CN216773338U - 一种6kW储能电池簇的冷却装置 - Google Patents

Abstract

一种6kW储能电池簇的冷却装置，储能电池簇布置在储能柜内；冷却装置包括供液单元，制冷循环单元和控制保护单元，冷却装置集中布置在柜体内；柜体包括控制柜和液冷柜；控制保护单元布置在控制柜内，供液单元和制冷循环单元集中布置在液冷柜内；液冷柜外部，远离控制柜的一端，设有回水口，供水口，补水和泄空口，电源接口；冷却液从储能柜流出后，从回水口依次流入控制柜和液冷柜，再从供水口流入储能柜。本实用新型，同时满足散热和加热功能，能够满足较低供液温度，极低的供液电导率，极低的供水含氧量要求，实现被冷却设备末端多支路流量控制。

Description

一种6kW储能电池簇的冷却装置

技术领域

本实用新型属于冷却设备技术领域，具体涉及一种6kW储能电池簇的冷却装置。

背景技术

为响应国家的“3060双碳目标”，储能行业将会迎来快速的发展需求，而市场对储能电池系统的要求也将越来越高。储能电池系统普遍存在电池容量和功率大，内部电池产热和温度分布不均匀，散热要求高等问题，而常规储能系统大多数采用风冷散热系统，存在功耗高，寿命短，温差大等不利于设备运行和保存等问题，相较于风冷的液冷储能系统，其高能量密度、低功耗、高效热管理带来的低温差、双层阻燃防爆设计的高安全性、标准模块化系统设计、智能云监控等系统设计方向和理念，势必将成为储能行业的标杆。

现有小型储能电池系统如电池簇和电池包等，由于空间的问题，给系统设计时对零部件的选型和布局造成了极大的局限性，同时由于各不同大小的电池簇对冷却系统的需求不同，在系统设计时，存在同时满足电池簇系统制冷需求和各电池簇冷量合理的分配的问题。

因此，需要研究一种6kW储能电池簇的冷却装置。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种6kW储能电池簇的冷却装置，通过水循环和制冷循环相结合，实现对6kW小型储能电池簇的冷却。

本实用新型采用如下的技术方案。

一种6kW储能电池簇的冷却装置，储能电池簇布置在储能柜内；冷却装置包括供液单元，制冷循环单元和控制保护单元。

冷却装置集中布置在柜体内；柜体包括控制柜和液冷柜；控制保护单元布置在控制柜内，供液单元和制冷循环单元集中布置在液冷柜内。

液冷柜外部，远离控制柜的一端，设有回水口，供水口，补水和泄空口，电源接口；冷却液从储能柜流出后，从回水口依次流入控制柜和液冷柜，再从供水口流入储能柜。

其中，回水口、供水口、补水和泄空口、电源接口均采用低位布置；回水口和供水口均采用G3/4外丝接口；补水和泄空口采用M30外丝接口。

冷却装置集中布置的柜体尺寸为：长1100mm、宽460mm、高800mm。

液冷柜内布置有：主循环泵，压缩机，蒸发器，冷凝器，热力膨胀阀，干燥过滤器，储液器，加热器，呼吸阀，第一球阀，第二球阀，水箱，液位显示计，滤芯，手动排气阀，第一轴流风机，第二轴流风机；其中，压缩机、蒸发器和冷凝器的流量均为160kg/h。

压缩机为旋转式变频压缩机，冷媒为氟利昂134a，采用CAN(Controller AreaNetwork，控制器局域网络)通讯；压缩机连接有气体分离器。

冷凝器包括：翅片，扁管，隔板，集流管；扁管和翅片采用等间距的间隔布置方式；其中，扁管位于集流管内的端部设有多个小孔。

冷凝器的集流管采用铝制；集流管的进出口均设置有热缩管和铜铝接管。

热力膨胀阀采用外平衡式；热力膨胀阀连接有感温机构。

水箱采用高位布置，水箱还连接有呼吸阀。

第一轴流风机和第二轴流风机均为DC24V的轴流风机，在300Pa风压下提供2400m³/h的风量；在0～45℃下，为压缩机中的冷媒提供25公斤压力。

控制柜内布置有：继电器、屏蔽电缆、断路器、ModbusRTU-CAN转换模块、交流接触器、电柜加热器、温度控制器、风扇及过滤器。

本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比：本实用新型提出的一种6kW储能电池簇的冷却装置，同时满足散热和加热功能，能够满足较低供液温度，极低的供液电导率，极低的供水含氧量要求，实现被冷却设备末端多支路流量控制。

本发明的有益效果还包括：

1)本设计采用水循环内冷+散热单元外冷相结合的冷却方式；

2)本设计主要应用于小型储能电池冷却系统，适用于-20～45的极端环境温度。

附图说明

图1是本实用新型提出的一种6kW储能电池簇的冷却装置的结构示意图；

图1中的附图标记说明如下：

C01-压缩机；

C21-水箱；

C33-储液器；

E01-蒸发器；

H01-加热器；

LI12-液位显示计；

P01-主循环泵；

V301-手动排气阀；

V303-呼吸阀；

V401-第一球阀；

V402-第二球阀；

VD02-热力膨胀阀；

Z01-滤芯；

Z32-干燥过滤器；

图2是本实用新型提出的一种6kW储能电池簇的冷却装置的接口布置示意图；

图2中的附图标记说明如下：

1-回水口；2-供水口；3-补水和泄空口；4-电源接口；

图3是本实用新型提出的一种6kW储能电池簇的冷却装置中冷凝器和轴流风机的布置示意图；

图3中附图标记说明如下：

G01-第一轴流风机；

G02-第二轴流风机；

E02-冷凝器。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

一种6kW储能电池簇的冷却装置，储能电池簇布置在储能柜内；冷却装置包括供液单元，制冷循环单元和控制保护单元，必须同时满足散热和加热功能。

优选实施例中，供液单元的工作机制包括：由储能电池簇出来的冷却液依次经过控制保护单元的自然盘管和水冷板冷却后，再通过快速接头进入供液单元的回水管，回水管上的水泵入口前设置高位水箱，高位水箱设置呼吸阀，以起到缓冲和稳压的作用，随后冷却水通过调节阀进入水泵，再经过过滤器后，进入板式蒸发器，通过制冷系统的蒸发吸热，从而对进入蒸发器的水进行冷却，降温后的水通过快速接头再次进入电池簇，对电池簇进行冷却，进行密闭式往复循环。在供液单元的供回水管处分别设置温度及压力变送器，实时监测供回水温差以及供回水压差，从而判断系统的换热能力是否满足设计需求。供液单元与控制单元采用带自密封的快速接头，这种接头操作简单，同时由于其自带密封的作用，不仅方便安装，也方便后期维修和更换。

优选实施例中，冷却装置的散热原理包括：经压缩后高温高压的过热蒸汽从压缩机的排气管排出，进入冷凝器，排气管段设置高压传感器和高压表，实时监测系统的压力，进而判断氟系统冷媒R134a和压缩机的油量是否出现异常；过热蒸汽经过冷凝器的过热段、冷凝段、过冷段以及风机的冷却后的转变为低温高压液态制冷剂，再经过储液器，避免平行流冷凝器由于底部积存液体，从而减小换热面积，影响冷凝效果，同时配置储液器可以保证液管充满制冷剂，从而避免热力膨胀阀因制冷剂液体的不连续而误动作。并且储液器的使用还可以增加一定的过冷度从而提高系统效率；低温高压此时液态制冷剂再依次经过干燥过滤器和热力膨胀阀降压后，变为低温低压的液态制冷剂；此时低温低压的液态制冷剂进入蒸发器，再次进行蒸发吸热，对供液管路的管路进行降温后，气化后的制冷剂经过回气管再次进入压缩机，进行再次压缩后维持制冷循环，回气管段设置低压开关以及低压表，保证回气压力不低于设计值，从而保证制冷系统的换热量。

优选实施例中，冷却装置的加热原理包括：制冷循环随着环境温度的变化进行自动调节，当环境温度的降温能力不能满足水温降温的需求时，压缩机运行，制冷循环运行，此时水泵启动，风机启动，电加热不启动；当环境温度的降温能力满足水温降温的需求时，制冷循环继续运行，此时水泵启动，风机启动，但是转速较低，电加热不启动；当环境温度的降温能力超过水温降温的需要求时，制冷循环继续运行，供液单元的加热器在环境温度低至设计值时将自动开启，此时压缩机运行，风机不启动，水泵启动，以保证水温维持在设计范围内。

如图1，冷却装置集中布置在柜体内；柜体包括控制柜和液冷柜；控制保护单元布置在控制柜内，供液单元和制冷循环单元集中布置在液冷柜内。

如图2，液冷柜外部，远离控制柜的一端，设有回水口1，供水口2，补水和泄空口3，电源接口4；冷却液从储能柜流出后，从回水口依次流入控制柜和液冷柜，再从供水口流入储能柜。

优选实施例中，供液单元中，冷却介质从被电池簇中出来直接进入主循环泵，经主循环泵后进入板式蒸发器，通过制冷机组中制冷剂蒸发带走热量降低冷却介质温度，再供给电池簇进行换热，进行密闭式往复循环。冷却液从冷却柜体出来后会按照顺序流经：储能电池簇、PCS(Process Control System，过程控制系统)、电源舱空调，最终回到主循环泵。

其中，如图2，回水口1、供水口2、补水和泄空口3、电源接口4均采用低位布置；回水口和供水口均采用G3/4外丝接口；补水和泄空口采用M30外丝接口。

冷却装置集中布置的柜体尺寸为：长1100mm、宽460mm、高800mm。值得注意的是，本实用新型优选实施例中，冷却装置集中布置的柜体尺寸是一种非限制性的较优选择。

如图1和图3，液冷柜内布置有：主循环泵P01，压缩机C01，蒸发器E01，冷凝器E02、热力膨胀阀VD02，干燥过滤器Z32，储液器C33，加热器H01，呼吸阀V303，第一球阀V401，第二球阀V402，水箱C21，液位显示计LI12，滤芯Z01，手动排气阀V301，第一轴流风机G01，第二轴流风机G02。

通过主循环的最不利环路的压损，对主循环中主循环泵的扬程和流量以及主循环管路的流速和管径的大小进行设计。根据设计的流量需求，本次设计的主循环管路管径为DN25-DN32，流速为2～3m/s。

制冷循环单元中，主要对压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀等关键部件进行选型计算，其中，压缩机需要充分考虑回油的问题，由于压缩机的运行逻辑中，有回油的要求，而回油升频会导致主循环的制冷量变大，从而影响液冷系统的水温，进而导致无法满足电池簇的冷却效果。

优选实施例中，根据设计参数，确定压缩机的流量需满足160kg/h，制冷量满足6～7kw，且应能支持水温的设计需求；冷凝器的流量需能满足160kg/h，且尺寸不大于375mm×750mm，承压不低于15公斤；蒸发器的流量能满足160kg/h，承压25公斤，水侧流阻不大于35kpa，进水温度为18℃；膨胀阀的节流能力应在6～7kw，且接口能满足压缩机排气口的尺寸，保证膨胀阀可以处于满液状态。

压缩机为旋转式变频压缩机，冷媒为氟利昂134a，采用CAN通讯；压缩机的转速通过变频器来调整。压缩机连接有气体分离器，可以有效防止液态制冷剂进入压缩机，尤其是在低温积液启动时，可以有效避免液击现象的出现，同时自带的气分能将部分润滑油通过回油孔带回压缩机，起到回油的效果。

冷凝器为微通道冷凝器。冷凝器包括：翅片，扁管，隔板，集流管；扁管和翅片采用等间距的间隔布置方式；其中，扁管位于集流管内的端部设有多个小孔。相较于相同换热量下所需的管翅式冷凝器，微通道冷凝器风阻小，换热效率高，体积小，重量轻，可靠性高，外部接口简单，辅助管路简化使用方便，且冷媒充注量低，全铝设计易回收，有利于环保和成本的节约。

冷凝器的集流管采用铝制；考虑到氟系统连接管为紫铜管，因此，集流管的进出口均设置有热缩管和铜铝接管。

热力膨胀阀采用外平衡式；外平衡式阀膜片下方的空间与阀的出口不连通，而是用一根小直径的平衡管与蒸发器出口相连，这样，作用于膜片下方的制冷剂压力就不是节流后蒸发器进口处的压力，而是蒸发器出口处的压力，即阀的开启度不受蒸发器内流动阻力的影响。

热力膨胀阀连接有感温机构。膨胀阀通过感温机构准确的控制蒸发器的出口过热度，充分的利用蒸发器的换热面积，提高机组能效。同时感温机构根据机组负荷的变化自动改变阀的开度，从而自动控制制冷剂的流量，从而实现机组换热能力稳定的目的。

水箱采用高位布置，水箱还连接有呼吸阀。采用高位水箱，进行补水和稳压，同时加呼吸阀连接软管，当系统内部的水压超过设定值时自动排水。

对于供液单元，一个重要的技术问题就是需要同步考虑稳压和电导率和压损。稳压的方式采用高位水箱+呼吸阀。冷却液的流动是靠水泵的压力来实现的。水泵吸水的一侧压力低，易产生蒸汽泡，使水泵的出水量显著下降，并引起水泵叶轮和水套的穴蚀，在其表面产生麻点或凹坑，缩短了叶轮和水套的使用寿命。加装高位水箱后，由于高位水箱和水泵进水口之间存在补充水管，使水泵减少了汽泡的产生。散热器中的蒸汽泡和水套中的蒸汽泡通过导管和进入高位水箱，从而使气水彻底分离。由于高位水箱温度较低，进入的气体得到冷疑，一部分变成液体，重新进入水泵。而积存在高位水箱液面上的气体起缓冲作用，使冷却系内压力保持稳定状态。同时高位水箱连接的呼吸阀能在系统压力过高时自动泄压，呼吸阀连接着软管，软管接入接水罐，接水罐设置在设备的维修面，可方便随时清理接水罐内的水。

第一轴流风机和第二轴流风机均为DC24V的轴流风机，在300Pa风压下提供2400m³/h的风量；在0～45℃下，为压缩机中的冷媒提供25公斤压力。第一轴流风机和第二轴流风机的输出信号均为脉冲，是一种连续方波信号，控制方式为0-10V V.DC/PWM占空比，通过控制输入的PWM占空比，控制风机的运行模式。设定为两台风机同时运行或同时停止运行。

控制柜内布置有：继电器、屏蔽电缆、断路器、ModbusRTU-CAN转换模块、交流接触器、电柜加热器、温度控制器、风扇及过滤器。

为了更好的达到设计的需求，需要在系统设计中，进行压力、温度等保护控制以及信号传达，以提高储能冷却系统的使用效率和使用寿命。其中，温度和压力变送器是必不可少的，散热单元中的高低压根据压缩机的运行范围，设置合理的运行需求。根据设计及实时跟踪需求，对设备设置了高压变送器，低压开关，高低压表，供回水温度和压力变送器，以及液位显示计，通过对数据的实时监测，从而保证设备的可靠性和能力。

本实用新型申请人结合说明书附图对本实用新型的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本实用新型的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本实用新型精神，而并非对本实用新型保护范围的限制，相反，任何基于本实用新型的实用新型精神所作的任何改进或修饰都应当落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种6kW储能电池簇的冷却装置，储能电池簇布置在储能柜内；冷却装置包括供液单元，制冷循环单元和控制保护单元，其特征在于：

冷却装置集中布置在柜体内；柜体包括控制柜和液冷柜；控制保护单元布置在控制柜内，供液单元和制冷循环单元集中布置在液冷柜内；

液冷柜外部，远离控制柜的一端，设有回水口，供水口，补水和泄空口，电源接口；冷却液从储能柜流出后，从回水口依次流入控制柜和液冷柜，再从供水口流入储能柜；

其中，回水口、供水口、补水和泄空口、电源接口均采用低位布置；回水口和供水口均采用G3/4外丝接口；补水和泄空口采用M30外丝接口。

2.根据权利要求1所述的一种6kW储能电池簇的冷却装置，其特征在于：

所述冷却装置集中布置的柜体尺寸为：长1100mm、宽460mm、高800mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种6kW储能电池簇的冷却装置，其特征在于：

液冷柜内布置有：主循环泵，压缩机，蒸发器，冷凝器，热力膨胀阀，干燥过滤器，储液器，加热器，呼吸阀，第一球阀，第二球阀，水箱，液位显示计，滤芯，手动排气阀，第一轴流风机，第二轴流风机；其中，压缩机、蒸发器和冷凝器的流量均为160kg/h。

4.根据权利要求3所述的一种6kW储能电池簇的冷却装置，其特征在于：

压缩机为旋转式变频压缩机，冷媒为氟利昂134a，采用CAN通讯；压缩机连接有气液分离器。

5.根据权利要求3所述的一种6kW储能电池簇的冷却装置，其特征在于：

冷凝器包括：翅片，扁管，隔板，集流管；扁管和翅片采用等间距的间隔布置方式；其中，扁管位于集流管内的端部设有多个小孔。

6.根据权利要求5所述的一种6kW储能电池簇的冷却装置，其特征在于：

冷凝器的集流管采用铝制；集流管的进出口均设置有热缩管和铜铝接管。

7.根据权利要求3所述的一种6kW储能电池簇的冷却装置，其特征在于：

热力膨胀阀采用外平衡式；热力膨胀阀连接有感温机构。

8.根据权利要求3所述的一种6kW储能电池簇的冷却装置，其特征在于：

水箱采用高位布置，水箱还连接有呼吸阀。

9.根据权利要求3所述的一种6kW储能电池簇的冷却装置，其特征在于：

第一轴流风机和第二轴流风机均为DC24V的轴流风机，在300Pa风压下提供2400m³/h的风量；在0～45℃下，为压缩机中的冷媒提供25公斤压力。

10.根据权利要求1或2所述的一种6kW储能电池簇的冷却装置，其特征在于：

控制柜内布置有：继电器、屏蔽电缆、断路器、ModbusRTU-CAN转换模块、交流接触器、电柜加热器、温度控制器、风扇及过滤器。

Images