CN220963486U - 电化学储能系统用的热管理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种电化学储能系统用的热管理系统,包括制冷剂冷却循环回路以及水冷却循环回路和控制器;水冷却循环回路与电池组以及电控箱连接实现热交换管理。水冷却循环回路包括主回路以及与主回路连接的旁路:主回路包括电加热器和板式水介质蒸发器。旁路包括低温散热器。制冷剂冷却循环回路包括依次连接的气液分离器、压缩机、冷凝器以及热力膨胀阀,热力膨胀阀与气液分离器分别接入板式水介质蒸发器的第二换热通道。本实用新型的热管理系统可运行在多种模式下,热交换部件以单独后组合工作的方式控制水介质温度,在流过电池组及电控箱时实现热交换,降低机组制热时的能耗,提高系统能效,并可通过比例阀进行精准水流量控制,精准控温。
Description
技术领域
本实用新型涉及电化学储能系统技术领域,尤其涉及电池温度控制技术,具体而言涉及一种电化学储能系统用的热管理系统。
背景技术
电化学储能的载体是电池系统,电池充放电过程中产生较大热量,影响电池的工作效率,同时会引起一系列安全问题,在冬季环境温度较低时,电池的温度过低则无法实现充电放电的功能,因此,在实际使用过程总需要对电池系统降温或加热,以保证电池的高效率、长寿命、安全的工作。目前现有储能热管理系统中普遍使用的电控箱为自然风冷式,存在散热效率低,而且散热能力有限,也影响电控箱性能,并且散发的废热能不能得到有效的循环利用。
储能热管理系统中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。目前的电化学储能系统中,电池系统降温、加热的热管理系统存在电控箱的散热性不足的问题,导致系统性能以及可靠性降低,甚至夏季和冬季等极端高低温情况下,会导致电控箱工作状态不稳定,影响系统的安全性能。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种电化学储能系统用的热管理系统,传统电控箱风冷式散热方式转变为集成至热管理系统的液体回路中进行综合热管理,热管理系统在制冷模式以及制热模式时均能对电控箱进行有效控温,且系统制热模式时也能充分利用电控箱工作时所散发的废热,降低机组制热时的能耗,提高系统能效。
根据本实用新型目的的第一方面,提出一种电化学储能系统用的热管理系统,包括制冷剂冷却循环回路以及水冷却循环回路以及用于控制所述制冷剂冷却循环回路以及水冷却循环回路运行的控制器;
所述水冷却循环回路与电化学储能系统的电池组以及电控箱连接,用于通过在水冷却循环回路内流动的水介质对电池组以及电控箱进行散热或者加热;
所述水冷却循环回路包括主回路以及与主回路连接的旁路:
-所述主回路包括通过管路依次连接的冷却水出口、水泵、第一三通阀、电加热器、第二三通阀以及冷却水入口,所述第二三通阀与电加热器分别接入板式水介质蒸发器的第一换热通道,形成主回路;所述冷却水入口与冷却水出口分别连通到电池组内部的散热通道;
-所述旁路包括连接在所述第一三通阀与第二三通阀之间的低温散热器,构成为旁路的散热部件;
所述制冷剂冷却循环回路包括通过管路依次连接的气液分离器、压缩机、冷凝器以及热力膨胀阀,所述热力膨胀阀与气液分离器分别接入板式水介质蒸发器的第二换热通道,形成制冷剂回路;
其中,所述板式水介质蒸发器以及冷凝器分别构成为所述水冷却循环回路的主回路与冷剂循环回路对应的热交换部件。
作为可选的实施方式,所述水泵与所述第一三通阀的入口连接,所述第一三通阀的第一出口通过管路连通道所述板式水介质蒸发器的第一换热通道的入口,所述板式水介质蒸发器的第一换热通道的出口与所述第二三通阀的入口连通;
所述第一三通阀的第二出口经由低温散热器连通到所述第二三通阀的入口,以在所述第一三通阀与所述第二三通阀之间构造出水冷却循环回路的旁路。
作为可选的实施方式,所述第二三通阀的第一出口与电控箱内部的散热通道入口连通,使得水介质能够进入电控箱内部,在电控箱内进行热交换,对电控箱散热,然后流过电控箱内部的散热通道出口与流经第二三通阀的第二出口的水介质汇合,再一起流向冷却水入口。
所述第二三通阀的第一出口与电控箱内部的散热通道入口连通,使得水介质能够进入电控箱内部,电控箱内部的散热通道出口与第二三通阀第二出口,并与冷却水入口连通。
作为可选的实施方式,所述水泵与冷却水出口之间设置有通过管路连接的膨胀水箱。
作为可选的实施方式,所述第一三通阀以及第二三通阀均为三通比例阀,均与所述控制器电性连接,并由所述控制器控制所述第一三通阀以及第二三通阀的开关以及开度比例。
作为可选的实施方式,在所述冷却水入口的上游管路设置有用于检测流入电池组的水介质的温度的第一温度传感器,以及用于检测流入电池组的水介质的压力的第一压力传感器;
在所述冷却水出口位置的下游管路设置有用于检测流出电池组的水介质的温度的第二温度传感器,以及用于检测流出电池组的水介质的压力的第二压力传感器;
所述第一温度传感器、第一压力传感器、第二温度传感器以及第二压力传感器分别电性连接至所述控制器。
作为可选的实施方式,所述压缩机与所述冷凝器之间的管路中设置有压力开关。
作为可选的实施方式,所述压缩机与所述冷凝器之间的管路中设置有第三压力传感器以及第三温度传感器,分别用于检测压缩机产生的制冷剂气体的压力与温度;
所述第三压力传感器以及第三温度传感器分别与所述控制器电性连接。
作为可选的实施方式,所述热管理系统还配置有环境温度传感器,用于所述环境温度;所述环境温度传感器与所述控制器电性连接。
作为可选的实施方式,所述控制器被设置用于控制所述板式水介质蒸发器、电加热器、低温散热器的运行模式,作为水冷却循环回路中水介质的加热或降温部件,以单独和组合工作的方式控制水冷却循环回路中水介质的温度,以在水介质流过电池组以及电控箱实现热交换。
由以上本实用新型实施例的电化学储能系统用的热管理系统,集成液冷电气元器件的方案,在系统制冷模式时通过比例调节三通阀将液冷回路连接到电控箱中,以达到散热降温的目的;在制热模式时,因电控箱工作时温度远大于热管理机组制热时水温,系统制热模式下不仅能够使电控箱工作温度保持在正常水平,也能对系统的制热量做到提升,实现节能和高能效利用率的目的。
本实用新型提出的电化学储能系统用的热管理系统,可实现多个模式下联合工作,通过控制板式水介质蒸发器、电加热器、低温散热器的运行模式,使其作为水冷却循环回路中水介质的加热或降温部件工作,以单独和组合工作的方式控制水冷却循环回路中水介质的温度,以在水介质流过电池组以及电控箱实现热交换。
本实用新型提出的电化学储能系统用的热管理系统,还通过三通阀比例调节通过电控箱的水流量,对换热介质水的比例进行准确控制,实现精准控温,不仅能够实现对电池组加热、散热的热管理,还可以实现对电控箱的热量的有效综合利用,减少系统的制热量,实现节能和高能效利用率。
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,其中:
图1是本实用新型实施例的电化学储能系统用的热管理系统的示意图,在该示例中表示了压缩机和低温散热器同时降温模式。
图2是本实用新型实施例的电化学储能系统用的热管理系统在压缩机单独制冷降温模式的示意图。
图3是本实用新型实施例的电化学储能系统用的热管理系统在低温散热器单独降温模式的示意图。
图4是本实用新型实施例的电化学储能系统用的热管理系统对电池组进行自循环均温或者通过PTC电加热器单独加热控温的示意图。
图5是是本实用新型实施例的电化学储能系统用的热管理系统对电池组通过电加热器加热和旁通低温散热器联合调温模式的示意图。
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。
结合图1-5所示的实施例的电化学储能系统用的热管理系统,包括制冷剂冷却循环回路以及水冷却循环回路以及控制器100。控制器100作为热管理控制器,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,实现热管理系统对电池组、电控箱的散热处理,以及对电池组的升温、均温处理。
水冷却循环回路与电化学储能系统的电池组1000以及电控箱2000连接,用于通过在水冷却循环回路内流动的水介质对电池组1000以及电控箱2000进行散热或者加热。
水冷却循环回路包括主回路以及与主回路连接的旁路。
结合图1所示,主回路包括通过管路依次连接的冷却水出口1001、水泵101、第一三通阀102、PC电加热器103、第二三通阀104以及冷却水入口1002,第二三通阀104与PC电加热器103分别接入板式水介质蒸发器110的第一换热通道,形成主回路。
结合图示,PC电加热器103与控制器100连接,用于对流过的水介质进行加热升温。
结合图示,冷却水入口1002与冷却水出口1001分别连通到电池组1000内部的散热通道。
结合图1所述,水冷却循环回路的旁路包括连接在第一三通阀102与第二三通阀104之间的低温散热器105,构成为旁路的散热部件。
结合图1所示,制冷剂冷却循环回路包括通过管路依次连接的气液分离器201、压缩机202、冷凝器204以及热力膨胀阀205,热力膨胀阀205与气液分离器201分别接入板式水介质蒸发器110的第二换热通道,形成制冷剂回路。
应当理解,在冷凝器204和低温散热器105所在的位置,配套地设置有冷却风扇209,可根据实际系统设计配置多个散热风扇209,对冷凝器进行吹风散热。
如图所述,压缩机202与冷凝器204之间的管路中设置有压力开关208。压力开关208可以连接到控制器100。
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。
应当理解,压缩机202采用商用的制冷剂压缩机202。
结合图1-5所示,在本实用新型的热管理系统的不同模式下,板式水介质蒸发器110以及冷凝器204分别构成为水冷却循环回路的主回路与冷剂循环回路对应的热交换部件。
结合图1-5所示的示例,水泵101与第一三通阀102的入口连接,第一三通阀102的第一出口通过管路连通道板式水介质蒸发器110的第一换热通道的入口,板式水介质蒸发器110的第一换热通道的出口与第二三通阀104的入口连通。
第一三通阀102的第二出口经由低温散热器105连通到第二三通阀104的入口,以在第一三通阀102与第二三通阀104之间构造出水冷却循环回路的旁路。
结合图1-5所示的示例,第二三通阀104的第一出口与电控箱2000内部的散热通道入口连通,使得水介质能够进入电控箱2000内部,在电控箱2000内进行热交换,对电控箱2000进行散热,然后流过电控箱2000内部的散热通道出口并与流经第二三通阀104的第二出口的水介质汇合,再一起流向冷却水入口1002。由此,实现对电控箱2000的散热。
结合图1所示,水泵101与冷却水出口1001之间设置有通过管路连接的膨胀水箱111。在膨胀水箱111与膨胀水箱111设置有截止阀112。
在该实施例中,在系统初始化第一次使用或系统缺水时,可通过打开截止阀11的阀口,从外部给系统补水。在该实施例中,水泵配置有单独供电口,可独立供电和控制启动。
结合图1-5所示的示例中,第一三通阀102以及第二三通阀104均为三通比例阀,均与控制器100电性连接,并由控制器100控制第一三通阀102以及第二三通阀104的开关以及开度比例。
例如,通过控制器控制第二三通阀104的第一出口的开度比例,从而控制流过电控箱2000的水介质,对换热液体的比例和流量进行准确控制,实现精准控温。
同理,通过开控制第一三通阀102的第一出口、第二出口的开度比例,均可实现对主回路以及旁路中的换热液体的比例和流量进行准确控制,实现精准控温。
结合图1所示,在冷却水入口1002的上游管路设置有用于检测流入电池组1000的水介质的温度的第一温度传感器T1,以及用于检测流入电池组1000的水介质的压力的第一压力传感器P1。
在冷却水出口1001位置的下游管路设置有用于检测流出电池组1000的水介质的温度的第二温度传感器2,以及用于检测流出电池组1000的水介质的压力的第二压力传感器P2。
其中,第一温度传感器1、第一压力传感器P1、第二温度传感器2以及第二压力传感器P2分别电性连接至控制器100。
结合图1所示,压缩机202与冷凝器204之间的管路中设置有第三压力传感器P3以及第三温度传感器3,分别用于检测压缩机202产生的制冷剂气体的压力与温度。第三压力传感器P3以及第三温度传感器3分别与控制器100电性连接。
结合图1,热管理系统还配置有环境温度传感器4,用于环境温度。该环境温度传感器4与控制器100电性连接。
结合图1-5所表示的各个模式的运行,控制器100被设置用于控制板式水介质蒸发器110、PC电加热器103、低温散热器105的运行模式,作为水冷却循环回路中水介质的加热或降温部件,以单独和组合工作的方式控制水冷却循环回路中水介质的温度,以在水介质流过电池组1000以及电控箱2000实现热交换。
结合图1-图5所示,我们将更加具体地阐述本实用新型的热管理系统在不同工作模式下的运行。在图1-图5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,对电池组和电控箱降温,典型的应用场景为储能系统环境温度较高或者电池组需要较大降温的工况。
在该模式下,控制器100通过控制第一三通阀102、第二三通阀104,将流经旁路的低温散热器105的水循环关闭。即,控制第一三通阀102的第二出口关闭,第一出口打开。
如图2所示的示例,制冷剂循环侧:制冷剂压缩机被控制启动和运行,产生高温高压的制冷剂气体,制冷剂气体流向冷凝器204。高温高压的制冷剂气体流经冷凝器204时,冷却风扇209工作,将高温高压的制冷剂降温后变为中温高压的制冷剂液体,通过热力膨胀阀膨胀、在板式水介质蒸发器110蒸发吸收水循环的热量后,变为过热制冷剂气体,再经气液分离器201后,再次进入压缩机202,构成制冷剂循环。
结合图1、图2所示,在气液分离器201之前的上游管路中,位于气液分离器201与板式水介质蒸发器110之间的管路中设置有用于检测所述过热制冷剂气体的压力的第四压力传感器P4。
水循环侧:水介质在板式水介质蒸发器110中降温后,经过第一三通阀104比例调节水流量,并将合适流量的降温后的水介质经过工作状态下的电控箱2000,对电控箱2000进行降温,最后流经电池组1000后,在与电控箱和电池组热交换后,水介质的温度升高,电池组1000的温度降低,然后再经水泵101泵送,流经第一三通阀102后,回到板式水介质蒸发器110,进行再次降温,循环工作以达到水温控制,实现对电控箱2000以及电池组1000降温的目的。
应当理解,在此过程中,控制器100控制PTC电加热器103不工作。
{示例2}
低温散热器105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,控制器100通过控制第一三通阀102、第二三通阀104,将流经板式水介质蒸发器110的水循环关闭,即关闭第一三通阀102的第一出口,打开第一三通阀102的第二出口。
控制器100还控制关闭制冷剂冷却循环回路。
如图3所示,水介质依次流经电池组1000、水泵101、第一三通阀102、低温散热器105、第二三通阀104,经由第二三通阀104的第一出口流入电控箱2000,在电控箱内进行热交换后流出电控箱,并与流经第二三通阀104的第二出口水介质汇合,再一起流入电池组1000。
其中,控制器100控制散热风扇16运行,将低温散热器105中的水介质降温,通过第二三通阀进行流量调节,使得水介质流过电控箱2000之后,流入电池组1000,然后经过水泵101泵送再次进入低温散热器105,形成水循环。
在该模式下,克服了压缩机不能低温工作的弊端,同时通过环境的空气带走低温散热器中的热量达到水温控制的目的,同时也减少和避免压缩机工作,达到节能的目的。
{示例3}
压缩机和低温散热器同时降温,应用场景为中低温工况。
结合图1所示的示意图,在该模式下,水循环的主回路、旁路以及制冷剂冷却循环回路均参与热管理运行,是图2所示的压缩机单独制冷降温模式和图3低温散热器单独降温模式的组合工况。
在该模式下,可通过控制器100控制第一三通阀102的开度比例,对流经板式水介质蒸发器和低温散热器的水流量进行比例调节,以最大限度的控制电控箱2000的温度,并对本需要降温的电池组1000的换热量做到最佳状态,温度精准控制的目的。
{示例4}
电池组自循环均温模式,应用场景为电池组内部温差较大需要温度均衡的场景。
在该模式下,控制器100控制关闭第一三通阀的第二出口,使得水冷却循环回路的旁路以及制冷剂冷却循环回路不参与运行。
如图4所示,在该模式下,只有水泵101、第一三通阀102、第二三通阀104工作,其他降温、加热部件均不工作。
在该模式下,PTC电加热器103被控制不运行。从电池组流出的水介质流回电池组,实现对电池组内部的温度均衡处理。
{示例5}
PTC单独加热模式,应用场景为环境温度极低压缩机不适宜工作且电池组需要加热的工况。
结合图4所示,在上述电池组自循环均温模式的基础上,控制器100控制PTC电加热器103运行,并对流过的水介质进行加热。
进一步地,通过第二三通阀流经电控箱2000的水介质同时能将电控箱2000的废热带进水冷却循环回路中,既对电控箱2000进行了降温,还提高了水介质的温度,降低PTC电加热器所需要产生的热量,即降低其工作功率,从而可以降低系统能耗,同时达到水侧和电池组的温升温控的目的。
{示例6}
PTC加热和旁通低温散热器调温模式。
如图5所示,在该模式下,控制器100控制制冷剂冷却循环回路不参与运行,并控制整个水冷却循环回路参与运行。
结合图5所示,控制第一三通阀工作,对低温散热器14、流经板式水介质蒸发器110和低温散热器105的水流量进行比例调节,使一定比例的水流量经过PTC加热器8进行加热,以达到温度精准控制的目的。
在该模式下,可通过控制器控制冷却风扇209不参与作。
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)
1.一种电化学储能系统用的热管理系统,其特征在于,包括制冷剂冷却循环回路以及水冷却循环回路以及用于控制所述制冷剂冷却循环回路以及水冷却循环回路运行的控制器(100);
所述水冷却循环回路与电化学储能系统的电池组(1000)以及电控箱(2000)连接,用于通过在水冷却循环回路内流动的水介质对电池组(1000)以及电控箱(2000)进行散热或者加热;
所述水冷却循环回路包括主回路以及与主回路连接的旁路:
-所述主回路包括通过管路依次连接的冷却水出口(1001)、水泵(101)、第一三通阀(102)、PTC电加热器(103)、第二三通阀(104)以及冷却水入口(1002),所述第二三通阀(104)与PTC电加热器(103)分别接入板式水介质蒸发器(110)的第一换热通道,形成主回路;所述冷却水入口(1002)与冷却水出口(1001)分别连通到电池组(1000)内部的散热通道;
-所述旁路包括连接在所述第一三通阀(102)与第二三通阀(104)之间的低温散热器(105),构成为旁路的散热部件;
所述制冷剂冷却循环回路包括通过管路依次连接的气液分离器(201)、压缩机(202))、冷凝器(204)以及热力膨胀阀(205),所述热力膨胀阀(205)与气液分离器(201)分别接入板式水介质蒸发器(110)的第二换热通道,形成制冷剂回路;
其中,所述板式水介质蒸发器(110)以及冷凝器(204)分别构成为所述水冷却循环回路的主回路与冷剂循环回路对应的热交换部件。
2.根据权利要求1所述的电化学储能系统用的热管理系统,其特征在于,所述水泵(101)与所述第一三通阀(102)的入口连接,所述第一三通阀(102)的第一出口通过管路连通道所述板式水介质蒸发器(110)的第一换热通道的入口,所述板式水介质蒸发器(110)的第一换热通道的出口与所述第二三通阀(104)的入口连通;
所述第一三通阀(102)的第二出口经由低温散热器(105)连通到所述第二三通阀(104)的入口,以在所述第一三通阀(102)与所述第二三通阀(104)之间构造出水冷却循环回路的旁路。
3.根据权利要求2所述的电化学储能系统用的热管理系统,其特征在于,所述第二三通阀(104)的第一出口与电控箱(2000)内部的散热通道入口连通,使得水介质能够进入电控箱(2000)内部,然后流过电控箱(2000)内部的散热通道出口与流经第二三通阀(104)第二出口的水介质汇合。
4.根据权利要求1所述的电化学储能系统用的热管理系统,其特征在于,所述水泵(101)与冷却水出口(1001)之间设置有通过管路连接的膨胀水箱(111)。
5.根据权利要求1所述的电化学储能系统用的热管理系统,其特征在于,所述第一三通阀(102)以及第二三通阀(104)均为三通比例阀,均与所述控制器(100)电性连接,并由所述控制器(100)控制所述第一三通阀(102)以及第二三通阀(104)的开关以及开度比例。
6.根据权利要求1所述的电化学储能系统用的热管理系统,其特征在于,在所述冷却水入口(1002)的上游管路设置有用于检测流入电池组(1000)的水介质的温度的第一温度传感器(T1),以及用于检测流入电池组(1000)的水介质的压力的第一压力传感器(P1);
在所述冷却水出口(1001)位置的下游管路设置有用于检测流出电池组(1000)的水介质的温度的第二温度传感器(T2),以及用于检测流出电池组(1000)的水介质的压力的第二压力传感器(P2);
所述第一温度传感器(T1)、第一压力传感器(P1)、第二温度传感器(T2)以及第二压力传感器(P2)分别电性连接至所述控制器(100)。
7.根据权利要求1所述的电化学储能系统用的热管理系统,其特征在于,所述压缩机(202)与所述冷凝器(204)之间的管路中设置有压力开关(208)。
8.根据权利要求1所述的电化学储能系统用的热管理系统,其特征在于,所述压缩机(202)与所述冷凝器(204)之间的管路中设置有第三压力传感器(P3)以及第三温度传感器(T3),分别用于检测压缩机(202)产生的制冷剂气体的压力与温度;
所述第三压力传感器(P3)以及第三温度传感器(T3)分别与所述控制器(100)电性连接。
9.根据权利要求1所述的电化学储能系统用的热管理系统,其特征在于,所述热管理系统还配置有环境温度传感器(T4),用于所述环境温度;
所述环境温度传感器(T4)与所述控制器(100)电性连接。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的电化学储能系统用的热管理系统,其特征在于,所述控制器(100)被设置用于控制所述板式水介质蒸发器(110)、PTC电加热器(103)、低温散热器(105)的运行模式,作为水冷却循环回路中水介质的加热或降温部件,以单独和组合工作的方式控制水冷却循环回路中水介质的温度,以在水介质流过电池组(1000)以及电控箱(2000)实现热交换。
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