CN220963485U - 使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统，包括制冷剂冷却循环回路、水冷却循环回路、设置于电控箱内的电控模块散热板以及热管理控制器。电控模块散热板接入制冷剂冷却循环回路，对电控箱内的电控模块进行低温制冷换热、冷却风冷换热或者自然风冷换热；所述水冷却循环回路与电池组内部的冷却通道连接，通过在水冷却循环回路内循环流动的水介质与电池组进行热交换。本实用新型通过构建制冷剂冷却循环回路以及水冷却循环回路，并在电控箱内配置电控模块散热板，接入制冷剂循环，可在多个不同的模式下对电控箱和电池组散热，散热效率高，改善机组内通风效果，降低了系统热负荷，有利于整机性能释放和节能。

Description

使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统

技术领域

本实用新型涉及电化学储能系统技术领域，尤其是储能系统的热管理技术，具体而言涉及一种使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统。

背景技术

电化学储能系统主要由可重复充放电的电池组以及电控箱构成，电池组用于完成电能的存储和释放，电控箱则用于控制电池组的充放电过程。电控箱有着至关重要的地位，内部集成了AC/DC、DC/DC、DC/AC、PDU等关键的电控部件，保证电控箱的工作温度在合理的范围内对整个系统可靠性以及性能有着关键的作用。

针对电控箱散热管理，目前普遍使用电控箱散热片风冷散热，该散热方式的散热效率低，同时热量散发在机组内部，机组内热量高，增加了机组能耗，也降低了零部件的使用寿命。

实用新型内容

鉴于现有技术储能热管理系统中电控箱散热冷却存在的技术问题，本实用新型目的在于提供一种使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统，构建制冷剂冷却循环回路以及水冷却循环回路，可在多个不同的模式下对电控箱散热，散热效果好，散热效率高，并且可缩小电控箱散热片设计，电控箱体积可以做小，改善机组内通风效果，有利于整机性能释放和节能。

根据本实用新型目的的第一方面，提出一种使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统，包括制冷剂冷却循环回路、水冷却循环回路、设置于电控箱内的电控模块散热板以及热管理控制器；

所述热管理控制器用于控制制冷剂冷却循环回路以及水冷却循环回路的运行；

所述电控模块散热板接入制冷剂冷却循环回路，对电控箱内的电控模块进行低温制冷换热、冷却风扇吹风散热或者自然风冷换热；

所述水冷却循环回路与电池组内部的冷却通道连接，通过在水冷却循环回路内循环流动的水介质与电池组进行热交换。

作为可选的实施方式，所述水冷却循环回路包括主回路以及旁路；

所述主回路包括与电池组内部的冷却通道连接的冷却水出口与冷却水入口，以及在冷却水出口与冷却水入口之间依此通过管路连接的水泵、第一三通阀、电加热器以及板式换热器；

所述旁路包括在所述第一三通阀与冷却水入口之间设置的低温散热器；

所述热管理控制器通过控制所述第一三通阀，以切换所述主回路和/或旁路的循环运行。

作为可选的实施方式，所述第一三通阀为三通比例阀，所述热管理控制器通过控制所述第一三通阀的开度比例，以调节所述主回路和/或旁路中水介质的流量。

作为可选的实施方式，所述制冷剂冷却循环回路包括通过管路依此连接的压缩机、冷凝器、热力膨胀阀、板式换热器、电控模块散热板、气液分离器以及冷却风扇；冷却风扇用于对冷凝器散热；

所述压缩机运行产生的制冷剂气体流经所述冷凝器冷凝后变成制冷剂液体，流经所述热力膨胀阀进行膨胀降温后进入板式换热器，变成低温低压的气液混合物流过电控模块散热板，再流出至气液分离器后进入压缩机，形成制冷剂循环。

作为可选的实施方式，所述水冷却循环回路的主回路中，水介质流过板式换热器的第一换热通道；

所述制冷剂冷却循环回路中，经过膨胀降温后的制冷剂液体流过板式换热器的第二换热通道。

作为可选的实施方式，所述制冷剂冷却循环回路中还设置由压力开关，设置位于所述压缩机与冷凝器之间；

所述压力开关电连接至所述热管理控制器。

作为可选的实施方式，所述制冷剂冷却循环回路中，在冷凝器与热力膨胀阀之间设置有第一温度压力一体式传感器，用于检测冷凝的制冷剂液体的压力和温度；

所述电控模块散热板与气液分离器之间设置有第二温度压力一体式传感器，用于检测从电控模块散热板流出的气液混合物的压力和温度；

所述第一温度压力一体式传感器、第二温度压力一体式传感器分别与热管理控制器电连接。

作为可选的实施方式，所述冷却水入口的上游管路中设置有第二温度传感器，用于检测流入电池组的水介质的温度；

所述冷却水出口的下游管路中设置有膨胀水箱；在膨胀水箱与冷却水出口之间设置有第三温度传感器，用于检测从电池组流出的水介质的温度；

所述第二温度传感器、第三温度传感器分别电连接至所述热管理控制器。

作为可选的实施方式，所述储能热管理系统还设置有环境温度传感器，与所述热管理控制器电连接，用于检测环境温度。

由以上本实用新型的技术方案可见，本实用新型提出的使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统，在电控箱外部设置散热片的基础上，在电控箱的内部同时设置电控组件散热板对电控组件进行散热，并构建制冷剂冷却循环回路以及水冷却循环回路，将电控箱的内部的电控组件散热板接入制冷剂冷却循环回路中，通过控制系统对制冷剂冷却循环回路以及水冷却循环回路的控制，实现在多个不同的模式下对电控箱和电池组散热，散热效果好，散热效率高，并且可缩小电控箱的外部的散热片设计，电控箱体积可以做小，改善机组内通风效果，有利于整机性能释放和节能。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的实用新型主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的实用新型主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本实用新型教导的前述和其他方面、实施例和特征。本实用新型的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本实用新型教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例。

图1是根据本实用新型实施例的使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统的示意图，图示为压缩机和低温散热器同时降温模式。

图2是根据本实用新型实施例的使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统在压缩机单独制冷降温模式下的示意图。

图3是根据本实用新型实施例的使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统在低温散热器单独降温模式下的示意图。

图4是根据本实用新型实施例的使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统在电池组自循环均温模式下的示意图。

图5是根据本实用新型实施例的使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统在PTC单独加热模式下的示意图。

图6是根据本实用新型实施例的使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统在PTC加热和旁通低温散热器调温模式下的示意图。

具体实施方式

为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本实用新型所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本实用新型公开的一些方面可以单独使用，或者与本实用新型公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合附图1-6所示的实施例的使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统，包括制冷剂冷却循环回路、水冷却循环回路、设置于电控箱内的电控模块散热板206以及热管理控制器2000。热管理控制器2000可采用工业控制系统实现，用于控制制冷剂冷却循环回路以及水冷却循环回路的运行。

电控模块散热板206接入制冷剂冷却循环回路，对电控箱内的电控模块进行低温制冷换热、冷却分散吹风散热或者自然风冷换热。

水冷却循环回路与电池组1000内部的冷却通道连接，通过在水冷却循环回路内循环流动的水介质与电池组1000进行热交换。

结合图1所示，水冷却循环回路包括主回路以及旁路。

主回路包括与电池组1000内部的冷却通道连接的冷却水出口1001与冷却水入口1002，以及在冷却水出口1001与冷却水入口1002之间依此通过管路连接的水泵101、第一三通阀102、PTC电加热器103以及板式换热器110。

旁路包括在第一三通阀102与冷却水入口1002之间设置的低温散热器105。

结合图1所示，热管理控制器2000通过控制第一三通阀102，以切换主回路和/或旁路的循环运行。

作为可选的实施例，第一三通阀102为三通比例阀，热管理控制器2000通过控制第一三通阀102的开度比例，以调节主回路和/或旁路中水介质的流量，实现精确的冷却水介质浏览控制，精准控温。

作为可选的实施例，制冷剂冷却循环回路包括通过管路依此连接的压缩机201、冷凝器204、热力膨胀阀205、板式换热器110、电控模块散热板206、气液分离器207以及冷却风扇209；冷却风扇209用于对冷凝器204散热。

压缩机201运行产生的制冷剂气体流经冷凝器204冷凝后变成制冷剂液体，流经热力膨胀阀205进行膨胀降温后进入板式换热器110，变成低温低压的气液混合物流过电控模块散热板206，再流出至气液分离器207后进入压缩机201，形成制冷剂循环。

作为可选的实施例，水冷却循环回路的主回路中，水介质流过板式换热器110的第一换热通道。制冷剂冷却循环回路中，经过膨胀降温后的制冷剂液体流过板式换热器110的第二换热通道。

作为可选的实施例，制冷剂冷却循环回路中还设置由压力开关208，设置位于压缩机201与冷凝器204之间。压力开关208电连接至热管理控制器2000。

由此，可通过压力开关208起到保护压缩机201的作用，防止其运行时压力过高或者过低。当压力超过阈值范围，例如过高或者过低时，压力开关208关闭。

作为可选的实施例，制冷剂冷却循环回路中，在冷凝器204与热力膨胀阀205之间设置有第一温度压力一体式传感器PT1，用于检测冷凝的制冷剂液体的压力和温度。

电控模块散热板206与气液分离器207之间设置有第二温度压力一体式传感器PT2，用于检测从电控模块散热板206流出的气液混合物的压力和温度。

第一温度压力一体式传感器PT1、第二温度压力一体式传感器PT2分别与热管理控制器2000电连接。

作为可选的实施例，冷却水入口1002的上游管路中设置有第二温度传感器T2，用于检测流入电池组的水介质的温度。冷却水出口1001的下游管路中设置有膨胀水箱111；在膨胀水箱111与冷却水出口1001之间设置有第三温度传感器T3，用于检测从电池组流出的水介质的温度。第二温度传感器T2、第三温度传感器T3分别电连接至热管理控制器2000。

如图1，储能热管理系统还设置有环境温度传感器T1，与热管理控制器2000电连接，用于检测环境温度。

由此，结合图1-6所示的各个模式的运行，通过控制器100控制各个模式下的水冷却循环回路、制冷剂冷却循环回路的运行，切换和控制PTC电加热器、板式换热器110、电控模块散热板206以及低温散热器105的运行模式，控制水冷却循环回路中水介质的温度，以实现对电池组1000的热交换管理，以及控制制冷剂冷却循环回路中的制冷剂循环，能够以单独作用的方式流过电控组件散热板，对电控箱内的电控组件进行散热，或者控制以电控组件散热板单独自然冷却的方式对电控组件散热。

由此，在本实用新型的储能热管理系统中，电控箱在减小外部散热片的同时，在内部增加散热板作为液冷板，制冷剂经过热力膨胀阀与板式换热器热交换后，低温制冷剂再经过电控箱内的电控组件散热板，将电控箱内部的热量带走；在机组制冷模式时，按上述模式散热；制热模式时，由于外界气温较低电控模块靠自身散热片足以散热，无需内部液冷板散热。由此，既能够提高电控箱内部的散热效率和效果，减少内部热量堆积，提高零部件的寿命，减少记住能耗，同时还优化了机组内部通风效果，降低了系统热负荷，更节能，有利于整机性能释放和节能，延长机组的工作寿命。

结合图1-图6所示，我们将更加具体地阐述本实用新型的储能热管理系统在不同工作模式下的运行。

在图1-图6所示各个模式中，以实现表示回路工作，虚线为回路不工作。

{示例1}

压缩机单独制冷降温模式，应用场景为环境温度较高或者电池组需要较大降温的工况.

如图2所示，在模式下，通过控制第一三通阀102，断开水冷却循环回路的旁路，通过制冷剂冷却循环回路进行制冷降温，对电控箱内的电控模块以及电池组进行散热。

制冷剂循环侧：压缩机工作产生高温高压的制冷剂气体，流经冷凝器204，经过冷却风扇11冷却后，变成中温高压的液体，再流经热力膨胀阀205进行膨胀降温，变成低温低压的气液混合物，流过板式换热器110后流入电控模块散热板206，对电控模块进行换热，最后进入气液分离器9进行气液分离后，开始进入下一轮循环。

水循环侧：水泵101工作，水介质经第一三通阀102全部流过PTC电加热器103，PTC电加热器103不工作，然后经板式换热器110与低温制冷剂换热，水温降低，经由冷却水入口1002流入电池组1000进行热交换后，从冷却水出口1001流出，进入下一轮循环。

{示例2}

低温散热器单独降温模式，应用场景为环境温度较低工况。

结合图3所示，在该模式下，通过控制控制第一三通阀102，断开流向PTC电加热器的通路，并关闭整个制冷剂冷却循环回路，使得电控模块散热板206风冷降温。

如图3所示，水介质流经电池组1000、水泵101、第一三通阀102、低温散热器105形成一个水循环，冷却风扇209工作，对低温散热器105中流过的水介质降温，同时对电控箱内的电控模块散热板206吹风散热，利用了环境的低温对循环水和电控模块降温，无需压缩机启动，节能降耗。

{示例3}

压缩机和低温散热器同时降温模式，应用场景是环境温度中等且电池组降温需求中等的工况。

结合图1所示，是图2所示的压缩机单独制冷降温模式和图3所示的低温散热器单独降温模式的组合工况下的应用，在该模式下，水冷却循环回路和制冷剂冷却循环回路均处于工作运行状态。通过第一三通阀102对流经板式换热器110和低温散热器105的水流量进行比例调节，可降低压缩机工作负载，同时通过低温制冷剂对电控模块散热板206降温，中等环境温度亦对其风冷降温，实现对电池组和电控箱的高效降温散热。

{示例4}

电池组自循环均温模式，应用场景为电池组内部电芯温差较大需要温度均衡的场景。

结合图4所示，在该模式下，只有水泵101、第一三通阀102工作，从电池组1000出来的水介质不经过加热和降温直接流回电池组，对电池组的电芯进行均温。

应当理解，此模式工作时间不长，环境温度亦不高，故电控箱电控模块依靠自然风冷即可。应当理解，在该模式下，冷却风扇209被控制不启动。

{示例5}

PTC单独加热模式，应用场景为环境温度极低且电池组需要加热的工况。

如图5所示，水介质经第一三通阀102全部流入PTC电加热器103，PTC加热器103工作对水介质进行加热，加热后的水介质流回电池组1000，实现对电池组在低温环境下的加热。

在该模式下，制冷剂冷却循环回路均不工作，并且电控模块依靠自然风冷即可。

{示例6}

PTC加热和旁通低温散热器调温模式，应用场景为环境温度低、电池组加热需求较小的工况。

结合图6所示，第一三通阀102工作，冷却风扇209和制冷剂冷却循环回路不工作，对流经PTC电加热器103和低温散热器105的水介质流量进行比例调节，使一定流量的水经过PTC电加热器103进行加热，为电池组缓慢加热，达到节能的目的。

此场景下环境低温，电控模块依靠自然风冷即可。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统，其特征在于，包括制冷剂冷却循环回路、水冷却循环回路、设置于电控箱内的电控模块散热板（206）以及热管理控制器（2000）；

所述热管理控制器（2000）用于控制制冷剂冷却循环回路以及水冷却循环回路的运行；

所述电控模块散热板（206）接入制冷剂冷却循环回路，对电控箱内的电控模块进行低温制冷换热、冷却风冷换热或者自然风冷换热；

所述水冷却循环回路与电池组（1000）内部的冷却通道连接，通过在水冷却循环回路内循环流动的水介质与电池组（1000）进行热交换。

2.根据权利要求1所述的使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统，其特征在于，所述水冷却循环回路包括主回路以及旁路；

所述主回路包括与电池组（1000）内部的冷却通道连接的冷却水出口（1001）与冷却水入口（1002），以及在冷却水出口（1001）与冷却水入口（1002）之间依此通过管路连接的水泵（101）、第一三通阀（102）、PTC电加热器（103）以及板式换热器（110）；

所述旁路包括在所述第一三通阀（102）与冷却水入口（1002）之间设置的低温散热器（105）；

所述热管理控制器（2000）通过控制所述第一三通阀（102），以切换所述主回路和/或旁路的循环运行。

3.根据权利要求2所述的使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统，其特征在于，所述第一三通阀（102）为三通比例阀，所述热管理控制器（2000）通过控制所述第一三通阀（102）的开度比例，以调节所述主回路和/或旁路中水介质的流量。

4.根据权利要求2所述的使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统，其特征在于，所述制冷剂冷却循环回路包括通过管路依此连接的压缩机（201）、冷凝器（204）、热力膨胀阀（205）、板式换热器（110）、电控模块散热板（206）、气液分离器（207）以及冷却风扇（209）；冷却风扇（209）用于对冷凝器（204）散热；

所述压缩机（201）运行产生的制冷剂气体流经所述冷凝器（204）冷凝后变成制冷剂液体，流经所述热力膨胀阀（205）进行膨胀降温后进入板式换热器（110），变成低温低压的气液混合物流过电控模块散热板（206），再流出至气液分离器（207）后进入压缩机（201），形成制冷剂循环。

5.根据权利要求4所述的使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统，其特征在于，所述水冷却循环回路的主回路中，水介质流过板式换热器（110）的第一换热通道；

所述制冷剂冷却循环回路中，经过膨胀降温后的制冷剂液体流过板式换热器（110）的第二换热通道。

6.根据权利要求4所述的使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统，其特征在于，所述制冷剂冷却循环回路中还设置由压力开关（208），设置位于所述压缩机（201）与冷凝器（204）之间；

所述压力开关（208）电连接至所述热管理控制器（2000）。

7.根据权利要求4所述的使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统，其特征在于，所述制冷剂冷却循环回路中，在冷凝器（204）与热力膨胀阀（205）之间设置有第一温度压力一体式传感器（PT1），用于检测冷凝的制冷剂液体的压力和温度；

所述电控模块散热板（206）与气液分离器（207）之间设置有第二温度压力一体式传感器（PT2），用于检测从电控模块散热板（206）流出的气液混合物的压力和温度；

所述第一温度压力一体式传感器（PT1）、第二温度压力一体式传感器（PT2）分别与热管理控制器（2000）电连接。

8.根据权利要求2所述的使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统，其特征在于，所述冷却水入口（1002）的上游管路中设置有第二温度传感器（T2），用于检测流入电池组的水介质的温度；

所述冷却水出口（1001）的下游管路中设置有膨胀水箱（111）；在膨胀水箱（111）与冷却水出口（1001）之间设置有第三温度传感器（T3），用于检测从电池组流出的水介质的温度；

所述第二温度传感器（T2）、第三温度传感器（T3）分别电连接至所述热管理控制器（2000）。

9.根据权利要求1所述的使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统，其特征在于，所述储能热管理系统还设置有环境温度传感器（T1），与所述热管理控制器（2000）电连接，用于检测环境温度。

10.根据权利要求1所述的使用制冷剂为电控箱冷却的储能热管理系统，其特征在于，所述电控箱的外部设置有散热片。