CN214428683U - 一种基于复合相变材料的储能电池主动式热管理装置 - Google Patents
一种基于复合相变材料的储能电池主动式热管理装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN214428683U CN214428683U CN202120282612.XU CN202120282612U CN214428683U CN 214428683 U CN214428683 U CN 214428683U CN 202120282612 U CN202120282612 U CN 202120282612U CN 214428683 U CN214428683 U CN 214428683U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- working medium
- energy storage
- storage battery
- phase change
- change material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims abstract description 82
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 29
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 16
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 9
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 4
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 11
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005253 cladding Methods 0.000 abstract 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- GHVNFZFCNZKVNT-UHFFFAOYSA-N decanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCC(O)=O GHVNFZFCNZKVNT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- POULHZVOKOAJMA-UHFFFAOYSA-N dodecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCC(O)=O POULHZVOKOAJMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000005632 Capric acid (CAS 334-48-5) Substances 0.000 description 1
- 239000005639 Lauric acid Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
本实用新型涉及一种基于复合相变材料的储能电池主动式热管理装置，包括储能电池芯组，储能电池芯组外部包覆有防护层，防护层外包覆有复合相变材料层，复合相变材料内部设有微流管网，微流管网具有工质入口和工质出口，内部流动有循环工质，工质入口和工质出口之间分别连接两路工质管路；被动式热管理系统包括换热器和流量调节阀，换热器和流量调节阀串联在工质入口和工质出口之间连通的其中一路工质管路上；主动式热管理系统包括压缩机、冷凝器和节流阀，压缩机、冷凝器和节流阀串联在工质入口和工质出口之间连通的另外一路工质管路上。优点：克服现有利用相变储能控温稳定性不足、控温手段有限的问题，避免电池温度不均匀的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力储能技术领域，特别涉及一种基于复合相变材料的储能电池主动式热管理装置。
背景技术
随着我国新能源装机规模的大幅提高，高渗透率对电网安全运行的威胁，弃风弃光带来经济损失，电网末端电压越限等系列问题对行业发展带来一定的困扰。储能在电网中能够显著提高风、光等可再生能源的消纳水平，平滑可再生能源出力，参与电网调频服务等，对未来新能源的可持续发展将起到关键性的作用。
储能电池作为一大类核心储能技术，目前已得到了商业化广泛应用。但储能电池的安全性问题仍然突出，国内外储能电站因热管理失控导致的安全事故频发。同时，低温环境下电池内阻增大，储能电池工作效率、储能电站经济效益显著降低。因此，有必要对储能电池配备切实有效的热管理装置，以保证储能电池在工作时始终处于最佳温度范围之内。
目前，储能电池热管理介质仍然以空气、液体为主。基于空气热管理的风冷方式传热效率较低，且控温均匀程度较差；基于液体热管理的液冷方式虽然具有较高的传热效率，但存在极大的漏液安全风险。存在少数系统依托相变材料介质进行电池热管理，但均为被动式冷却系统，仅依靠自然热传递进行热量管理，相变材料全部溶解时热管理系统将停止工作，温度管控手段有限。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于复合相变材料的储能电池主动式热管理装置，有效的克服了现有技术的缺陷。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
一种基于复合相变材料的储能电池主动式热管理装置，包括储能电池芯组，上述储能电池芯组外部包覆有防护层，上述防护层外包覆有复合相变材料层，上述复合相变材料内部设有微流管网，上述微流管网具有工质入口和工质出口，内部流动有循环工质，上述工质入口和工质出口之间分别连接两路工质管路；被动式热管理系统，上述被动式热管理系统包括换热器和流量调节阀，上述换热器和流量调节阀串联在上述工质入口和工质出口之间连通的其中一路工质管路上；主动式热管理系统，上述主动式热管理系统包括压缩机、冷凝器和节流阀，上述压缩机、冷凝器和节流阀串联在上述工质入口和工质出口之间连通的另外一路工质管路上。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
进一步，上述被动式热管理系统同上述储能电池芯组一起置于室内，上述主动式热管理系统中除上述节流阀以外的部件置于室外，上述节流阀置于室内。
进一步，还包括控制系统，上述控制系统包括中控器以及分别与上述中控器通讯连接的第一控制器、第二控制器、电池温度监测传感器、室内温度监测传感器和室外温度监测传感器，上述流量调节阀和节流阀均为电控阀，上述第一控制器电连接上述流量调节阀，上述第二控制器分别电连接上述压缩机和节流阀，上述电池温度监测传感器设置于上述储能电池芯组上，用于监测上述储能电池芯组的温度。
进一步，上述被动式热管理系统还包括散热风机，上述散热风机设置于上述换热器处，用于促进上述换热器换热，上述第一控制器电连接上述散热风机。
进一步，上述循环工质为R134a制冷剂。
本实用新型的有益效果是：能够克服现有利用相变储能控温稳定性不足、控温手段有限的问题，有效避免电池温度不均匀的问题，保证电池的使用寿命和安全。
附图说明
图1为本实用新型的基于复合相变材料的储能电池主动式热管理装置的结构示意图；
图2为单个储能电池芯组内部结构示意图；
图3为储能电池芯组内部结构俯视图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、储能电池芯组；21、换热器；22、流量调节阀；23、散热风机；31、压缩机；32、冷凝器；33、节流阀。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
实施例：如图1所示，本实施例的基于复合相变材料的储能电池主动式热管理装置包括储能电池芯组1，上述储能电池芯组1外部包覆有防护层，上述防护层外包覆有复合相变材料层，上述复合相变材料内部设有微流管网，上述微流管网具有工质入口和工质出口，内部流动有循环工质，上述工质入口和工质出口之间分别连接两路工质管路；被动式热管理系统，上述被动式热管理系统包括换热器21和流量调节阀22，上述换热器21和流量调节阀22串联在上述工质入口和工质出口之间连通的其中一路工质管路上；主动式热管理系统，上述主动式热管理系统包括压缩机31、冷凝器32和节流阀33，上述压缩机31、冷凝器32和节流阀33串联在上述工质入口和工质出口之间连通的另外一路工质管路上。
一般在使用过程中，上述被动式热管理系统同上述储能电池芯组1一起置于室内，上述主动式热管理系统中除上述节流阀33以外的部件置于室外，上述节流阀33置于室内。
本实施例的工作过程为：储能电池工作过程中，监测储能电池芯组1的温度情况，然后再结合储能电池芯组1的温度以及室内、室外的温度情况，分夏季、冬季两类典型情况进行处理：
1)夏季情况下，室外温度远高于复合相变材料层的相变温度，本实施例提供的储能电池主动式热管理装置将有效控制室内温度低于室外温度且处于储能电池最佳工作环境温度区间，复合相变材料温度处于其相变温度区间。
具体地，夏季情况下，当储能电池芯组1产热时，复合相变材料层与储能电池芯组1接触，吸收储能电池芯组1散发的热量，复合相变材料层温度上升。当温度升至复合相变材料层的相变温度时，复合相变材料层发生相变，以潜热的形式存储大量热量。同时，分布嵌于复合相变材料层内的微流管网与复合相变材料层接触，微流管网内的循环工质吸收复合相变材料层的热量。随着储能电池芯组1的温度进一步升高，循环工质的温度超过复合相变材料层的相变温度时，开启被动式热管理系统，包括流量调节阀22和换热器21。通过流量调节阀22可以调节储能电池芯组1的微流管网至被动式热管理系统所在的工质管路的循环工质流量。高温的循环工质通过换热器21进行顺流热交换，循环工质将热量传递给室内空气进行放热。循环工质经过被动式热管理系统降温后循环进入储能电池芯组1内的微流管网内进一步吸热，降低复合相变材料层及储能电池芯组1的温度，依次循环。
另外，夏季情况下，当储能电池芯组1产热尤为突出导致室内温度不断升高至将超过储能电池最佳工作环境温度区间时，开启主动式热管理系统，包括压缩机31、冷凝器32和节流阀33。通过节流阀33可以调节储能电池芯组1的微流管网至主动式热管理系统所在的工质管路的循环工质流量。循环工质通过压缩机31压缩成高温高压气体，高温高压循环工质将热量通过冷凝器32传递至室外空气，实现循环工质至室外空气的逆流热交换。循环工质经过主动式热管理系统降温后循环进入储能电池芯组1内的微流管网内进一步吸热，降低复合相变材料层及储能电池芯组1的温度，依次循环。
2)冬季情况下，室外温度远低于复合相变材料相变温度，本实施例提供的储能电池主动式热管理装置将有效控制室内温度高于室外温度且处于储能电池最佳工作环境温度区间，复合相变材料温度处于其相变温度区间。
具体地，冬季情况下，当储能电池芯组1温度较低时，复合相变材料层与储能电池芯组1接触，散发热量以提升储能电池芯组1温度，复合相变材料层温度下降。当温度降至复合相变材料层的相变温度时，复合相变材料层发生相变，通过其存储的潜热释放大量热量。同时，分布嵌于复合相变材料层内的微流管网与复合相变材料层接触，微流管网内的循环工质向复合相变材料层释放热量。当循环工质的温度低于复合相变材料层的相变温度时，开启被动式热管理系统。低温的循环工质通过换热器21进行顺流热交换，温度较高的室内空气将热量传递给循环工质。循环工质经过被动式热管理系统升温后循环进入储能电池芯组1内的微流管网内进一步放热，降低复合相变材料层及储能电池芯组1的温度，依次循环。
另外，当储能电池芯组1产热不足且室外温度过低，导致室内温度不断降低而将低于储能电池最佳工作环境温度区间时，开启主动式热管理系统。在制热工况下，主动式热管理系统内循环工质的流向与图1所示相反(图1中箭头方向即时循环工质流向)，此时冷凝器32起到蒸发作用。高压循环工质进入冷凝器32蒸发，吸收室外空气中的热量，实现室外空气至循环工质的逆流热交换。此后循环工质进入压缩机31压缩成高温高压气体，循环进入储能电池芯组1内的微流管网内进一步放热，提高复合相变材料层及储能电池芯组1的温度，依次循环。
使用过程中，上述被动式热管理系统与主动式热管理系统可以同时使用，也可以择一使用。通过被动式热管理系统中的流量调节阀22、主动式热管理系统中的节流阀33可以实现两种热管理系统的循环工质流量控制。
需要说明的是：本实施例中储能电池芯组1可以是多个单元共同使用，每个单元分别连接被动式热管理系统和主动式热管理系统。
本实施例的基于复合相变材料的储能电池主动式热管理装置还应包括控制系统，上述控制系统包括中控器以及分别与上述中控器通讯连接的第一控制器、第二控制器、电池温度监测传感器、室内温度监测传感器和室外温度监测传感器，上述流量调节阀22和节流阀33均为电控阀，上述第一控制器电连接上述流量调节阀22，上述第二控制器分别电连接上述压缩机31和节流阀33，上述电池温度监测传感器设置于上述储能电池芯组1上，用于监测上述储能电池芯组1的温度，整体能够实现智能化的温度监测以及智能化的控制管理，具体控制方式参照上述1)和2)中的记载。
需要补充说明的是：本实施例中的中控器可为电脑或CAN盒，集成于储能电池BMS管理系统，具体可选用阳光电源公司产品LC100，第一控制器可选用ZR011风机控制器，第二控制器可选用IC915系列热泵控制器，第一控制器和第二控制器分别与中控器的通讯可选用RS485通讯接口。
作为一种优选的实施方式，上述被动式热管理系统还包括散热风机23，上述散热风机23设置于上述换热器21处，用于促进上述换热器21换热，上述第一控制器电连接上述散热风机23。
该实施方式中，散热风机23接入第一控制器进行智能控制，在被动式和主动式热管路系统中开启时均能促进热交换过程。
优选的，上述循环工质为R134a制冷剂。
本实施例中，微流管网可以是多个间隔并列的微流管，每个微流管的两端均形成工质入口和工质出口。
需要特别说明的是：本实施例中复合相变材料层为现有技术的公知材料层，具体可以采用专利号为CN201710556301.6所公开的复合相变储能材料制备的结构层，其具体材料组成在此不做赘述。
当然，复合相变材料层也可以采用重量比85％癸酸与15％月桂酸均匀混合制备，相变点温度为22-30℃，相变潜热约为104J/g。
本实施例中，上述被动式热管理系统与主动式热管理系统均能对工质管路中的循环工质进行散热，且两者中的循环工质可互为流通。
本实施例中的储能电池芯组1采用6串2并连接方式，组成电池模组，具体排布参考图2。
本实施例中储能电池芯组1的内部结构如附图3所示，其中，001-储能电池芯组，002-温度传感器，003-防护层，004-复合相变材料层，005-微流管，006-循环工质。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于复合相变材料的储能电池主动式热管理装置，其特征在于，包括：
储能电池芯组(1)，所述储能电池芯组(1)外部包覆有防护层，所述防护层外包覆有复合相变材料层，所述复合相变材料内部设有微流管网，所述微流管网具有工质入口和工质出口，内部流动有循环工质，所述工质入口和工质出口之间分别连接两路工质管路；
被动式热管理系统，所述被动式热管理系统包括换热器(21)和流量调节阀(22)，所述换热器(21)和流量调节阀(22)串联在所述工质入口和工质出口之间连通的其中一路工质管路上；
主动式热管理系统，所述主动式热管理系统包括压缩机(31)、冷凝器(32)和节流阀(33)，所述压缩机(31)、冷凝器(32)和节流阀(33)串联在所述工质入口和工质出口之间连通的另外一路工质管路上。
2.根据权利要求1所述的一种基于复合相变材料的储能电池主动式热管理装置，其特征在于：所述被动式热管理系统同所述储能电池芯组(1)一起置于室内，所述主动式热管理系统中除所述节流阀(33)以外的部件置于室外，所述节流阀(33)置于室内。
3.根据权利要求2所述的一种基于复合相变材料的储能电池主动式热管理装置，其特征在于：还包括控制系统，所述控制系统包括中控器以及分别与所述中控器通讯连接的第一控制器、第二控制器、电池温度监测传感器、室内温度监测传感器和室外温度监测传感器，所述流量调节阀(22)和节流阀(33)均为电控阀，所述第一控制器电连接所述流量调节阀(22)，所述第二控制器分别电连接所述压缩机(31)和节流阀(33)，所述电池温度监测传感器设置于所述储能电池芯组(1)上，用于监测所述储能电池芯组(1)的温度。
4.根据权利要求3所述的一种基于复合相变材料的储能电池主动式热管理装置，其特征在于：所述被动式热管理系统还包括散热风机(23)，所述散热风机(23)设置于所述换热器(21)处，用于促进所述换热器(21)换热，所述第一控制器电连接所述散热风机(23)。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种基于复合相变材料的储能电池主动式热管理装置，其特征在于：所述循环工质为R134a制冷剂。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202120282612.XU CN214428683U (zh) | 2021-02-01 | 2021-02-01 | 一种基于复合相变材料的储能电池主动式热管理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202120282612.XU CN214428683U (zh) | 2021-02-01 | 2021-02-01 | 一种基于复合相变材料的储能电池主动式热管理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN214428683U true CN214428683U (zh) | 2021-10-19 |
Family
ID=78070080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202120282612.XU Expired - Fee Related CN214428683U (zh) | 2021-02-01 | 2021-02-01 | 一种基于复合相变材料的储能电池主动式热管理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN214428683U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117614147A (zh) * | 2023-11-23 | 2024-02-27 | 中节能风力发电股份有限公司 | 一种集中式储能电站散热系统 |
-
2021
- 2021-02-01 CN CN202120282612.XU patent/CN214428683U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117614147A (zh) * | 2023-11-23 | 2024-02-27 | 中节能风力发电股份有限公司 | 一种集中式储能电站散热系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100547321C (zh) | 太阳能—燃气机热泵加热装置及其操作方法 | |
| CN201748636U (zh) | 太阳能复合热泵机组 | |
| CN214428683U (zh) | 一种基于复合相变材料的储能电池主动式热管理装置 | |
| CN112856833A (zh) | 一种基于热泵技术高能效太阳能集热系统及控制方法 | |
| CN216814312U (zh) | 一种单罐斜温层蓄热熔融盐供热系统 | |
| CN112072211A (zh) | 一种分散式大规模电池储能热管理系统及其运行方法 | |
| CN2929594Y (zh) | 太阳能—燃气机热泵加热装置 | |
| CN108826744A (zh) | 用超临界水氧化系统余能进行冷热电多联供的系统 | |
| CN108468593A (zh) | 一种与太阳能互补的燃气内燃机分布式供能系统 | |
| CN209904579U (zh) | 一种多能互补动力电池热管理系统 | |
| CN113739434A (zh) | 一种太阳能多级相变蓄热供暖系统 | |
| CN108644880B (zh) | 一种基于螺旋板式反应器的太阳能供暖系统及其工作方法 | |
| CN207471843U (zh) | 用于原油加热的双源热泵系统 | |
| CN209558470U (zh) | 一种太阳能供热加空气能辅助供热系统 | |
| CN211781378U (zh) | 一种相变谷电蓄热耦合水源热泵的供暖系统 | |
| CN208720337U (zh) | 光热建筑一体化供暖系统 | |
| CN204187888U (zh) | 冷热电联产系统 | |
| CN113540619A (zh) | 一种火电厂储能系统的水冷系统及工作方法 | |
| CN202941181U (zh) | 基于热回收技术的就仓干燥送风处理储粮系统 | |
| CN110260642B (zh) | 基于太阳能的联合干燥系统 | |
| CN210425211U (zh) | 以储热耦合器为结构中心的多种清洁热源供热系统 | |
| CN104566978A (zh) | 工业型级联式电能储热系统 | |
| CN110806053A (zh) | 一种基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却系统及方法 | |
| CN201141665Y (zh) | 太阳能供热与制冷系统 | |
| CN218033311U (zh) | 一种高效梯级利用污水低品质热的大温差清洁供热系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20211019 |