CN114696008A - 一种环境控制多模式散热储能柜及其散热、换气方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环境控制多模式散热储能柜及其散热、换气方法，包括用于沟通柜体内外实现换气的换气散热设备、用于循环制冷柜体内气体的主动制冷设备以及用于监测环境温度的第一传感件，还包括能量管理系统，换气散热设备、主动制冷设备和第一传感件均与能量管理系统通信连接，能量管理系统接收第一传感件获取的环境温度并与预设的第一设定值比对，于环境温度高于第一设定值时控制主动制冷设备开启、换气散热设备关闭；于环境温度低于第一设定值时控制换气散热设备开启、主动制冷设备关闭。本发明的环境控制多模式散热储能柜具有结构布置合理、散热效果好、能耗低和避免有害气体聚集等优点，其散热、换气方法同样具备上述优点。

Description

一种环境控制多模式散热储能柜及其散热、换气方法
技术领域
本发明涉及电化学储能技术领域，尤其涉及一种环境控制多模式散热储能柜及其散热、换气方法。
背景技术
储能柜由于储电容量很大，且内部堆叠有大量电池，因此需要不间断的散热。现有储能柜大多是根据工况、电池电流或者散热功率预测等方式调控散热装置的输出，没有考虑到实际环境温度情况，且要么采用了空气交换式散热装置，要么采用了主动制冷式散热装置，前者散热效率低，后者耗能大又存在有害气体聚集风险。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构布置合理、散热效果好、能耗低和避免有害气体聚集的环境控制多模式散热储能柜，以及步骤简单且设置合理的散热、换气方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种环境控制多模式散热储能柜，包括用于沟通柜体内外实现换气的换气散热设备、用于循环制冷柜体内气体的主动制冷设备以及用于监测环境温度的第一传感件，还包括能量管理系统，所述换气散热设备、主动制冷设备和第一传感件均与能量管理系统通信连接，所述能量管理系统接收第一传感件获取的环境温度并与预设的第一设定值比对，于环境温度高于第一设定值时控制主动制冷设备开启、换气散热设备关闭；于环境温度低于第一设定值时控制换气散热设备开启、主动制冷设备关闭。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述能量管理系统内设有计时器，能量管理系统在计时器计时时长每达到预设的第三设定值时接收第一传感件获取的环境温度，并与第一设定值比较，低于第一设定值时控制主动制冷设备关闭、换气散热设备开启，高于第一设定值时控制主动制冷设备开启、换气散热设备关闭。
所述能量管理系统在运行起始时控制主动制冷设备开启、换气散热设备关闭，并在环境温度低于第一设定值持续时长达到预设的第四设定值时允许主动制冷设备和换气散热设备的启闭切换，第四设定值大于第三设定值。
所述储能柜还包括壳体和电池堆垛得到的电池组，所述电池组设置在壳体内，电池组的进风侧和出风侧均与壳体存在间隙，且由壳体内设置的隔板隔断形成互不连通的进风风道和出风风道，所述换气散热设备和主动制冷设备均与进风风道和出风风道连通。
所述换气散热设备包括设置在壳体上并连通进风风道的进风阀，设置在壳体上并连通出风风道的出风阀，且进风阀和出风阀分别位于壳体的两端。
所述进风阀和出风阀中至少一个阀体处连接有风扇。
所述电池组的顶部与壳体存在间隙，壳体的隔板从电池组的顶部到底部将进风侧分隔为两个相互平行的区域，靠近内侧的区域作为所述进风风道，靠近外侧的区域通过电池组顶部的间隙与出风风道连通；所述主动制冷设备的入口和出口均与该外侧区域连通，隔板还在入口和出口之间将该外侧区域分隔开，外侧区域的底部和进风风道之间设置有可启闭的风门。
所述电池组的进风侧和出风侧均设有用于监测温度的第三传感件，所述能量管理系统与第三传感件通信连通，并依据第三传感件获取的进出风温差控制换气散热设备和主动制冷设备的输出功率。
储能柜还包括电池管理系统、报警装置以及用于监测柜体内有害气体浓度的第二传感件，所述能量管理系统接收第二传感件获取的浓度信息并与预设的第二设定值比对，在浓度高于第二设定值时直接控制换气散热设备开启，并发送信号至电池管理系统控制其停止电池组对外输出，并发送报警信号至报警装置控制其报警。
一种环境控制多模式散热储能柜散热方法，通过上述的环境控制多模式散热储能柜实现，能量管理系统以主动制冷设备开启、换气散热设备关闭为工作模式M1，以换气散热设备开启、主动制冷设备关闭为工作模式M2，包括以下步骤：
S1：开机，计时器开始计时，能量管理系统执行工作模式M1；
S2：计时器计时周期达到第三设定值，能量管理系统接收第一传感件获取的环境温度并与预设的第一设定值比对，并做出以下决定：
A：环境温度高于第一设定值时，保持工作模式M1，返回步骤S2；
B：环境温度低于第一设定值时，判定工作模式M1的连续工作时长是否不小于第四设定值，并做出以下决定：
B1：连续时长小于第四设定值，保持工作模式M1，返回步骤S2；
B2：连续时长不小于第四设定值，执行工作模式M2后执行步骤S3或执行步骤S4；
S3：循环步骤S2，直至关机；
S4：计时器计时周期达到第三设定值，能量管理系统接收第一传感件获取的环境温度并与预设的第一设定值比对，并做出以下决定：
C：环境温度高于第一设定值时，执行工作模式M1；
D：环境温度低于第一设定值时，执行工作模式M2；
S5：循环步骤S4，直至关机。
一种环境控制多模式散热储能柜换气方法，通过上述环境控制多模式散热储能柜实现，包括以下步骤：
S1：开机，能量管理系统间隔设定时长接收第二传感件获取的浓度信息；
S2：能量管理系统将浓度信息与预设的第二设定值比对，并做出以下决定：
E：浓度高于第二设定值时，控制换气散热设备开启，发送信号至电池管理系统控制其停止电池组对外输出，并发送报警信号至报警装置控制其报警；
F：浓度低于第二设定值时，返回步骤S1，直至关机。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的环境控制多模式散热储能柜，相比于现有储能柜采用单一的散热方式来说，既具备用于沟通柜体内外实现换气的换气散热设备，同时还具备用于循环制冷柜体内气体的主动制冷设备。并且二者并非是简单组合，而是由环境温度决定散热模式。能量管理系统接收第一传感件获取的环境温度并与预设的第一设定值比对，当环境温度较高，且高于第一设定值时，此时环境温度对储能柜起不了降温散热作用，因此控制主动制冷设备开启，从而对储能柜进行高效降温，并关闭换气散热设备，避免外界环境气体与内部低温气体换热导致降温效率低以及能耗增加的问题。当环境温度低于第一设定值时，认定该环境温度可以对储能柜起到散热作用，因此控制换气散热设备开启、主动制冷设备关闭，进行低能耗散热，且此过程还能对柜内积累的有害气体进行排出，避免浓度过高造成电池损坏。本发明的储能柜采用环境温度作为判定依据，相比常规的根据工况、电流以及预测等方式调节温度来说，能够对电池所处环境进行更直接地反馈调节，同时两个散热设备可以交替使用，兼具二者的优势。
附图说明
图1是本发明的环境控制多模式散热储能柜的正面结构示意图；
图2是本发明的环境控制多模式散热储能柜的内部结构示意图；
图3是本发明的环境控制多模式散热储能柜的侧面结构示意图；
图4是在工作模式M1下的环境控制多模式散热储能柜示意图；
图5是在工作模式M2下的环境控制多模式散热储能柜示意图；
图6是环境控制多模式散热储能柜的散热方法的示意图；
图7是环境控制多模式散热储能柜的换气方法的示意图。
图例说明：1、换气散热设备；11、进风阀；12、出风阀；13、风扇；2、主动制冷设备；21、入口；22、出口；23、风门；3、第一传感件；4、能量管理系统；5、第二传感件；6、壳体；61、进风风道；62、出风风道；7、电池组；71、第三传感件。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
实施例：
如图1至图5所示，本实施例的环境控制多模式散热储能柜，包括用于沟通柜体内外实现换气的换气散热设备1、用于循环制冷柜体内气体的主动制冷设备2以及用于监测环境温度的第一传感件3，还包括能量管理系统4，换气散热设备1、主动制冷设备2和第一传感件3均与能量管理系统4通信连接，能量管理系统4接收第一传感件3获取的环境温度并与预设的第一设定值比对，当环境温度较高，且高于第一设定值时，此时环境温度对储能柜起不了降温散热作用，因此控制主动制冷设备2开启，从而对储能柜进行高效降温，并关闭换气散热设备1，避免外界环境气体与内部低温气体换热导致降温效率低以及能耗增加的问题。当环境温度低于第一设定值时，认定该环境温度可以对储能柜起到散热作用，因此控制换气散热设备1开启、主动制冷设备2关闭，进行低能耗散热，且此过程还能对柜内积累的有害气体进行排出，避免浓度过高造成电池损坏。本储能柜采用环境温度作为判定依据，相比常规的根据工况、电流以及预测等方式调节温度来说，能够对电池所处环境进行更直接地反馈调节，同时两个散热设备可以交替使用，兼具二者的优势。
本实施例中，第一设定值的温度可以根据当下环境、季节、储能柜的规格等影响因素进行适应性改变，由工作人员进行设定，在此不做赘述。
本实施例中，能量管理系统4内设有计时器，能量管理系统4在计时器计时时长每达到预设的第三设定值时接收第一传感件3获取的环境温度，并与第一设定值比较，低于第一设定值时控制主动制冷设备2关闭、换气散热设备1开启，高于第一设定值时控制主动制冷设备2开启、换气散热设备1关闭。通过定期获取环境温度并灵活实时的改变散热形式，能够确保储能柜既达到良好的散热效果，又满足节能需求。本实施例中，第三设定值的时长选取为10min，实际使用时，也可以根据当地温度变化程度来具体调整，在此不做赘述。
本实施例中，能量管理系统4在运行起始时控制主动制冷设备2开启、换气散热设备1关闭，并在环境温度低于第一设定值持续时长达到预设的第四设定值时允许主动制冷设备2和换气散热设备1的启闭切换，第四设定值大于第三设定值。考虑外部环境温度随时间的变化性和受环境的干扰性，在转换时，需要满足环境温度低于设定温度并保持一定时长的情况下，才能进行主动制冷设备2向换气散热设备1的切换，但为了及时响应散热需求，从换气散热设备1向主动制冷设备2的切换则没此限制。本实施例中，第四设定值的时长为第三设定时长的整数倍，第四设定值的时长为30min，实际使用时，也可以根据当地温度变化程度来具体调整，在此不做赘述。
本实施例中，如图2和图4所示，储能柜还包括壳体6和电池堆垛得到的电池组7，电池组7设置在壳体6内，电池组7的进风侧和出风侧均与壳体6存在间隙，以使冷却气体可以沿间隙流动，且两侧间隙由壳体6内设置的隔板隔断形成互不连通的进风风道61和出风风道62，换气散热设备1和主动制冷设备2均与进风风道61和出风风道62连通。这种分隔区域的方式可以避免进入电池前的冷却气体和从电池出来后的携带热量的气体混合，确保换热效率。
本实施例中，换气散热设备1包括设置在壳体6上并连通进风风道61的进风阀11，设置在壳体6上并连通出风风道62的出风阀12，且进风阀11和出风阀12分别位于壳体6的两端，从进风阀11进入壳体6内的低温气体需要遍历每一块电池后，携带热量的高温气体才能沿着出风风道62到达另一端的出风阀12，确保每一块电池都能够得到有效的冷却。换气散热设备1开启时，其风流走向如图5所示，沿图中B1至B2。
本实施例中，进风阀11和出风阀12中至少一个阀体处连接有风扇13，为进风以及出风提供动力。
本实施例中，由于常规的主动制冷设备2的入口21和出口22设置在同一部件上，间距较小，为了能够保证出口22的低温气体和入口21的高温气体不会混合，同时保证不会影响换气散热设备1的风道结构，本实施例通过简单的分隔结构实现了双风道设计。其中电池组7的顶部与壳体6存在间隙，壳体6的隔板从电池组7的顶部到底部将进风侧分隔为两个相互平行的区域，靠近内侧的区域作为进风风道61，靠近外侧的区域通过电池组7顶部的间隙与出风风道62连通；主动制冷设备2的入口21和出口22均与该外侧区域连通，隔板还在入口21和出口22之间将该外侧区域分隔开，外侧区域的底部和进风风道61之间设置有可启闭的风门23。同样的，低温气体从出口22流出后经过底部的风门23进入到进风风道61中，需要遍历每一块电池后才能通过出风风道62从电池组7顶部回到入口21。主动制冷设备2开启时，其风流走向如图4所示，从A2返回至A1。
本实施例中，电池组7的进风侧和出风侧均设有用于监测温度的第三传感件71，能量管理系统4与第三传感件71通信连通，并依据第三传感件71获取的进出风温差控制换气散热设备1和主动制冷设备2的输出功率。还可以依据该进出风温差设定某一温差设定值或者多个温差设定值，可以将能量管理系统4设置为当温差每高于一个值后，提高设备输出功率到某一等级。
本实施例的环境控制多模式散热储能柜散热方法，如图6所示，通过上述环境控制多模式散热储能柜实现，同样具备上述优点，并且步骤简单，实现方便。
其中能量管理系统以主动制冷设备2开启、换气散热设备1关闭为工作模式M1，在此模式下，进风阀11、出风阀12以及风扇13均关闭，风门23开启；
以换气散热设备1开启、主动制冷设备2关闭为工作模式M2，在此模式下，进风阀11、出风阀12以及风扇13均开启，风门23关闭；
散热方法具体包括以下步骤：
S1：开机，计时器开始计时，能量管理系统4执行工作模式M1；
S2：计时器计时周期达到第三设定值，能量管理系统4接收第一传感件3获取的环境温度Ta，并与预设的第一设定值T1比对，并做出以下决定：
A：环境温度高于第一设定值时，保持工作模式M1，返回步骤S2；
B：环境温度低于第一设定值时，判定工作模式M1的连续工作时长tm1是否不小于第四设定值30min，并做出以下决定：
B1：连续时长小于第四设定值，保持工作模式M1，返回步骤S2；
B2：连续时长不小于第四设定值，执行工作模式M2后执行步骤S3或执行步骤S4；
S3：循环步骤S2，直至关机；
S4：计时器计时周期达到第三设定值，能量管理系统4接收第一传感件3获取的环境温度并与预设的第一设定值比对，并做出以下决定：
C：环境温度高于第一设定值时，执行工作模式M1；
D：环境温度低于第一设定值时，执行工作模式M2；
S5：循环步骤S4，直至关机。
即本实施例中，环境控制多模式散热储能柜散热方法中的散热模式有两种切换方式，一种是循环步骤S4的方式，即当温度低于第一设定值首次持续第四设定值以上时，可以由工作模式M1切换为工作模式M2，之后二者的切换只以温度为判定条件，优先满足系统节能性，如图6中虚线所示。还有一种是循环步骤S2的方式，即每次由工作模式M1切换为工作模式M2，都需要满足温度低于第一设定值并满足时间持续第四设定值以上这一条件，优先保证散热模式切换时储能柜的稳定性及安全性。图6中Mn-1的右标“n-1”并非是工作模式M1或M2的右标，Mn-1仅代表前次工作模式的含义。
本实施例中，储能柜还包括用于监测柜体内因电池运行产生的CO、H2、CH4、C2H4等有害气体浓度的第二传感件5，能量管理系统4接收第二传感件5获取的浓度信息并与预设的第二设定值比对，在浓度高于第二设定值时直接控制换气散热设备1开启，使柜体内外及时换气，避免浓度过高产生危险事故。本实施例的储能柜还包括电池管理系统和报警装置，电池管理系统用于控制电池组7对外输出的启停以及分配，属于常规管理装置，在此不做赘述。当能量管理系统4判定有害气体高于第二设定值时，报警装置立即报警，同时电池管理系统停止电池组7对外输出，避免造成其他设备损坏。第二传感件5可以每间隔设定时间，如10s就获取一次浓度信息。
本实施例中，第二设定值的浓度可以根据当下环境、季节、储能柜的规格以及气体类型等影响因素进行适应性改变，由工作人员进行设定，在此不做赘述。
本实施例还提供一种环境控制多模式散热储能柜换气方法，如图7所示，通过上述环境控制多模式散热储能柜实现，包括以下步骤：
S1：开机，能量管理系统4间隔设定时长，如10s，接收第二传感件5获取的浓度信息P；
S2：能量管理系统4将浓度信息P与预设的第二设定值P0比对，并做出以下决定：
E：浓度高于第二设定值时，控制换气散热设备1开启，发送信号至电池管理系统控制其停止电池组7对外输出，并发送报警信号至报警装置控制其报警；在控制换气散热设备1开启的同时，也可以控制主动制冷设备2关闭；
F：浓度低于第二设定值时，返回步骤S1，直至关机。
本实施例中，还可以在换气方法的一开始加入储能柜自身检测报错的设置，当电池组对外输出停止时，会反馈给能量管理系统4一个报错信号，由工作人员或系统自身检测并对应更改设置。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种环境控制多模式散热储能柜，其特征在于：包括用于沟通柜体内外实现换气的换气散热设备（1）、用于循环制冷柜体内气体的主动制冷设备（2）以及用于监测环境温度的第一传感件（3），还包括能量管理系统（4），所述换气散热设备（1）、主动制冷设备（2）和第一传感件（3）均与能量管理系统（4）通信连接，所述能量管理系统（4）在主动制冷设备（2）运行时间满足设定运行时间后允许主动制冷设备（2）和换气散热设备（1）的启闭切换，并每间隔设定时段接收第一传感件（3）获取的环境温度并与预设的第一设定值比对，于环境温度高于第一设定值时控制主动制冷设备（2）开启、换气散热设备（1）关闭；于环境温度低于第一设定值时控制换气散热设备（1）开启、主动制冷设备（2）关闭。
2.根据权利要求1所述的环境控制多模式散热储能柜，其特征在于：所述能量管理系统（4）内设有计时器，能量管理系统（4）在计时器计时时长每达到预设的第三设定值时接收第一传感件（3）获取的环境温度，并与第一设定值比较，低于第一设定值时控制主动制冷设备（2）关闭、换气散热设备（1）开启，高于第一设定值时控制主动制冷设备（2）开启、换气散热设备（1）关闭。
3.根据权利要求2所述的环境控制多模式散热储能柜，其特征在于：所述能量管理系统（4）在运行起始时控制主动制冷设备（2）开启、换气散热设备（1）关闭，并在环境温度低于第一设定值持续时长达到预设的第四设定值时允许主动制冷设备（2）和换气散热设备（1）的启闭切换，第四设定值大于第三设定值。
4.根据权利要求1所述的环境控制多模式散热储能柜，其特征在于：所述储能柜还包括壳体（6）和电池堆垛得到的电池组（7），所述电池组（7）设置在壳体（6）内，电池组（7）的进风侧和出风侧均与壳体（6）存在间隙，且由壳体（6）内设置的隔板隔断形成互不连通的进风风道（61）和出风风道（62），所述换气散热设备（1）和主动制冷设备（2）均与进风风道（61）和出风风道（62）连通。
5.根据权利要求4所述的环境控制多模式散热储能柜，其特征在于：所述换气散热设备（1）包括设置在壳体（6）上并连通进风风道（61）的进风阀（11），设置在壳体（6）上并连通出风风道（62）的出风阀（12），且进风阀（11）和出风阀（12）分别位于壳体（6）的两端；进风阀（11）和出风阀（12）中至少一个阀体处连接有风扇（13）。
6.根据权利要求4所述的环境控制多模式散热储能柜，其特征在于：所述电池组（7）的顶部与壳体（6）存在间隙，壳体（6）的隔板从电池组（7）的顶部到底部将进风侧分隔为两个相互平行的区域，靠近内侧的区域作为所述进风风道（61），靠近外侧的区域通过电池组（7）顶部的间隙与出风风道（62）连通；所述主动制冷设备（2）的入口（21）和出口（22）均与该外侧区域连通，隔板还在入口（21）和出口（22）之间将该外侧区域分隔开，外侧区域的底部和进风风道（61）之间设置有可启闭的风门（23）。
7.根据权利要求4所述的环境控制多模式散热储能柜，其特征在于：所述电池组（7）的进风侧和出风侧均设有用于监测温度的第三传感件（71），所述能量管理系统（4）与第三传感件（71）通信连通，并依据第三传感件（71）获取的进出风温差控制换气散热设备（1）和主动制冷设备（2）的输出功率。
8.根据权利要求3所述的环境控制多模式散热储能柜，其特征在于：还包括电池管理系统、报警装置以及用于监测柜体内有害气体浓度的第二传感件（5），所述能量管理系统（4）接收第二传感件（5）获取的浓度信息并与预设的第二设定值比对，在浓度高于第二设定值时直接控制换气散热设备（1）开启，并发送信号至电池管理系统控制其停止电池组（7）对外输出，并发送报警信号至报警装置控制其报警。
9.一种环境控制多模式散热储能柜散热方法，通过权利要求3所述的环境控制多模式散热储能柜实现，其特征在于，以主动制冷设备（2）开启、换气散热设备（1）关闭为工作模式M1，以换气散热设备（1）开启、主动制冷设备（2）关闭为工作模式M2，包括以下步骤：
S1：开机，计时器开始计时，能量管理系统（4）执行工作模式M1；
S2：计时器计时周期达到第三设定值，能量管理系统（4）接收第一传感件（3）获取的环境温度并与预设的第一设定值比对，并做出以下决定：
A：环境温度高于第一设定值时，保持工作模式M1，返回步骤S2；
B：环境温度低于第一设定值时，判定工作模式M1的连续工作时长是否不小于第四设定值，并做出以下决定：
B1：连续时长小于第四设定值，保持工作模式M1，返回步骤S2；
B2：连续时长不小于第四设定值，执行工作模式M2后执行步骤S3或执行步骤S4；
S3：循环步骤S2，直至关机；
S4：计时器计时周期达到第三设定值，能量管理系统（4）接收第一传感件（3）获取的环境温度并与预设的第一设定值比对，并做出以下决定：
C：环境温度高于第一设定值时，执行工作模式M1；
D：环境温度低于第一设定值时，执行工作模式M2；
S5：循环步骤S4，直至关机。
10.一种环境控制多模式散热储能柜换气方法，通过权利要求8所述的环境控制多模式散热储能柜实现，其特征在于，包括以下步骤：
S1：开机，能量管理系统（4）间隔设定时长接收第二传感件（5）获取的浓度信息；
S2：能量管理系统（4）将浓度信息与预设的第二设定值比对，并做出以下决定：
E：浓度高于第二设定值时，控制换气散热设备（1）开启，发送信号至电池管理系统控制其停止电池组（7）对外输出，并发送报警信号至报警装置控制其报警；
F：浓度低于第二设定值时，返回步骤S1，直至关机。
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