CN112038531A - 带有环境控制系统的船用电池集装箱系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带有环境控制系统的船用电池集装箱系统及其控制方法，其中系统包括:包括至少一带有环境控制系统的船用电池集装箱，带有环境控制系统的船用电池集装箱包括一集装箱箱体、以及固定于集装箱箱体内的一循环风新风子系统、一冷水子系统、一应急通风子系统和一控制系统；循环风新风子系统、冷水子系统、应急通风子系统连接控制系统；控制系统设置于或部分设置于集装箱箱体内的一储能单元放置区域。本发明的一种带有环境控制系统的船用电池集装箱系统及其控制方法，可以实现电池集装箱在充电、放电、转运、存储各种工况下的电池冷却与内部环境控制功能，提高电池运行的可靠性，延长电池的使用寿命，简化操作，安全性高。

Description

带有环境控制系统的船用电池集装箱系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及储能设备领域，尤其涉及一种带有环境控制系统的船用电池集装箱系统及其控制方法。

背景技术

将锂电池置于集装箱内的箱式储能单元在陆地上已有广泛应用，随着电池技术的进一步成熟，这类箱式电池单元可以应用于船舶领域，作为船舶的主电源或储能装置，实现船舶动力的清洁化。

要实现箱式电池单元的安全、高效使用，首先需要注意实现对锂电池的有效热管理：锂电池在充电、放电过程中均会产生大量热量，需要将及时进行换热以控制锂电池本身的温度；其次要注意控制锂电池所在处所的环境条件，避免锂电池处在过冷、过热的环境中导致影响电池寿命；最后，锂电池出现热失控时会释放大量可燃气体，锂电池所在处所应具备出现此类情况时应急驱气的功能，以避免发生燃烧、爆炸，导致难以控制的局面出现。

和陆用储能集装箱相比，船用电池集装箱的应用在考虑上述要求时，还应结合船舶这一较为特殊的应用场景进一步考虑特殊要求。船舶本身布置空间有限，要实现作为主电源的用途，必须尽量提高电池集装箱内部布置的紧凑性，必要时还要考虑多个电池集装箱的紧密排布甚至堆叠布置，以便尽可能多地携带电量，这就要求船用电池集装箱内部的辅助系统及设备尽量少占空间，同时集装箱外部不应有突出的设备、附件以免影响紧密排布。另外，与陆用储能集装箱安装就位后持续运行不同，利用电池集装箱作为动力的船舶通常采用换电模式，故船用电池集装箱还面临船、岸之间的转运以及在岸上(例如码头)的存储工况，这类转运、存储工况中电池集装箱本身不工作，但由于集装箱本身是封闭环境，外部环境的辐射热会导致集装箱内部温度持续升高，故仍需对集装箱内部的环境进行控制以避免外部环境(主要是高温)影响电池寿命。

现有技术中，对锂电池的温度控制有液冷和风冷(自然冷却)两种手段，其中液冷系统较为复杂，并且由于电池本身会因长期使用出现变形导致液冷装置与电池的换热表面脱离进而失去冷却效果，故该系统应用较少。风冷系统则通常由储能集装箱内布置的工业空调及风道实现，通过采用风冷系统，既能够实现对电池本身的冷却，又能实现对锂电池处所即集装箱内部的环境控制，例如专利CN 209913535 U、CN 211090461 U、CN 210838023U、CN 211150627 U均公开了采用空调进行冷却及环境控制的系统及储能集装箱。

现有技术中，对于服务于电池集装箱的空调系统，更多关注其工作时气流组织的有效性，通过设置顶送风、风墙等不同形式的散热风道，试图提高风冷效率(例如专利CN210838023 U、CN 211150627 U)。由于这些技术多用于陆用储能集装箱，或其技术在应用于船时采用了与陆用相同的方案，故对船舶应用场景中对集装箱内外空间的要求、对转运存储的要求考虑较少，也没有提出专门的技术方案予以应对。

现有技术中，服务于电池集装箱的空调系统和通风系统通常是相互独立的系统，设备配置、布置和控制系统通常需要分别设置，不形成集成化的系统，不具备联动和集中控制功能。

现有技术为储能集装箱配置的空调一般为一体式空调柜机或分体式空调柜机。一体式空调柜机如为水冷式，需要借助外部提供冷却水，在外部无冷却水提供时(例如集装箱需要转运或在码头堆放存储时)，集装箱内部空调系统无法工作，可能导致内部环境温度上升，影响电池寿命。一体式空调柜机如为风冷式，需要在集装箱外壁上设置较大的散热风扇开孔，这会影响集装箱的整体防火性能，同时易受恶劣天气影响导致不能正常工作。如考虑在转运或码头堆放存储时令一体式风冷柜机投入运行以控制集装箱内环境温度，会产生较大功耗，在缺乏外部电源时难以实现。

一体式空调柜机体积大，占用集装箱内部空间多，影响电池组的设置密度。部分技术方案(例如专利CN 210838023 U)为节约集装箱内部空间，将一体式空调设在集装箱顶部，导致集装箱外部有突出物，无法实现多个集装箱堆叠布置。

如采取分体式空调柜机(例如专利CN 211090461 U)，会导致集装箱外部需装设空调外机而造成集装箱外部有突出物，无法实现多个集装箱的紧凑布置。

现有技术方案为储能集装箱配备的一体或分体式空调柜机，需要为每个储能集装箱分别配置满足其最大使用工况的空调机，如出现配置多个集装箱但集装箱没有全部全负荷运行的情况，所设空调机的总功率多余，导致成本升高。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种带有环境控制系统的船用电池集装箱系统及其控制方法，可以实现电池集装箱在充电、放电、转运、存储各种工况下的电池冷却与内部环境控制功能，提高电池运行的可靠性，延长电池的使用寿命；可以实现集装箱内部空间的有效利用，提高单个集装箱的能量密度，并能够实现多个集装箱紧密布置或堆叠布置，实现在有限空间内可用电量的最大化；可以降低多个集装箱共同使用时制冷系统的总容量，实现节约成本；可以实现对充电、放电、转运、存储各种工况以及应急状态下空调与通风部件的集中控制，简化操作，提高可靠性与安全性。

为了实现上述目的，本发明提供一种带有环境控制系统的船用电池集装箱系统，包括至少一带有环境控制系统的船用电池集装箱，所述带有环境控制系统的船用电池集装箱包括一集装箱箱体、以及固定于所述集装箱箱体内的一循环风新风子系统、一冷水子系统、一应急通风子系统和一控制系统；所述循环风新风子系统包括一进风风管、一制冷风管、一回风百叶窗、一新风百叶窗、一循环风机、一送风风管、一送风风阀、一主风管和一换气百叶窗；所述进风风管连接所述制冷风管、所述回风百叶窗和所述新风百叶窗，所述回风百叶窗可连通所述进风风管内部和所述集装箱箱体内部，所述新风百叶窗可连通所述进风风管内部和所述集装箱箱体外部；所述循环风机设置于所述制冷风管内；所述送风风管连接于所述制冷风管与所述主风管之间，所述主风管包括多个出风口；所述换气百叶窗固定于所述集装箱箱体侧壁并可连通所述集装箱箱体的内部和外部；所述冷水子系统连接所述集装箱箱体并部分伸入所述制冷风管内；所述应急通风子系统连接所述主风管和所述集装箱箱体；所述回风百叶窗、所述新风百叶窗和所述换气百叶窗采用电动百叶窗；所述控制系统设置于或部分设置于所述集装箱箱体内的一储能单元放置区域，所述控制系统连接所述回风百叶窗、所述新风百叶窗、所述循环风机、所述送风风阀、所述换气百叶窗、所述冷水子系统和所述应急通风子系统。

优选地，所述集装箱箱体形成或形成部分所述进风风管、所述制冷风管和所述主风管。

优选地，所述进风风管位于所述集装箱箱体的前端的底部；所述制冷风管连接于所述进风风管顶部，所述制冷风管与所述进风风管的连接处形成至少一开孔；所述主风管沿所述集装箱箱体的长度方向设置并位于所述集装箱箱体的顶部。

优选地，所述冷水子系统包括：一冷水接口、一低温冷水供水管、一低温冷水回水管、一冷水供水切换阀、一冷水回水切换阀、一温控三通阀、一冷水旁通管、一冷水盘管、一高温冷水供水管、一高温冷水回水管、一高温冷水循环泵和一冷水储水箱；所述冷水接口连接所述低温冷水供水管和所述低温冷水回水管；所述冷水供水切换阀的两入口分别连接所述低温冷水供水管和所述高温冷水供水管；所述温控三通阀的入口连接所述冷水供水切换阀的出口，所述温控三通阀的两出口分别连接所述冷水旁通管的入口和所述冷水盘管的入口；所述冷水回水切换阀的入口连接冷水旁通管和所述冷水盘管的出口，所述冷水回水切换阀的一出口连接所述高温冷水回水管，所述冷水回水切换阀的另一出口连接所述低温冷水回水管；所述高温冷水循环泵安装于所述高温冷水供水管；所述冷水储水箱连接所述高温冷水供水管和所述高温冷水回水管；所述冷水盘管设置于所述制冷风管内；所述冷水供水切换阀、所述冷水回水切换阀、所述温控三通阀和所述高温冷水循环泵连接所述控制系统。

优选地，所述应急通风子系统包括一抽风风管、一抽风风阀和一驱气风机；所述抽风风管连接所述主风管，所述抽风风阀和所述驱气风机安装于所述抽风风管上；所述抽风风阀和所述驱气风机连接所述控制系统。

优选地，所述应急通风子系统还包括一驱气百叶窗，所述驱气百叶窗固定于所述集装箱箱体并可连通所述集装箱箱体的内部和外部；所述抽风风管连接于所述主风管与所述驱气百叶窗之间；所述驱气百叶窗采用所述电动百叶窗；所述驱气百叶窗连接所述控制系统。

优选地，所述控制系统包括一控制器、以及连接于所述控制器的至少一内部电源、一内部温度传感器、一外部温度传感器和一可燃气体探测器；所述控制器还连接所述回风百叶窗、所述新风百叶窗、所述循环风机、所述送风风阀、所述换气百叶窗、所述冷水供水切换阀、所述冷水回水切换阀、所述温控三通阀、所述高温冷水循环泵、所述抽风风阀、所述驱气风机和所述驱气百叶窗。

优选地，还包括一外部制冷装置，所述外部制冷装置连接全部所述带有环境控制系统的船用电池集装箱的所述冷水接口。

优选地，所述回风百叶窗、所述新风百叶窗、所述换气百叶窗和所述驱气百叶窗采用防爆型电动百叶窗；所述循环风机采用防爆型电动离心风机；所述送风阀门和抽风风阀采用防爆型电动阀门；所述驱气风机采用防爆型电动风机；所述内部温度传感器采用防爆型温度传感器。

本发明一种基于本发明所述的带有环境控制系统的船用电池集装箱系统的控制方法，包括步骤：

S1：在所述控制器中预设多种工作模式，所述工作模式包括：正常运行模式、待机模式、应急状态模式和火灾状态模式；

S2：选择一所述工作模式作为当前工作模式；

S3：所述控制器运行所述当前工作模式；所述控制器通过所述可燃气体探测器实时获取所述集装箱箱体内的可燃气体浓度；

S4：当所述当前工作模式非所述应急状态模式和火灾模式且所述可燃气体浓度大于一预设值时，将所述当前工作模式切换为应急状态模式，所述控制器运行所述应急状态模式；当所述控制器接收到所述火警系统的火警信号时，将所述当前工作模式切换为所述火灾状态模式，所述控制器运行所述火灾状态模式；

当所述控制器运行所述正常运行模式时，所述控制器控制所述冷水供水切换阀、冷水回水切换阀和温控三通阀，使得所述低温冷水供水管、所述冷水盘管和所述低温冷水回水管导通；所述控制器控制所述高温冷水循环泵关闭、所述回风百叶窗打开、所述新风百叶窗关闭、所述循环风机运行、所述送风风阀打开、所述换气百叶窗关闭、所述抽风风阀关闭、所述驱气风机关闭和所述驱气百叶窗关闭；

所述待机模式包括一外部高温待机子模式和一外部低温待机子模式；当所述控制器运行所述待机模式时，所述控制器通过所述内部温度传感器获取所述集装箱箱体内的箱内温度T1，并通过所述外部温度传感器获取所述集装箱箱体外的箱外温度T2，并通过所述控制器设定所述集装箱箱体内部的一目标温度T0；

当所述箱内温度T1及所述箱外温度T2均高于所述目标温度T0时，所述控制器运行所述外部高温待机子模式；所述控制器控制所述冷水供水切换阀、冷水回水切换阀和温控三通阀，使得所述冷水储水箱、所述高温冷水供水管、所述冷水盘管和所述高温冷水回水管导通；所述控制器控制所述高温冷水循环泵开启、所述回风百叶窗打开、所述新风百叶窗关闭、所述循环风机运行、所述送风风阀打开、所述换气百叶窗关闭、所述抽风风阀关闭、所述驱气风机关闭和所述驱气百叶窗关闭；

当所述箱内温度T1高于目标温度T0，而所述箱外温度T2低于目标温度T0时，所述控制器运行所述外部低温待机子模式；所述控制器控制所述高温冷水循环泵关闭、所述回风百叶窗关闭、所述新风百叶窗打开、所述循环风机运行、所述送风风阀打开、所述换气百叶窗打开、所述抽风风阀关闭、所述驱气风机关闭和所述驱气百叶窗关闭；

当所述控制器运行所述应急状态模式时，所述控制器控制所述高温冷水循环泵停止、所述回风百叶窗关闭、所述新风百叶窗关闭、所述循环风机停止、所述送风风阀关闭、所述换气百叶窗打开、所述抽风风阀打开、所述驱气风机运行和所述驱气百叶窗打开；

当所述控制器运行所述火灾状态模式时，所述控制器控制所述冷水供水切换阀、冷水回水切换阀和温控三通阀保持原样；所述控制器控制所述高温冷水循环泵停止、所述回风百叶窗关闭、所述新风百叶窗关闭、所述循环风机停止、所述送风风阀关闭、所述换气百叶窗关闭、所述抽风风阀保持原样、所述驱气风机停止和所述驱气百叶窗关闭；

所述控制器根据所述箱内温度和设定的所需温度调节所述温控三通阀通向所述冷水旁通管和所述冷水盘管的开度，进而调整进入所述冷水盘管的水量来调节制冷效果。

本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：

1、集装箱箱体形成或形成部分所述进风风管、所述制冷风管和所述主风管，使得空调系统的主要部件与集装箱箱体结合，成为集装箱体的一部分，布置紧凑，有效利用空间，使用于布置电池的空间更大，从而提高了单个集装箱的能量密度。

2、通过本发明的集装箱箱体外部侧面、顶面没有突出的分体式设备，可以实现集装箱的紧密布置或堆叠布置，使在有限空间内布置多个集装箱具有可行性。

3、通过在集装箱内部设置的由冷水储水箱、冷水循环泵、高温冷水管、冷水切换阀以及内部电源，使集装箱在转运、存储等既无外部制冷装置、也无外部电源的工况下能够依靠内部的空调系统实现一定程度的降温，确保在外界环境温度较高时依然能将集装箱内部维持在适当的温度。

4、通过在集装箱箱体上设置的新风百叶窗、换气百叶窗，并通过控制回风百叶窗的关闭，可以使集装箱在转运、存储等既无外部制冷装置、也无外部电源的工况下能够依靠通风换气功能实现一定程度的降温，确保在外部环境条件适宜时通过较低功耗即能将集装箱内部维持在适当的温度。

5、通过在控制器上操作选择不同模式，使系统自动进入对应的运行状态，简化操作，提高作业效率。

6、本发明的特别考虑电池集装箱的安全，设有能够被自动激活的驱气功能，并且必要设备采取防爆，较现有技术选用的常规工业产品而言提高了电池集装箱运行的安全性。

7、本发明的方案避免了在每个电池集装箱内单独设置工业空调，在多个集装箱共同使用的场景中降低了总的制冷容量配置，有利于提高经济性。

附图说明

图1为本发明实施例的带有环境控制系统的船用电池集装箱系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的带有环境控制系统的船用电池集装箱系统的正常运行模式的状态图；

图3为本发明实施例的带有环境控制系统的船用电池集装箱系统的待机模式的状态图；

图4为本发明实施例的带有环境控制系统的船用电池集装箱系统的应急状态模式的状态图；

图5为本发明实施例的外部制冷装置与带有环境控制系统的船用电池集装箱的连接结构示意图。

具体实施方式

下面根据附图1～图5，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。

请参阅图1，本发明实施例的一种带有环境控制系统的船用电池集装箱系统，包括至少一带有环境控制系统的船用电池集装箱1，带有环境控制系统的船用电池集装箱1包括一集装箱箱体11、以及固定于集装箱箱体11内的一循环风新风子系统、一冷水子系统、一应急通风子系统和一控制系统；循环风新风子系统包括一进风风管21、一制冷风管22、一回风百叶窗23、一新风百叶窗24、一循环风机25、一送风风管26、一送风风阀27、一主风管28和一换气百叶窗29；进风风管21连接制冷风管22、回风百叶窗23和新风百叶窗24，回风百叶窗23可连通进风风管21内部和集装箱箱体11内部，新风百叶窗24可连通进风风管21内部和集装箱箱体11外部；循环风机25设置于制冷风管22内；送风风管26连接于制冷风管22与主风管28之间，主风管28的底面和侧面形成多个出风口，用于使气流分散至布置有储能单元的储能单元放置区域12内以实现冷却及环境控制的功能，主风管28的具体形状可以根据集装箱箱体11内部布置情况灵活调整，以实现充分利用空间的目的。换气百叶窗29固定于集装箱箱体11侧壁并可连通集装箱箱体11的内部和外部；冷水子系统连接集装箱箱体11并部分伸入制冷风管22内；应急通风子系统连接主风管28和集装箱箱体11；回风百叶窗23、新风百叶窗24和换气百叶窗29采用电动百叶窗；控制系统设置于或部分设置于集装箱箱体11内的一储能单元放置区域12，控制系统连接回风百叶窗23、新风百叶窗24、循环风机25、送风风阀27、换气百叶窗29、冷水子系统和应急通风子系统。

储能单元放置区域12可以是用于放置锂电池的区域。

冷水盘管308内循环流动的冷媒水与空气产生换热，令空气温度降低。循环风机25用于将空气由进风风管21吸入制冷风管22，再将空气送出。在本实施例中，空气先经过冷水盘管308实现降温，再由循环风机25送出，在另一种方案中，空气也可先经过循环风机25，再经过冷水盘管308，最终经过降温的空气被送出制冷风管22。

本实施例中，集装箱箱体11形成部分进风风管21、制冷风管22和主风管28，进风风管21、制冷风管22和主风管28非集装箱箱体11形成的部分钢制制成。进风风管21、制冷风管22和主风管28成为集装箱箱体11的一部分，布置紧凑，有效利用空间，使用于布置电池的空间更大，从而提高了单个集装箱的能量密度。

进风风管21位于集装箱箱体11的前端的底部；制冷风管22连接于进风风管21顶部，制冷风管22与进风风管21的连接处形成至少一开孔，可以令空气通过；主风管28沿集装箱箱体11的长度方向设置并位于集装箱箱体11的顶部。

冷水子系统包括：一冷水接口301、一低温冷水供水管302、一低温冷水回水管303、一冷水供水切换阀304、一冷水回水切换阀305、一温控三通阀306、一冷水旁通管307、一冷水盘管308、一高温冷水供水管309、一高温冷水回水管310、一高温冷水循环泵311和一冷水储水箱312；冷水接口301连接低温冷水供水管302和低温冷水回水管303；冷水供水切换阀304的两入口分别连接低温冷水供水管302和高温冷水供水管309；温控三通阀306的入口连接冷水供水切换阀304的出口，温控三通阀306的两出口分别连接冷水旁通管307的入口和冷水盘管308的入口；冷水回水切换阀305的入口连接冷水旁通管307和冷水盘管308的出口，冷水回水切换阀305的一出口连接高温冷水回水管310，冷水回水切换阀305的另一出口连接低温冷水回水管303；高温冷水循环泵311安装于高温冷水供水管309；冷水储水箱312连接高温冷水供水管309和高温冷水回水管310；冷水盘管308设置于制冷风管22内；冷水供水切换阀304、冷水回水切换阀305、温控三通阀306和高温冷水循环泵311连接控制系统。

本实施例中，冷水接口301采用干式快速接头，朝向集装箱外的一侧可以与外部制冷装置2接通。当接通时，由外部制冷装置2产生的低温冷水将进入集装箱箱体11内部的低温冷水供水管302，经冷水盘管308换热后，通过低温冷水回水管303回流至外部制冷装置2，形成完整的低温冷水循环。当冷水接口301不与外部管路联通时，接口为盲断状态。

高温冷水供水管309和高温冷水回水管310所形成的高温冷水回路，还包含冷水储水箱312及高温冷水循环泵311。冷水储水箱312和高温冷水循环泵311设置于框架内，框架与集装箱箱体11固定连接。冷水储水箱312内储存工业淡水或自来水，由高温冷水循环泵311抽出。当前述切换阀切换至高温冷水回路时，高温冷水循环泵311使高温冷水经过冷水供水切换阀304进入冷水盘管308，通过空气实现换热，并最终返回冷水储水箱312。这一回路用来在集装箱转运、存储状况下无外部低温冷水接入时，形成集装箱内部冷水循环，利用冷水——空气的换热克服集装箱转运、存储状况下外部环境产生的辐射热，避免集装箱内部温度持续升高。高温冷水循环泵311为电动泵，起动、停止受控制器51控制。其电源由外部电源或内部电源52提供。

温控三通阀306为电动三通阀，受控制器51控制，反馈信号来自内部温度传感器53，通过改变温控三通阀306通向冷水盘管308方向或通向冷水旁通管307的开度变化，调整进入冷水盘管308的水量，从而调节循环风系统的制冷能力。

应急通风子系统包括一抽风风管41、一抽风风阀42和一驱气风机43；抽风风管41连接主风管28，抽风风阀42和驱气风机43安装于抽风风管41上；抽风风阀42和驱气风机43连接控制系统。

应急通风子系统还包括一驱气百叶窗44，驱气百叶窗44固定于集装箱箱体11并可连通集装箱箱体11的内部和外部；抽风风管41连接于主风管28与驱气百叶窗44之间；驱气百叶窗44采用电动百叶窗；驱气百叶窗44连接控制系统。

在另一实施方式中，可不设置驱气百叶窗44，驱气百叶窗44由驱气风机43自带的出口关闭装置替代。

控制系统包括一控制器51、以及连接于控制器51的至少一内部电源52、一内部温度传感器53、一外部温度传感器54和一可燃气体探测器55；控制器51还连接回风百叶窗23、新风百叶窗24、循环风机25、送风风阀27、换气百叶窗29、冷水供水切换阀304、冷水回水切换阀305、温控三通阀306、高温冷水循环泵311、抽风风阀42、驱气风机43和驱气百叶窗44。

内部温度传感器53和外部温度传感器54用于监测集装箱形体内、外环境温度并作为控制信号。可燃气体探测器55用于监测集装箱箱体11内部可燃气体浓度并作为控制信号。

控制器51用于接受传感器的信号并控制系统内部件的动作。控制器51可进行操作模式设置，可以通过控制器51使环境控制系统进入正常运行模式及待机模式，进入对应模式后环境控制系统内相应的部件将投入运行。控制器51还可以根据内部传感器信号及外部信号控制环境控制系统进入应急状态与火灾状态，进入对应状态后环境控制系统内相应的部件将投入运行，同时控制单元向外部发出相应报警。

内部电源52作为不间断电源，在集装箱失去外部电源时向集装箱内部的控制器51、传感器、风机、水泵、电动百叶窗及电动阀门供电，以便在集装箱转运、存储以及应急状态下内部设置的环境控制系统仍能具备必要的功能。

请参阅图1和图5，还包括一外部制冷装置2，外部制冷装置2连接全部带有环境控制系统的船用电池集装箱1的冷水接口301。外部制冷装置2可以是船上的制冷机组或岸上的制冷机组。本实施例中，一套外部制冷装置2可以向多个带有环境控制系统的船用电池集装箱1提供低温冷水，由于每个带有环境控制系统的船用电池集装箱1的制冷量可以通过冷水进入盘管的流量进行调节，可以根据多个集装箱的使用峰值确定外部制冷装置2的总容量，避免按每个集装箱的最大使用工况配置外部制冷装置2而导致的总容量增加，从而起到降低成本的目的。

请参阅图1，回风百叶窗23、新风百叶窗24、换气百叶窗29和驱气百叶窗44采用防爆型电动百叶窗；循环风机25采用防爆型电动离心风机；送风阀门和抽风风阀42采用防爆型电动阀门；驱气风机43采用防爆型电动风机；内部温度传感器53采用防爆型温度传感器。必要设备采取防爆型，提高了电池集装箱运行的安全性。

请参阅图1～图4，本发明一种基于本发明的带有环境控制系统的船用电池集装箱系统的控制方法，包括步骤：

S1：在控制器51中预设多种工作模式，工作模式包括：正常运行模式、待机模式、应急状态模式和火灾状态模式；

S2：选择一工作模式作为当前工作模式；

S3：控制器51运行当前工作模式；控制器51通过可燃气体探测器55实时获取集装箱箱体11内的可燃气体浓度；

S4：当当前工作模式非应急状态模式和火灾模式且可燃气体浓度大于一预设值时，将当前工作模式切换为应急状态模式，控制器51运行应急状态模式；当控制器51接收到一火警系统的火警信号时，将当前工作模式切换为火灾状态模式，控制器51运行火灾状态模式。

请参阅图2，当控制器51运行正常运行模式时，控制器51控制冷水供水切换阀304、冷水回水切换阀305和温控三通阀306，使得低温冷水供水管302、冷水盘管308和低温冷水回水管303导通；控制器51控制高温冷水循环泵311关闭、回风百叶窗23打开、新风百叶窗24关闭、循环风机25运行、送风风阀27打开、换气百叶窗29关闭、抽风风阀42关闭、驱气风机43关闭和驱气百叶窗44关闭。

在正常运行模式下，低温冷水管系形成循环，来自外部制冷装置2的冷水通过集装箱箱体11的冷水接口301进入集装箱箱体11内部的低温冷水供水管302并最终进入冷水盘管308，换热后通过低温冷水回水管303，再经过集装箱箱体11的冷水接口301回至外部制冷装置2。

箱内空气由回风百叶窗23进入进风风管21，经过与冷水的换热后由循环风机25送至主风管28，再由主风管28的出风口扩散至储能单元放置区域12，实现散热、降温。流经储能单元放置区域12的空气升温后再经回风百叶窗23进入进风风管21，实现循环。送风冷量通过内部温度传感器53的监测信号反馈至控制器51、由控制器51调节温控三通阀306的开度进行控制。

请参阅图3，待机模式包括一外部高温待机子模式和一外部低温待机子模式；当控制器51运行待机模式时，控制器51通过内部温度传感器53获取集装箱箱体11内的箱内温度T1，并通过外部温度传感器54获取集装箱箱体11外的箱外温度T2，并通过控制器51设定集装箱箱体11内部的一目标温度T0；

当箱内温度T1及箱外温度T2均高于目标温度T0时，控制器51运行外部高温待机子模式；控制器51控制冷水供水切换阀304、冷水回水切换阀305和温控三通阀306，使得冷水储水箱312、高温冷水供水管309、冷水盘管308和高温冷水回水管310导通；控制器51控制高温冷水循环泵311开启、回风百叶窗23打开、新风百叶窗24关闭、循环风机25运行、送风风阀27打开、换气百叶窗29关闭、抽风风阀42关闭、驱气风机43关闭和驱气百叶窗44关闭；

在此状态下，系统的冷水系统切换至高温冷水循环，高温冷水循环泵311起动，将冷水储水箱312内的水输送至冷水盘管308中与空气进行换热，再回至冷水储水箱312中。集装箱内的空气与正常运行模式相同仍为内循环。冷水储水箱312中的水温低于气温，因此可以利用水的温升提供一定冷量来平衡此工况下外部环境对集装箱内部的辐射热，使集装箱内部的温度在一定时间内维持在可接受的范围。

当箱内温度T1高于目标温度T0，而箱外温度T2低于目标温度T0时，控制器51运行外部低温待机子模式；控制器51控制高温冷水循环泵311关闭、回风百叶窗23关闭、新风百叶窗24打开、循环风机25运行、送风风阀27打开、换气百叶窗29打开、抽风风阀42关闭、驱气风机43关闭和驱气百叶窗44关闭。

在此状态下，系统的冷水系统停止运行，由于外部环境温度较低，通过换气即可避免集装箱内部温度升高。外部空气进入进风风管21，并有循环风机25送至主风管28，由主风管28扩散后经换气百叶窗29排出箱外，实现对集装箱内部的换气降温。

请参阅图4，当控制器51运行应急状态模式时，控制器51控制高温冷水循环泵311停止、回风百叶窗23关闭、新风百叶窗24关闭、循环风机25停止、送风风阀27关闭、换气百叶窗29打开、抽风风阀42打开、驱气风机43运行和驱气百叶窗44打开。

在此状态下，外部空气经换气百叶窗29进入集装箱内部，流经储能单元存放区域后经过主风管28流动至抽风风管41，再经驱气风机43送至集装箱外部，实现强制驱气以降低集装箱内部的可燃气体浓度，以免气体进一步聚集引起火灾和爆炸。

当控制器51运行火灾状态模式时，控制器51控制冷水供水切换阀304、冷水回水切换阀305和温控三通阀306保持原样；控制器51控制高温冷水循环泵311停止、回风百叶窗23关闭、新风百叶窗24关闭、循环风机25停止、送风风阀27关闭、换气百叶窗29关闭、抽风风阀42保持原样、驱气风机43停止和驱气百叶窗44关闭。

在此状态下，集装箱箱体11内部的风机、水泵均停止运行，阀门保持原位，所有百叶窗关闭，确保集装箱箱体11处在密闭状态，从而保证消防系统的灭火效果。

还包括步骤，控制器51根据箱内温度和设定的所需温度调节温控三通阀306通向冷水旁通管307和冷水盘管308的开度，进而调整进入冷水盘管308的水量来调节制冷效果。

请参阅图1，本发明实施例的一种带有环境控制系统的船用电池集装箱系统，包括以下特点：

1、进风风管21、制冷风管22、主风管28的部分面由集装箱箱体11构成，冷水盘管308、循环风机25设在制冷风管22内部，于是实现制冷与环境控制功能的主要部件成为集装箱体结构的一部分。

2、在箱体内部所设的冷水子系统中设有低温冷水供水管302，低温冷水回水管303，冷水供水切换阀304，冷水回水切换阀305，温控三通阀306，冷水旁通管307，冷水盘管308及冷水接口301，利用外部制冷装置2提供的低温冷水，配合循环风子系统，可以实现正常工作模式下集装箱内部的温度控制与调节。

3、在集装箱箱体11内部所设的冷水子系统中设有冷水供水切换阀304，冷水回水切换阀305，高温冷水供水管309，高温冷水回水管310，高温冷水循环泵311，冷水储水箱312，使集装箱在无外部制冷装置2和外部电源的情况下依然能够通过内部冷水循环实现箱内温度控制与调节。

4、在箱体内部所设循环风机25，回风百叶窗23，新风百叶窗24，换气百叶窗29，通过控制百叶窗开/闭可以实现集装箱由内部冷风循环切换至外部新风换气，使集装箱在无外部制冷装置2和外部电源的情况下依然能够通过换气实现箱内温度控制与调节。

5、在箱体内部所设控制器51，可以进行模式选择操作以使对应的部件投入运行，还可以根据内部传感器信号及外部信号控制系统进入应急状态与火灾状态，进入对应状态后环境控制系统内相应的部件将投入运行，同时控制单元向外部发出相应报警。

6、在集装箱箱体11内部所设的抽风风管41，抽风风阀42，驱气风机43，驱气百叶窗44可以根据可燃气体探测器55的激活投入运行实现驱气功能。同时通风百叶窗及通风阀门的电动执行机构、循环风机25与驱气风机43的电机均为防爆型，可以保证应急状态下集装箱箱体11内部的安全性。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种带有环境控制系统的船用电池集装箱系统，其特征在于，包括至少一带有环境控制系统的船用电池集装箱，所述带有环境控制系统的船用电池集装箱包括一集装箱箱体、以及固定于所述集装箱箱体内的一循环风新风子系统、一冷水子系统、一应急通风子系统和一控制系统；所述循环风新风子系统包括一进风风管、一制冷风管、一回风百叶窗、一新风百叶窗、一循环风机、一送风风管、一送风风阀、一主风管和一换气百叶窗；所述进风风管连接所述制冷风管、所述回风百叶窗和所述新风百叶窗，所述回风百叶窗可连通所述进风风管内部和所述集装箱箱体内部，所述新风百叶窗可连通所述进风风管内部和所述集装箱箱体外部；所述循环风机设置于所述制冷风管内；所述送风风管连接于所述制冷风管与所述主风管之间，所述主风管包括多个出风口；所述换气百叶窗固定于所述集装箱箱体侧壁并可连通所述集装箱箱体的内部和外部；所述冷水子系统连接所述集装箱箱体并部分伸入所述制冷风管内；所述应急通风子系统连接所述主风管和所述集装箱箱体；所述回风百叶窗、所述新风百叶窗和所述换气百叶窗采用电动百叶窗；所述控制系统设置于或部分设置于所述集装箱箱体内的一储能单元放置区域，所述控制系统连接所述回风百叶窗、所述新风百叶窗、所述循环风机、所述送风风阀、所述换气百叶窗、所述冷水子系统和所述应急通风子系统。

2.根据权利要求1所述的带有环境控制系统的船用电池集装箱系统，其特征在于，所述集装箱箱体形成或形成部分所述进风风管、所述制冷风管和所述主风管。

3.根据权利要求2所述的带有环境控制系统的船用电池集装箱系统，其特征在于，所述进风风管位于所述集装箱箱体的前端的底部；所述制冷风管连接于所述进风风管顶部，所述制冷风管与所述进风风管的连接处形成至少一开孔；所述主风管沿所述集装箱箱体的长度方向设置并位于所述集装箱箱体的顶部。

4.根据权利要求3所述的带有环境控制系统的船用电池集装箱系统，其特征在于，所述冷水子系统包括：一冷水接口、一低温冷水供水管、一低温冷水回水管、一冷水供水切换阀、一冷水回水切换阀、一温控三通阀、一冷水旁通管、一冷水盘管、一高温冷水供水管、一高温冷水回水管、一高温冷水循环泵和一冷水储水箱；所述冷水接口连接所述低温冷水供水管和所述低温冷水回水管；所述冷水供水切换阀的两入口分别连接所述低温冷水供水管和所述高温冷水供水管；所述温控三通阀的入口连接所述冷水供水切换阀的出口，所述温控三通阀的两出口分别连接所述冷水旁通管的入口和所述冷水盘管的入口；所述冷水回水切换阀的入口连接冷水旁通管和所述冷水盘管的出口，所述冷水回水切换阀的一出口连接所述高温冷水回水管，所述冷水回水切换阀的另一出口连接所述低温冷水回水管；所述高温冷水循环泵安装于所述高温冷水供水管；所述冷水储水箱连接所述高温冷水供水管和所述高温冷水回水管；所述冷水盘管设置于所述制冷风管内；所述冷水供水切换阀、所述冷水回水切换阀、所述温控三通阀和所述高温冷水循环泵连接所述控制系统。

5.根据权利要求4所述的带有环境控制系统的船用电池集装箱系统，其特征在于，所述应急通风子系统包括一抽风风管、一抽风风阀和一驱气风机；所述抽风风管连接所述主风管，所述抽风风阀和所述驱气风机安装于所述抽风风管上；所述抽风风阀和所述驱气风机连接所述控制系统。

6.根据权利要求5所述的带有环境控制系统的船用电池集装箱系统，其特征在于，所述应急通风子系统还包括一驱气百叶窗，所述驱气百叶窗固定于所述集装箱箱体并可连通所述集装箱箱体的内部和外部；所述抽风风管连接于所述主风管与所述驱气百叶窗之间；所述驱气百叶窗采用所述电动百叶窗；所述驱气百叶窗连接所述控制系统。

7.根据权利要求6所述的带有环境控制系统的船用电池集装箱系统，其特征在于，所述控制系统包括一控制器、以及连接于所述控制器的至少一内部电源、一内部温度传感器、一外部温度传感器和一可燃气体探测器；所述控制器还连接所述回风百叶窗、所述新风百叶窗、所述循环风机、所述送风风阀、所述换气百叶窗、所述冷水供水切换阀、所述冷水回水切换阀、所述温控三通阀、所述高温冷水循环泵、所述抽风风阀、所述驱气风机和所述驱气百叶窗。

8.根据权利要求7所述的带有环境控制系统的船用电池集装箱系统，其特征在于，还包括一外部制冷装置，所述外部制冷装置连接全部所述带有环境控制系统的船用电池集装箱的所述冷水接口。

9.根据权利要求7所述的带有环境控制系统的船用电池集装箱系统，其特征在于，所述回风百叶窗、所述新风百叶窗、所述换气百叶窗和所述驱气百叶窗采用防爆型电动百叶窗；所述循环风机采用防爆型电动离心风机；所述送风阀门和抽风风阀采用防爆型电动阀门；所述驱气风机采用防爆型电动风机；所述内部温度传感器采用防爆型温度传感器。

10.一种基于权利要求9所述的带有环境控制系统的船用电池集装箱系统的控制方法，包括步骤：

S1：在所述控制器中预设多种工作模式，所述工作模式包括：正常运行模式、待机模式、应急状态模式和火灾状态模式；

S2：选择一所述工作模式作为当前工作模式；

S3：所述控制器运行所述当前工作模式；所述控制器通过所述可燃气体探测器实时获取所述集装箱箱体内的可燃气体浓度；

S4：当所述当前工作模式非所述应急状态模式和火灾模式且所述可燃气体浓度大于一预设值时，将所述当前工作模式切换为应急状态模式，所述控制器运行所述应急状态模式；当所述控制器接收到一火警系统的火警信号时，将所述当前工作模式切换为所述火灾状态模式，所述控制器运行所述火灾状态模式；

当所述控制器运行所述正常运行模式时，所述控制器控制所述冷水供水切换阀、冷水回水切换阀和温控三通阀，使得所述低温冷水供水管、所述冷水盘管和所述低温冷水回水管导通；所述控制器控制所述高温冷水循环泵关闭、所述回风百叶窗打开、所述新风百叶窗关闭、所述循环风机运行、所述送风风阀打开、所述换气百叶窗关闭、所述抽风风阀关闭、所述驱气风机关闭和所述驱气百叶窗关闭；

所述待机模式包括一外部高温待机子模式和一外部低温待机子模式；当所述控制器运行所述待机模式时，所述控制器通过所述内部温度传感器获取所述集装箱箱体内的箱内温度T1，并通过所述外部温度传感器获取所述集装箱箱体外的箱外温度T2，并通过所述控制器设定所述集装箱箱体内部的一目标温度T0；

当所述箱内温度T1及所述箱外温度T2均高于所述目标温度T0时，所述控制器运行所述外部高温待机子模式；所述控制器控制所述冷水供水切换阀、冷水回水切换阀和温控三通阀，使得所述冷水储水箱、所述高温冷水供水管、所述冷水盘管和所述高温冷水回水管导通；所述控制器控制所述高温冷水循环泵开启、所述回风百叶窗打开、所述新风百叶窗关闭、所述循环风机运行、所述送风风阀打开、所述换气百叶窗关闭、所述抽风风阀关闭、所述驱气风机关闭和所述驱气百叶窗关闭；

当所述箱内温度T1高于目标温度T0，而所述箱外温度T2低于目标温度T0时，所述控制器运行所述外部低温待机子模式；所述控制器控制所述高温冷水循环泵关闭、所述回风百叶窗关闭、所述新风百叶窗打开、所述循环风机运行、所述送风风阀打开、所述换气百叶窗打开、所述抽风风阀关闭、所述驱气风机关闭和所述驱气百叶窗关闭；

当所述控制器运行所述应急状态模式时，所述控制器控制所述高温冷水循环泵停止、所述回风百叶窗关闭、所述新风百叶窗关闭、所述循环风机停止、所述送风风阀关闭、所述换气百叶窗打开、所述抽风风阀打开、所述驱气风机运行和所述驱气百叶窗打开；

当所述控制器运行所述火灾状态模式时，所述控制器控制所述冷水供水切换阀、冷水回水切换阀和温控三通阀保持原样；所述控制器控制所述高温冷水循环泵停止、所述回风百叶窗关闭、所述新风百叶窗关闭、所述循环风机停止、所述送风风阀关闭、所述换气百叶窗关闭、所述抽风风阀保持原样、所述驱气风机停止和所述驱气百叶窗关闭；

所述控制器根据所述箱内温度和设定的所需温度调节所述温控三通阀通向所述冷水旁通管和所述冷水盘管的开度，进而调整进入所述冷水盘管的水量来调节制冷效果。

Images