CN219607417U - 一种集中式控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及储能热管理技术领域，提出一种集中式控制系统，包括：制冷回路，其包括压缩机、冷凝器、风机、主节流元件、辅节流元件、蒸发器以及经济器；冷却液回路，其包括所述蒸发器、水泵、电池组热源以及PTC加热器；多个传感器，其布置在所述制冷回路以及所述冷却液回路上；以及中央控制模块，其与所述制冷回路、所述冷却液回路以及所述传感器连接，其中所述中央控制模块被配置为集成控制所述压缩机的驱动、所述水泵的驱动、所述风机的驱动、所述主节流元件和辅节流元件的驱动、所述传感器的通信以及所述PTC加热器的加热。

Description

一种集中式控制系统

技术领域

本实用新型总的来说涉及储能热管理技术领域。具体而言，本实用新型涉及一种集中式控制系统。

背景技术

热管理对于电化学储能来说是刚需，其对储能系统的性能、寿命、安全性都有显著影响。其中液冷热管理系统的换热能力较强，电芯温差可以做到3℃以内，相对于风冷热管理系统可以显著提升储能系统的寿命。目前液冷热管理系统所需的制冷量通常在100kW及以下，这种小冷量的制冷循环采用的压缩机通常为涡旋压缩机，然而涡旋压缩机需要使用油循环，这会降低压缩机和液冷热管理系统的可靠性。并且涡旋压缩机的轴承通常为接触式球轴承，容易产生磨损，其寿命通常会是液冷热管理系统寿命的瓶颈。此外涡旋压缩机的体积和质量通常较大，不利于提升储能系统的能量密度，尤其随着储能系统功率密度的增加、制冷量需求显著增加，涡旋压缩机这方面的劣势会更加显著。

实用新型内容

为至少部分解决现有技术中的上述问题，本实用新型提出一种集中式控制系统，包括：

制冷回路，其包括压缩机、冷凝器、风机、主节流元件、辅节流元件、蒸发器以及经济器；

冷却液回路，其包括所述蒸发器、水泵、电池组热源以及PTC加热器；

多个传感器，其布置在所述制冷回路以及所述冷却液回路上；以及

中央控制模块，其与所述制冷回路、所述冷却液回路以及所述传感器连接，其中所述中央控制模块被配置为集成控制所述压缩机的驱动、所述水泵的驱动、所述风机的驱动、所述主节流元件和辅节流元件的驱动、所述传感器的通信以及所述PTC加热器的加热。在本实用新型一个实施例中规定，所述压缩机为高速气浮离心压缩机，其中所述压缩机的转子系统包括：转子、推力盘、叶轮、径向轴承以及推力轴承；

其中所述径向轴承以及所述推力轴承为箔片式动压气浮轴承，所述转子被配置为旋转以将压缩机的主气路中的气体引至所述径向轴承以及所述推力轴承处形成气膜。

在本实用新型一个实施例中规定，主气路中的气体自所述转子的第一侧流入，流经所述径向轴承，并且流经布置在所述推力盘的第一侧和第二侧的推力轴承，并且自所述转子的第二侧流出；或者

主气路中的气体自所述转子的第一侧流入，流经布置在所述推力盘的第一侧和第二侧的推力轴承，并且流经所述径向轴承，并且自所述转子的第二侧流出。

在本实用新型一个实施例中规定，所述转子的第一侧和第二侧设置有第一推力盘以及第二推力盘，其中主气路中的气体自所述转子的第一侧流入，并且流经布置在所述第一推力盘的第二侧的推力轴承，并且流经所述径向轴承，并且流经布置在所述第二推力盘的第一侧的推力轴承，并且自所述转子的第二侧流出；或者

主气路中的气体自所述转子的第一侧流入，并且流经布置在所述第一推力盘的第一侧的推力轴承，并且流经所述径向轴承，并且流经布置在所述第二推力盘的第二侧的推力轴承，并且自所述转子的第二侧流出。

在本实用新型一个实施例中规定，所述压缩机包括单级叶轮，其中单个所述叶轮布置在所述转子的第一侧或者第二侧；或者

所述压缩机包括双级叶轮，其中两个所述叶轮分别布置在所述转子的第一侧和第二侧，或者两个所述叶轮布置在所述转子的第一侧或第二侧；或者

所述压缩机包括多级叶轮，其中多个所述叶轮布置在所述转子的第一侧和第二侧。

在本实用新型一个实施例中规定，所述叶轮为闭式叶轮，其中所述叶轮的轮盖侧设有密封结构。

在本实用新型一个实施例中规定，在所述制冷回路中，所述压缩机的出口与所述冷凝器的入口连接，所述压缩机的出口处设置排气温度传感器以及排气压力传感器；

所述冷凝器的出口与所述经济器的主路入口连接，所述冷凝器处设置风机；以及

所述经济器的主路出口与所述主节流元件的入口连接，所述主节流元件的出口与所述蒸发器的冷媒路的入口连接，并且所述蒸发器的冷媒路的出口与所述压缩机的入口连接，所述压缩机的入口处设置吸气压力传感器以及吸气温度传感器，所述蒸发器的冷媒路的入口处设置主路温度传感器以及主路压力传感器。

在本实用新型一个实施例中规定，在所述制冷回路中，所述辅节流元件的入口与所述主节流元件的入口处的连接管路连接，所述辅节流元件的出口与所述经济器的辅路入口连接，所述经济器的辅路出口与所述压缩机的补气入口连接，所述压缩机的补气入口处设置补气温度传感器以及补气压力传感器。

在本实用新型一个实施例中规定，在所述冷却液回路中，所述水泵的出口与所述蒸发器的冷却液侧入口连接，所述蒸发器的冷却液侧出口与所述PTC加热器的入口连接，所述PTC加热器的出口与所述电池组热源的入口连接，所述电池组热源的出口与所述水泵的入口连接，所述蒸发器的冷却液侧出口处设置水路出水温度传感器以及水路出水压力传感器。

本实用新型至少具有如下有益效果：

本实用新型使用高速气浮离心压缩机取代涡旋压缩机，用于储能液冷系统的制冷循环。所述离心压缩机由于使用气浮轴承，不需要使用油润滑，因此省去了回油管路，提升了压缩机与系统的可靠性。并且气浮轴承在工作时转轴不与轴承接触，而是靠气膜悬浮电机转子，相比于传统的接触式球轴承可以将轴承寿命提高至少1倍。此外在相同冷量下，基于高速永磁同步电机的离心压缩机的尺寸会比传统的涡旋压缩机小50％左右，质量可以减小90％左右，可以减小液冷热管理系统的体积，换而言之，同样尺寸的集装箱内可以布置更多的电池，有助于提升储能系统能量密度。随着储能系统制冷功率需求的增加，高速离心压缩机这方面的优势会更加显著。并且本实用新型提出针对使用所述气浮离心压缩机的储能热管理系统的集中式控制系统，可以精准控制储能热管理系统内各系统零部件合理高效地运转，更好地发挥储能热管理系统的性能，进而延长储能电池组的使用寿命。

附图说明

为进一步阐明本实用新型的各实施例中具有的及其它的优点和特征，将参考附图来呈现本实用新型的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本实用新型的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出了一个用于本实用新型的集中式控制系统的压缩机的转子系统示意图。

图2A-D示出了本实用新型一个实施例中压缩机的轴承的供气通道的示意图。

图3A-E示出了本实用新型一个实施例中压缩机的叶轮的布置级数的示意图。

图4示出了本实用新型一个实施例中一个集中式控制系统的框架示意图。

图5示出了本实用新型一个实施例中一个集中式控制系统的控制框架示意图。

具体实施方式

应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。

在本实用新型中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在…上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在…下或下方”，反之亦然。

在本实用新型中，各实施例仅仅旨在说明本实用新型的方案，而不应被理解为限制性的。

在本实用新型中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。

在此还应当指出，在本实用新型的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本实用新型的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。另外，除非另行说明，本实用新型的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。

在此还应当指出，在本实用新型的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推，在本实用新型中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。

另外，本实用新型的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。

下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本实用新型。

图1示出了一个用于本实用新型的集中式控制系统的压缩机的转子系统示意图。所述压缩机1可以是高速气浮离心压缩机，其转子系统可以包括转子101、推力盘102、叶轮103、径向轴承104以及推力轴承105，其中所述径向轴承104以及所述推力轴承105为箔片式动压气浮轴承，所述转子101旋转可以将压缩机的主气路中的气体引至所述径向轴承104以及所述推力轴承105处形成气膜，以实现气浮效果。

图2A-D示出了本实用新型一个实施例中压缩机1的轴承的供气通道的示意图。

如图2A所示，主气路中的气体可以自所述转子101的第一侧流入，气体可以首先流经所述径向轴承104，然后流经布置在所述推力盘102的第一侧和第二侧的推力轴承105，最后自所述转子101的第二侧流出。

如图2B所示，主气路中的气体可以自所述转子101的第一侧流入，气体可以首先流经布置在所述推力盘102的第一侧和第二侧的推力轴承105，然后流经所述径向轴承104，最后自所述转子101的第二侧流出。

如图2C所示，其中可以在所述转子101的第一侧和第二侧分别设置第一推力盘1021以及第二推力盘1022，主气路中的气体可以自所述转子101的第一侧流入，气体可以首先流经布置在所述第一推力盘1021的第二侧的推力轴承105，然后流经所述径向轴承104，然后流经布置在所述第二推力盘1022的第一侧的推力轴承105，最后自所述转子101的第二侧流出。

如图2D所示，主气路中的气体可以自所述转子101的第一侧流入，气体可以首先流经布置在所述第一推力盘1021的第一侧的推力轴承105，然后流经所述径向轴承104，然后流经布置在所述第二推力盘1022的第二侧的推力轴承105，最后自所述转子101的第二侧流出。

图3A-E示出了本实用新型一个实施例中压缩机1的叶轮103的布置级数的示意图。

如图3A和图3B所示，可以设置单级叶轮，其中所述叶轮103可以如图3A所示布置在所述转子101的第一侧，或者如图3B所示布置在所述转子101的第二侧。

如图3C和图3D所示，可以设置双级叶轮，其中可以如图3C所示将两个所述叶轮103分别布置在所述转子101的第一侧和第二侧，或者如图3D所示将两个所述叶轮103依次布置在所述转子101的第一侧。

如图3E所示，可以设置多级叶轮，其中可以如图3E所示将多个所述叶轮103分别布置在所述转子101的第一侧和第二侧。

图4示出了本实用新型一个实施例中一个集中式控制系统的框架示意图。该系统可以包括制冷回路和冷却液回路，如图4所示，其中所述制冷回路可以包括压缩机1、冷凝器4、主节流元件8、辅节流元件7、蒸发器9、经济器6、温度传感器以及压力传感器，所述冷却液回路可以蒸发器9、水泵16、电池组热源17、PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数)加热器20、温度传感器以及压力传感器。

所述压缩机1的出口与所述冷凝器4的入口连接，所述压缩机1的出口处设置排气温度传感器2以及排气压力传感器3。

所述冷凝器4的出口与所述经济器5的主路入口连接，所述冷凝器4处设置风机5。

所述经济器6的主路出口与所述主节流元件8的入口连接，所述主节流元件8的出口与所述蒸发器9的冷媒路的入口连接，并且所述蒸发器9的冷媒路的出口与所述压缩机1的入口连接。所述压缩机1的入口处设置吸气压力传感器10以及吸气温度传感器11。所述蒸发器9的冷媒路的入口处设置主路温度传感器14以及主路压力传感器15。

所述辅节流元件7的入口与所述主节流元件8的入口处的连接管路连接，所述辅节流元件7的出口与所述经济器6的辅路入口连接、所述经济器6的辅路出口与所述压缩机1的补气入口连接。所述压缩机1的补气入口处设置补气温度传感器12以及补气压力传感器13。

所述水泵16的出口与所述蒸发器9的冷却液侧入口连接，所述蒸发器9的冷却液侧出口与所述PTC加热器的入口连接、所述PTC加热器的出口与所述电池组热源17的入口连接、所述电池组热源17的出口与所述水泵16的入口连接。所述蒸发器9的冷却液侧出口处设置水路出水温度传感器18以及水路出水压力传感器19。

其中来自所述蒸发器9的低温低压制冷剂气体从所述压缩机1的吸气口进入所述压缩机1，通过所述叶轮103压缩做功进入压壳，并且经过排气口将高温高压的制冷剂气体排入所述冷凝器4中。

所述叶轮103为闭式叶轮，相较于传统的开式叶轮，闭式叶轮消除了叶尖间隙引起的叶片压力面到吸力面的二次流动，有效的提升了压缩机的气动效率。并且所述叶轮103的轮盖侧设置有密封结构，可显著降低叶轮出口到进口的回流效应，可进一步提升压缩机的效率。

在所述转子101旋转时，制冷剂气体可以通过图2A-D的其中之一所示的供气通道进入所述径向轴承104以及推力轴承105中，形成气膜支撑所述转子101高速旋转，所述转子101与所述径向轴承104和推力轴承105无接触，使得所述径向轴承104和推力轴承105几乎无磨损，机械损失及噪声都很小。相对于静压气浮轴承，本申请省略了外接的补气通道，简化了系统结构，提高了可靠性。

本申请中所述压缩机1的电机可以使用高速永磁同步电机，由于所述径向轴承104和推力轴承105在工作时为非接触式轴承，因此可以承受比传统的球轴承更高的转速。根据压缩机欧拉公式Δh＝U2Cu2-U1Cu1可知，同样做功能力的压缩机，转速越大、径向尺寸越小，因此可以提升压缩机的功率密度。

图5示出了本实用新型一个实施例中一个集中式控制系统的控制框架示意图。如图5所示，其中通过中央控制模块(CCU，Chiller Control Unit)501来对所述储能热管理系统进行集成控制。所述中央控制模块501被配置为控制所述压缩机1的驱动、所述水泵16的驱动、所述风机5的驱动、所述主节流元件8和辅节流元件7的驱动、各传感器通信、所述PTC加热器20的加热等。所述储能热管理系统的各部件与所述中央控制模块501的通信方式可以为下列各项的一项或者多项：

(PWM，Pulse Width Modulation)脉宽调制信号、(CAN，Controller AreaNetwork)控制器局域网总线信号、4-20mA信号、EIA-485信号以及0-10V信号。

在所述集中式控制系统工作过程中，制冷回路中的冷媒以高温高压的气体形式从所述压缩机1中排出，经过所述冷凝器4的冷凝形成高温高压的液体，经过所述主节流元件8形成低温低压的液体，并且经过所述蒸发器9形成低温低压的气体回到所述压缩机1。

在冷却液回路中冷却液经过所述蒸发器9与冷媒进行换热并流向所述电池组热源17处进行冷却散热，散热完成后再流向所述蒸发器9中进行换热降温。当所述电池组热源17需要加热时，则所述压缩机1停止工作，使所述PTC加热器进行工作为电池组进行供热。通过所述中央控制模块501可以对系统的各零部件进行有效科学的控制，以实现上述控制功能需求。

尽管上文描述了本实用新型的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本实用新型的精神和范围。因此，此处所公开的本实用新型的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (9)

1.一种集中式控制系统，其特征在于，包括：

制冷回路，其包括压缩机、冷凝器、风机、主节流元件、辅节流元件、蒸发器以及经济器；

冷却液回路，其包括所述蒸发器、水泵、电池组热源以及PTC加热器；

多个传感器，其布置在所述制冷回路以及所述冷却液回路上；以及

中央控制模块，其与所述制冷回路、所述冷却液回路以及所述传感器连接，其中所述中央控制模块被配置为集成控制所述压缩机的驱动、所述水泵的驱动、所述风机的驱动、所述主节流元件和辅节流元件的驱动、所述传感器的通信以及所述PTC加热器的加热。

2.根据权利要求1所述的集中式控制系统，其特征在于，所述压缩机为高速气浮离心压缩机，其中所述压缩机的转子系统包括：转子、推力盘、叶轮、径向轴承以及推力轴承；

其中所述径向轴承以及所述推力轴承为箔片式动压气浮轴承，所述转子被配置为旋转以将压缩机的主气路中的气体引至所述径向轴承以及所述推力轴承处形成气膜。

3.根据权利要求2所述的集中式控制系统，其特征在于，主气路中的气体自所述转子的第一侧流入，流经所述径向轴承，并且流经布置在所述推力盘的第一侧和第二侧的推力轴承，并且自所述转子的第二侧流出；或者

主气路中的气体自所述转子的第一侧流入，流经布置在所述推力盘的第一侧和第二侧的推力轴承，并且流经所述径向轴承，并且自所述转子的第二侧流出。

4.根据权利要求2所述的集中式控制系统，其特征在于，所述转子的第一侧和第二侧设置有第一推力盘以及第二推力盘，其中主气路中的气体自所述转子的第一侧流入，并且流经布置在所述第一推力盘的第二侧的推力轴承，并且流经所述径向轴承，并且流经布置在所述第二推力盘的第一侧的推力轴承，并且自所述转子的第二侧流出；或者

主气路中的气体自所述转子的第一侧流入，并且流经布置在所述第一推力盘的第一侧的推力轴承，并且流经所述径向轴承，并且流经布置在所述第二推力盘的第二侧的推力轴承，并且自所述转子的第二侧流出。

5.根据权利要求2所述的集中式控制系统，其特征在于，所述压缩机包括单级叶轮，其中单个所述叶轮布置在所述转子的第一侧或者第二侧；或者

所述压缩机包括双级叶轮，其中两个所述叶轮分别布置在所述转子的第一侧和第二侧，或者两个所述叶轮布置在所述转子的第一侧或第二侧；或者

所述压缩机包括多级叶轮，其中多个所述叶轮布置在所述转子的第一侧和第二侧。

6.根据权利要求5所述的集中式控制系统，其特征在于，所述叶轮为闭式叶轮，其中所述叶轮的轮盖侧设有密封结构。

7.根据权利要求1所述的集中式控制系统，其特征在于，在所述制冷回路中，所述压缩机的出口与所述冷凝器的入口连接，所述压缩机的出口处设置排气温度传感器以及排气压力传感器；

所述冷凝器的出口与所述经济器的主路入口连接，所述冷凝器处设置风机；以及

所述经济器的主路出口与所述主节流元件的入口连接，所述主节流元件的出口与所述蒸发器的冷媒路的入口连接，并且所述蒸发器的冷媒路的出口与所述压缩机的入口连接，所述压缩机的入口处设置吸气压力传感器以及吸气温度传感器，所述蒸发器的冷媒路的入口处设置主路温度传感器以及主路压力传感器。

8.根据权利要求7所述的集中式控制系统，其特征在于，在所述制冷回路中，所述辅节流元件的入口与所述主节流元件的入口处的连接管路连接，所述辅节流元件的出口与所述经济器的辅路入口连接，所述经济器的辅路出口与所述压缩机的补气入口连接，所述压缩机的补气入口处设置补气温度传感器以及补气压力传感器。

9.根据权利要求8所述的集中式控制系统，其特征在于，在所述冷却液回路中，所述水泵的出口与所述蒸发器的冷却液侧入口连接，所述蒸发器的冷却液侧出口与所述PTC加热器的入口连接，所述PTC加热器的出口与所述电池组热源的入口连接，所述电池组热源的出口与所述水泵的入口连接，所述蒸发器的冷却液侧出口处设置水路出水温度传感器以及水路出水压力传感器。