CN116936995A - 一种户外集装箱储能液冷系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及集装箱储能技术领域，尤其涉及一种户外集装箱储能液冷系统及其控制方法。采用由主机对多从机的集中式管理，包括供电、通讯以及制冷加热方面，实现对户外集装箱中的电柜BMS模块的热管理。在制冷加热方面，采用水箱散热器、冷凝器、冷凝风机、电子膨胀阀、板式换热器、压缩机、水泵、三通电磁阀、PTC器件和膨胀水壶组成，并且通过相互之间的连接关系和位置关系，建立一套全新的液冷系统，集成有由强制风冷模式和压缩机冷却模式组成的制冷模式以及制冷模式，实现更精细化的液冷系统，提升对储能集装箱的热管理效果。

Description

一种户外集装箱储能液冷系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及集装箱储能技术领域，尤其涉及一种户外集装箱储能液冷系统及其控制方法。
背景技术
随着国内储能市场需求不断增大，储能产业规模快速扩大，项目对储能系统能量密度、集成度、电池一致性等性能要求逐渐提升。电化学储能电池单元设计主要以集装箱预制舱为主，集装箱预制舱电池单元能量密度、一致性受舱体内电池布局结构、热管理方式影响。
目前集装箱式储能系统基本都是采用空调风冷方式进行制冷和制热，而采用空调风冷的储能系统存在能量密度低、制冷和制热效率低、能耗高、电池温差大、温度控制精度低等缺点。
虽然目前也有少数使用液冷系统应用于集装箱式储能系统中，如申请号为202210542237.7，名称为液冷系统和储能集装箱的专利申请文献，其公开了液冷系统包括进液管组、出液管组和阵列排布的多个冷却组，每个冷却组包括沿竖直方向间隔设置的多个冷却单元；进液管组包括沿水平方向延伸的进液横管和多根沿竖直方向延伸的进液立管，进液立管与进液横管连通，各进液立管对应各冷却组，冷却单元的进液端与进液立管连通；出液管组包括出液横管、多根出液立管和多根中置出液管，各出液立管和各中置出液管对应各冷却组，冷却单元的出液端与进液立管连通，中置出液管的进液端连接在出液立管的两端之间，中置出液管的出液端与出液横管连通。但是，其液冷系统功能单一，对储能集装箱的热管理效果受限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种户外集装箱储能液冷系统及其控制方法，具有更精细化的液冷系统，提升对储能集装箱的热管理效果。
为了解决上述技术问题，本发明采用的第一技术方案为：
一种户外集装箱储能液冷系统，包括主机和两个以上的从机，所述主机配置有配电箱、第一电源模块、第一通讯模块和第一制冷加热模块，所述从机配置有第二电源模块、第二通讯模块和第二制冷加热模块；
所述配电箱分别与第一电源模块、所有的第二电源模块以及户外集装箱中的电柜电源模块电连接；
所述第一通讯模块分别与户外集装箱中的电柜BMS模块以及所有的第二通讯模块电连接；
所述第一制冷加热模块和所有的第二制冷加热模块分别与户外集装箱中各自对应的一组电柜电池包连接，所述第一制冷加热模块和所有的第二制冷加热模块相互电连接；
所述第一制冷加热模块和第二制冷加热模块的结构相同；
所述第一制冷加热模块包括水箱散热器、冷凝器、冷凝风机、电子膨胀阀、板式换热器、压缩机、水泵、三通电磁阀、PTC器件和膨胀水壶；
所述膨胀水壶、三通电磁阀和水泵依次通过管路连接形成闭环回路；
所述水箱散热器位于三通电磁阀与水泵之间的管路上，所述电柜电池包位于膨胀水壶与水泵之间的管路上；
所述水箱散热器、冷凝器和冷凝风机并排设置，且所述冷凝风机朝向冷凝器和水箱散热器设置；
所述板式换热器通过压缩机与冷凝器连接，所述冷凝器通过电子膨胀阀与板式换热器连接；
所述三通电磁阀与板式换热器连接，所述板式换热器与在水箱散热器和水泵之间的管路连接；所述PTC器件设于水泵与电柜电池包之间的管路上。
本发明采用的第二技术方案为：
一种户外集装箱储能液冷系统的控制方法，包括以下步骤：
S1、采集户外集装箱中的电柜电池包的环境温度数据；
S2、根据采集到的环境温度数据，确定户外集装箱储能液冷系统的工作模式，并根据工作模式分别控制冷凝风机、压缩机、水泵、PTC器件、三通电磁阀的运行状态；所述工作模式包括待机模式、自循环模式、制冷模式和制热模式；
当工作模式为待机模式时，控制冷凝风机、压缩机和水泵均停机，PTC器件不工作，三通电磁阀关闭；
当工作模式为自循环模式时，控制冷凝风机和压缩机均停机，PTC器件不工作，水泵工作；
当工作模式为制冷模式时，判断环境温度数据是否大于第一阈值，若否，则控制冷凝风机和水泵均工作，压缩机停机，PTC器件不工作，三通电磁阀开启；若是，则控制冷凝风机、压缩机和水泵均工作，PTC器件不工作，三通电磁阀关闭；
当工作模式为制热模式时，控制PTC器件和水泵均工作，冷凝风机和压缩机停机，三通电磁阀关闭。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的一种户外集装箱储能液冷系统，采用由主机对多从机的集中式管理，包括供电、通讯以及制冷加热方面，实现对户外集装箱中的电柜BMS模块的热管理。在制冷加热方面，采用水箱散热器、冷凝器、冷凝风机、电子膨胀阀、板式换热器、压缩机、水泵、三通电磁阀、PTC器件和膨胀水壶组成，并且通过相互之间的连接关系和位置关系，建立一套全新的液冷系统，集成有由强制风冷模式和压缩机冷却模式组成的制冷模式以及制冷模式，实现更精细化的液冷系统，提升对储能集装箱的热管理效果。
本发明提供的一种户外集装箱储能液冷系统的控制方法，通过采集户外集装箱中的电柜电池包的环境温度数据；根据采集到的环境温度数据，确定户外集装箱储能液冷系统的工作模式，并根据工作模式分别控制冷凝风机、压缩机、水泵、PTC器件、三通电磁阀的运行状态；实现更精细化的液冷系统，提升对储能集装箱的热管理效果。
附图说明
图1为本发明的一种户外集装箱储能液冷系统的结构示意图；
图2为本发明的一种户外集装箱储能液冷系统的制冷加热模块的结构示意图；
图3为本发明的一种户外集装箱储能液冷系统的控制方法的步骤流程图；
标号说明：
1、主机；11、配电箱；12、第一电源模块；13、第一通讯模块；14、第一制冷加热模块；140、水箱散热器；141、冷凝器；142、冷凝风机；143、电子膨胀阀；144、板式换热器；145、压缩机；146、水泵；147、三通电磁阀；148、PTC器件；149、膨胀水壶；
2、从机；21、第二电源模块；22、第二通讯模块；23、第二制冷加热模块。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1以及图2，本发明提供的一种户外集装箱储能液冷系统，包括主机和两个以上的从机，所述主机配置有配电箱、第一电源模块、第一通讯模块和第一制冷加热模块，所述从机配置有第二电源模块、第二通讯模块和第二制冷加热模块；
所述配电箱分别与第一电源模块、所有的第二电源模块以及户外集装箱中的电柜电源模块电连接；
所述第一通讯模块分别与户外集装箱中的电柜BMS模块以及所有的第二通讯模块电连接；
所述第一制冷加热模块和所有的第二制冷加热模块分别与户外集装箱中各自对应的一组电柜电池包连接，所述第一制冷加热模块和所有的第二制冷加热模块相互电连接；
所述第一制冷加热模块和第二制冷加热模块的结构相同；
所述第一制冷加热模块包括水箱散热器、冷凝器、冷凝风机、电子膨胀阀、板式换热器、压缩机、水泵、三通电磁阀、PTC器件和膨胀水壶；
所述膨胀水壶、三通电磁阀和水泵依次通过管路连接形成闭环回路；
所述水箱散热器位于三通电磁阀与水泵之间的管路上，所述电柜电池包位于膨胀水壶与水泵之间的管路上；
所述水箱散热器、冷凝器和冷凝风机并排设置，且所述冷凝风机朝向冷凝器和水箱散热器设置；
所述板式换热器通过压缩机与冷凝器连接，所述冷凝器通过电子膨胀阀与板式换热器连接；
所述三通电磁阀与板式换热器连接，所述板式换热器与在水箱散热器和水泵之间的管路连接；所述PTC器件设于水泵与电柜电池包之间的管路上。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：
本发明提供的一种户外集装箱储能液冷系统，采用由主机对多从机的集中式管理，包括供电、通讯以及制冷加热方面，实现对户外集装箱中的电柜BMS模块的热管理。在制冷加热方面，采用水箱散热器、冷凝器、冷凝风机、电子膨胀阀、板式换热器、压缩机、水泵、三通电磁阀、PTC器件和膨胀水壶组成，并且通过相互之间的连接关系和位置关系，建立一套全新的液冷系统，集成有由强制风冷模式和压缩机冷却模式组成的制冷模式以及制冷模式，实现更精细化的液冷系统，提升对储能集装箱的热管理效果。
进一步的，所述PTC器件与电柜电池包之间的管路上设有进水口温度传感器，所述进水口温度传感器与外置的控制器电连接。
进一步的，所述膨胀水壶与电柜电池包之间的管路上设有出水口温度传感器，所述出水口温度传感器与外置的控制器电连接。
从上述描述可知，在所述PTC器件与电柜电池包之间的管路上设有进水口温度传感器以及所述膨胀水壶与电柜电池包之间的管路上设有出水口温度传感器，可通过这两个温度参数能够实时反馈的温差，进而有利于精度控制其余各设备的运行参数。
进一步的，所述压缩机与冷凝器之间的通路上设有压力传感器，所述压力传感器与外置的控制器电连接。
从上述描述可知，在所述压缩机与冷凝器之间的通路上设有压力传感器，可反馈出压缩机的工作状态，同样利于精度控制其余各设备的运行参数。
进一步的，所述压缩机与板式换热器之间的通路上设有温压传感器，所述温压传感器与外置的控制器电连接。
从上述描述可知，在所述压缩机与板式换热器之间的通路上设有温压传感器，可反馈出板式换热器的工作状态，同样利于精度控制其余各设备的运行参数。
进一步的，所述冷凝风机上设有环境温度传感器，所述环境温度传感器与外置的控制器电连接。
从上述描述可知，通过在冷凝风机上设置环境温度传感器，能够实时采集冷凝风机的环境温度数据，利于精度控制其余各设备的运行参数。
进一步的，所述板式换热器上设有防冻结温度传感器，所述防冻结温度传感器与外置的控制器电连接。
从上述描述可知，通过在板式换热器上设有防冻结温度传感器，能够实时检测板式换热器的工作状态。
一种户外集装箱储能液冷系统的控制方法，包括以下步骤：
S1、采集户外集装箱中的电柜电池包的环境温度数据；
S2、根据采集到的环境温度数据，确定户外集装箱储能液冷系统的工作模式，并根据工作模式分别控制冷凝风机、压缩机、水泵、PTC器件、三通电磁阀的运行状态；所述工作模式包括待机模式、自循环模式、制冷模式和制热模式；
当工作模式为待机模式时，控制冷凝风机、压缩机和水泵均停机，PTC器件不工作，三通电磁阀关闭；
当工作模式为自循环模式时，控制冷凝风机和压缩机均停机，PTC器件不工作，水泵工作；
当工作模式为制冷模式时，判断环境温度数据是否大于第一阈值，若否，则控制冷凝风机和水泵均工作，压缩机停机，PTC器件不工作，三通电磁阀开启；若是，则控制冷凝风机、压缩机和水泵均工作，PTC器件不工作，三通电磁阀关闭；
当工作模式为制热模式时，控制PTC器件和水泵均工作，冷凝风机和压缩机停机，三通电磁阀关闭。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：
本发明提供的一种户外集装箱储能液冷系统的控制方法，通过采集户外集装箱中的电柜电池包的环境温度数据；根据采集到的环境温度数据，确定户外集装箱储能液冷系统的工作模式，并根据工作模式分别控制冷凝风机、压缩机、水泵、PTC器件、三通电磁阀的运行状态；实现更精细化的液冷系统，提升对储能集装箱的热管理效果。
请参照图1至图3，本发明的实施例一为：
本发明提供的一种户外集装箱储能液冷系统，包括主机1和两个以上的从机2，所述主机1配置有配电箱11、第一电源模块12、第一通讯模块13和第一制冷加热模块14，所述从机2配置有第二电源模块21、第二通讯模块22和第二制冷加热模块23；
所述配电箱分别与第一电源模块、所有的第二电源模块以及户外集装箱中的电柜电源模块电连接；
所述第一通讯模块分别与户外集装箱中的电柜BMS模块以及所有的第二通讯模块电连接；
所述第一制冷加热模块和所有的第二制冷加热模块分别与户外集装箱中各自对应的一组电柜电池包连接，所述第一制冷加热模块和所有的第二制冷加热模块相互电连接；
所述第一制冷加热模块和第二制冷加热模块的结构相同；
所述第一制冷加热模块14包括水箱散热器140、冷凝器141、冷凝风机142、电子膨胀阀143、板式换热器144、压缩机145、水泵146、三通电磁阀147、PTC器件148和膨胀水壶149；
所述膨胀水壶、三通电磁阀和水泵依次通过管路连接形成闭环回路；
所述水箱散热器位于三通电磁阀与水泵之间的管路上，所述电柜电池包位于膨胀水壶与水泵之间的管路上；
所述水箱散热器、冷凝器和冷凝风机并排设置，且所述冷凝风机朝向冷凝器和水箱散热器设置；
所述板式换热器通过压缩机与冷凝器连接，所述冷凝器通过电子膨胀阀与板式换热器连接；
所述三通电磁阀与板式换热器连接，所述板式换热器与在水箱散热器和水泵之间的管路连接；所述PTC器件设于水泵与电柜电池包之间的管路上。
所述PTC器件与电柜电池包之间的管路上设有进水口温度传感器(WTIS)，所述进水口温度传感器与外置的控制器电连接。所述膨胀水壶与电柜电池包之间的管路上设有出水口温度传感器(WTOS)，所述出水口温度传感器与外置的控制器电连接。
所述压缩机与冷凝器之间的通路上设有压力传感器(PS)，所述压力传感器与外置的控制器电连接。
所述压缩机与板式换热器之间的通路上设有温压传感器(TPS)，所述温压传感器与外置的控制器电连接。
所述冷凝风机上设有环境温度传感器(AMBS)，所述环境温度传感器与外置的控制器电连接。
所述板式换热器上设有防冻结温度传感器(ETS)，所述防冻结温度传感器与外置的控制器电连接。
通过上述的进水口温度传感器、出水口温度传感器、压力传感器、温压传感器、环境温度传感器、防冻结温度传感器，能够综合分析各设备的工作状态，并根据各设备的工作状态进行综合控制，实现更精细化的液冷系统，提升对储能集装箱的热管理效果。
一种户外集装箱储能液冷系统的控制方法，包括以下步骤：
S1、采集户外集装箱中的电柜电池包的环境温度数据；其中环境温度数据的划分能够根据实际环境设置。
S2、根据采集到的环境温度数据，确定户外集装箱储能液冷系统的工作模式，并根据工作模式分别控制冷凝风机、压缩机、水泵、PTC器件、三通电磁阀的运行状态；所述工作模式包括待机模式、自循环模式、制冷模式和制热模式；
当工作模式为待机模式时，控制冷凝风机、压缩机和水泵均停机，PTC器件不工作，三通电磁阀关闭；
当工作模式为自循环模式时，控制冷凝风机和压缩机均停机，PTC器件不工作，水泵工作；
当工作模式为制冷模式时，判断环境温度数据是否大于第一阈值，若否，则控制冷凝风机和水泵均工作，压缩机停机，PTC器件不工作，三通电磁阀开启；若是，则控制冷凝风机、压缩机和水泵均工作，PTC器件不工作，三通电磁阀关闭；
当工作模式为制热模式时，控制PTC器件和水泵均工作，冷凝风机和压缩机停机，三通电磁阀关闭。
综上所述，本发明提供的一种户外集装箱储能液冷系统，采用由主机对多从机的集中式管理，包括供电、通讯以及制冷加热方面，实现对户外集装箱中的电柜BMS模块的热管理。在制冷加热方面，采用水箱散热器、冷凝器、冷凝风机、电子膨胀阀、板式换热器、压缩机、水泵、三通电磁阀、PTC器件和膨胀水壶组成，并且通过相互之间的连接关系和位置关系，建立一套全新的液冷系统，集成有由强制风冷模式和压缩机冷却模式组成的制冷模式以及制冷模式，实现更精细化的液冷系统，提升对储能集装箱的热管理效果。本发明提供的一种户外集装箱储能液冷系统的控制方法，通过采集户外集装箱中的电柜电池包的环境温度数据；根据采集到的环境温度数据，确定户外集装箱储能液冷系统的工作模式，并根据工作模式分别控制冷凝风机、压缩机、水泵、PTC器件、三通电磁阀的运行状态；实现更精细化的液冷系统，提升对储能集装箱的热管理效果。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种户外集装箱储能液冷系统，其特征在于，包括主机和两个以上的从机，所述主机配置有配电箱、第一电源模块、第一通讯模块和第一制冷加热模块，所述从机配置有第二电源模块、第二通讯模块和第二制冷加热模块；
所述配电箱分别与第一电源模块、所有的第二电源模块以及户外集装箱中的电柜电源模块电连接；
所述第一通讯模块分别与户外集装箱中的电柜BMS模块以及所有的第二通讯模块电连接；
所述第一制冷加热模块和所有的第二制冷加热模块分别与户外集装箱中各自对应的一组电柜电池包连接，所述第一制冷加热模块和所有的第二制冷加热模块相互电连接；
所述第一制冷加热模块和第二制冷加热模块的结构相同；
所述第一制冷加热模块包括水箱散热器、冷凝器、冷凝风机、电子膨胀阀、板式换热器、压缩机、水泵、三通电磁阀、PTC器件和膨胀水壶；
所述膨胀水壶、三通电磁阀和水泵依次通过管路连接形成闭环回路；
所述水箱散热器位于三通电磁阀与水泵之间的管路上，所述电柜电池包位于膨胀水壶与水泵之间的管路上；
所述水箱散热器、冷凝器和冷凝风机并排设置，且所述冷凝风机朝向冷凝器和水箱散热器设置；
所述板式换热器通过压缩机与冷凝器连接，所述冷凝器通过电子膨胀阀与板式换热器连接；
所述三通电磁阀与板式换热器连接，所述板式换热器与在水箱散热器和水泵之间的管路连接；所述PTC器件设于水泵与电柜电池包之间的管路上。
2.根据权利要求1所述的一种户外集装箱储能液冷系统，其特征在于，所述PTC器件与电柜电池包之间的管路上设有进水口温度传感器，所述进水口温度传感器与外置的控制器电连接。
3.根据权利要求2所述的一种户外集装箱储能液冷系统，其特征在于，所述膨胀水壶与电柜电池包之间的管路上设有出水口温度传感器，所述出水口温度传感器与外置的控制器电连接。
4.根据权利要求1所述的一种户外集装箱储能液冷系统，其特征在于，所述压缩机与冷凝器之间的通路上设有压力传感器，所述压力传感器与外置的控制器电连接。
5.根据权利要求1所述的一种户外集装箱储能液冷系统，其特征在于，所述压缩机与板式换热器之间的通路上设有温压传感器，所述温压传感器与外置的控制器电连接。
6.根据权利要求1所述的一种户外集装箱储能液冷系统，其特征在于，所述冷凝风机上设有环境温度传感器，所述环境温度传感器与外置的控制器电连接。
7.根据权利要求1所述的一种户外集装箱储能液冷系统，其特征在于，所述板式换热器上设有防冻结温度传感器，所述防冻结温度传感器与外置的控制器电连接。
8.一种权利要求1至7任意一项所述的户外集装箱储能液冷系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集户外集装箱中的电柜电池包的环境温度数据；
S2、根据采集到的环境温度数据，确定户外集装箱储能液冷系统的工作模式，并根据工作模式分别控制冷凝风机、压缩机、水泵、PTC器件、三通电磁阀的运行状态；所述工作模式包括待机模式、自循环模式、制冷模式和制热模式；
当工作模式为待机模式时，控制冷凝风机、压缩机和水泵均停机，PTC器件不工作，三通电磁阀关闭；
当工作模式为自循环模式时，控制冷凝风机和压缩机均停机，PTC器件不工作，水泵工作；
当工作模式为制冷模式时，判断环境温度数据是否大于第一阈值，若否，则控制冷凝风机和水泵均工作，压缩机停机，PTC器件不工作，三通电磁阀开启；若是，则控制冷凝风机、压缩机和水泵均工作，PTC器件不工作，三通电磁阀关闭；
当工作模式为制热模式时，控制PTC器件和水泵均工作，冷凝风机和压缩机停机，三通电磁阀关闭。
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