CN112490530B - 锂离子电池储能系统预制舱用热管理系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于换热技术领域，提供了一种锂离子电池储能系统预制舱用热管理系统及其控制方法，热管理系统包括地下水热管理组件、智能新风组件、除湿组件和总控模块。本发明利用循环水调节电池模块的温度，具有调节速度快，保温性能好的优点。循环水在换热板中以并行管路、交叉流入电池模块的方式流经所有模块，能够提高预制舱内各个电池模块温度的一致性，延长系统使用寿命。循环水在换热板和地下换热管路内封闭流动，对土壤和地下水不存在污染隐患。本发明能够通过自动控制能够将预制舱内相对湿度控制在65％以下，在低于‑30℃以下环境温度时，可以自动启动加热膜辅助加热以提高预制舱内的温度，使电池模块处于适宜的湿度和温度环境中。

Description

锂离子电池储能系统预制舱用热管理系统及其控制方法
技术领域
本发明属于换热技术领域，尤其涉及一种锂离子电池储能系统预制舱用热管理系统及其控制方法。
背景技术
锂离子电池是一种比能量高、循环寿命长的储能介质，已在便携式电子产品、各类电动车、固定式备用电源和电力储能等领域得到了广泛的应用。近年来，锂离子电池储能系统在电力领域的应用发展迅速，装机量快速提升。
锂离子电池储能系统用于对预制舱内的多个电池模块储能，储能过程中会产生热量，需要采用换热系统对产生的热量进行调整，目前的换热系统大部分为传统压缩机热管理装置，由于传统压缩机采用空冷方式，其换热速度慢、换热效率低，难以实现各个模块温度的一致性，使得单体性能不一致，导致循环寿命短，使用周期达不到预期目标，给锂离子电池系统产品在电力储能领域的大规模推广应用带来障碍，如何进一步完善锂离子电池系统温控系统设计，提升运行稳定性尚未找到有效的解决办法。
例如，申请号为201510421380.0的专利《预制舱温控系统及使用该系统的二次设备预制舱》采用传统压缩机结合智能新风解决方案，降低了温控系统能耗，但无法有效解决各个电池模块温度一致性的问题。
地表以下5米至10米的地层温度基本不随室外大气温度的变化而变化，常年维持在15℃至17℃，冬暖夏凉，可以作为储能系统冷源和热源。
发明内容
本发明提供一种锂离子电池储能系统预制舱用热管理系统及其控制方法，旨在解决上述技术问题。
本发明是这样实现的，一种锂离子电池储能系统预制舱用热管理系统，包括：预制舱本体，所述预制舱本体内设置有地下水热管理组件、智能新风组件、除湿组件和总控模块；
所述地下水热管理组件包括水泵、水流速测量仪、换热板、地下换热管路和第一温度传感器，所述换热板通过导热绝缘胶贴合电池模块，所述换热板内设置有两条流道，所述流道内注入循环水，两条所述流道并行且呈蛇形设置，两条所述流道内的循环水的流动方向相反，两条所述流道分别设置有进液口和出液口，所述地下换热管路设置在地下且延伸至地下水区域内，所述地下换热管路的出口通过所述水泵和所述水流速测量仪与所述进液口连通，所述出液口与所述地下换热管路的入口连通，所述地下换热管路包括水平设置的第一U型管，所述第一U型管的一侧为所述入口，所述第一U型管的另一侧连通竖直设置的第二U型管的一侧，所述第二U型管的另一侧为所述出口，所述第一温度传感器设置于电池模块内，用于检测电池模块温度；
所述智能新风组件包括轴流风机、进风窗、出风窗、风道和第二温度传感器，所述进风窗和所述出风窗分别开设于所述预制舱本体两侧，所述风道连通所述进风窗和所述出风窗且与预制舱本体内部连通，所述进风窗设置所述轴流风机，所述第二温度传感器设置于所述预制舱本体内，用于检测所述预制舱本体内环境温度；
所述除湿组件包括除湿机、排水管和湿度传感器，所述除湿机设置于所述预制舱本体内，所述排水管的一端连通所述除湿机，另一端延伸至所述预制舱本体外，所述湿度传感器设置于所述预制舱本体，用于检测所述预制舱本体内部和外部的相对湿度；
所述总控模块电连接所述水泵、水流速测量仪、第一温度传感器、轴流风机、第二温度传感器、除湿机和湿度传感器。
进一步地，还包括加热膜，所述加热膜铺设于所述预制舱本体内的侧壁和地面，所述加热膜电连接所述总控模块。
更进一步地，所述流道和所述地下换热管路均为防腐钢管。
更进一步地，所述第一U型管设置有多个，多个所述第一U型管相互连通构成蛇形结构，所述第二U型管设置有多个，多个所述第二U型管相互连通且平行设置。
更进一步地，所述进风窗和所述出风窗设置有多个，且均与所述风道连通。
本发明还提供上述锂离子电池储能系统预制舱用热管理系统的控制方法，包括以下步骤：
总控模块通过第一温度传感器检测到电磁模块的温度大于28℃、通过第二温度传感器检测到环境温度为18℃～23℃且通过湿度传感器检测到预制舱外的相对湿度小于85％时，控制轴流风机启动和关闭交替进行以降低预制舱内的温度，交替时长为1分钟，直至第一温度传感器检测到电池模块温度降至23℃以下；
总控模块通过第一温度传感器检测到电磁模块的温度大于35℃或小于5℃时，控制水泵启动，使循环水循在换热板和地下换热管路之间循环流动，降低或升高电池模块的温度；
总控模块通过湿度传感器检测到预制舱内的相对湿度大于65％时，控制除湿机启动除湿，直至预制舱内的湿度降至60％以下。
本发明提供的锂离子电池储能系统预制舱用热管理系统及其控制方法利用循环水调节电池模块的温度，具有调节速度快，保温性能好的优点。循环水在换热板中以并行管路、交叉流入电池模块的方式流经所有模块，能够提高预制舱内各个电池模块温度的一致性，延长系统使用寿命。循环水在换热板和地下换热管路内封闭流动，对土壤和地下水不存在污染隐患。本发明能够通过自动控制能够将预制舱内相对湿度控制在65％以下，在低于-30℃以下环境温度时，可以自动启动加热膜辅助加热以提高预制舱内的温度，使电池模块处于适宜的湿度和温度环境中。
附图说明
图1是本发明实施例提供的锂离子电池储能系统预制舱用热管理系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的换热板和地下换热管路的连接关系示意图；
图3是本发明实施例提供的换热板的结构示意图。
图中标号分别表示：01-电池模块，1-总控模块，2-水泵，3-水流速测量仪，4-第一温度传感器，5-轴流风机，6-第二温度传感器，7-除湿机，8-湿度传感器，9-加热膜，10-换热板，11-地下换热管路，111-第一U型管，112-第二U型管。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1～3，本发明实施例提供的锂离子电池储能系统预制舱用热管理系统包括：预制舱本体，预制舱本体内设置有地下水热管理组件、智能新风组件、除湿组件和总控模块。
地下水热管理组件用于检测电池模块的温度，并根据电池模块的温度利用循环水对电池模块冷却或者加热，以保证电池模块始终处于适宜的温度，地下水热管理组件包括水泵、水流速测量仪、换热板、地下换热管路和第一温度传感器，换热板通过导热绝缘胶贴合电池模块，换热板内设置有两条流道，流道内注入循环水，两条流道并行且呈蛇形设置，两条流道内的循环水的流动方向相反，两条流道分别设置有进液口和出液口，地下换热管路设置在地下且延伸至地下水区域内，地下换热管路的出口通过水泵和水流速测量仪与进液口连通，出液口与地下换热管路的入口连通，地下换热管路包括水平设置的第一U型管，第一U型管的一侧为入口，第一U型管的另一侧连通竖直设置的第二U型管的一侧，第二U型管的另一侧为出口，第一温度传感器设置于电池模块内，用于检测电池模块温度。
流道和地下换热管路均采用防腐钢管，增加耐用性，其他部分的管路可以采用聚氯乙烯或聚丙烯管。
地下换热管路中的第一U型管铺设在地面以下、地下水层以上的土壤中，利用土壤换热，第二U型管铺设在地下水层中，利用地下水换热，第一U型管与第二U型管采取垂直和平面布置相结合的方式铺设，能够减少施工量。进一步地，第一U型管设置有多个，多个第一U型管相互连通构成蛇形结构，第二U型管设置有多个，多个第二U型管相互连通且平行设置，设置多个第一U型管和第二U型管有助于提高换热效率。
换热板采用交叉流道设计，进水和出水双向交叉流动，能够保证换热板温度场的均匀性，优选地，在电池模块的正反两面均通过导热绝缘胶贴合换热板。
智能新风组件用于在电池模块温度稍高于室温时，通过促进预制舱内的空气流动调整预制舱内的温度，使电池模块处于适宜的温度环境中，智能新风组件包括轴流风机、进风窗、出风窗、风道和第二温度传感器，进风窗和出风窗分别开设于预制舱本体两侧，风道连通进风窗和出风窗且与预制舱本体内部连通，进风窗设置轴流风机，第二温度传感器设置于预制舱本体内，用于检测预制舱本体内环境温度。
进风窗和出风窗可以设置多个，且均与风道连通，有助于提升风量和换气速度。
除湿组件用于调整预制舱内的湿度，防止金属部件腐蚀，延长系统使用寿命，除湿组件包括除湿机、排水管和湿度传感器，除湿机设置于预制舱本体内，排水管的一端连通除湿机，另一端延伸至预制舱本体外，湿度传感器设置于预制舱本体，用于检测预制舱本体内部和外部的相对湿度。
总控模块用于分析温度和湿度数据，并根据温度和湿度数据控制设备启停，使温度和湿度的调整实现自动化控制，总控模块电连接水泵、水流速测量仪、第一温度传感器、轴流风机、第二温度传感器、除湿机和湿度传感器。
在本发明的一个实施例中，锂离子电池储能系统预制舱用热管理系统还包括加热膜，加热膜铺设于预制舱本体内的侧壁和地面，加热膜电连接总控模块，在室外温度很低，导致室内温度大幅下降至-30℃以下且电池模块温度下降至-10℃以下时，可以打开加热膜为预制舱内供暖，使电池模块处于适宜的温度环境中，加热膜可以采用电热膜。
本发明实施例还提供上述锂离子电池储能系统预制舱用热管理系统的控制方法，包括以下步骤：
总控模块通过第一温度传感器检测到电磁模块的温度大于28℃、通过第二温度传感器检测到环境温度为18℃～23℃且通过湿度传感器检测到预制舱外的相对湿度小于85％时，控制轴流风机启动和关闭交替进行以降低预制舱内的温度，交替时长为1分钟，直至第一温度传感器检测到电池模块温度降至23℃以下。
总控模块通过第一温度传感器检测到电磁模块的温度大于35℃或小于5℃时，控制水泵启动，使循环水循在换热板和地下换热管路之间循环流动，降低或升高电池模块的温度。
总控模块通过湿度传感器检测到预制舱内的相对湿度大于65％时，控制除湿机启动除湿，直至预制舱内的湿度降至60％以下。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种锂离子电池储能系统预制舱用热管理系统，其特征在于，包括：预制舱本体，所述预制舱本体内设置有地下水热管理组件、智能新风组件、除湿组件和总控模块；
所述地下水热管理组件包括水泵、水流速测量仪、换热板、地下换热管路和第一温度传感器，所述换热板通过导热绝缘胶贴合电池模块，所述换热板内设置有两条流道，所述流道内注入循环水，两条所述流道并行且呈蛇形设置，两条所述流道内的循环水的流动方向相反，两条所述流道分别设置有进液口和出液口，所述地下换热管路设置在地下且延伸至地下水区域内，所述地下换热管路的出口通过所述水泵和所述水流速测量仪与所述进液口连通，所述出液口与所述地下换热管路的入口连通，所述地下换热管路包括水平设置的第一U型管，所述第一U型管的一侧为所述入口，所述第一U型管的另一侧连通竖直设置的第二U型管的一侧，所述第二U型管的另一侧为所述出口，所述第一温度传感器设置于电池模块内，用于检测电池模块温度；
所述智能新风组件包括轴流风机、进风窗、出风窗、风道和第二温度传感器，所述进风窗和所述出风窗分别开设于所述预制舱本体两侧，所述风道连通所述进风窗和所述出风窗且与预制舱本体内部连通，所述进风窗设置所述轴流风机，所述第二温度传感器设置于所述预制舱本体内，用于检测所述预制舱本体内环境温度；
所述除湿组件包括除湿机、排水管和湿度传感器，所述除湿机设置于所述预制舱本体内，所述排水管的一端连通所述除湿机，另一端延伸至所述预制舱本体外，所述湿度传感器设置于所述预制舱本体，用于检测所述预制舱本体内部和外部的相对湿度；
所述总控模块电连接所述水泵、水流速测量仪、第一温度传感器、轴流风机、第二温度传感器、除湿机和湿度传感器；
地下换热管路中的第一U型管铺设在地面以下、地下水层以上的土壤中，利用土壤换热，第二U型管铺设在地下水层中，利用地下水换热。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池储能系统预制舱用热管理系统，其特征在于，还包括加热膜，所述加热膜铺设于所述预制舱本体内的侧壁和地面，所述加热膜电连接所述总控模块。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池储能系统预制舱用热管理系统，其特征在于，所述流道和所述地下换热管路均为防腐钢管。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池储能系统预制舱用热管理系统，其特征在于，所述第一U型管设置有多个，多个所述第一U型管相互连通构成蛇形结构，所述第二U型管设置有多个，多个所述第二U型管相互连通且平行设置。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池储能系统预制舱用热管理系统，其特征在于，所述进风窗和所述出风窗设置有多个，且均与所述风道连通。
6.权利要求1~5任一项所述的锂离子电池储能系统预制舱用热管理系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
总控模块通过第一温度传感器检测到电池模块的温度大于28℃、通过第二温度传感器检测到环境温度为18℃~23℃且通过湿度传感器检测到预制舱外的相对湿度小于85%时，控制轴流风机启动和关闭交替进行以降低预制舱内的温度，交替时长为1分钟，直至第一温度传感器检测到电池模块温度降至23℃以下；
总控模块通过第一温度传感器检测到电池模块的温度大于35℃或小于5℃时，控制水泵启动，使循环水在换热板和地下换热管路之间循环流动，降低或升高电池模块的温度；
总控模块通过湿度传感器检测到预制舱内的相对湿度大于65%时，控制除湿机启动除湿，直至预制舱内的湿度降至60%以下。
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