CN114348478A - 一种地源温控式储能集装箱 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种地源温控式储能集装箱，涉及储能集装箱领域。地源温控式储能集装箱包括集装箱本体、储能电池和地下换热管路，集装箱本体上设有进气接口和排气接口，进气接口连接有进气管路，排气接口连接有排气管路；进气管路与地下换热管路的一端连接，进气管路上设有进气监测装置，进气监测装置包括第一温度传感器和气体除湿组件，第一温度传感器用于检测进气温度，气体除湿组件用于过滤去除气体中的水分；排气管路与地下换热管路的另一端连接，排气管路上设有排气监测装置，排气监测装置包括第二温度传感器和气体传感器，第二温度传感器用于检测排气温度，气体传感器用于检测排气中是否含有电池漏液或热失控的气体成分。
Description
技术领域
本发明涉及储能集装箱技术领域，特别是涉及一种地源温控式储能集装箱。
背景技术
随着电力储能技术的快速发展，储能集装箱作为电网调频、削峰填谷的重要设备已广泛应用。在储能集装箱的工作过程中，持续发热会出现高温，通常需配备散热和温控装置，以确保安全运行。
如申请公布号为CN112768804A、申请公布日为2021.05.07的中国发明专利申请公开了一种利用地下水冷却集装箱储能系统的方法及其温度调节系统，该方法包括内循环降温模式：将恒温水层的地下水抽取后经若干风机盘管后送入热水蓄水池，同时温度调节系统抽取电池舱内的空气，被抽取的舱内空气经内循环风道分别流经各个风机盘管与地下水进行热交换，舱内空气被吹入电池舱实现冷却；当在内循环降温模式下电池舱内温度仍持续高于高温阈值时，温度调节系统切换为外循环降温模式：内循环风道切换成为与外界连通的外循环风道，外循环风道吸入外界空气，外界空气流经各个风机盘管后被吹入电池舱实现冷却。
现有技术中的利用地下水冷却集装箱系统采用地下水与舱内空气热交换的设计，通过循环水泵抽吸恒温水层的地下水，通过风扇循环流通舱内空气，并在风机盘管处进行热量交换，以带走电池舱内热量。
但是，输送地下水的工作能耗大，水路系统的防水等级要求高，否则容易引起电池短路的问题；而且，水路系统和风机盘管布置在电池舱内，占用了较大的舱内空间，整个储能集装箱的空间利用率低。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种地源温控式储能集装箱，以解决输送地下水的工作能耗大，水路系统的防水等级要求高，否则容易引起电池短路的问题；而且，水路系统和风机盘管布置在电池舱内，占用了较大的舱内空间，整个储能集装箱的空间利用率低的问题。
本发明的地源温控式储能集装箱的技术方案为：
地源温控式储能集装箱包括集装箱本体、储能电池和地下换热管路，所述储能电池安装于所述集装箱本体中，所述集装箱本体上设有进气接口和排气接口，所述进气接口连接有进气管路，所述排气接口连接有排气管路；
所述进气管路与所述地下换热管路的一端连接，所述进气管路上设有进气监测装置，所述进气监测装置包括第一温度传感器和气体除湿组件，所述第一温度传感器用于检测进气温度，所述气体除湿组件用于过滤去除气体中的水分；
所述排气管路与所述地下换热管路的另一端连接，所述排气管路上设有排气监测装置，所述排气监测装置包括第二温度传感器和气体传感器，所述第二温度传感器用于检测排气温度，所述气体传感器用于检测排气中是否含有电池漏液或热失控的气体成分。
进一步的，所述进气管路靠近所述集装箱本体设有进气风机，所述进气监测处理装置还包括第一控制主机，所述第一控制主机分别与所述第一温度传感器、所述进气风机电连接；
所述第一控制主机用于接收所述第一温度传感器发出的进气温度信号，并根据进气温度控制所述进气风机的转速。
进一步的，所述排气管路靠近所述集装箱本体设有排气风机，所述排气监测装置还包括第二控制主机，所述第二控制主机分别与所述第二温度传感器、所述气体传感器和所述排气风机电连接；
所述第二控制主机用于接收所述第二温度传感器发出的排气温度信号，以及接收所述气体传感器发出的气体成分信号，并根据排气温度和气体成分控制所述排气风机的转速。
进一步的，所述进气风机的转速与所述第一温度传感器检测到的进气温度正相关，所述排气风机的转速与所述第二温度传感器检测到的排气温度正相关。
进一步的，所述第一温度传感器设于所述集装箱本体的内部，所述集装箱本体中还设有补偿制冷装置，所述第一控制主机与所述补偿制冷装置电连接；
所述第一控制主机设有冷风温度范围，所述第一控制主机用于接收所述第一温度传感器发出的进气温度信号，以在进气温度高于所述冷风温度范围时启动所述补偿制冷装置，以在进气温度低于所述冷风温度范围时关闭所述补偿制冷装置。
进一步的，所述第一控制主机的冷风温度范围为20℃至25℃，所述补偿制冷装置的进气侧对应设于所述储能电池的热风侧，所述补偿制冷装置的排气侧对应设于所述储能电池的冷风侧。
进一步的，所述气体除湿组件为蜂窝除湿转轮结构，所述蜂窝除湿转轮结构包括蜂窝状的陶瓷纤维纸，以及涂布于所述陶瓷纤维纸之间的硅胶。
进一步的，所述地下换热管路埋设于地面以下15m至100m之间的位置，所述地下换热管路所处的土壤温度为17℃至20℃之间的温度。
进一步的，所述地下换热管路呈蛇形曲折布置，或者，所述地下换热管路呈螺旋线形布置。
进一步的，所述地下换热管路包括管壁和内翅片，所述内翅片平行于所述地下换热管路的轴线方向延伸布置，所述内翅片固定连接于所述管壁的内侧，且所述管壁的内侧周向间隔布置有多个所述内翅片。
有益效果：该地源温控式储能集装箱采用了集装箱本体、储能电池、地下换热管路、进气管路和排气管路的设计形式，集装箱本体内腔的热空气经排气管路通入地下，利用地下换热管路与地下土壤进行热量交换，由于地下土壤处于较低的恒温水平，能够吸收排气中的热量起到制冷作用；冷空气经进气管路再循环至集装箱本体中，冷空气与储能电池进行热量交换，对储能电池起到冷却降温作用。
由于采用空气作为换热介质，相比于水的输送耗能更少，对于管路的密封性要求低，避免了水渗漏引起电池短路的情况；空气可与储能电池直接换热，无需水－气换热结构的设计，节省了集装箱本体的更多舱内空间，提高了整个储能集装箱的空间利用率。而且，进气管路上设有进气监测装置，可检测进气温度并除去冷空气中的水分；排气管路上设有排气监测装置，可检测排气温度并检测排气中的气体成分，以及时发现电池漏液或热失控情况，提高了整个系统运行的安全性。
附图说明
图1为本发明的地源温控式储能集装箱的具体实施例中地源温控式储能集装箱的结构示意图；
图2为图1中地下换热管路的横截面示意图。
图中：1－集装箱本体、11－进气风机、12－排气风机、13－第一温度传感器、14－补偿制冷装置；
2－储能电池、3－地下换热管路、30－管壁、31－内翅片、4－进气管路、5－排气管路；
6－进气监测装置、60－第一控制主机、61－气体除湿组件；
7－排气监测装置、70－第二控制主机、71－气体传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的地源温控式储能集装箱的具体实施例1，如图1、图2所示，地源温控式储能集装箱包括集装箱本体1、储能电池2和地下换热管路3，储能电池2安装于集装箱本体1中，集装箱本体1上设有进气接口和排气接口，进气接口连接有进气管路4，排气接口连接有排气管路5；进气管路4与地下换热管路3的一端连接，进气管路4上设有进气监测装置6，进气监测装置6包括第一温度传感器13和气体除湿组件61，第一温度传感器13用于检测进气温度，气体除湿组件61用于过滤去除气体中的水分；排气管路5与地下换热管路3的另一端连接，排气管路5上设有排气监测装置7，排气监测装置7包括第二温度传感器和气体传感器71，第二温度传感器用于检测排气温度，气体传感器71用于检测排气中是否含有电池漏液或热失控的气体成分。
该地源温控式储能集装箱采用了集装箱本体1、储能电池2、地下换热管路3、进气管路4和排气管路5的设计形式，集装箱本体1内腔的热空气经排气管路5通入地下，利用地下换热管路3与地下土壤进行热量交换，由于地下土壤处于较低的恒温水平，能够吸收排气中的热量起到制冷作用；冷空气经进气管路4再循环至集装箱本体1中，冷空气与储能电池2进行热量交换，对储能电池2起到冷却降温作用。
由于采用空气作为换热介质，相比于水的输送耗能更少，对于管路的密封性要求低，避免了水渗漏引起电池短路的情况；空气可与储能电池2直接换热，无需水－气换热结构的设计，节省了集装箱本体1的更多舱内空间，提高了整个储能集装箱的空间利用率。而且，进气管路4上设有进气监测装置6，可检测进气温度并除去冷空气中的水分；排气管路5上设有排气监测装置7，可检测排气温度并检测排气中的气体成分，以及时发现电池漏液或热失控情况，提高了整个系统运行的安全性。
在本实施例中，进气管路4靠近集装箱本体1设有进气风机11，进气监测处理装置6还包括第一控制主机60，第一控制主机60分别与第一温度传感器13、进气风机11电连接；第一控制主机60用于接收第一温度传感器13发出的进气温度信号，并根据进气温度控制进气风机的转速。具体的，进气风机11的转速与第一温度传感器13检测到的进气温度正相关，若进气温度越高，则进气风机11的转速越快，以通过气体流速来弥补制冷能力。
相对应的，排气管路5靠近集装箱本体1设有排气风机12，排气监测装置7还包括第二控制主机70，第二控制主机70分别与第二温度传感器(图中未示出)、气体传感器71和排气风机12电连接；第二控制主机70用于接收第二温度传感器发出的排气温度信号，以及接收气体传感器71发出的气体成分信号，并根据排气温度和气体成分控制排气风机12的转速。具体的，排气风机12的转速与第二温度传感器检测到的排气温度正相关，若排气温度越高，则排气风机12的转速越快，以通过气体流速来弥补散热能力。而且，进气风机11的转速和排气风机12的转速相同，保证了集装箱本体1的舱内气压平衡。
其中，第一温度传感器13设置于集装箱本体1的内部，集装箱本体1的内部还设有补偿制冷装置14，第一控制主机60与第补偿制冷装置14电连接；第一控制主机60设有冷风温度范围，第一控制主机60用于接收第一温度传感器13发出的进气温度信号，以在进气温度高于冷风温度范围时启动补偿制冷装置，以在进气温度低于冷风温度范围时关闭补偿制冷装置14。
作为优选的，补偿制冷装置14为补偿制冷空调，补偿制冷装置14的进气侧对应设于储能电池2的热风侧，补偿制冷装置14的排气侧对应设于储能电池2的冷风侧，第一控制主机60的冷风温度范围为20℃至25℃。由于储能电池2的适宜工作温度范围为35℃至45℃，进入集装箱本体1中的冷气温度范围为20℃至25℃时，可保证对储能电池2起到有效的制冷效果。
若冷风温度超过25℃，则说明地源温控方式无法满足散热要求，此时，第一控制主机60控制补偿制冷装置14启动，对储能电池2的热风侧的气体进行制冷，并排放至储能电池2的冷风侧，随着进气风机11的气流对储能电池2起到辅助散热的作用。反之，若冷风温度低于20℃，则说明地源温控方式完全满足散热要求，此时，第一控制主机60控制补偿制冷装置14关机即可。
而且，第二控制主机70还设有预警温度和告警程序，预警温度为60℃，在第二温度传感器检测到的排气温度高于预警温度时，或者，在气体传感器71检测到有表征电池漏液或热失控的异常气体成分时，告警程序启动告警并通知储能电池2停机，实现了准确、快速地检测出储能电池2异常状况的目的。
在本实施例中，气体除湿组件61为蜂窝除湿转轮结构，蜂窝除湿转轮结构包括蜂窝状的陶瓷纤维纸，以及涂布于陶瓷纤维纸之间的硅胶。并且，蜂窝除湿转轮结构工作时持续转动，地下换热后的冷气经过蜂窝除湿转轮结构时，冷气的气流方向平行于转动轴线方向，利用蜂窝状的陶瓷纤维纸和硅胶起到吸收水分、干燥气体的作用。
其中，地下换热管路3埋设于地面以下15m至100m之间的位置，地下换热管路所处土壤温度为17℃至20℃之间的温度。如图1所示，地下换热管路3呈蛇形曲折布置，地下换热管路3倾斜于水平方向设置，整体分布于地下15m至100m之间，其最高点为L1，L1为地下15m，其最低点为L2，L2为地下100mm。在其他实施例中，为了满足不同的使用需求，地下换热管路可呈螺旋线形布置，其分布于20m至80m之间亦可；再或者，地下换热管路可布置于地下20m、30m、50m、75m，或15m至100m之间任一位置的水平面内。
另外，地下换热管路3包括管壁30和内翅片31，如图2所示，内翅片31平行于地下换热管路3的轴线方向延伸布置，内翅片31固定连接于管壁30的内侧，且管壁30的内侧周向间隔布置有多个内翅片31。在管壁30的内侧设置多个内翅片31，可增大内部空气与管道之间的换热面积，提高了内部流通的气体与地下换热管路3之间的热交换效率，具体的，地下换热管路3采用导热系数高的铝或不锈钢材料制成。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种地源温控式储能集装箱，其特征是，包括集装箱本体、储能电池和地下换热管路，所述储能电池安装于所述集装箱本体中，所述集装箱本体上设有进气接口和排气接口，所述进气接口连接有进气管路，所述排气接口连接有排气管路；
所述进气管路与所述地下换热管路的一端连接，所述进气管路上设有进气监测装置，所述进气监测装置包括第一温度传感器和气体除湿组件，所述第一温度传感器用于检测进气温度，所述气体除湿组件用于过滤去除气体中的水分；
所述排气管路与所述地下换热管路的另一端连接，所述排气管路上设有排气监测装置，所述排气监测装置包括第二温度传感器和气体传感器，所述第二温度传感器用于检测排气温度，所述气体传感器用于检测排气中是否含有电池漏液或热失控的气体成分。
2.根据权利要求1所述的地源温控式储能集装箱，其特征是，所述进气管路靠近所述集装箱本体设有进气风机，所述进气监测处理装置还包括第一控制主机，所述第一控制主机分别与所述第一温度传感器、所述进气风机电连接；
所述第一控制主机用于接收所述第一温度传感器发出的进气温度信号，并根据进气温度控制所述进气风机的转速。
3.根据权利要求2所述的地源温控式储能集装箱，其特征是，所述排气管路靠近所述集装箱本体设有排气风机，所述排气监测装置还包括第二控制主机，所述第二控制主机分别与所述第二温度传感器、所述气体传感器和所述排气风机电连接；
所述第二控制主机用于接收所述第二温度传感器发出的排气温度信号，以及接收所述气体传感器发出的气体成分信号，并根据排气温度和气体成分控制所述排气风机的转速。
4.根据权利要求3所述的地源温控式储能集装箱，其特征是，所述进气风机的转速与所述第一温度传感器检测到的进气温度正相关，所述排气风机的转速与所述第二温度传感器检测到的排气温度正相关。
5.根据权利要求2或3或4所述的地源温控式储能集装箱，其特征是，所述第一温度传感器设于所述集装箱本体的内部，所述集装箱本体中还设有补偿制冷装置，所述第一控制主机与所述补偿制冷装置电连接；
所述第一控制主机设有冷风温度范围，所述第一控制主机用于接收所述第一温度传感器发出的进气温度信号，以在进气温度高于所述冷风温度范围时启动所述补偿制冷装置，以在进气温度低于所述冷风温度范围时关闭所述补偿制冷装置。
6.根据权利要求5所述的地源温控式储能集装箱，其特征是，所述第一控制主机的冷风温度范围为20℃至25℃，所述补偿制冷装置的进气侧对应设于所述储能电池的热风侧，所述补偿制冷装置的排气侧对应设于所述储能电池的冷风侧。
7.根据权利要求1至4任一项所述的地源温控式储能集装箱，其特征是，所述气体除湿组件为蜂窝除湿转轮结构，所述蜂窝除湿转轮结构包括蜂窝状的陶瓷纤维纸，以及涂布于所述陶瓷纤维纸之间的硅胶。
8.根据权利要求1至4任一项所述的地源温控式储能集装箱，其特征是，所述地下换热管路埋设于地面以下15m至100m之间的位置，所述地下换热管路所处的土壤温度为17℃至20℃之间的温度。
9.根据权利要求1至4任一项所述的地源温控式储能集装箱，其特征是，所述地下换热管路呈蛇形曲折布置，或者，所述地下换热管路呈螺旋线形布置。
10.根据权利要求1至4任一项所述的地源温控式储能集装箱，其特征是，所述地下换热管路包括管壁和内翅片，所述内翅片平行于所述地下换热管路的轴线方向延伸布置，所述内翅片固定连接于所述管壁的内侧，且所述管壁的内侧周向间隔布置有多个所述内翅片。
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