CN223566722U - 一种热管理系统及储能集装箱 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种热管理系统及储能集装箱，热管理系统用于对储能系统中的多个电池进行换热，热管理系统包括冷媒回路及加热件，冷媒回路包括依次连接的压缩机、与环境换热的第一换热器、节流件以及与电池换热的第二换热器；加热件设置于第二换热器背离电池的一侧，和/或，加热件设置于电池背离第二换热器的一侧；其中，冷媒回路用于对电池冷却，冷媒回路和/或加热件用于对电池加热。如此设置，通过冷媒回路仅通过冷媒直接对电池换热，本申请中仅以冷媒作为换热介质，减少水等换热介质的设置，这样能够提升对电池的换热效率；且该热管理系统结构简单。

Description

一种热管理系统及储能集装箱

技术领域

本申请涉及电池的热管理技术领域，具体涉及一种热管理系统及储能集装箱。

背景技术

在电池领域中，电池对所处温度要求较高，需要通过热管理系统保证电池处于一定的温度范围内，在实现本申请的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下技术问题：现有技术通过将一定温度的水等介质持续与电池换热，以实现将电池控制在适宜温度，但上述热管理系换热效率低，尤其是温度极低时对电池的加热效率低。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供一种热管理系统，至少解决了热管理系统换热效率低，以及极低温环境下加热效率低的问题。本申请还提供一种包括上述热管理系统的储能集装箱。

为了达到上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种热管理系统，用于对储能系统中的多个电池进行换热，包括：

冷媒回路，所述冷媒回路包括依次连接的压缩机、与环境换热的第一换热器、节流件以及与所述电池换热的第二换热器；

加热件，所述加热件设置于所述第二换热器背离所述电池的一侧，和/或，所述加热件设置于所述电池背离所述第二换热器的一侧；

其中，所述冷媒回路用于对所述电池冷却，所述冷媒回路和/或所述加热件用于对所述电池加热。

可选的，冷媒回路还包括多通阀，所述多通阀包括与所述压缩机出口连接的第一接口、与所述第一换热器连接的第二接口、与所述压缩机进口连接的第三接口，以及与所述第二换热器的第四接口，且在不同模式下，所述第一接口、所述第二接口、所述第三接口和所述第四接口中的不同接口两两连通。

可选的，所述第二换热器并联的设置有多个，且每个所述第二换热器与相同的所述电池换热；所述冷媒回路还包括：

第一分配头，设置于所述节流件和所述第二换热器之间，所述第一分配头包括多个第一分接口，所述多个第一分接口分别连接并联的所述多个第二换热器；

第二分配头，设置于所述第二换热器和所述压缩机之间，所述第二分配头包括多个第二分接口，所述多个第二分接口分别连接并联的所述多个第二换热器。

可选的，所述第二换热器并联的设置有多个，且每个所述第二换热器与相同的所述电池换热；所述冷媒回路还包括：

第一分配头，设置于所述节流件和所述第二换热器之间，所述第一分配头包括多个第一分接口，所述多个第一分接口分别连接并联的所述多个第二换热器；

分歧管，设置于所述第二换热器和所述压缩机之间，分歧管设置有至少一个，且每个所述分歧管设置有至少两个第三连接口，所述第三连接口用于连接所述第二换热器和/或其余所述分歧管。

可选的，所述第二换热器与所述节流件之间设置第一通断阀，所述第二换热器和所述压缩机之间设置第二通断阀。

可选的，所述节流件为电子膨胀阀。

一种储能集装箱，包括上述任一项所述的热管理系统。

本申请提供的热管理系统，通过设置冷媒回路，冷媒回路包括压缩机、第一换热器、节流件以及第二换热器。其中，第一换热器用于与环境换热，第二换热器用于与电池换热，由于热泵系统的能效比会随着环境温度的降低而降低，尤其时在零下10摄氏度及以下时，热泵系统可能无法正常工作，在此通过将加热件设置于第二换热器背离电池的一侧，和/或，加热件设置于电池背离第二换热器的一侧，加热件能够对第二换热器加热以使位于第二换热器的冷媒温度升高，使热泵系统能够工作，再使冷媒回路对电池加热；和/或，在热泵系统无法工作时，也可以通过加热件直接加热电池，如此也能在热泵系统无法工作时实现对电池的加热。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实施例提供的热管理系统的结构示意图；

图2为热管理系统在冷却模式下的结构示意图；

图3为热管理系统在加热模式下的结构示意图；

图4为热管理系统在另一种实施方式下的结构示意图。

图1-图4中：

1-冷媒回路，2-加热件；

11-压缩机，12-第一换热器，13-节流件，14-第二换热器，15-多通阀，16-第一分配头，17-第二分配头，18-分歧管，19-第一通断阀，110-第二通断阀。

具体实施方式

本申请提供了一种热管理系统。本申请还提供一种包括上述热管理系统的储能集装箱。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1-图4所示，本申请实施例提供了一种热管理系统，热管理系统为储能集装箱的组成部分，用于对电池进行换热，也就是说热管理系统用于对电池冷却或加热以使电池处于适宜的工作温度。该热管理系统包括冷媒回路1及加热件2，冷媒回路1包括依次连接的压缩机11、与环境换热的第一换热器12、节流件13以及与电池换热的第二换热器14；加热件2设置于第二换热器14和/或电池上；其中，冷媒回路1用于对电池冷却，冷媒回路1和/或加热件2用于对电池加热。

具体的，当环境温度较高，且电池的温度高于预设值时，需要使用热管理系统冷却电池，请参见图2具体工作模式如下：首先，压缩机11工作将冷媒压缩为高温高压冷媒，高温高压冷媒流向第一换热器12，此时第一换热器12为冷凝器，高温高压冷媒在第一换热器12中与外界环境进行换热，高温高压冷媒变为中温高压冷媒；之后，从第一换热器12流出的中温高压冷媒流向节流件13，节流件13将中温高压冷媒节流为低温低压冷媒，低温低压冷媒流向第二换热器14；流经第二换热器14的低温低压冷媒与电池换热，将冷媒中的冷量传递至电池中，以实现对电池的冷却；再之后，从第二换热器14流出的温度升高的冷媒流回压缩机11，如此以完成一个对电池的冷却循环。当环境温度较低，且电池的温度低于预设值时，需要使用热管理系统冷却电池，请参见图2具体工作模式如下：首先，压缩机11工作将冷媒压缩为高温高压冷媒，高温高压冷媒流向第二换热器14；之后，流经第二换热器14的高温高压冷媒与电池换热，将冷媒的热量传递至电池中，以实现对电池的加热；再之后，从第二换热器14流出的冷媒流向节流件13，节流件13将冷媒节流为低温低压冷媒；再之后，低温低压冷媒流向第一换热器12，此时第一换热器12为蒸发器，低温低压冷媒在第一换热器12中与外界环境进行换热升温；之后，从第一换热器12流出的冷媒流回压缩机11，如此以完成一个对电池的加热循环。

需要说明的是，在使用热管理系统对电池加热时，当环境温度较低时，例如环境温度为零下10摄氏度至10摄氏度时，此时冷媒回路1能够正常工作，此时使用冷媒回路1对电池加热。当环境温度极低时，例如环境温度为零下10摄氏度及以下时，此时冷媒回路1无法正常工作，此时使用加热件2加热第二换热器14内的冷媒，使冷媒回路1内的冷媒温度升高，进而使冷媒回路1能够正常工作以加热电池；也可以通过加热件2直接加热电池直接实现对电池的加热。

还需要说明的是，在此不对加热件2的结构进行限定，示例性加热件2可以为包覆加热电阻丝的导热膜，通过对电阻丝通电使加热件2加热第二换热器14和/或电池，对电阻丝断电以结束加热件2对第二换热器14和/或电池的加热。

上述结构的热管理系统，通过设置冷媒回路1，冷媒回路1包括压缩机11、第一换热器12、节流件13以及第二换热器14。其中，第一换热器12用于与环境换热，第二换热器14用于与电池换热，并且冷媒在冷媒回路1中正向流动以对电池冷却，冷媒在冷媒回路1中逆向流动以对电池加热。如此设置，通过冷媒回路1仅通过冷媒直接对电池换热，本申请中仅以冷媒作为换热介质，减少水等换热介质的设置，这样能够提升对电池的换热效率；且该热管理系统结构简单。

此外，由于热泵系统的能效比会随着环境温度的降低而降低，尤其时在零下10摄氏度及以下时，热泵系统可能无法正常工作，在此通过在第二换热器14和/或电池上设置加热件2，加热件2能够直接对第二换热器14加热以使位于第二换热器14的冷媒温度升高，使热泵系统能够工作，再使冷媒回路1对电池加热；在热泵系统无法工作时，也可以通过加热件2直接加热电池，如此也能在热泵系统无法工作时实现对电池的加热。

在一些实施例中，冷媒回路1还包括多通阀15，多通阀15包括与压缩机11出口连接的第一接口(图1所示的a口)、与第一换热器12连接的第二接口(图1所示的b口)、与压缩机11进口连接的第三接口(图1所示的c口)，以及与第二换热器14的第四接口(图1所示的d口)，且在不同模式下，第一接口、第二接口、第三接口和第四接口中的不同接口两两连通。具体的，在冷却模式下，控制多通阀15的第一接口和第二接口连接并且控制多通阀15的第三接口和第四接口连接，如此设置，将从压缩机11出口流出高温高压冷媒导向第一换热器12，且将从第二换热器14流出的冷媒导向压缩机11进口。在加热模式下，控制多通阀15的第一接口和第四接口连接并控制多通阀15的第二接口和第三家口连接，如此设置，将从压缩机11出口流出的高温高压冷媒导向第二换热器14，且将从第一换热器12导出的冷媒导向压缩机11的进口。

需要说明的是，第一接口、第二接口、第三接口和第四接口中的不同接口两两连通，指的是上述四个接口中的任意两者均可以连通，并且其余两者也可以连通，以使冷媒回路1形成闭合回路。

还需要说明的是，多通阀15为四通阀，当然也可以为五通阀、六通阀等等。

此外，也可以不设置上述多通阀15，例如，压缩机11的出口通过并联的第一支路和第二支路分别连接第一换热器12和第二换热器14，压缩机11的进口通过并联的第三支路和第四支路连接第二换热器14，且在第一支路、第二支路、第三支路及第四支路中均设置调节阀，例如调节阀可以为单向阀和/或通断阀，如此也能实现对冷媒流通路径的调节，以使冷媒在冷媒回路1中正向流动以对电池冷却，冷媒在冷媒回路1中逆向流动以对电池加热。

这里，通过设置多通阀15能够便利的实现冷却模式和加热模式的切换，以在不同环境温度下保证电池均处于适宜温度。并且，通过设置冷媒换热器，能够在冷媒回路1在冷却模式下，冷媒换热器能够降低流向第二换热器14的冷媒的温度，进而提升冷媒回路1对电池的冷却效率；并且，冷媒回路1在加热模式下，冷媒换热器能够降低冷媒的过冷度，提升对电池加热时的均温性能。

在一些实施例中，将加热件2设置于第二换热器14背离电池的一侧，当环境温度极低时，此时冷媒回路1无法正常工作无法对电池加热，将加热件2打开使加热件2处于工作状态，加热件2通过电阻丝产生热量并将热量传递至第二换热器14中，加热第二换热器14中的冷媒，冷媒系统中冷媒温度逐步升温，以使冷媒回路1能够运行，之后再通过冷媒回路1对电池加热。如此设置，以使冷媒回路1和加热件2共同为电池加热，以在极低温时实现对电池加热。

此外，加热件2也可以设置于第二换热器14的其他位置，例如：加热件2设置于第二换热器14的周向侧面；加热件2还可以设置于第二换热器14和加热器之间，但此时需要保证加热器为导热件，且当冷媒回路1在极低温时无法对电池加热时，加热件2工作能够将热量分别传递至第二换热器14和电池，这样能够提升对电池的加热效率。需要说明的是，需要保证加热件2与第二换热器14导热连接即可。

在一些实施例中，将加热件2设置于电池背离第二换热器14的一侧，当环境温度极低时，此时冷媒回路1无法正常工作无法对电池加热，将加热件2打开使加热件2处于工作状态，加热件2通过电阻丝产生热量并将热量直接传递至电池，以直接实现对电池的加热。如此设置，能够直接且高效的实现对电池的加热，提高对电池的加热效率。

此外，加热件2也可以设置于第二换热器14的其他位置，例如：加热件2设置于电池的周向侧面；加热件2还可以设置于第二换热器14和加热器之间等等。需要说明的是，需要保证加热件2与电池导热连接即可。

在一些实施例中，请参见图4，第二换热器14并联的设置有多个，且每个第二换热器14与相同的电池换热。冷媒回路1还包括第一分配头16和第二分配头17；第一分配头16设置于节流件13和第二换热器14之间，第一分配头16包括多个第一分接口，多个第一分接口分别连接并联的多个第二换热器14；第二分配头17设置于第二换热器14和压缩机11之间，第二分配头17包括多个第二分接口，多个第二分接口分别连接并联的多个第二换热器14。具体的，冷媒回路1处于冷却模式下，冷媒通过第一分配头16的多个第一分接口流向并联的多个第二换热器14，之后从多个并联设置的多个第二换热器14流出的冷媒通过第二分配头17的第二分接口汇集并流回压缩机11；冷媒回路1处于加热模式下，冷媒通过第二分配头17的多个第二分接口流向并联设置的多个第二换热器14，之后从多个并联设置的多个第二换热器14流出的冷媒通过第一分配头16的第一分接口汇集并流向第一换热器12。如此设置，能够在冷却模式下通过第一分配头16将冷媒均匀的导向多个第二换热器14，且在加热模式下通过第二分配头17将冷媒均匀的导向多个第二换热器14，这样能够提升第二换热器14对与之对应的电池换热的均匀性，保证多个电池均处于适宜温度，避免不同电池温差过大。

在一些实施例中，请参阅图1至图3，第二换热器14并联的设置有多个，且每个第二换热器14与相同的电池换热。冷媒回路1还包括第一分配头16及分歧管18，第一分配头16设置于节流件13和第二换热器14之间，第一分配头16包括多个第一分接口，多个第一分接口分别连接并联的多个第二换热器14；分歧管18设置于第二换热器14和压缩机11之间，分歧管18设置有至少一个，且每个分歧管18设置有至少两个第三连接口，第三连接口用于连接第二换热器14和/或其余分歧管18。也就是说，并联设置的多个第二换热器14的一端通过第一分配头16与第一换热器12连接，并联设置的多个第二换热器14的另一端通过至少一个分歧管18与压缩机11连接。由于冷媒回路1在冷却模式下，从第一换热器12流向第二换热器14的冷媒为气液两相态，即冷媒为液态和气态混合状态，通过第一分配头16的多个第一分接口能够将冷媒均匀的导向并联的多个第二换热器14，能够将气液两相态的冷媒均匀的导向并联设置的多个第二换热器14中，以通过多个第二换热器14实现对电池的均匀加热。然而，在加热模式下，通过至少一个分歧管18进入第二换热器14的冷媒均为气态高温高压冷媒，则通过控制分歧管18连接的管的管径，以使流向并联的每个第二换热器14的压力相同，就能实现将冷媒均匀的流向并联的多个第二换热器14。如此设置，也能够提升第二换热器14对与之对应的电池换热的均匀性，保证多个电池均处于适宜温度，避免不同电池温差过大。

在一些实施例中，第二换热器14与节流件之间设置第一通断阀19，第二换热器14和压缩机11之间设置第二通断阀110。如此设置，当需要将处于工作状态的冷媒回路1停止时，需要将冷媒回路1中的冷媒逐步回收，这里通过对第一通断阀19和第二通断阀110的开闭进行调节，以使储液器对冷媒回路1中的冷媒逐步回收，避免在冷媒回路1的客户侧储存大量冷媒。

当然，也可以将上述第一通断阀19和第二通断阀110中的至少一者更换为电磁阀，如此设置能够通过控制器控制电磁阀的开闭实现对冷媒回路1通断的调节，且能够提升系统调节的便利性。

在一些实施例中，节流件13为电子膨胀阀。具体的，电子膨胀阀能够利用电信号精准控制开度、且高效实现开度调节的同时达到节能的效果，此外电子膨胀阀具有很强适应性能力，能够在不同环境下实现对开度的精准调节。

另外，节流件13还可以为电子膨胀阀或毛细管中的一种。

一种储能集装箱，包括上述任一项的热管理系统。由于储能集装箱包括上述热管理系统，所以储能集装箱由热管理系统带来的有益效果参见上述内容，在此不再赘述。

一种热管理系统的操作方法，适用于上述的热管理系统。由于热管理系统的操作方法适用于上述热管理系统，所以热管理系统的操作方法由热管理系统带来的有益效果参见上述内容，在此不再赘述。

热管理系统的操作方法包括以下步骤：

当环境温度较高需要对处于工作状态的电池冷却时，调节多通阀15使第一接口与第二接口连通并使第三接口与第四接口连通，并控制压缩机11启动以实现对电池冷却；

当电池处于非工作状态时，将热管理系统调节至待机模式。

具体的，当环境温度较高且电池处于工作状态，也就是说需要对电池进行冷却的场景下，此时冷媒回路1的控制器控制多通阀15的第一接口与第二接口连通，且控制第三接口与第四接口连通，以使压缩机11的出口与第一换热器12连接，且使第二换热器14与压缩机11的进口连接。之后启动压缩机11，压缩机11工作将冷媒压缩为高温高压冷媒，高温高压冷媒流向第一换热器12，此时第一换热器12为冷凝器，高温高压冷媒在第一换热器12中与外界环境进行换热，高温高压冷媒变为中温高压冷媒；之后，从第一换热器12流出的中温高压冷媒流向节流件13，节流件13将中温高压冷媒节流为低温低压冷媒，低温低压冷媒流向第二换热器14；流经第二换热器14的低温低压冷媒与电池换热，将冷媒中的冷量传递至电池中，以实现对电池的冷却；再之后，从第二换热器14流出的温度升高的冷媒流回压缩机11，如此以完成一个对电池的冷却循环，冷媒持续通过第二换热器14对电池降温。当电池处于非工作状态时，若此时热管理系统仍处于工作状态，流向第二换热器14的冷媒均为低温低压冷媒，则第二换热器14的表面会存在凝露结霜的风险，且对电池持续降温对电池影响较差；在此，当电池处于非工作状态时，将热管理系统调节至待机模式，这样不但能避免第二换热器14凝露结霜，又能保护电池，且待机状态热管理系统的功率更低，更节能。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

应当理解，本申请实施例描述中所用到的限定词“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”和“第六”仅用于更清楚的阐述技术方案，并不能用于限制本申请的保护范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (7)

1.一种热管理系统，其特征在于，用于对储能系统中的多个电池进行换热，包括：

冷媒回路，所述冷媒回路包括依次连接的压缩机、与环境换热的第一换热器、节流件以及与所述电池换热的第二换热器；

加热件，所述加热件设置于所述第二换热器背离所述电池的一侧，和/或，所述加热件设置于所述电池背离所述第二换热器的一侧；

其中，所述冷媒回路用于对所述电池冷却，所述冷媒回路和/或所述加热件用于对所述电池加热。

2.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述冷媒回路还包括多通阀，所述多通阀包括与所述压缩机出口连接的第一接口、与所述第一换热器连接的第二接口、与所述压缩机进口连接的第三接口，以及与所述第二换热器的第四接口，且在不同模式下，所述第一接口、所述第二接口、所述第三接口和所述第四接口中的不同接口两两连通。

3.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述第二换热器并联的设置有多个，且每个所述第二换热器与相同的所述电池换热；所述冷媒回路还包括：

第一分配头，设置于所述节流件和所述第二换热器之间，所述第一分配头包括多个第一分接口，所述多个第一分接口分别连接并联的所述多个第二换热器；

第二分配头，设置于所述第二换热器和所述压缩机之间，所述第二分配头包括多个第二分接口，所述多个第二分接口分别连接并联的所述多个第二换热器。

4.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述第二换热器并联的设置有多个，且每个所述第二换热器与相同的所述电池换热；所述冷媒回路还包括：

第一分配头，设置于所述节流件和所述第二换热器之间，所述第一分配头包括多个第一分接口，所述多个第一分接口分别连接并联的所述多个第二换热器；

分歧管，设置于所述第二换热器和所述压缩机之间，分歧管设置有至少一个，且每个所述分歧管设置有至少两个第三连接口，所述第三连接口用于连接所述第二换热器和/或其余所述分歧管。

5.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述第二换热器与所述节流件之间设置第一通断阀，所述第二换热器和所述压缩机之间设置第二通断阀。

6.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述节流件为电子膨胀阀。

7.一种储能集装箱，其特征在于，包括权利要求1-6中任一项所述的热管理系统。