CN217983469U - 一种宽工况电池热管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽工况电池热管理系统，包括喷气增焓变频压缩机、四通换向阀、外部换热器、电池换热器、经济器、第一节流阀、第二节流阀、能量调节阀、第一电磁阀以及第二电磁阀，所述喷气增焓变频压缩机的输出端与所述四通换向阀的第一接口连接，所述四通换向阀的第二接口与所述外部换热器的第一流通口连接，所述外部换热器的第二流通口分别与所述第一介质流道的第一端口以及所述换热介质流道的第一端口连接。本发明还公开了一种宽工况电池热管理系统的运行方法。本发明采用空调热泵技术对充放电前的电池进行预热，来代替水侧采用电加热方案，提高了电池热管理机组的可靠性及运行效率。

Description

一种宽工况电池热管理系统

技术领域

本发明涉及储能电池技术领域，特别是涉及一种宽工况电池热管理系统。

背景技术

电池作为储能发展的关键设备，其热效应问题直接影响着整个储能系统循环寿命或安全性。一般来说，储能动力电池充放电时最佳工作温度是在15~35℃之间，温度高于40℃或低于0℃都将引起电池寿命的快速衰减。储能装置受室外环境影响极大，长时间未进行充放电时，电池内部温度几乎与环境温度相近，这使得电池进行充放电前，必须进行冷却或加热以满足电池充放电所需要的温度。

目前应用于储能电池领域并采用热泵技术的液冷热管理机组在环境温度低于-25℃时，热泵技术无法正常提供热量，因此只能通过水侧电加热对电池进行预热。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种宽工况电池热管理系统。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案如下：

一种宽工况电池热管理系统，包括喷气增焓变频压缩机、四通换向阀、外部换热器、电池换热器、经济器、第一节流阀、第二节流阀、能量调节阀、第一电磁阀以及第二电磁阀，

所述电池换热器内设置有电池液流道和换热介质流道，所述经济器内设置有第一介质流道和第二介质流道，

所述喷气增焓变频压缩机的输出端与所述四通换向阀的第一接口连接，所述四通换向阀的第二接口与所述外部换热器的第一流通口连接，所述外部换热器的第二流通口分别与所述第一介质流道的第一端口以及所述换热介质流道的第一端口连接，

所述换热介质流道的第二端口分别与所述第一介质流道的第二端口以及所述第二介质流道的第一端口连接，所述电池液流道的两端分别与电池供回水管路的两端连接，

所述第二介质流道的第二端口与所述喷气增焓变频压缩机的第一输入端连接，

所述换热介质流道的第一端口还与所述四通换向阀的第三接口连接，所述四通换向阀的第四接口与所述喷气增焓变频压缩机的第二输入端连接，

所述第一节流阀设置在所述外部换热器的第二流通口与所述第一介质流道的第一端口之间，所述第二节流阀设置在所述换热介质流道的第二端口与所述第二介质流道的第一端口之间，所述能量调节阀和所述第一电磁阀依次连接在所述外部换热器的第二流通口与所述换热介质流道的第一端口之间，所述第二电磁阀设置在所述第二介质流道的第二端口与所述喷气增焓变频压缩机的第一输入端之间。

作为本发明所述宽工况电池热管理系统的一种优选方案，其中：还包括油分离器，所述油分离器设置在所述喷气增焓变频压缩机的输出端与所述四通换向阀的第一接口之间。

作为本发明所述宽工况电池热管理系统的一种优选方案，其中：还包括第一干燥过滤器，所述第一干燥过滤器设置在所述外部换热器的第二流通口处。

作为本发明所述宽工况电池热管理系统的一种优选方案，其中：还包括第二干燥过滤器，所述第二干燥过滤器设置在所述换热介质流道的第二端口处。

作为本发明所述宽工况电池热管理系统的一种优选方案，其中：还包括气液分离器，所述气液分离器设置在所述四通换向阀的第四接口与所述喷气增焓变频压缩机的第二输入端之间。

作为本发明所述宽工况电池热管理系统的一种优选方案，其中：还包括用于调节所述外部换热器处空气流速的调节风机。

作为本发明所述宽工况电池热管理系统的一种优选方案，其中：所述电池换热器为板式换热器。

本发明的有益效果是：

（1）本发明采用空调热泵技术对充放电前的电池进行预热，来代替水侧采用电加热方案，提高了电池热管理机组的可靠性及运行效率。

（2）本发明结合空调热泵技术，通过制冷系统内部热气旁通，实现-25℃~50℃工况下的完全代替电加热方案，不仅优化了水侧管路系统，还提升了整个热管理机组的能效，实现了电池热管理系统的安全、稳定、高效运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的宽工况电池热管理系统的结构示意图；

其中：1、喷气增焓变频压缩机；2、四通换向阀；3、外部换热器；4、电池换热器；5、经济器；6、第一节流阀；7、第二节流阀；8、能量调节阀；9、第一电磁阀；10、第二电磁阀；11、油分离器；12、第一干燥过滤器；13、第二干燥过滤器；14、气液分离器；15、调节风机；16、第一接口；17、第二接口；18、第三接口；19、第四接口；20、第一介质流道的第一端口；21、第一介质流道的第二端口；22、第二介质流道的第一端口；23、第二介质流道的第二端口；24、换热介质流道的第一端口；25、换热介质流道的第二端口。

具体实施方式

为使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施方式并结合附图，对本发明作出进一步详细的说明。

图1为本申请实施例提供的宽工况电池热管理系统的结构示意图。该系统包括喷气增焓变频压缩机1、四通换向阀2、外部换热器3、电池换热器4、经济器5、第一节流阀6、第二节流阀7、能量调节阀8、第一电磁阀9、第二电磁阀10、油分离器11、第一干燥过滤器12、第二干燥过滤器13、气液分离器14以及调节风机15。

其中，喷气增焓变频压缩机1上设置有输出端、第一输入端和第二输入端。四通换向阀2包括第一接口16、第二接口17、第三接口18和第四接口19。电池换热器4采用的是板式换热器，其内设置有电池液流道和换热介质流道。换热介质通过换热介质流道进入板式换热器内，同时电池液通过电池液流道进入板式换热器内，使换热介质与电池液可在板式换热器内进行热交换。经济器5内设置有第一介质流道和第二介质流道。不同温度的换热介质可分别进入第一介质流道和第二介质流道内，并在经济器5内进行热交换。

具体的，喷气增焓变频压缩机1的输出端与油分离器11的一端连接，油分离器11的另一端与四通换向阀2的第一接口16连接。四通换向阀2的第二接口17与外部换热器3的第一流通口连接。外部换热器3的第二流通口通过第一节流阀6与经济器5内第一介质流道的第一端口20连接。同时，外部换热器3的第二流通口还依次通过能量调节阀8和第一电磁阀9后与电池换热器4内换热介质流道的第一端口24连接。

电池换热器4内换热介质流道的第二端口25分别与经济器5内第一介质流道的第二端口21以及第二介质流道的第一端口22连接，且在换热介质流道的第二端口25与第二介质流道的第一端口22之间还设置有第二节流阀7。电池换热器4内电池液流道的两端分别与电池供回水管路的两端连接。

换热介质流道的第一端口24还与四通换向阀2的第三接口18连接，四通换向阀2的第四接口19通过气液分离器14后与喷气增焓变频压缩机1的第二输入端连接。

经济器5内第二介质流道的第二端口23通过第二电磁阀10与喷气增焓变频压缩机1的第一输入端连接。

调节风机15设置在外部换热器3处，可向外部换热器3送风，以调节外部换热器3处的气体流速，从而调节外部换热器3内的换热介质与大气之间的热交换速率。第一干燥过滤器12设置在外部换热器3的第二流通口处。第二干燥过滤器13设置在换热介质流道的第二端口25处。

本实施例还提供了一种宽工况电池热管理系统的运行方法，该运行方法可控制宽工况电池热管理系统以四种不同的运行模式运行，以满足室外环境在-45~50℃内电池的控温要求。这四种模式分别为：制冷模式、制热模式、超低温制热模式以及化霜模式。具体运行方法如下：

在电池充放电时或电池充放电前，需要进行制冷时，使工况电池热管理系统以制冷模式运行。控制宽工况电池热管理系统以制冷模式运行时，首先控制喷气增焓变频压缩机1运行，且第一电磁阀9和第二电磁阀10均处于关闭状态。喷气增焓变频压缩机1内产生高温高压的换热介质，并输送至油分离器11内，通过油分离器11将压缩机内排出的高温高压换热介质中的润滑油去除，以保证装置安全高效的运行。通过油分离器11后的换热介质进入通过四通换向阀2的第一接口16进入四通换向阀2内，并由四通换向阀2的第二接口17流出，进入外部换热器3内。换热介质进入外部换热器3后，与大气进行热交换，使换热介质降温。之后进入第一干燥过滤器12内，进气杂质过滤和干燥处理。随后进入第一节流阀6中，实现换热介质的减压降温。之后换热介质进入经济器5内的第一介质流道，并沿第一介质流道直接流出经济器5，换热介质在经济器5内未发生热交换。随后换热介质通过第二干燥过滤器13后进入电池换热器4内的换热介质流道中，与电池换热器4内电池液流道中的电池液进行热交换，实现对电池液的降温。降温后的电池液通过电池供回水管路回到储能电池中，而在电池换热器4内经过热交换的换热介质则通过四通换向阀2的第三接口18进入四通换向阀2内，然后由四通换向阀2的第四接口19进入气液分离器14内，进行气液分离后再回到喷气增焓变频压缩机1内，之后按照上述的流程循环运行。

较佳的，上述运行过程中，还可开启调速风机，通过调速风机将电池充放电时产生的热量排出至大气中。

在电池充放电之前，当环境温度在-25~10℃之间，电池内部温度偏低需要制热时，使工况电池热管理系统以制热模式运行。控制宽工况电池热管理系统以制热模式运行时，首先，控制喷气增焓变频压缩机1运行，且第一电磁阀9关闭，喷气增焓变频压缩机1内产生高温高压的换热介质，并输送至油分离器11内，通过油分离器11将压缩机内排出的高温高压换热介质中的润滑油去除，以保证装置安全高效的运行。通过油分离器11后的换热介质进入通过四通换向阀2的第一接口16进入四通换向阀2内，并由四通换向阀2的第三接口18流出，通过换热介质流道的第一端口24进入电池换热器4内，与电池换热器4内电池液流道中的电池液进行热交换，实现对电池液的加热。升温后的电池液通过电池供回水管路回到储能电池中，而在电池换热器4内经过热交换的换热介质则通过第二干燥过滤器13后，进入经济器5内的第一介质流道中，并沿第一介质流道直接流出经济器5，换热介质在经济器5内未发生热交换。之后换热介质依次通过第一节流阀6和第一干燥过滤器12后进入外部换热器3内，与外部大气进行热交换，实现对换热介质的加热。随后换热介质通过通换向阀的第二接口17进入四通换向阀2内，并由四通换向阀2的第四接口19进入气液分离器14内，进行气液分离后再回到喷气增焓变频压缩机1内，之后按照上述的流程循环运行。

较佳的，为提高制热模式时电池热管理系统的能效，在上述运行过程中还可打开第二电磁阀10，开启喷气增焓辅助回路，具体运行流程为：在电池换热器4内经过热交换后的部分换热介质进入第二节流阀7，实现换热介质的减压降温，之后进入经济器5内的第二介质流道中，与经济器5内未经过降温的第一介质流道内的换热介质进行热交换，然后通过第二电磁阀10后由喷气增焓变频压缩机1的第一输入端回到喷气增焓变频压缩机1内，实现喷气增焓。

在电池充放电之前，当环境温度在-45~-25℃之间，电池内部温度偏低需要制热时，此时常规的制热模式难以实现制热功能，则使工况电池热管理系统以超低温制热模式运行。控制工况电池热管理系统以超低温制热模式运行时，首先，控制喷气增焓变频压缩机1运行，同时打开第一电磁阀9。喷气增焓变频压缩机1内产生高温高压的换热介质，并输送至油分离器11内，通过油分离器11将压缩机内排出的高温高压换热介质中的润滑油去除，以保证装置安全高效的运行。通过油分离器11后的换热介质进入通过四通换向阀2的第一接口16进入四通换向阀2内，并由四通换向阀2的第三接口18流出，通过换热介质流道的第一端口24进入电池换热器4内，与电池换热器4内电池液流道中的电池液进行热交换，实现对电池液的加热。升温后的电池液通过电池供回水管路回到储能电池中，而在电池换热器4内经过热交换的换热介质则通过第二干燥过滤器13后，进入经济器5内的第一介质流道中，并沿第一介质流道直接流出经济器5，换热介质在经济器5内未发生热交换。之后换热介质依次通过第一节流阀6和第一干燥过滤器12后进入外部换热器3内，与外部大气进行热交换，实现对换热介质的加热。随后换热介质通过通换向阀的第二接口17进入四通换向阀2内，并由四通换向阀2的第四接口19进入气液分离器14内，进行气液分离后再回到喷气增焓变频压缩机1内，之后按照上述的流程循环运行。同时，部分换热介质由四通换向阀2的第三接口18流出后，会依次通过第一电磁阀9、能量调节阀8以及第一干燥过滤器12，然后进入外部换热器3，在外部换热器3内进行换热后回到喷气增焓变频压缩机1内，维持设备在合理的温度范围内运行，从而实现超低温环境下的稳定制热输出。

较佳的，为提高超低温制热模式时电池热管理系统的能效，在上述运行过程中还可打开第二电磁阀10，开启喷气增焓辅助回路，具体运行流程为：在电池换热器4内经过热交换后的部分换热介质进入第二节流阀7，实现换热介质的减压降温，之后进入经济器5内的第二介质流道中，与经济器5内未经过降温的第一介质流道内的换热介质进行热交换，然后通过第二电磁阀10后由喷气增焓变频压缩机1的第一输入端回到喷气增焓变频压缩机1内，实现喷气增焓。

化霜模式是在制热模式运行一段时间后，电池热管理机组进入化霜模式，通过时间比例设定间断运行，防止在制热模式时，外部换热器3表面霜层恶化，甚至结冰影响制热模式运行，化霜模式流程同制冷模式，即首先控制喷气增焓变频压缩机1运行，且第一电磁阀9和第二电磁阀10均处于关闭状态。喷气增焓变频压缩机1内产生高温高压的换热介质，并输送至油分离器11内，通过油分离器11将压缩机内排出的高温高压换热介质中的润滑油去除，以保证装置安全高效的运行。通过油分离器11后的换热介质进入通过四通换向阀2的第一接口16进入四通换向阀2内，并由四通换向阀2的第二接口17流出，进入外部换热器3内。换热介质进入外部换热器3后，与大气进行热交换，使换热介质降温。之后进入第一干燥过滤器12内，进气杂质过滤和干燥处理。随后进入第一节流阀6中，实现换热介质的减压降温。之后换热介质进入经济器5内的第一介质流道，并沿第一介质流道直接流出经济器5，换热介质在经济器5内未发生热交换。随后换热介质通过第二干燥过滤器13后进入电池换热器4内的换热介质流道中，与电池换热器4内电池液流道中的电池液进行热交换，实现对电池液的降温。降温后的电池液通过电池供回水管路回到储能电池中，而在电池换热器4内经过热交换的换热介质则通过四通换向阀2的第三接口18进入四通换向阀2内，然后由四通换向阀2的第四接口19进入气液分离器14内，进行气液分离后再回到喷气增焓变频压缩机1内，之后按照上述的流程循环运行。

在本实施例中，可时间比例设定可设定为制热模式运行50min后，采用化霜模式运行10min。

由此，本申请的技术方案采用空调热泵技术对充放电前的电池进行预热，来代替水侧采用电加热方案，提高了电池热管理机组的可靠性及运行效率。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式；凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种宽工况电池热管理系统，其特征在于：包括喷气增焓变频压缩机(1)、四通换向阀(2)、外部换热器(3)、电池换热器(4)、经济器(5)、第一节流阀(6)、第二节流阀(7)、能量调节阀(8)、第一电磁阀(9)以及第二电磁阀(10)，

所述电池换热器(4)内设置有电池液流道和换热介质流道，所述经济器(5)内设置有第一介质流道和第二介质流道，

所述喷气增焓变频压缩机(1)的输出端与所述四通换向阀(2)的第一接口(16)连接，所述四通换向阀(2)的第二接口(17)与所述外部换热器(3)的第一流通口连接，所述外部换热器(3)的第二流通口分别与所述第一介质流道的第一端口(20)以及所述换热介质流道的第一端口(24)连接，

所述换热介质流道的第二端口(25)分别与所述第一介质流道的第二端口(21)以及所述第二介质流道的第一端口(22)连接，所述电池液流道的两端分别与电池供回水管路的两端连接，

所述第二介质流道的第二端口(23)与所述喷气增焓变频压缩机(1)的第一输入端连接，

所述换热介质流道的第一端口(24)还与所述四通换向阀(2)的第三接口(18)连接，所述四通换向阀(2)的第四接口(19)与所述喷气增焓变频压缩机(1)的第二输入端连接，

所述第一节流阀(6)设置在所述外部换热器(3)的第二流通口与所述第一介质流道的第一端口(20)之间，所述第二节流阀(7)设置在所述换热介质流道的第二端口(25)与所述第二介质流道的第一端口(22)之间，所述能量调节阀(8)和所述第一电磁阀(9)依次连接在所述外部换热器(3)的第二流通口与所述换热介质流道的第一端口(24)之间，所述第二电磁阀(10)设置在所述第二介质流道的第二端口(23)与所述喷气增焓变频压缩机(1)的第一输入端之间。

2.根据权利要求1所述的宽工况电池热管理系统，其特征在于：还包括油分离器(11)，所述油分离器(11)设置在所述喷气增焓变频压缩机(1)的输出端与所述四通换向阀(2)的第一接口(16)之间。

3.根据权利要求1所述的宽工况电池热管理系统，其特征在于：还包括第一干燥过滤器(12)，所述第一干燥过滤器(12)设置在所述外部换热器(3)的第二流通口处。

4.根据权利要求1所述的宽工况电池热管理系统，其特征在于：还包括第二干燥过滤器(13)，所述第二干燥过滤器(13)设置在所述换热介质流道的第二端口(25)处。

5.根据权利要求1所述的宽工况电池热管理系统，其特征在于：还包括气液分离器(14)，所述气液分离器(14)设置在所述四通换向阀(2)的第四接口(19)与所述喷气增焓变频压缩机(1)的第二输入端之间。

6.根据权利要求1所述的宽工况电池热管理系统，其特征在于：还包括用于调节所述外部换热器(3)处空气流速的调节风机(15)。

7.根据权利要求1所述的宽工况电池热管理系统，其特征在于：所述电池换热器(4)为板式换热器。

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