CN116683086A - 一种储能电池集中式液冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种储能电池集中式液冷系统，包含制冷循环管路、冷却循环管路和阀门管路单元，制冷循环管路和冷却循环管路通过蒸发器交换制冷剂与载冷剂的热量，冷却循环管路中还包含串联的去离子水处理单元、稳压单元、补水单元，阀门管路单元包含若干个储能电池仓与PCS，该储能系统实现了集中式液冷，可同时用于多个被冷却器件，解决了储能电池液冷系统安全性低、运行效率低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种储能电池集中式液冷系统，属于储能领域。
背景技术
随着储能项目建设规模的不断增大，电池单体容量和系统能量密度都随之提高，即使采用大容量电芯，建设百兆瓦的储能项目仍然需要十几万甚至几十万个电芯组合在一起，这将会产生更大的热量，对储能系统温控管理也提出更高要求。由于空气比热容、对流换热系数小等因素，电池风冷技术换热效率低，电池发热量增大，会导致电池温度过高，存在热失控风险。
目前，储能电池液冷存在浸没式和冷板式两种。两种冷却形式虽然能解决储能电池基本的散热问题，但都存在安全隐患、能耗偏高的特点。
浸没式冷却将储能电池完全浸没在绝缘冷却介质中，通过循环泵实现绝缘介质循环散热，完全形成一个闭式循环系统。现实中往往因为电池运输中摩擦、运行中高温泄压等原因造成电池漏液，电池一旦出现漏液，将在浸没绝缘介质表层形成一层薄薄的导电层，存在整个循环系统导电短路的风险，存在极大的安全隐患。
冷板式冷却，目前主流采用1个电池仓配置1台独立的液冷机组形式，50％乙二醇纯水混合溶液循环进入水冷板，通过循环泵实现循环散热，形成一个闭式循环系统。单个储能电站配置几十套纯干电池仓，每个储能电池仓配置1台或2台液冷机组，冷凝散热直接排向周围环境，长期运行，集装箱之间被热风环绕，形成热岛效应，影响储能电池散热效果，存在电池失温风险，工程现场常用大直径鼓风风机进行强制吹风，降低热岛效应，但实际效果不明显。同时，闭式循环系统中未配置去离子装置，且管路系统中含有铜、铝、不锈钢等材质，长期运行，循环溶液电导率势必升高。电池仓内水冷接头一旦出现泄露或者渗漏，存在整个循环系统导电短路的风险，存在极大的安全隐患。截止目前，已国内外已发生因冷却液电导率问题引起的电池仓火灾事故。同时，单个储能集装箱配置1台储能电池液冷机组，单个液冷机组冷却能力在40kW/45kW。以100MW/200MWh储能项目为例，需配置30个20英尺储能电池仓，配置30个40kW液冷机组，通常配置涡旋压缩机。液冷机组单体过小，电池热负荷变化常引起液冷机组运行状态或者设备远转频率变化，液冷机组整体运行效率不高，造成能耗偏高现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型储能电池集中式液冷系统，用以解决现有多电池仓集中设置，每个电池仓配置单独的液冷系统所产生的热岛效应和电池漏液所产生的短路问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
本发明的一种储能电池集中式液冷系统，包含制冷循环管路、冷却循环管路和阀门管路单元，所述制冷循环管路用于为冷却循环管路提供冷源，所述冷却循环管路与阀门管路串联，所述阀门管路包括若干个并联的电池仓散热支路，每个电池仓散热支路均串联有压差平衡阀。
在这个液冷系统中配置一个液冷循环管路、一个制冷循环管路和若干并联的电池仓散热支路，避免了现有技术采用1个电池仓配置1台独立的液冷机组形式所产生的的热岛效应，优化了散热效果，实现了集中式液冷，提高了运行效率。
进一步地，本发明所述的一种储能电池集中式液冷系统，所述制冷循环管路包括有串联的蒸发器、冷凝器、压缩机，所述蒸发器包括两侧，一侧串联在制冷循环管路中，另一侧串联在冷却循环管路中。
在同一个蒸发器内进行制冷剂和载冷剂温度的交换，提高了温度交换的效率，从而提高了系统工作的效率。
进一步地，本发明所述的储能电池集中式液冷系统，所述阀门管路单元与冷却循环管路之间还连接有稳压单元，所述稳压单元包括氮气稳压罐和连接在氮气稳压罐与冷却循环管路之间的泄压阀。
稳压单元设置排气阀、安全阀等阀件，当系统压力高于设定值时，安全阀泄压。保证了系统运行的流畅性与安全性
进一步地，本发明所述的储能电池集中式液冷系统，所述冷却循环管路上还设置离子水处理单元，所述去离子水处理单元的进液口与在冷却循环管路一侧的蒸发器的出口相连，出液口与在冷却循环管路一侧的蒸发器的入口相连。
离子交换器采用单台或者多台并联而成，内置用来降低水硬度的混床树脂，外设过滤器，部分载冷剂经离子交换器后导电率被降低，同时，在离子交换器出口设置精密过滤器，防止离子交换树脂泄露至冷却单元循环回路中，避免了因漏液而产生短路事故，提高了系统安全性。
进一步地，本发明所述的储能电池集中式液冷系统，所述制冷循环管路还包括水冷冷凝器，所述水冷冷凝器还包括两侧，一侧串联有冷凝塔、冷凝泵，形成回路，一侧与压缩机、蒸发器串联形成回路。
水冷冷凝器一侧在冷却泵的驱动下，制冷剂在冷凝器内被冷却水冷凝散热，不需要开启压缩机，达到节能效果。
进一步地，本发明所述的储能电池集中式液冷系统，所述制冷循环管路还包括一个自然冷却盘管，所述自然冷却盘管与在冷却循环管路一侧的蒸发器串联形成回路。
当环境温度较低时，冷却循环管路中的载冷剂经管路进入室外冷却设备中的自然冷却盘管，在风机驱动环境空气或者冷却泵驱动冷却水的冷却下进行自然冷却，此时压缩机不启动，达到节能效果。
进一步地，本发明所述的储能电池集中式液冷系统，所述阀门管路单元还包括与电池仓散热支路并联的PCS散热支路，所述PCS散热支路还包括比例阀。
进一步地，本发明所述的储能电池集中式液冷系统，其特征在于，所述冷却循环管路与阀门管路单元之间还连接有补水单元，所述补水单元包括储水箱、补水泵。
进一步地，本发明所述的储能电池集中式液冷系统，所述制冷循环管路和冷却循环管路形成一套液冷循环管路，所述液冷循环管路至少有两套，每一套均和阀门管路相连。
设置至少两套液冷循环管路，在系统的散热需求大的时候就可以开启多套液冷循环管路，在系统的散热需求大的时候就可以关闭不必要开启的液冷循环管路，从而达到高效率制冷的同时实现节能。
进一步地，本发明所述的储能电池集中式液冷系统，所述液冷循环管路存在一个循环入口和循环出口；所述阀门管路单元包括两个冷却液入口和两个冷却液出口，第一冷却液入口与第一个液冷循环管路的循环出口连接，第二冷却液入口与第二个液冷循环管路的循环出口连接，第一冷却液出口与第一个液冷循环管路的循环入口连接，第二冷却液入口与第二个液冷循环管路的循环入口连接。
附图说明
图1是本发明储能电池集中式液冷系统原理图；
图2是本发明储能电池集中式液冷系统原理图(水冷冷凝)；
图3是本发明储能电池集中式液冷系统原理图(环形管网)；
图4是本发明储能电池集中式液冷系统原理图(氮气稳压)；
图5是本发明储能电池集中式液冷系统原理图(自然冷却)；
图6是本发明储能电池集中式液冷系统原理图(储能电池、PCS同时冷却)。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。
如图1本发明储能电池集中式液冷系统原理图所示将制冷单元、冷却单元、去离子水处理单元、稳压单元、补水单元、阀门管路、电气控制单元集成于一个装置内，采用R134a、R410a、R407C、R417A、R404A、R507等环保冷媒作为制冷剂，采用绝缘介质(如纯水+丙三醇混合溶液)作为载冷剂，并并联去离子水处理单元，采用1套液冷系统为10个及以上20英尺储能电池仓冷却，解决了储能电池液冷系统安全性低、运行效率低、能耗高等问题。
制冷单元包括冷凝器、压缩机、蒸发器、调节阀，此单元采用单套制冷系统制冷能力在400kW以上的压缩机制冷。压缩机可采用螺杆式压缩机、离心式压缩机等多种形式；冷凝器可采用铜管铝翅片式换热器、平行流微通道散热器、壳管式换热器、板式换热器等多种形式；节流部件可以为热力膨胀阀、电子膨胀阀等；蒸发器采用板式换热器或者壳管式换热器或者其他形式的间壁式换热器。压缩机将气态的制冷剂压缩为高温高压的气态，送至冷凝器进行冷却，经环境冷却后变成中温高压的液态制冷剂，进入节流部件节流降压，变成低温低压的气液混合体，经过蒸发器吸收载冷剂的热量而汽化，变成气态，然后再回到压缩机压缩，继续循环进行制冷。
冷却单元由循环泵、电加热器、阀件、管路及仪表传感器组成；循环泵可采用离心泵、屏蔽泵等多种形式，电加热器可以采用PTC插入式、PTC缠绕式等，载冷剂在循环泵的驱动下，输送至制冷单元蒸发器内，被冷却后的载冷剂供送给被冷却器件，并在被冷却器件内吸热完成整个循环，如此周而复始。冬季环温比较低时，电加热器启动，将循环水加热后供送至被冷却器件，并在被冷却器件内吸热完成整个循环，如此循环，周而复始。
去离子水处理单元由离子交换器、精密过滤器、单向阀、管路及仪表传感器组成；去离子水处理单元与冷却单元并联，离子交换器采用单台或者多台并联而成，内置混床树脂，部分载冷剂经离子交换器后电导率被降低，同时，在离子交换器出口设置精密过滤器，防止离子交换树脂泄露至冷却单元循环回路中。
稳压单元由稳压罐、阀件、管路及仪表传感器组成。稳压罐可以为囊式稳压罐也可以为气体稳压罐，稳压单元设置排气阀、安全阀等阀件，当系统压力高于设定值时，安全阀泄压。
补水单元由补水泵、原水箱、单向阀、电磁阀、管路及仪表传感器组成，补水泵可采用离心泵、屏蔽泵等多种形式。原水箱设置液位计和液位开关。系统设置单向阀、电磁阀，系统需要补水时，电磁阀开启。
阀门管路由自力式压差控制阀、检修阀、流量调节阀、循环管路组成，循环管路可采用环网布置，配合自力式压差控制阀，保证各个末端流量达到额定要求。
控制系统包括主控板、温度、压力、流量多种传感器及控制软件组成；主控板可以是PLC、单片机、工控机等形式；通过电气控制系统，实现储能电池集中式液冷系统各控制对象智能及节能。包括模式切换功能、来电状态保持功能、定时开关机功能、节能控制功能等。
不同单元具有多种配置及应用形式：
1.制冷单元不同配置形式：
风冷冷凝时，压缩机排出的高温高压的气态冷媒直径进入风冷冷凝器，风机强制通风冷凝散热，被冷凝的制冷剂经调节阀后进入蒸发器吸热蒸发，重新进入压缩机，形成一个完成的制冷循环。水冷冷凝时，如图2本发明储能电池集中式液冷系统原理图(水冷冷凝)所示压缩机排出的高温高压的气态冷媒直径进入水冷冷凝器(管壳式换热器、板式换热器等间壁式散热器)，冷凝器一侧在冷却泵的驱动下，制冷剂在冷凝器内被冷却水冷凝散热，被冷凝的制冷剂经调节阀后进入蒸发器吸热蒸发，重新进入压缩机，形成一个完成的制冷循环。同时，吸热后的冷却水在冷却泵的驱动下进入室外散热器，将热量排向环境中，形成一个冷却循环。
2.管路系统不同配置方式：
如图3本发明储能电池集中式液冷系统原理图(环形管网)所示，管路系统可以为单回路供水，同时也可以采用环形管网形式，其原理为将供水主管路、回水主管路形成一个“O”型环网，可以保证最远端储能电池仓介质流量达到设计要求，同时环网中任意一段需要检修维护时，不影响下一段设备正常冷却。
3.稳压单元不同配置形式：
如图4本发明储能电池集中式液冷系统原理图(氮气稳压)所示，根据系统循环系统保有水量，系统可以配置囊式稳压系统，也可以配置氮气稳压系统(详见附图4)，当系统压力低于补气值时，氮气稳压系统自动向系统补气，当系统压力高与排气值时，自动向外排气，并配置安全泄压阀，达到开启压力时，系统自动泄压以保证系统安全稳定运行。
4.冷却循环系统不同配置形式：
如图5本发明储能电池集中式液冷系统原理图(自然冷却)所示。夏季外界环境温度较高时，冷却单元中的载冷剂在循环泵的驱动下进入蒸发器与制冷单元冷媒进行热交换，此时冷源为制冷单元中压缩机制冷。当春秋季节或冬季环境温度较低时，冷却单元中的载冷剂经三通阀进入室外冷却设备中的自然冷却盘管，在风机驱动环境空气或者冷却泵驱动冷却水的冷却下进行自然冷却，此时压缩机不启动，达到节能效果。
5.被冷却器件不同配置形式：
如图6本发明储能电池集中式液冷系统原理图(储能电池、PCS同时冷却)所示储能电池、PCS等运行期间均会产生大量的热量，都需要进行冷却。针对储能电池、PCS等均需要进行液冷时，系统配置流量传感器和比例阀，实现集中式液冷系统可以同时为储能电池、PCS等进行冷却。
本发明包含制冷循环管路、冷却循环管路和阀门管路单元，制冷循环管路和冷却循环管路在蒸发器内进行制冷剂和载冷剂温度的交换，提高了温度交换的效率，从而提高了系统运行的效率，冷却循环管路还串联了去离子水处理单元，载冷剂经过去离子水处理单元时，内置的混床树脂降低了水的硬度，从而降低了导电性，避免了漏液而产生的短路问题，阀门管路单元并联了若干个电池仓散热支路及PCS散热支路，避免了热岛效应的形成，提高了液冷效率，实现了集中式液冷。
Claims (10)
1.一种储能电池集中式液冷系统，其特征在于，包含制冷循环管路、冷却循环管路和阀门管路单元，所述制冷循环管路用于为冷却循环管路提供冷源，所述冷却循环管路与阀门管路串联，所述阀门管路包括若干个并联的电池仓散热支路，每个电池仓散热支路均串联有压差平衡阀。
2.根据权利要求1所述的储能电池集中式液冷系统，其特征在于，所述制冷循环管路包括有串联的蒸发器、冷凝器、压缩机，所述蒸发器包括两侧，一侧串联在制冷循环管路中，另一侧串联在冷却循环管路中。
3.根据权利要求1所述的储能电池集中式液冷系统，其特征在于，所述阀门管路单元与冷却循环管路之间还连接有稳压单元，所述稳压单元包括氮气稳压罐和连接在氮气稳压罐与冷却循环管路之间的泄压阀。
4.根据权利要求1所述的储能电池集中式液冷系统，其特征在于，所述冷却循环管路上还设置离子水处理单元，所述去离子水处理单元的进液口与在冷却循环管路一侧的蒸发器的出口相连，出液口与在冷却循环管路一侧的蒸发器的入口相连。
5.根据权利要求2所述的储能电池集中式液冷系统，其特征在于，所述制冷循环管路还包括水冷冷凝器，所述水冷冷凝器还包括两侧，一侧串联有冷凝塔、冷凝泵，形成回路，一侧与压缩机、蒸发器串联形成回路。
6.根据权利要求1所述的储能电池集中式液冷系统，其特征在于，所述制冷循环管路还包括一个自然冷却盘管，所述自然冷却盘管与在冷却循环管路一侧的蒸发器串联形成回路。
7.根据权利要求1所述的储能电池集中式液冷系统，其特征在于，所述阀门管路单元还包括与电池仓散热支路并联的PCS散热支路，所述PCS散热支路还包括比例阀。
8.根据权利要求1所述的储能电池集中式液冷系统，其特征在于，所述冷却循环管路与阀门管路单元之间还连接有补水单元，所述补水单元包括储水箱、补水泵。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的储能电池集中式液冷系统，其特征在于，所述制冷循环管路和冷却循环管路形成一套液冷循环管路，所述液冷循环管路至少有两套，每一套均和阀门管路相连。
10.根据权利要求9所述的储能电池集中式液冷系统，其特征在于，所述液冷循环管路存在一个循环入口和循环出口；所述阀门管路单元包括两个冷却液入口和两个冷却液出口，第一冷却液入口与第一个液冷循环管路的循环出口连接，第二冷却液入口与第二个液冷循环管路的循环出口连接，第一冷却液出口与第一个液冷循环管路的循环入口连接，第二冷却液入口与第二个液冷循环管路的循环入口连接。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310643461.XA CN116683086A (zh) | 2023-06-01 | 2023-06-01 | 一种储能电池集中式液冷系统 |
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|---|---|---|---|
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| CN116683086A true CN116683086A (zh) | 2023-09-01 |
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| CN (1) | CN116683086A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117276748A (zh) * | 2023-11-21 | 2023-12-22 | 苏州库凌智能装备有限公司 | 一种带自然冷却功能的风冷型储能液冷热管理系统 |
-
2023
- 2023-06-01 CN CN202310643461.XA patent/CN116683086A/zh active Pending
Cited By (1)
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| CN117276748A (zh) * | 2023-11-21 | 2023-12-22 | 苏州库凌智能装备有限公司 | 一种带自然冷却功能的风冷型储能液冷热管理系统 |
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