CN218480778U - 一种储能系统的水冷机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种储能系统的水冷机组，包括压缩机、四通换向阀、室外换热器、自然冷盘管、室内换热器、水泵和膨胀水箱；膨胀水箱、室内换热器和水泵依次通过管路连通构成水循环回路；膨胀水箱、自然冷盘管和水泵依次通过管路连通构成自然水冷回路；四通换向阀的四个阀口分别与压缩机的进出口、室外换热器的其中一端口和室内换热器的其中一端口连通，且压缩机、四通换向阀、室外换热器和室内换热器依次通过管路连通构成换热回路，换热回路内注有冷却剂。本实用新型集成制冷循环和自然冷却的“双冷源模式”的制冷功能和热泵制热功能于一体，满足制冷及制热要求的同时，实现储能系统的低能耗、高安全性、产品匹配度高的集合式热管理。

Description

一种储能系统的水冷机组

技术领域

本实用新型涉及新能源储能技术领域，特别涉及一种储能系统的水冷机组。

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，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。

目前工商业储能方向用户群体主要关注两个大方向，一是储能使用寿命及对应循环次数，二是储能系统运行能耗。后者一方面来自于电气系统能耗损失，另一方面则主要来自于热管理系统的能耗损失。以节能增产为主要开发目标是储能领域今后的主要方向。

对于机组而言，常规热管理能耗来自于制冷和制热模式下的压缩机、PTC 电加热、水泵等关键零部件。冬季低温工况下，为维持电池正常充放电以及存储的合适温度范围，以液冷集装箱为例，绝大部分热管理能耗用于保证水循环的加热水温度。目前在储能和新能源车领域的应用中，锂电池系统冷却形式主要分为液冷和风冷。其中液冷的冷源主要来自于水冷机组的冷媒循环，热源则多来自于PTC电加热，后者由于是焦耳产热，COP值(制热量与总输入功率比值)在0.9以内，各使用场景下的能耗较高。在储能集装箱节约能耗要求不断提高的前提下，热泵式水冷机组的开发需求的重要性逐渐显现。另一方面，PTC 电加热为电阻过流产生焦耳热，存在过温或干烧风险，继而对锂电池产生较大的安全风险。

目前行业内没有成熟的热泵式水冷机型产品，成功开发有利于今后储能集装箱在冬季实现节能增产。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种储能系统的水冷机组，实现为储能系统提供低能耗、高安全性、产品匹配度高的制冷功能及制热功能于一体的集合式热管理方案。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种储能系统的水冷机组，包括压缩机、四通换向阀、室外换热器、自然冷盘管、室内换热器、水泵和膨胀水箱；

所述膨胀水箱、所述室内换热器和所述水泵依次通过管路连通构成水循环回路；

所述膨胀水箱、所述自然冷盘管和所述水泵依次通过管路连通构成自然水冷回路；

所述四通换向阀的四个阀口分别与所述室外换热器的一个端口、所述室内换热器的一个端口以及所述压缩机的进、出口连通，且所述压缩机、所述四通换向阀、所述室外换热器和所述室内换热器依次通过管路连通构成换热回路，所述换热回路内注有冷却剂。

进一步地，所述水循环回路还包括第一电磁阀，所述自然水冷回路还包括第二电磁阀；

所述第一电磁阀设置在所述室内换热器与所述水泵之间的连通管路中；

所述第二电磁阀设置在所述室外换热器与所述水泵之间的连通管路中。

进一步地，还包括第一双向膨胀阀；

所述第一双向膨胀阀设置在所述换热回路中，且位于所述室外换热器与所述室内换热器连通的管路中。

进一步地，还包括气液分离器；

所述气液分离器设置在所述换热回路中，且位于所述压缩机的进口与所述四通换向阀的阀口连通的管路中。

进一步地，所述压缩机为热泵型压缩机。

进一步地，所述室内换热器和所述室外换热器均为冷凝器和蒸发器一体的换热器。

进一步地，还包括风机；

所述风机设置在所述室外换热器的一侧。

进一步地，还包括除湿机和第二双向膨胀阀；

所述第二双向膨胀阀的一端连通于所述室外换热器和所述第一双向膨胀阀之间的管路中，另一端连接于所述除湿机的一端；

所述除湿机的另一端连通于所述四通换向阀与所述室内换热器之间的管路中。

进一步地，还包括截止阀；

所述截止阀位于所述除湿机与所述四通换向阀与所述室内换热器之间的管路相连通的管路中。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供一种储能系统的水冷机组，通过在只有制冷模式的常规冷却剂循环实现对水冷回路换热的基础上，增加四通换向阀控制冷却剂在换热回路中的流向，制冷模式下冷却剂经压缩机压缩成高温高压气态后经室外换热器发生冷凝，然后流向室内换热器与从膨胀水箱中流出的水进行换热后，换热的冷水经水泵由水循环回路输送到电池簇对电池簇进行吸热降温，而换热的高温冷却剂则再经四通换向阀回流入压缩机中又重新开启下一次压缩、冷凝、蒸发吸热的制冷循环；而在制热模式下被压缩机压缩的高温高压冷却剂气体可先经四通换向阀流入室内换热器进行冷凝放热与膨胀水箱中流出的水进行换热后，换热的热水便可经水循环回路为电池簇进行放热升温，而换热冷凝后的低温冷却剂则继续经室外换热器进行蒸发吸热，再经四通换向阀回流入压缩机中又重新开启下一次压缩、冷凝放热、蒸发的制热循环；同时还通过增设自然冷盘管，在低温环境下的制冷过程中自然冷盘管与水泵和膨胀水箱直接构成自然水冷回路，膨胀水箱内的水可直接经自然水冷回路至自然冷盘管与外界低温环境降温后由水泵送入电池簇中对电池簇进行吸热降温，无需开启压缩机进行工作。即集成制冷循环和自然冷却的“双冷源模式”的制冷功能和热泵制热功能于一体，满足制冷及制热要求的同时，实现为储能系统提供低能耗、高安全性、产品匹配度高的集合式热管理方案。

附图说明

图1为本实用新型实施例的一种储能系统的水冷机组的结构示意图。

标号说明：

1、压缩机；2、四通换向阀；3、室外换热器；4、自然冷盘管；5、室内换热器；6、水泵；7、膨胀水箱；8、第一电磁阀；9、第二电磁阀；10、第一双向膨胀阀；11、气液分离器；12、风机；13、除湿机；14、第二双向膨胀阀； 15、截止阀。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、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1，一种储能系统的水冷机组，包括压缩机、四通换向阀、室外换热器、自然冷盘管、室内换热器、水泵和膨胀水箱；

所述膨胀水箱、所述室内换热器和所述水泵依次通过管路连通构成水循环回路；

所述膨胀水箱、所述自然冷盘管和所述水泵依次通过管路连通构成自然水冷回路；

所述四通换向阀的四个阀口分别与所述室外换热器的一个端口、所述室内换热器的一个端口以及所述压缩机的进、出口连通，且所述压缩机、所述四通换向阀、所述室外换热器和所述室内换热器依次通过管路连通构成换热回路，所述换热回路内注有冷却剂。

由上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：通过在只有制冷模式的常规冷却剂循环实现对水冷回路换热的基础上，增加四通换向阀控制冷却剂在换热回路中的流向，制冷模式下冷却剂经压缩机压缩成高温高压气态后经室外换热器发生冷凝，然后流向室内换热器与从膨胀水箱中流出的水进行换热后，换热的冷水经水泵由水循环回路输送到电池簇对电池簇进行吸热降温，而换热的高温冷却剂则再经四通换向阀回流入压缩机中又重新开启下一次压缩、冷凝、蒸发吸热的制冷循环；而在制热模式下被压缩机压缩的高温高压冷却剂气体可先经四通换向阀流入室内换热器进行冷凝放热与膨胀水箱中流出的水进行换热后，换热的热水便可经水循环回路为电池簇进行放热升温，而换热冷凝后的低温冷却剂则继续经室外换热器进行蒸发吸热，再经四通换向阀回流入压缩机中又重新开启下一次压缩、冷凝放热、蒸发的制热循环；同时还通过增设自然冷盘管，在低温环境下的制冷过程中自然冷盘管与水泵和膨胀水箱直接构成自然水冷回路，膨胀水箱内的水可直接经自然水冷回路至自然冷盘管与外界低温环境降温后由水泵送入电池簇中对电池簇进行吸热降温，无需开启压缩机进行工作。即集成制冷循环和自然冷却的“双冷源模式”的制冷功能和热泵制热功能于一体，满足制冷及制热要求的同时，实现为储能系统提供低能耗、高安全性、产品匹配度高的集合式热管理方案。

进一步地，所述水循环回路还包括第一电磁阀，所述自然水冷回路还包括第二电磁阀；

所述第一电磁阀设置在所述室内换热器与所述水泵之间的连通管路中；

所述第二电磁阀设置在所述室外换热器与所述水泵之间的连通管路中。

由上述描述可知，通过电磁阀控制压缩机制冷循环和自然制冷循环的自由切换，使得“双冷源模式”彼此之间相对独立，互不干扰，进一步有效降低机组所需能耗。

进一步地，还包括第一双向膨胀阀；

所述第一双向膨胀阀设置在所述换热回路中，且位于所述室外换热器与所述室内换热器连通的管路中。

由上述描述可知，第一双向膨胀阀实现压缩机制冷模式和制热模式的切换，即通过第一双向膨胀阀控制换热回路中冷却剂的流向，从而适应电池簇的温度以实现控制换热回路是制冷循环回路还是制热循环回路，使整体机组满足制冷和制热功能于一体。

进一步地，还包括气液分离器；

所述气液分离器设置在所述换热回路中，且位于所述压缩机的进口与所述四通换向阀的阀口连通的管路中。

由上述描述可知，气液分离器在压缩机的进口与四通换向阀的阀口连通的管路中，可用于对冷却剂进行水分过滤，确保进入压缩机进口进行高温高压气体压缩的冷却剂的纯度，确保后续冷却剂与水的换热效果，同时也减轻了压缩机的工作负荷以及进一步降低了机组所需的能耗。

进一步地，所述压缩机为热泵型压缩机。

由上述描述可知，热泵型压缩机可满足低温环境下的高压缩比需求，相对于普通压缩机，具有更好的可靠性，能满足较大的制冷功率和制热功率需求。

进一步地，所述室内换热器和所述室外换热器均为冷凝器和蒸发器一体的换热器。

由上述描述可知，室内换热器和室外换热器采用冷凝器和蒸发器一体的换热器，当压缩机工作在制冷模式下时，室外换热器为冷凝器，对环境散热、对冷却剂降温，室内换热器为蒸发器，对经电池簇的水进行吸热，实现储能系统的降温；当压缩机工作在制热模式下时，室外换热器为蒸发器，对环境吸热、对冷却剂升温，室内换热器为冷凝器，对经电池簇的水进行放热，实现储能系统的升温。

进一步地，还包括风机；

所述风机设置在所述室外换热器的一侧。

由上述描述可知，室外换热器增设风机，进一步实现对制冷模式的下室外换热器对冷却剂的冷却。

进一步地，还包括除湿机和第二双向膨胀阀；

所述第二双向膨胀阀的一端连通于所述室外换热器和所述第一双向膨胀阀之间的管路中，另一端连接于所述除湿机的一端；

所述除湿机的另一端连通于所述四通换向阀与所述室内换热器之间的管路中。

由上述描述可知，在制冷循环中农并联增加除湿机和第二双向膨胀阀，当机组内处于高温高湿环境和冷凝水产生的环境下时，可开启第二双向膨胀阀对经室外换热器将要流入室内换热器进行换热的冷却剂进行分流，由除湿机对冷却剂进行蒸发吸热，以进一步实现对机组内环境的降温除湿。

进一步地，还包括截止阀；

所述截止阀位于所述除湿机与所述四通换向阀与所述室内换热器之间的管路相连通的管路中。

由上述描述可知，截止阀可控制除湿机的除湿效率，即对需要进行除湿的冷却剂进行限流，确保在制冷模式下不会因为较多的冷却剂被分流至除湿机处进行除湿而导致室内换热器中与水进行换热的冷却剂的不足，影响换热效果，进而影响制冷效果。

本实用新型的一种储能系统的水冷机组，适用于大功率制冷和制热需求的较大型储能系统中，具有高综合能效比、多功能匹配、高安装自由度等优势，可在较大跨度的环境温度范围内，为储能系统电池包热管理提供直接的冷量和热量输出，也能参与储能系统电池仓环境管理实现除湿降温功能，以下结合具体的实施例进行说明：

请参照图1，本实用新型的实施例一为：

一种储能系统的水冷机组，如图1所示，包括压缩机1、四通换向阀2、室外换热器3、自然冷盘管4、室内换热器5、水泵6和膨胀水箱7。

其中，在本实施例中，膨胀水箱7、室内换热器5和水泵6依次通过管路连通构成水循环回路；膨胀水箱7、自然冷盘管4和水泵6依次通过管路连通构成自然水冷回路；四通换向阀2的四个阀口分别与室外换热器3的一个端口、室内换热器5的一个端口以及压缩机1的进、出口连通，且压缩机1、四通换向阀 2、室外换热器3和室内换热器5依次通过管路连通构成换热回路，同时，换热回路内注有冷却剂。

即在本实施例中，通过在只有制冷模式的常规冷却剂循环实现对水冷回路换热的基础上，增加四通换向阀2控制冷却剂在换热回路中的流向，制冷模式下冷却剂经压缩机1压缩成高温高压气态后经室外换热器3发生冷凝，然后流向室内换热器5与从膨胀水箱7中流出的水进行换热后，换热的冷水经水泵6 由水循环回路输送到电池簇对电池簇进行吸热降温，而换热的高温冷却剂则再经四通换向阀2回流入压缩机1中又重新开启下一次压缩、冷凝、蒸发吸热的制冷循环；而在制热模式下被压缩机1压缩的高温高压冷却剂气体可先经四通换向阀2流入室内换热器5进行冷凝放热与膨胀水箱7中流出的水进行换热后，换热的热水便可经水循环回路为电池簇进行放热升温，而换热冷凝后的低温冷却剂则继续经室外换热器3进行蒸发吸热，再经四通换向阀2回流入压缩机1 中又重新开启下一次压缩、冷凝放热、蒸发的制热循环；同时还通过增设自然冷盘管4，在低温环境下的制冷过程中自然冷盘管4与水泵6和膨胀水箱7直接构成自然水冷回路，膨胀水箱7内的水可直接经自然水冷回路至自然冷盘管4 与外界低温环境降温后由水泵6送入电池簇中对电池簇进行吸热降温，无需开启压缩机1进行工作。即集成制冷循环和自然冷却的“双冷源模式”的制冷功能和热泵制热功能于一体，水冷回路中并联室外侧自然冷盘管4设计，低温下只启动水泵6循环模式进行制冷，热量直接由环境自然冷却带走，高温环境下仍使用压缩机1制冷循环，以此进一步有效降低机组所需能耗，以0℃条件下为例，自然冷却满足相同的制冷输出情况下，整机能效比提升至2.5倍，整体在满足制冷及制热要求的同时，极大实现储能系统的低能耗、高安全性、产品匹配度高的集合式热管理。

其中，在本实施例中，压缩机1为热泵型压缩机1，可满足低温环境下的高压缩比需求，相对于普通压缩机1，具有更好的可靠性，能满足较大的制冷功率和制热功率需求，在本实施例中以热泵制热取代传统PTC制热，采用四通换向阀2控制冷却剂流向，增加热泵制热循环，以逆循环“搬运热”方式大幅节约制热模式下的能耗，其COP(制热量与总输入功率比值)能效相比于传统PTC 电热的方式，提升约1.6-2.6倍，能重点解决储能系统行业内的瓶颈问题，特别是极低温情况下的高制热功率需求和极低温雨雪条件下热泵化霜化冰的问题。而室内换热器5和室外换热器3均为冷凝器和蒸发器一体的换热器，当压缩机1 工作在制冷模式下时，室外换热器3为冷凝器，用于对环境散热、对冷却剂降温，而室内换热器5为蒸发器，对经电池簇的水进行吸热，实现储能系统的降温；当压缩机1工作在制热模式下时，室外换热器3为蒸发器，对环境吸热、对冷却剂升温，而室内换热器5为冷凝器，对经电池簇的水进行放热，实现储能系统的升温。

另外值得说明的是，在本实施例中采用热泵是式压缩机1进行制热循环替代传统PTC电热的方式，在其他等同实施例中，实际操作中可根据需要选择保留小功率的PTC电热或取消PTC电热，在此不做限定。

请参照图1，本实用新型的实施例二为：

一种储能系统的水冷机组，在上述实施例一的基础上，在本实施例中，如图1所示，水循环回路还包括第一电磁阀8，自然水冷回路还包括第二电磁阀9。

其中，在本实施例中，第一电磁阀8设置在室内换热器5与水泵6之间的连通管路中，第二电磁阀9设置在室外换热器3与水泵6之间的连通管路中。

即在本实施例中，通过电磁阀控制压缩机1制冷循环和自然制冷循环的自由切换，使得“双冷源模式”彼此之间相对独立，互不干扰，进一步有效降低机组所需能耗。

同时，再如图1所示，本实施例中还包括第一双向膨胀阀10和气液分离器 11。

其中，第一双向膨胀阀10设置在换热回路中，且位于室外换热器3与室内换热器5连通的管路中，即第一双向膨胀阀10可实现压缩机1制冷模式和制热模式的切换，通过第一双向膨胀阀10控制换热回路中冷却剂的流向，从而适应电池簇的温度以实现控制换热回路是制冷循环回路还是制热循环回路，使整体机组满足制冷和制热功能于一体。

同时，如图1所示，气液分离器11设置在换热回路中，且位于压缩机1的进口与四通换向阀2的阀口连通的管路中，可用于对冷却剂进行水分过滤，确保进入压缩机1进口进行高温高压气体压缩的冷却剂的纯度，确保后续冷却剂与水的换热效果，同时也减轻了压缩机1的工作负荷以及进一步降低了机组所需的能耗。

另外，再如图1所示，本实施例中还包括风机12，风机12设置在室外换热器3的一侧。即室外换热器3增设风机12，能进一步实现对制冷模式的下室外换热器3对冷却剂的冷却。

请参照图1，本实用新型的实施例三为：

一种储能系统的水冷机组，在上述实施例一或实施例二的基础上，在本实施例中，如图1所示，还包括除湿机13和第二双向膨胀阀14。

其中，第二双向膨胀阀14的一端连通于室外换热器3和第一双向膨胀阀10 之间的管路中，另一端连接于除湿机13的一端；而除湿机13的另一端则连通于四通换向阀2与室内换热器5之间的管路中。

即在本实施例中，在制冷循环中农并联增加除湿机13和第二双向膨胀阀14，当机组内处于高温高湿环境和冷凝水产生的环境下时，可开启第二双向膨胀阀 14对经室外换热器3将要流入室内换热器5进行换热的冷却剂进行分流，由除湿机13对冷却剂进行蒸发吸热，以进一步实现对机组内环境的降温除湿。

同时再如图1所示，本实施例还包括截止阀15，截止阀15位于除湿机与四通换向阀2与室内换热器5之间的管路相连通的管路中，即截止阀15可控制除湿机13的除湿效率，即对需要进行除湿的冷却剂进行限流，确保在制冷模式下不会因为较多的冷却剂被分流至除湿机13处进行除湿而导致室内换热器5中与水进行换热的冷却剂的不足，影响换热效果，进而影响制冷效果。

综上所述，本实用新型提供的一种储能系统的水冷机组，具有以下有益效果：

1、集制冷和制热功能于一体，满足大功率制冷和制热的储能电池系统换热需求；

2、集成制冷循环和自然冷却的“双冷源模式”的制冷功能和热泵制热功能于一体，满足制冷及制热要求的同时，实现储能系统的低能耗、高安全性、产品匹配度高的集合式热管理。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种储能系统的水冷机组，其特征在于，包括压缩机、四通换向阀、室外换热器、自然冷盘管、室内换热器、水泵和膨胀水箱；

所述膨胀水箱、所述室内换热器和所述水泵依次通过管路连通构成水循环回路；

所述膨胀水箱、所述自然冷盘管和所述水泵依次通过管路连通构成自然水冷回路；

所述四通换向阀的四个阀口分别与所述室外换热器的一个端口、所述室内换热器的一个端口以及所述压缩机的进、出口连通，且所述压缩机、所述四通换向阀、所述室外换热器和所述室内换热器依次通过管路连通构成换热回路，所述换热回路内注有冷却剂。

2.根据权利要求1所述的一种储能系统的水冷机组，其特征在于，所述水循环回路还包括第一电磁阀，所述自然水冷回路还包括第二电磁阀；

所述第一电磁阀设置在所述室内换热器与所述水泵之间的连通管路中；

所述第二电磁阀设置在所述室外换热器与所述水泵之间的连通管路中。

3.根据权利要求1所述的一种储能系统的水冷机组，其特征在于，还包括第一双向膨胀阀；

所述第一双向膨胀阀设置在所述换热回路中，且位于所述室外换热器与所述室内换热器连通的管路中。

4.根据权利要求1所述的一种储能系统的水冷机组，其特征在于，还包括气液分离器；

所述气液分离器设置在所述换热回路中，且位于所述压缩机的进口与所述四通换向阀的阀口连通的管路中。

5.根据权利要求1所述的一种储能系统的水冷机组，其特征在于，所述压缩机为热泵型压缩机。

6.根据权利要求1所述的一种储能系统的水冷机组，其特征在于，所述室内换热器和所述室外换热器均为冷凝器和蒸发器一体的换热器。

7.根据权利要求1所述的一种储能系统的水冷机组，其特征在于，还包括风机；

所述风机设置在所述室外换热器的一侧。

8.根据权利要求3所述的一种储能系统的水冷机组，其特征在于，还包括除湿机和第二双向膨胀阀；

所述第二双向膨胀阀的一端连通于所述室外换热器和所述第一双向膨胀阀之间的管路中，另一端连接于所述除湿机的一端；

所述除湿机的另一端连通于所述四通换向阀与所述室内换热器之间的管路中。

9.根据权利要求8所述的一种储能系统的水冷机组，其特征在于，还包括截止阀；

所述截止阀位于所述除湿机与所述四通换向阀与所述室内换热器之间的管路相连通的管路中。

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