止阀处于打开状态，第一节流阀处于节流状态，第二节流阀处于打开状态，压缩机流出的制冷剂经由第二截止阀进入电池换热组件，实现储能电池的升温，电池换热组件流出的制冷剂经由第二节流阀进入气液分离器的内部换热器中进行换热，换热后的制冷剂经由第一节流阀进入气冷器，经气冷器降温后的制冷剂经由第三截止阀返回气液分离器。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的热管理系统相比液冷系统减少一次换热过程，减少一次换热热阻，降低换热温差，传热性能好，且CO

2、本发明的热管理系统减少了冷却液回路，系统简单，结构紧凑，极大地降低了系统成本；

3、本发明的热管理系统避免了乙二醇溶液在储能电池箱体内部流动，没有了冷却液的泄露到电池包内部的风险，更加安全可靠；

4、本发明的热管理系统可在极低温环境(-30℃)下，提供电池加热所需热量，省掉PTC，降低系统成本的同时提升系统COP，减少系统能耗，搭配均温板的使用，满足储能电池加热需求。

附图说明

图1为本发明热管理系统的结构示意图；

图2为本发明热管理系统在进行制冷时的阀门状态示意图；

图3为本发明热管理系统在进行制冷时的制冷剂流路图；

图4为本发明热管理系统在进行制热时的阀门状态示意图；

图5为本发明热管理系统在进行制热时的制冷剂流路图；

附图标记：

1、压缩机；2-1、温压传感器；2-2、温压传感器；2-3、温压传感器；3-1、第一截止阀；3-2、第二截止阀；3-3、第三截止阀；3-4、第四截止阀；4、气冷器；5、电子风扇；6-1、第一节流阀；6-2、第二节流阀；7、电池换热组件；8、气液分离器。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容并不局限于下面的实施例。

<实施例1>

如图1所示：一种储能电池用二氧化碳直冷、直热热管理系统，包括压缩机1、气液分离器8、气冷器4和电池换热组件7。

气液分离器8为具有内部换热器的气液分离器8。气液分离器(带IHX)是一种用于分离气体和液体的设备，它通常用于石油、化工、制药等工业领域。气液分离器通过将气体和液体分离，从而保证管道和设备的正常运行。气液分离器通常由分离器本体、进出口管道、内部换热器(IHX)等组成。其中，内部换热器是一种用于加热或冷却流体的设备，可以提高气液分离器的效率和性能。

气液分离器8的出口与压缩机1的入口连接，压缩机1的出口与气冷器4连接，气冷器4与气液分离器8的第一换热接口连接，气液分离器8的第二换热接口与电池换热组件7的第一接口连接，电池换热组件7的第二接口与气液分离器8的入口连接。气液分离器8与压缩机1之间的管道上、压缩机1的出口管道上以及气液分离器8的入口管道上分别设置有温压传感器2-1、2-2、2-3。

气冷器4的一侧设置有电子风扇5，用于对气冷器4中的气态二氧化碳进行冷却放热。电池换热组件7为电池直冷板，电池直冷板用于连接在储能电池上。

压缩机1为能够实现液态制冷剂和气态制冷剂的两种状态压缩的压缩机1，压缩机1与气冷器4之间的管道上设置有第一截止阀3-1，电池换热组件7与气液分离器8之间的管道上设置有第四截止阀3-4。

热管理系统还包括第二截止阀3-2和第三截止阀3-3，第二截止阀3-2的一端连接在第一截止阀3-1与压缩机1之间的管道上，另一端连接在第四截止阀3-4与电池换热组件7之间的管道上，第三截止阀3-3的一端连接在第一截止阀3-1与气冷器4之间的管道上，另一端连接在第四截止阀3-4与气液分离器8之间的管道上。

气液分离器8上设置有压力检测器和液位感测器，气液分离器8的第一换热接口与气冷器4之间的管道上设置有第一节流阀6-1，气液分离器8的第二换热接口与电池换热组件7之间的管道上设置有第二节流阀6-2。

第一节流阀6-1和第二节流阀6-2均为双向节流阀。双向节流阀是一种可以实现双向流量控制的阀门，它可以控制流体在两个方向上的流量。双向节流阀通常由阀体、阀芯、弹簧、密封件等组成。双向节流阀的工作原理是通过调节阀芯的位置实现流量控制。当阀芯向一个方向移动时，流体的流量会减小，而当阀芯向另一个方向移动时，流体的流量会增大。双向节流阀通常具有较高的流量控制精度和较好的流体控制性能。

节流阀是通过缩小通道截面积来限制流体流量和速度，从而达到控制流量的目的。截止阀则是通过阀门的开关来控制流体的通断，从而达到控制流量的目的。另外，截止阀通常具有良好的密封性能，可以完全切断流体，而节流阀则一般不具备完全切断流体的功能。

<实施例2>

一种储能电池用二氧化碳直冷、直热热管理系统的工作方法：

如图2和3所示：当需要制冷时，控制第一截止阀3-1和第四截止阀3-4处于打开状态，第二截止阀3-2和第三截止阀3-3处于关闭状态，第一节流阀6-1处于打开状态，第二节流阀6-2处于节流状态，压缩机1流出的制冷剂经由第一截止阀3-1进入气冷器4中，经气冷器4冷凝后再经由第一节流阀6-1进入气液分离器8的内部换热器中进行换热，换热后的制冷剂经由第二节流阀6-2进入电池换热组件7，实现储能电池的降温。

在制冷时，整个系统的截止阀以及节流阀的状态如下表所示：

如图4和5所示：当需要加热时，控制第一截止阀3-1和第四截止阀3-4处于关闭状态，第二截止阀3-2和第三截止阀3-3处于打开状态，第一节流阀6-1处于节流状态，第二节流阀6-2处于打开状态，压缩机1流出的制冷剂经由第二截止阀3-2进入电池换热组件7，实现储能电池的升温，电池换热组件7流出的制冷剂经由第二节流阀6-2进入气液分离器8的内部换热器中进行换热，换热后的制冷剂经由第一节流阀6-1进入气冷器4，经气冷器4降温后的制冷剂经由第三截止阀3-3返回气液分离器8。

在制冷时，整个系统的截止阀以及节流阀的状态如下表所示：

本阀门的储能电池二氧化碳直冷(热)系统：实现对储能系统电池电芯温度的精确管理的同时，减少系统复杂程度、降低系统成本，降低系统能耗、提升系统COP。且二氧化碳为天然工质，ODP是0，GWP是1，对环境友好。

ODP是"Ozone Depletion Potential"的缩写，中文意思是"臭氧破坏潜能"。ODP是用来衡量一种物质对臭氧层的破坏能力的指标，通常用于评估化学物质的环境影响。ODP值越高，表示该物质对臭氧层的破坏能力越强。因此，ODP值是评估一种化学物质对环境影响的重要指标之一。

GWP是全球变暖潜势的缩写，全称为Global Warming Potential。它是用来衡量不同物质对全球气候变暖的潜在影响的一种指标。GWP值越高，代表该物质对全球气候变暖的潜在影响越大。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。