CN117175051A - 一种储能机组及其热管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能机组及其热管理系统，包括：压缩机、冷凝器、室内换热器、除湿器、水泵、系统进水端和系统出水端；室内换热器的进水端与系统进水端管路连接，室内换热器的出水端与水泵的进水端管路连接，室内换热器的冷媒进液端与冷凝器的冷媒出口管路连接，室内换热器的冷媒出口与压缩机的进气口管路连接，压缩机的排气口与冷凝器的进气口管路连接；除湿器的冷媒进液端与冷凝器的冷媒出口管路连接，除湿器的冷媒出口与压缩机的进气口管路连接；除湿器的出风口朝向储能机组所在的位置；水泵的出水端与系统出水端管路连接，能够保证储能机组所处环境温度适宜且干燥，有利于保证储能机组的运行安全并延长其使用寿命。

Description

一种储能机组及其热管理系统

技术领域

本发明涉及储能技术领域，尤其涉及一种储能机组及其热管理系统。

背景技术

在新能源储能领域中，随着储能集装箱电量逐渐扩容，对其运行工况需求逐步提高，储能用锂电池的热管理继续倾向于液冷方式，高功率输出的储能水冷机组开发日益受到重视。为维持电池合适的充放电运行温度范围，机组为电池包热管理系统提供持续的冷量和热量，也同时需要为其提供对应的制冷和制热功耗。

储能机组大多在一个类似集装箱的仓里，现有的储能热管理系统只是单独的对电池包进行热管理，而整个电池包仓没有除湿功能，在湿度太大的沿海城市地区，电池包所处环境的湿度太大将影响其使用寿命。

发明内容

本发明提供了一种储能机组及其热管理系统，以保证对储能机组所处环境的恒温和干燥。

根据本发明的一方面，提供了一种热管理系统，包括：压缩机、冷凝器、室内换热器、除湿器、水泵、系统进水端和系统出水端；

所述室内换热器的进水端与所述系统进水端管路连接，所述室内换热器的出水端与水泵的进水端管路连接，所述室内换热器的冷媒进液端与所述冷凝器的冷媒出口管路连接，所述室内换热器的冷媒出口与所述压缩机的进气口管路连接，所述压缩机的排气口与所述冷凝器的进气口管路连接；

所述除湿器的冷媒进液端与所述冷凝器的冷媒出口管路连接，所述除湿器的冷媒出口与所述压缩机的进气口管路连接；所述除湿器的出风口朝向所述储能机组所在的位置；

所述水泵的出水端与所述系统出水端管路连接。

可选的，所述热管理系统还包括：室外散热器；

所述室外散热器的进水端与所述系统进水端管路连接；所述室外散热器的出水端与所述水泵的进水端管路连接。

可选的，所述热管理系统还包括：三通球阀；

所述三通球阀的第一端与所述系统进水端管路连接，所述三通球阀的第二端与所述室内换热器的进水端管路连接；所述三通球阀的第三端与所述室外散热器的进水端管路连接。

可选的，所述除湿器包括：除湿风机和蒸发器；

所述蒸发器的冷媒进液端与所述冷凝器的冷媒出口管路连接，所述蒸发器的冷媒出口与所述压缩机的进气口管路连接；

所述除湿风机位于所述蒸发器背离所述除湿器的出风口的一侧。

可选的，所述除湿器还包括：电磁膨胀阀；

所述电磁膨胀阀通过管路连接于所述蒸发器的冷媒进液端与所述冷凝器的冷媒出口之间。

可选的，所述热管理系统还包括：电子膨胀阀；

所述电子膨胀阀通过管路连接于所述室内换热器的冷媒进液端与所述冷凝器的冷媒出口之间。

可选的，所述热管理系统还包括：储液干燥器；

所述室内换热器的冷媒进液端、所述除湿器的冷媒进液端连接于第一节点；

所述储液干燥器通过管路连接于所述冷凝器的冷媒出口与所述第一节点之间。

可选的，所述热管理系统还包括：电加热器；

所述电加热器位于所述水泵的出水端与所述系统出水端之间。

可选的，所述热管理系统还包括：膨胀水箱；

所述水泵的进水端还与所述膨胀水箱管路连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种储能机组，包括储能机组和上述的热管理系统。

本发明实施例提供的热管理系统，制冷模式时，制冷剂依次通过压缩机压缩、冷凝器冷凝和室内换热器蒸发吸热，从而能够对流经室内换热器的冷却液进行降温，使得冷却液流经储能机组时，能够对储能机组进行降温，在此基础上，制冷除湿模式时，制冷剂经过压缩机压缩、和冷凝器冷凝后，一路进入室内换热器中蒸发吸热，以对冷却液进行降温，另一路进入除湿器中蒸发吸热，对周围空气进行降温，并且设置除湿器的出口朝向储能机组，使得储能机组在通过冷却液实现降温的基础上，还能够通过低温空进行进一步的降温，能够有效的满足对储能机组的降温需求，此外，除湿器还可以将传送至储能机组的空气进行蒸发除湿，使得储能机组所处环境较为干燥，有利于保证储能机组的运行安全并延长其使用寿命。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种热管理系统的结构示意图；

图中：

1：压缩机；2：冷凝器；3：室内换热器；4：除湿器；5：水泵；6：室外散热器；7：储液干燥器；8：电加热器；9：膨胀水箱；10：冷凝风机；11：滤水器；

41：除湿风机；42：蒸发器；

A1：系统进水端；A2：系统出水端；V1：三通球阀；V2：电磁膨胀阀；V3：电子膨胀阀；

T1：进气温度传感器；T2：排气温度传感器；T3：回水温度传感器；T4：出水温度传感器；T5：环境温度传感器；

P1：进气压力传感器；P2：排气压力传感器；P3：回水压力传感器；P4：出水压力传感器；P5：环境温度传感器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是本发明实施例提供的一种热管理系统的结构示意图，如图1所示，该热管理系统包括：压缩机1、冷凝器2、室内换热器3、除湿器4、水泵5、系统进水端A1和系统出水端A2；室内换热器3的进水端与系统进水端A1管路连接，室内换热器3的出水端与水泵5的进水端管路连接，室内换热器3的冷媒进液端与冷凝器2的冷媒出口管路连接，室内换热器3的冷媒出口与压缩机1的进气口管路连接，压缩机1的排气口与冷凝器2的进气口管路连接；除湿器4的冷媒进液端与冷凝器2的冷媒出口管路连接，除湿器4的冷媒出口与压缩机1的进气口管路连接；除湿器4的出风口朝向储能机组所在的位置；水泵5的出水端与系统出水端A2管路连接。

具体的，系统进水端A1和系统出水端A2可以通过管路连接，并且连接系统进水端A1和系统出水端A2的管路可以位于储能机组中，则管路中的冷却液可以对储能机组所在环境进行降温。热管理系统可以包括由压缩机1、冷凝器2、室内换热器3和除湿器4构成的制冷系统，且热管理系统可以包括多种工作模式，示例性的可以包括自循环模式、制冷模式和制冷除湿模式。上述三种工作模式中，冷却液的流动方向相同，即水泵5运行，使得冷却液由系统进水端A1经由室内换热器3和水泵5流动至系统出水端A2，由系统出水端A2流动至储能机组中并回流至系统进水端A1，使得冷却液在水泵5的作用下进行循环。不同的是，自循环模式时制冷系统不工作，制冷模式时制冷系统进行制冷但除湿器4不工作，制冷除湿模式时制冷系统进行制冷并且除湿器4运行进行除湿。

示例性的，制冷模式时，压缩机1将低温低压的气态制冷剂压缩成高温高压的气态制冷剂排入冷凝器2，冷凝器2将高温高压的气态制冷剂散热，使之成为高温中压的液态制冷剂，该高温中压的液态制冷剂进入室内换热器3，在室内换热器3中蒸发吸热成为低温低压的气态，同时对流经室内换热器3的冷却液进行降温，如此降温后的冷却液可在流动至储能机组中时为储能机组进行吸热降温。低温低压的气态制冷剂再回到压缩机1，再进行下一次的压缩、冷凝和蒸发吸热的制冷循环。其中，室内换热器3优选为板式蒸发器。储能机组可以包括锂电池包以及锂电池包所在的集成仓，系统进水端A1与系统出水端A2之间的管路可位于锂电池包所在的集成仓中。

制冷除湿模式时，压缩机1将低温低压的气态制冷剂压缩成高温高压的气态制冷剂排入冷凝器2，冷凝器2将高温高压的气态制冷剂散热，使之成为高温中压的液态制冷剂。该高温中压的液态制冷剂一路进入室内换热器3，在室内换热器3中蒸发吸热成为低温低压的气态，使冷却液降温，另一路进入除湿器4内，在除湿器4内蒸发吸热成为低温低压的气态，与空气进行换热，对空气进行降温。室内换热器3中低温低压的气态制冷剂和除湿器4中的气态制冷剂均进入压缩机1，再进行下一次的压缩、冷凝和蒸发吸热的制冷循环。同时，除湿器4还设置有进风口和出风口，其出风口可以设置于朝向储能机组所在的位置，除湿器4在将空气降温的同时，还可以通过其蒸发吸热的作用对周围的空气进行除湿，从而经过降温除湿后的空气可经过出风口传送至储能机组，使得储能机组所处环境较为干燥，并且在通过冷却液对储能机组降温的基础上，还能够通过空气对储能机组进一步降温，能够有效的满足对储能机组的降温需求，有利于保证储能机组的运行安全并延长其使用寿命。

本发明实施例提供的热管理系统，制冷模式时，制冷剂依次通过压缩机压缩、冷凝器冷凝和室内换热器蒸发吸热，从而能够对流经室内换热器的冷却液进行降温，使得冷却液流经储能机组时，能够对储能机组进行降温，在此基础上，制冷除湿模式时，制冷剂经过压缩机压缩、和冷凝器冷凝后，一路进入室内换热器中蒸发吸热，以对冷却液进行降温，另一路进入除湿器中蒸发吸热，对周围空气进行降温，并且设置除湿器的出口朝向储能机组，使得储能机组在通过冷却液实现降温的基础上，还能够通过低温空进行进一步的降温，能够有效的满足对储能机组的降温需求，此外，除湿器还可以将传送至储能机组的空气进行蒸发除湿，使得储能机组所处环境较为干燥，有利于保证储能机组的运行安全并延长其使用寿命。

可选的，参考图1，除湿器4包括：除湿风机41和蒸发器42；蒸发器42的冷媒进液端与冷凝器2的冷媒出口管路连接，蒸发器42的冷媒出口与压缩机1的进气口管路连接；除湿风机41位于蒸发器42背离除湿器4的出风口的一侧。

具体的，来自冷凝器2的高温中压的液态制冷剂通过蒸发器42的冷媒进液端进入蒸发器42，以在蒸发器42中进行蒸发吸热变成低温低压的气态，低温低压的气态制冷剂通过蒸发器42的冷媒出口进入压缩机1中再次进行压缩。另外，设置除湿风机41可以靠近除湿器4的进风口，并且位于蒸发器42背离除湿器4的出风口的一侧，如此，除湿风机41在运行时，可将其背离蒸发器42一侧的空气传送至蒸发器42进行除湿，并且除湿后的空气由出风口传送至储能机组，以为储能机组提供干燥的环境。其中，蒸发器42优选为风冷式蒸发器，以便于空气穿过蒸发器实现除湿。除湿风机41优选为交流变频式风机，主要用于为蒸发器42提供流动的风，使蒸发器42内的冷媒与风进行热量交换，并对其进行除湿。

可选的，继续参考图1，除湿器4还包括：电磁膨胀阀V2；电磁膨胀阀V2通过管路连接于蒸发器42的冷媒进液端与冷凝器2的冷媒出口之间。

具体的，电磁膨胀阀V2通电时导通，能够将来自冷凝器2的高温中压的液态制冷剂进行节流膨胀，并将节流膨胀后的液态制冷剂送入蒸发器42中进行蒸发吸热。电磁膨胀阀V2关闭时，冷凝器2的冷媒出口输出的高温中压的液态制冷剂无法进入蒸发器42。

可选的，继续参考图1，热管理系统还包括室外散热器6；室外散热器6的进水端与系统进水端A1管路连接；室外散热器6的出水端与水泵5的进水端管路连接。

具体的，热管理系统还可以包括低温散热器模式，在该模式下，水泵5运行，使得冷却液由系统进水端A1经由室外散热器6和水泵5流动至系统出水端A2，由系统出水端A2流动至储能机组中并回流至系统进水端A1，使得冷却液在室外散热器6中与外部空气进行换热，实现降温，从而降温后的冷却液可以在流经储能机组时对储能机组进行降温，压缩机1、冷凝器和室内换热器3均不工作。当室外温度较低能够满足储能机组的降温需求时，可以采用低温散热器模式进行降温，能够降低系统功耗。

示例性的，现有技术中通常设置水泵5位于系统进水端A1后，则水泵5运行时将冷却液送入室内换热器3或室外散热器6，此时水泵5运行时会对散热器将直接受到水泵5中液体的冲击，容易损坏，本发明实施例设置水泵5位于室内换热器3与系统出水端A2之间，能够使得室外散热器6不会直接受到水泵5中液体的冲击，有利于延长其使用寿命。

可选的，继续参考图1，热管理系统还包括：三通球阀V1；三通球阀V1的第一端与系统进水端A1管路连接，三通球阀V1的第二端与室内换热器4的进水端管路连接；三通球阀V1的第三端与室外散热器6的进水端管路连接。

具体的，当热管理系统处于自循环模式和制冷模式时，可以控制三通球阀V1的第一端和第二端均导通，而控制三通球阀V1的第三端关闭，使得冷却液的循环回路为系统进水端A1、室内换热器3、水泵5和系统出水端A2。当热管理系统处于低温散热器模式时，可以控制三通球阀V1的第一端和第三端均导通，并且控制三通球阀V1的第二端关闭，使得冷却液的循环回路为系统进水端A1、室外散热器6、水泵5和系统出水端A2。现有技术中通常在室内换热器3的进水端设置一个二通球阀以及在室外散热器6的进水端设置一个二通球阀，制造成本高且零件过多，使得系统发生故障的概率较大，本发明实施例采用一个三通球阀V1即可实现两个回路的导通或关闭，有利于降低制造成本并且降低系统的故障概率。

可选的，继续参考图1，热管理系统还包括：电子膨胀阀V3；电子膨胀阀V3通过管路连接于室内换热器3的冷媒进液端与冷凝器2的冷媒出口之间。

具体的，还可以在蒸发器42的冷媒进液端与冷凝器2的冷媒出口之间设置电子膨胀阀V3，在不同的电压的控制下，电子膨胀阀V3可具有不同的开度。用户可根据制冷需求控制电子膨胀阀V3的开度。当电子膨胀阀V3导通时，能够将来自冷凝器2的高温中压的液态制冷剂进行节流膨胀，并将节流膨胀后的液态制冷剂送入室内换热器3中进行蒸发吸热。子膨胀阀V3关闭时，冷凝器2的冷媒出口输出的高温中压的液态制冷剂无法进入室内换热器3。

可选的，继续参考图1，热管理系统还包括：储液干燥器7；室内换热器3的冷媒进液端、除湿器4的冷媒进液端连接于第一节点a；储液干燥器7通过管路连接于冷凝器2的冷媒出口与第一节点a之间。

具体的，储液干燥器7可采用套管式、U型管式等结构型式，内部配置有导流板、回油孔、干燥袋、滤网，能够对液态制冷剂和气态制冷剂进行分离、储液、回油、干燥、过滤等作用，可保证系统在不同运行工况冷媒流量的适度，同时可以保证阀前的节流状态，达成系统需要的调节控制效果。

可选的，继续参考图1，热管理系统还包括：电加热器8；电加热器8位于水泵5的出水端与系统出水端A2之间。

具体的，电加热器8可以是PTC加热器。热管理系统还可以包括制热模式，当储能机组的温度过低时，可控制压缩机1、冷凝器2和室内换热器3均不工作，控制电加热器8运行发热，使得冷却液由系统进水端A1依次流经室内换热器3和电加热器8由系统出水端A2传输至储能机组，冷却液在流经电加热器8可被电加热器8加热，从而在流经储能机组时可对其进行升温。当不需要制热时，可控制电加热器8不工作。如此，热管理系统可以保证储能机组处于恒温环境中，进一步保证储能机组的运行安全和使用寿命。

可选的，继续参考图1，热管理系统还包括：膨胀水箱9；水泵5的进水端还与膨胀水箱9管路连接。

具体的，膨胀水箱9用于储存冷却液，以保证水循环回路中冷却液的充足。

示例性的，继续参考图1，热管理系统还可以包括冷凝风机10，冷凝风机10可以设置于靠近冷凝器2和室外散热器6的位置，以便于为冷凝器2提供流经的风，使冷凝器2中的制冷剂或室外散热器6中的冷却液与流动的空气进行换热。

此外，热管理系统还可以包括多个温度传感器和压力传感器，例如压缩机1进气口位置处的进气温度传感器T1和进气压力传感器P1，以实现对压缩机1进气温度的检测和进气压力的检测；压缩机1排气口位置处的排气温度传感器T2和排气压力传感器P2，以实现对压缩机1排气温度的检测和排气压力的检测；当进气温度、进气压力、排气温度和排气压力异常时，可控制压缩机停止运行，以免压缩机损坏。系统进水端A1位置处还可以设置回水温度传感器T3和回水压力传感器P3，以用于检测系统进水端A1位置处的回水温度和回水压力，同样的，系统出水端A2位置处还可以设置出水温度传感器T4和出水压力传感器P4，以用于检测系统出水端A2位置处出水温度和出水压力。冷凝器2位置处还可以设置环境温度传感器T5，以实现冷凝器2环境温度的检测。本发明实施例还可以在热管理系统中设置其他用于优化系统功能器件，例如滤水器11和备用针阀等，本发明实施例对此不作具体限定。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种储能机组，该储能机组包括本发明任一实施例提供的热管理系统，因此该储能机组包括本发明任一实施例提供的热管理系统的技术特征，能够达到本发明任一实施例提供的热管理系统的有益效果，相同之处可参照上述对本发明实施例提供的热管理系统的描述，在此不再赘述。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热管理系统，应用于储能机组，其特征在于，包括：压缩机(1)、冷凝器(2)、室内换热器(3)、除湿器(4)、水泵(5)、系统进水端(A1)和系统出水端(A2)；

所述室内换热器(3)的进水端与所述系统进水端(A1)管路连接，所述室内换热器(3)的出水端与水泵(5)的进水端管路连接，所述室内换热器(3)的冷媒进液端与所述冷凝器(2)的冷媒出口管路连接，所述室内换热器(3)的冷媒出口与所述压缩机(1)的进气口管路连接，所述压缩机(1)的排气口与所述冷凝器(2)的进气口管路连接；

所述除湿器(4)的冷媒进液端与所述冷凝器(2)的冷媒出口管路连接，所述除湿器(4)的冷媒出口与所述压缩机(1)的进气口管路连接；所述除湿器(4)的出风口朝向所述储能机组所在的位置；

所述水泵(5)的出水端与所述系统出水端(A2)管路连接。

2.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，还包括：室外散热器(6)；

所述室外散热器(6)的进水端与所述系统进水端(A1)管路连接；所述室外散热器(6)的出水端与所述水泵(5)的进水端管路连接。

3.根据权利要求2所述的热管理系统，其特征在于，还包括：三通球阀(V1)；

所述三通球阀(V1)的第一端与所述系统进水端(A1)管路连接，所述三通球阀(V1)的第二端与所述室内换热器(4)的进水端管路连接；所述三通球阀(V1)的第三端与所述室外散热器(6)的进水端管路连接。

4.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述除湿器(4)包括：除湿风机(41)和蒸发器(42)；

所述蒸发器(42)的冷媒进液端与所述冷凝器(2)的冷媒出口管路连接，所述蒸发器(42)的冷媒出口与所述压缩机(1)的进气口管路连接；

所述除湿风机(41)位于所述蒸发器(42)背离所述除湿器(4)的出风口的一侧。

5.根据权利要求4所述的热管理系统，其特征在于，所述除湿器(4)还包括：电磁膨胀阀(V2)；

所述电磁膨胀阀(V2)通过管路连接于所述蒸发器(42)的冷媒进液端与所述冷凝器(2)的冷媒出口之间。

6.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，还包括：电子膨胀阀(V3)；

所述电子膨胀阀(V3)通过管路连接于所述室内换热器(3)的冷媒进液端与所述冷凝器(2)的冷媒出口之间。

7.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，还包括：储液干燥器(7)；

所述室内换热器(3)的冷媒进液端、所述除湿器(4)的冷媒进液端连接于第一节点(a)；

所述储液干燥器(7)通过管路连接于所述冷凝器(2)的冷媒出口与所述第一节点(a)之间。

8.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，还包括：电加热器(8)；

所述电加热器(8)位于所述水泵(5)的出水端与所述系统出水端(A2)之间。

9.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，还包括：膨胀水箱(9)；

所述水泵(5)的进水端还与所述膨胀水箱(9)管路连接。

10.一种储能机组，其特征在于，包括储能机组和权利要求1～9任一项所述的热管理系统。