CN218919051U - 一种侧置式储能电柜热管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种侧置式储能电柜热管理系统，包括冷凝芯体，冷凝芯体的外侧设置有散热风扇，且散热风扇朝向外壳的前端；包括压缩机、膨胀水箱、电子水泵和液体加热器以及冷却器、热力膨胀阀；冷凝芯体、压缩机、冷却器、热力膨胀阀、冷凝芯体形成冷媒回路；冷却器、电子水泵、电池包水冷板、液体加热器、冷却器，形成冷却液回路。本实用新型采用侧置式安装的方式，最大程度的减少储能电柜的空间占用，通过水泵使冷却液循环流动，在制冷系统运行的时候不断带走冷却液中的热量，给电池降温，保障电池正常充放电运行和持续的高功率输出。

Description

一种侧置式储能电柜热管理系统

技术领域

本实用新型涉及电池包热管理，具体是一种侧置式储能电柜热管理系统。

背景技术

在新能源技术快速发展的大背景下，如果能在风力发电、太阳能光伏发电等新能源发电设备中都配备有储能装置，将会更有效的利用电能。电池作为电化学储能的核心部件，具有较大的热失控风险，因此从安全性角度看，储能热管理极具重要性。储能行业处于全球碳中和背景下的爆发周期，储能热管理行业也将乘东风迎来高增长。目前储能热管理较为成熟的技术路线为风冷和液冷，其中风冷在目前储能系统中占主流，液冷方案在未来渗透率料将不断上升。

现有技术方案，采用风冷热管理机组对储能电柜进行温度调节，以保证电池的安全性并提高电池寿命。由于风冷技术的固有属性，暴露的缺点也很明确：

(1)空气比热容较小，换热效率低；

(2)换热不均匀，各个电池包甚至不同电芯之间温度差异大；

(3)对储能箱体的密封要求较高；

(4)采用风冷方式散热，单个电池包需要配备较大体积的散热片，整个储能电柜的总电池容量将会因此受限。

实用新型内容

为解决上述现有技术的缺陷，本实用新型提供一种侧置式储能电柜热管理系统，本实用新型采用侧置式安装的方式，最大程度的减少储能电柜的空间占用，通过水泵使冷却液循环流动，在制冷系统运行的时候不断带走冷却液中的热量，给电池降温，保障电池正常充放电运行和持续的高功率输出。

为实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案：一种侧置式储能电柜热管理系统，包括外壳，所述外壳的内部前端设置有冷凝芯体，所述冷凝芯体的外侧设置有散热风扇，且所述散热风扇朝向所述外壳的前端；所述外壳的内部下端设置有压缩机，所述外壳的内部后端设置有膨胀水箱，所述外壳的内部中部设置有电子水泵和液体加热器以及冷却器、热力膨胀阀；

所述冷凝芯体的通过冷媒管路连接于所述压缩机，所述压缩机通过冷媒管路连接于所述冷却器，所述冷却器通过冷媒管路连接于所述热力膨胀阀，所述热力膨胀阀通过冷媒管路连接于所述冷凝芯体；

所述冷却器通过冷却液管路连接于所述电子水泵，所述电子水泵连接于电池包水冷板，所述电池包水冷板通过冷却液管路连接于所述液体加热器，所述液体加热器通过冷却液管路连接于所述冷却器。

进一步地，所述外壳的内部上端设置有电气总成板。

进一步地，连接于所述电池包水冷板的两根冷却液管路均设置有水温传感器。

进一步地，所述外壳的前端设置有前盖、后端设置有后盖。

综上所述，本实用新型取得了以下技术效果：

本实用新型采用侧置式安装的方式，最大程度的减少储能电柜的空间占用，通过水泵使冷却液循环流动，在制冷系统运行的时候不断带走冷却液中的热量，给电池降温，保障电池正常充放电运行和持续的高功率输出；

本实用新型提升储能电柜电池容量和充放电功率、高可靠性、高适应性、快捷安装及加液、易维修。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种侧置式储能电柜热管理系统外部示意图；

图2是图1的内部示意图；

图3是本实用新型内部连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例：

如图1所示，一种侧置式储能电柜热管理系统，涉及一种侧置式储能电柜，包括外壳1，外壳1的前端设置有前盖101、后端设置有后盖102，前盖101位置为前端，后盖102位置为后端。

如图2所示是图1的内部示意图，外壳1的内部前端设置有冷凝芯体11，冷凝芯体11的外侧设置有散热风扇10，且散热风扇10朝向外壳1的前端；外壳1的内部下端设置有压缩机2，外壳1的内部后端设置有膨胀水箱8，外壳1的内部中部设置有电子水泵7和液体加热器6以及冷却器5、热力膨胀阀4。

本实用新型背部集成膨胀水箱8，搭配外部管路系统的除气装置，水路系统的冷却液加注及除气等步骤变得更加简单，系统进出水口采用与NW26快接头匹配的公头，水路的连接减少了工具的使用，大幅提升了安装效率。

本实用新型采用侧置安装的结构设计，能够在原来风冷系统的基础上做到最小的变动，不影响储能电柜的外观尺寸，狭长的结构最大程度的减少了电柜空间的利用。

其中，冷凝芯体11的通过冷媒管路13连接于压缩机2，压缩机2通过冷媒管路13连接于冷却器5，冷却器5通过冷媒管路13连接于热力膨胀阀4，热力膨胀阀4通过冷媒管路13连接于冷凝芯体11，形成冷媒回路。

其中，冷却器5通过冷却液管路14连接于电子水泵7，电子水泵7连接于电池包水冷板(未图示)，电池包水冷板通过冷却液管路14连接于液体加热器6，液体加热器6通过冷却液管路14连接于冷却器5，形成冷却液回路。

本实用新型采用液冷方案，可以舍弃原来的风道设计，对于不同电柜的适应性更强(使用环境－30～50℃)，而且对电柜的密封要求更低。由于采用液冷方案，一方面减少了风冷换热片体积(约50％)，另一方面可以选用更大能量密度的电池，整个储能电柜可以储备更多的电能，经济性能更高。

外壳1的内部上端设置有电气总成板12。本实用新型电器系统全部布置在机组顶部，发生电器故障可以快速拆盖维修或者更换，无需拆除机组，减少故障停机时长。

连接于电池包水冷板的两根冷却液管路14均设置有水温传感器9，用于检测电池包水冷板的进出液的温度，使得控制更加精准。

本实用新型的热管理系统通过压缩机压缩制冷剂来提供制冷剂回路的循环动力，通过水泵为防冻液回路提供循环动力。压缩机排出的高温高压气体通过冷凝器向外散发热量转换为高压低温液态，高压低温液态制冷剂通过热力膨胀阀节流降压，然后进入chiller冷却器5蒸发吸热，与电池包回路中的高温冷却液进行换热，从而实现电池包的降温。冬季给电池包的加热通过集成在水路上的PTC液体加热器来完成，由电池供电，机组内部控制器来调节加热功率，设计加热量2.5KW。

如图3所示是本实用新型的连接示意图，动态工作过程如下：

(1)制冷模式：压缩机开启，水路中的水泵开启，PTC加热器不开启。高温高压的制冷剂从压缩机中排出，进入冷凝器冷凝放热降温后，通过热力膨胀阀进行节流降压，然后进入chiller蒸发并与防冻液进行换热，制冷剂在板式蒸发器中吸热蒸发后流回压缩机吸气口，完成一个制冷循环。防冻液在板式蒸发器中冷却后进入动力电池散热器，对电池进行冷却，将热量带出，从而达到冷却电池的目的。通过温度变化速率作为判定条件，调节压缩机工作频率，使制冷量与电池发热量形成动态平衡，将冷却液温度维持在20±2℃，保证电池始终在最佳性能的温度下稳定运行，保障电池的使用寿命。

(2)制热模式：压缩机处于关闭状态，水泵、PTC加热器开启，冷却液经过PTC加热器加热后，进入动力电池散热器，加热电池，通过控制器调整PTC的加热功率。此模式适用于电池温度过低时，需要对电池进行加热的情况。

(3)自循环模式：压缩机、风机、PTC加热器处于关闭状态，水泵开启，使冷却液在动力电池散热器和机组中周而复始的循环流动，将电池包中的热量带出，此模式适用于电池充放电时负荷比较小的情况，如春、秋季。

(4)故障模式：系统的所有零部件处于关闭状态，此时，电池停止工作，不需要动力电池热管理机组，能够工作在合适的温度范围内。

本实用新型液冷技术是通过制冷系统对循环水降温，再通过液冷板直接冷却电池，具有载热量大，散热均匀、换热效率高等特点，适用于电池包能量密度高、充放电速度快、环境温度变化大场景，未来随着更多大功率储能项目落地，对液冷技术的需求将逐步增大。

本实用新型以50％乙二醇水溶液作为载冷剂，大幅提升换热量的同时也提高了换热效率，冷却系统的温度响应更快。

本实用新型50％乙二醇水溶液的比热容约为3.3KJ/Kg·K，带走相同的热量，冷却液的温升对比空气要更低，整个电池冷却系统的温度差别能控制在3℃以内，能够保证电池始终在适宜的温度范围内持续高功率输出，而且能保障储能机组的快充功能的实现。

本实用新型产品满足的国标：

GB/T21361－2017汽车用空调器；GB/T37123－2018汽车用电驱动空调器；GB/T2408－2008塑料燃烧性能的测定水平法和垂直法；GB/T18655－2010车辆、船和内燃机无线电强扰特性用于保护车载接收机的限值和测量方法；GB 18384－2020电动汽车安全要求第5部分：人员触电防护要求、电磁兼容要求、高压警告标记要求。本产品基于公司现有平台开发，全部采用车规级零部件，可靠性更强，寿命更长。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施方式而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种侧置式储能电柜热管理系统，其特征在于：包括外壳(1)，所述外壳(1)的内部前端设置有冷凝芯体(11)，所述冷凝芯体(11)的外侧设置有散热风扇(10)，且所述散热风扇(10)朝向所述外壳(1)的前端；所述外壳(1)的内部下端设置有压缩机(2)，所述外壳(1)的内部后端设置有膨胀水箱(8)，所述外壳(1)的内部中部设置有电子水泵(7)和液体加热器(6)以及冷却器(5)、热力膨胀阀(4)；

所述冷凝芯体(11)的通过冷媒管路(13)连接于所述压缩机(2)，所述压缩机(2)通过冷媒管路(13)连接于所述冷却器(5)，所述冷却器(5)通过冷媒管路(13)连接于所述热力膨胀阀(4)，所述热力膨胀阀(4)通过冷媒管路(13)连接于所述冷凝芯体(11)；

所述冷却器(5)通过冷却液管路(14)连接于所述电子水泵(7)，所述电子水泵(7)连接于电池包水冷板，所述电池包水冷板通过冷却液管路(14)连接于所述液体加热器(6)，所述液体加热器(6)通过冷却液管路(14)连接于所述冷却器(5)。

2.根据权利要求1所述的一种侧置式储能电柜热管理系统，其特征在于：所述外壳(1)的内部上端设置有电气总成板(12)。

3.根据权利要求1所述的一种侧置式储能电柜热管理系统，其特征在于：连接于所述电池包水冷板的两根冷却液管路(14)均设置有水温传感器(9)。

4.根据权利要求1所述的一种侧置式储能电柜热管理系统，其特征在于：所述外壳(1)的前端设置有前盖(101)、后端设置有后盖(102)。

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