储能直冷热系统及方法与流程

本发明涉及储能温控，具体涉及储能直冷热系统及方法。

背景技术：

1、储能系统中，多个电池包运行时电池包内电芯会产生大量的热，当环境温度较热时，易导致电芯温度高于电芯正常工作第一温度值，当环境温度较低时，易导致电芯温度低于电芯正常工作第二温度值，在电芯温度高于电芯正常工作第一温度值时，储能系统需要为运行中的电池包内电芯散热，在电芯温度低于电芯正常工作第二温度值，储能系统需要为运行中的电池包内电芯供热。

2、目前常用乙二醇水溶液作为冷却液为电芯散热或者供热，但是用乙二醇水溶液为电芯散热或供热时，需要设置两套系统，其中一套系统用于冷却液流动为电芯散热或供热，另一套系统用于为冷却液散热或供热，在其中一套系统用于冷却液流动为电芯散热或供热时，需要额外设置水泵为冷却液提供动力，在另一套系统用于为冷却液散热或供热时，需要通过换热器作为中间传递媒介辅助另一套系统为冷却液散热或供热，需要设置两个系统、动力装置、换热器成本较高，通过换热器为冷却液散热或供热存在冷/热损失，使得换热效率一般在75%-85%，降低系统整体的能效比。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供储能直冷热系统，能够节省成本，能够提高换热效率。

2、本发明所采用的技术方案如下：储能直冷热系统，包括用于为冷媒制冷或制热的直冷热回路、流经直冷热回路的冷媒，所述直冷热回路包括用于为电芯导温的温控板，所述冷媒通过直冷热回路流经温控板用于对电芯散热或供热。

3、技术方案的原理：

4、冷媒通过温控板为电芯散热或供热，温控板在直冷热回路中，同时冷媒通过直冷热回路被制冷或被制热。

5、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

6、本发明仅有一个系统，也就是直冷热回路，就可完成对冷媒的冷却或加热，同时还可完成冷媒对电芯的散热或供热，无需换热器、无需额外设置动力装置，节省成本，而且直冷热回路直接对冷媒冷却或加热后，冷媒直接通过直冷热回路流经温控板为电芯散热或加热，无需在冷却或加热后还需要中间传递媒介，能够提高换热效率。

7、作为本发明优选的实施方式，还包括用于控制直冷热回路启动、控制第一电磁阀换向的控制模块，以及用于检测电芯温度的第一检测模块，所述第一检测模块用于将检测的温度信息传输给控制模块，所述直冷热回路还包括压缩机、冷凝器、预冷器、回热器、膨胀阀、第一电磁阀，所述压缩机、冷凝器、预冷器分别与第一电磁阀连接，所述压缩机出口、第一电磁阀、冷凝器、回热器、膨胀阀、温控板、回热器、压缩机进口依次连接形成用于对电芯散热的直冷回路，所述冷媒在直冷回路中流动；

8、所述压缩机出口、第一电磁阀、预冷器、温控板、膨胀阀、回热器、冷凝器、回热器、压缩机进口依次连接形成用于对电芯供热的直热回路，所述冷媒在直热回路中流动；

9、当控制模块接收到第一检测模块的温度信息高于预设的第一温度阈值时，控制模块控制第一电磁阀开启压缩机出口、第一电磁阀、冷凝器连通的通路，启动直冷回路，当控制模块接收到第一检测模块的温度信息低于预设的第二温度阈值时，控制模块控制第一电磁阀开启压缩机出口、第一电磁阀、预冷器连通的通路，启动直热回路。

10、有益效果：1）通过第一电磁阀换向，能够实现直冷回路、直热回路切换，从而在实现为冷媒制冷或制热的同时，实现冷媒通过温控板直接为电芯散热或供热；2）在流入压缩机进口的冷媒必须要为气体，否则会导致压缩机内部压力急剧上升，引发压缩机损坏，在直冷回路中，冷媒进入温控板前流经了回热器，从温控板中出来之后的冷媒再次流经了回热器，进入温控板前的冷媒温度高，从温控板中出来的冷媒温度低，进入温控板前的冷媒能够充当热源，通过回热器为从温控板中出来部分还保持液态的冷媒供热，使得从温控板中出来还保持液态的冷媒气化，从而确保进入压缩机的冷媒均为气体，在直热回路中，冷媒从温控板中出来后流经了回热器，冷媒经过膨胀阀、冷凝器后再次流经了回热器，从温控板中出来的冷媒温度高，从冷凝器中出来的冷媒温度低，从温控板中出来的冷媒能够充当热源，通过回热器为从冷凝器中出来还保持液态的冷媒气化，也增加已经气化的冷媒温度，能够减少压缩机的能耗，提高整个系统的能效比。

11、作为本发明优选的实施方式，还包括用于检测冷媒从温控板中流出处温度的第二检测模块、用于检测回热器出口压力的第三检测模块，所述第二检测模块用于将检测的温度信息传输给控制模块，所述第三检测模块用于将检测的压力信息传输给控制模块，所述控制模块还用于控制储液罐启闭，所述直冷热回路还包括储液罐；

12、在为电芯散热时，当控制模块接收到第二检测模块的温度信息高于第三温度阈值，同时接收到第三检测模块的压力信息高于第一压力阈值时，所述控制模块控制储液罐开启，所述压缩机出口、第一电磁阀、冷凝器、储液罐、回热器、膨胀阀、温控板、回热器、压缩机进口依次连接形成用于对电芯散热的直冷回路，所述冷媒在直冷回路中流动；

13、在为电芯供热时，当控制模块接收到第二检测模块的温度信息低于第四温度阈值，同时接收到第三检测模块的压力信息低于第二压力阈值时，所述控制模块控制储液罐开启，所述压缩机出口、第一电磁阀、预冷器、温控板、储液罐、回热器、膨胀阀、冷凝器、回热器、压缩机进口依次连接形成用于对电芯供热的直热回路，所述冷媒在直热回路中流动。

14、有益效果：当环境温度增加或降低，以及电池包运行过程中电芯温度升高或降低时，为了给电芯散热或供热，确保电芯温度始终在正常运行时温度区间内，需要增加在直冷热回路中的冷媒量，本方案中，通过储液罐的设计，能够在直冷/直热回路中提供冷媒量，确保有足够的冷媒量为电芯散热或供热；

15、本方案中设计了第二检测模块和第三检测模块，通过第二检测模块和第三检测模块同时监测，能够提高监测直冷热回路中冷媒量利用率的准确性，从而辅助准确判断是否需要增加冷媒量。

16、作为本发明优选的实施方式，所述温控板包括第一基板，沿所述第一基板宽度方向中轴线对称设有流道结构，所述第一基板包括用于冷媒流入的第一进口和用于冷媒排出的第一出口，两个所述流道结构共用一个第一进口和第一出口，所述第一进口和第一出口位于同侧，且均位于第一基板宽度方向中间位置，所述流道结构与第一进口连通处靠近第一基板宽度方向中轴线，冷媒通过流道结构流向为从第一基板宽度方向中轴线向靠近第一基板宽度方向侧边流。

17、解释说明：电池包包括箱体和位于箱体内的多个电池模组，每组电池模组包括多个电芯，直冷板位于电池模组下方。

18、本方案中，冷媒从第一进口流入流道结构，由于流道结构与第一进口连接处靠近第一基板宽度方向中轴线，冷媒通过流道结构流向为从第一基板宽度方向中轴线向靠近第一基板宽度方向侧边流，第一基板宽度方向中轴线对应位于箱体中部的电芯，也就是冷媒先流经位于箱体中部的电芯，再流经靠近箱体侧壁的电芯，也就是依次为位于箱体中部电芯散热、靠近箱体侧壁的电芯散热，由于两个流道结构对称设置，相当人为把位于箱体内的多个电芯从第一基板宽度方向中轴线分为两组，并通过流道结构分别对对应组电芯散热。

19、有益效果：1）本发明通过流道结构，能够让冷媒依次为从第一基板宽度方向中轴线向靠近第一基板宽度方向侧边设置的电芯散热，也就是能够先为位于箱体中部的电芯散热，也就是能够先为箱体中温度高的电芯散热，能够提高位于箱体中部的电芯的散热效率，防止电池包中部的电芯由于散热不及时导致的热失控，对称设置的流道结构，能够以第一基板宽度方向中轴线为分界线，将箱体内部电芯分为两组，同时从箱体中部开始分别对对应组电芯同时散热，能够对电池包内电芯快速散热，提高电池包散热效率，确保电池包长期稳定运行；

20、2）由于第一进口和第一出口位于同侧，且均位于第一基板宽度方向中间位置，流道结构与第一进口连通处靠近第一基板宽度方向中轴线，冷媒通过流道结构依次为从第一基板宽度方向中轴线向靠近第一基板宽度方向侧边设置的电芯散热，使得冷媒经过与第一基板宽度方向中轴线对应的箱体中部的电芯时温度最低，冷媒经过与靠近第一基板侧边对应的电芯时温度略低，能够确保箱体内多个电芯之间温度分布的一致性，即确保电池包均温性良好，提高电池包使用寿命，提高使用安全性。

21、作为本发明优选的实施方式，所述流道结构呈螺旋状且在内部回旋盘绕而出，所述流道结构包括多条流道，流向相反的相邻流道位于同一组电池模组下方，多条所述流道包括分别位于两端的第一流道、第二流道，所述第一流道沿第一基板长度方向设置并靠近第一基板宽度方向中轴线，所述第二流道沿第一基板长度方向设置并位于第一流道一侧，所述第一流道、第二流道位于同一组电池模组下方；

22、所述压缩机出口、第一电磁阀、冷凝器、膨胀阀、温控板上第一进口、温控板上流道结构、温控板上第一出口、压缩机进口依次连接形成用于对电芯散热的直冷回路；

23、所述压缩机出口、第一电磁阀、预冷器、温控板上第一出口、温控板上流道结构、温控板上第一进口、冷凝器、压缩机进口依次连接形成用于对电芯供热的直热回路。

24、背景介绍：通常使用冷却液作为冷却介质，冷却液通常为乙二醇水溶液，但是乙二醇水溶液作为冷却液具有一定的腐蚀性，长期使用会对波浪形流道严重腐蚀，当对液冷板全面腐蚀时，产生的腐蚀产物以固体形式沉积在波浪形流道侧壁上，易导致液冷板中波浪形流道侧壁粗糙，降低传热效率，降低电芯散热效率，当对液冷板局部腐蚀时，易导致液冷板局部变薄出现穿孔现象，从而导致冷却液泄漏引发设备短路，易引发火灾。

25、使用氮气能够避免对波浪形流道腐蚀，但是氮气的热导率相对较低，其冷却效果不如乙二醇水溶液，而且氮气冷却系统主要用于制冷，如果用于制热时，需要更加复杂的控制系统来精确控制氮气的流量、压力和温度，需要安装额外的安全装置，需要通过热交换器将氮气释放的热量传递给需要加热的介质。

26、使用冷媒能够避免对波浪形流道腐蚀，冷媒的换热效率比乙二醇水溶液的换热效率也更高，由于冷媒化学性质稳定，若发生泄漏情况也能避免发生火灾，但是，也由于冷媒的换热效率比冷却液的换热效率高，如果应用在波浪形流道中，冷媒从波浪形流道第一进口进入波浪形流道，带走电池包内电芯热量，再从波浪形流道第一出口流出，易导致靠近波浪形流道第一进口的多个电芯相比于靠近波浪形流道第一出口的多个电芯被带走的热量更多，使得靠近波浪形流道第一进口的多个电芯和靠近波浪形流道第一出口的多个电芯温度相差较大，导致电池包内多个电芯之间温度不均衡，长期处于相对低温环境下的电芯可能会出现电解液凝固，活性物质无法充分参与反应的问题，长期处于相对高温环境下的电芯会加速内部化学反应，导致活性物质减少，从而使得多个电芯性能不一致，加速电芯的老化过程，缩短电池包的使用寿命，多个电芯之间温度差异大还可能导致电芯之间或电芯内部发生短路，进一步加剧温度差异和增加安全风险。

27、有益效果：1）先经过冷媒散热的电芯被带走的热量多，后经过冷媒散热的电芯被带走的热量相对于先经过冷媒散热的电芯被带走的热量少，多个电芯之间温度不一致，由于流道结构呈螺旋状且在内部回旋盘绕而出，流向相反的相邻流道位于同一组电池模组下方，使得冷媒走的路径也是螺旋状且在内部回旋盘绕而出，能够调节先经过冷媒散热的电芯温度跟后经过冷媒散热的电芯温度，确保多个电芯温度一致，均温性良好；2）能够更适用于冷媒，确保电池包内多个电芯之间温度分布的一致性，即确保电池包均温性良好，提高电池包使用寿命，提高使用安全性；3）本发明适用于冷媒后，也能够降低成本，因为冷却液更换周期短，基于冷却液的性能衰减、杂质积累等，需五年一换，冷媒在封闭系统中循环使用，其化学成分和物理性质相对稳定，不会因时间而显著衰减，冷媒无需更换；4）使用冷媒的冷却系统可直接用于制冷或制热，无需增加热交换器，设置复杂的控制系统、安装额外的安全装置，降低成本；5）在直冷回路中，冷媒从温控板上第一进口进入，经过流道结构是先给位于箱体中部的电芯散热，在直热回路中，冷媒从温控板上第一出口进入，经过流道结构是先给靠近箱体侧壁的电芯供热，无论是在直冷回路中，还是在直热回路中，通过呈螺旋状且在内部回旋盘绕而出的流道结构均能够提高散热或供热效率，确保电池包长期稳定运行。

28、作为本发明优选的实施方式，所述直冷热回路还包括与膨胀阀连通的进液管路、第一分液器，以及多根分别与对应电池包连接的进液支管，所述进液管路一端与第一分液器连接，另一端分别与膨胀阀、储液罐连接，所述进液管路与膨胀阀之间设有第一单向阀，所述进液管路与储液罐之间设有第二单向阀，所述第一分液器上设有多个第一分液孔，多根所述进液支管分别与对应第一分液孔连通，每根所述进液支管的长度和管径均相等。

29、有益效果：本方案中，多个电池包竖向依次放置，冷媒通过进液管路、第一分液器、进液支管进入温控板，通过限定每根进液支管的长度和管径，从第一分液器到达对应电池包之间的管道内空间均相等，使得每根进液支管内的流阻相等，从而提高了流入每个电池包内的冷媒流量的均匀性，也就是确保为竖向上每个电池包提供充足的冷媒量，确保有效为对应电池包散热或供热。

30、作为本发明优选的实施方式，所述直冷热回路还包括与预冷器连通的出液管路、第二分液器，以及多根分别与对应电池包连接的出液支管，所述出液管路一端与第二分液器连接，另一端分别与回热器、预冷器连接，所述出液管路与回热器之间设有第二电磁阀，所述第二分液器上设有多个第二分液孔，多根所述出液支管分别与对应第二分液孔连通，每根所述出液支管的长度和管径均相等。

31、有益效果：本方案中，多个电池包竖向依次放置，在直热回路中，冷媒经过预冷器出液管路、第二分液器、出液支管流入温控板，通过限定每根出液支管的长度和管径，从第二分液器到达对应电池包之间的管道内空间均相等，使得每根出液支管内的流阻相等，从而提高了流入每个电池包内的冷媒流量的均匀性，也就是确保为竖向上每个电池包提供充足的冷媒量，确保有效为对应电池包散热或供热。

32、本发明的目的之二在于提供储能直冷热方法，包括上文所述的储能直冷热系统，还包括以下步骤：

33、s1：用于检测电芯温度的第一检测模块将检测到的温度信息传输给控制模块；

34、s2：所述控制模块接收到第一检测模块的温度信息高于预设的第一温度阈值时，启动直冷回路，控制模块控制第一电磁阀开启压缩机出口、第一电磁阀、冷凝器连通的通路，冷媒在压缩机出口、第一电磁阀、冷凝器、回热器、膨胀阀、温控板上第一进口、温控板上流道结构、温控板上第一出口、回热器、压缩机进口依次连接形成用于对电芯散热的直冷回路中流动；

35、或所述控制模块接收到第一检测模块的温度信息低于预设的第二温度阈值时，启动直热回路，控制模块控制第一电磁阀开启压缩机出口、第一电磁阀、预冷器连通的通路，冷媒在压缩机出口、第一电磁阀、预冷器、温控板上第一出口、温控板上流道结构、温控板上第一进口、回热器、膨胀阀、冷凝器、回热器、压缩机进口依次连接形成用于对电芯供热的直热回路中流动；

36、s3：用于检测冷媒从温控板中流出处温度的第二检测模块、用于检测回热器出口压力的第三检测模块分别将检测到的温度信息、压力信息传输给控制模块；

37、s4：在为电芯散热时，所述控制模块接收到第二检测模块的温度信息高于第三温度阈值，同时接收到第三检测模块的压力信息高于第一压力阈值时，所述控制模块控制储液罐开启，冷媒在压缩机出口、第一电磁阀、冷凝器、储液罐、回热器、膨胀阀、温控板上第一进口、温控板上流道结构、温控板上第一出口、回热器、压缩机进口依次连接形成用于对电芯散热的直冷回路中流动；

38、在为电芯供热时，所述控制模块接收到第二检测模块的温度信息低于第四温度阈值，同时接收到第三检测模块的压力信息低于第二压力阈值时，所述控制模块控制储液罐开启，冷媒在压缩机出口、第一电磁阀、预冷器、温控板上第一出口、温控板上流道结构、温控板上第一进口、储液罐、回热器、膨胀阀、冷凝器、回热器、压缩机进口依次连接形成用于对电芯供热的直热回路中流动。