RU2747065C1 - Thermal regulation system for battery energy storage - Google Patents
Thermal regulation system for battery energy storage Download PDFInfo
- Publication number
- RU2747065C1 RU2747065C1 RU2020122602A RU2020122602A RU2747065C1 RU 2747065 C1 RU2747065 C1 RU 2747065C1 RU 2020122602 A RU2020122602 A RU 2020122602A RU 2020122602 A RU2020122602 A RU 2020122602A RU 2747065 C1 RU2747065 C1 RU 2747065C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coolant
- heat exchanger
- battery
- line
- energy storage
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
Abstract
Description
Изобретение относится к области разработки и эксплуатации аккумуляторных накопителей энергии для нужд электроэнергетики и может применяться для охлаждения или нагрева аккумуляторной батареи и полупроводниковых модулей силовой электроники накопителя энергии.The invention relates to the field of development and operation of battery energy storage devices for the needs of the electric power industry and can be used to cool or heat a storage battery and semiconductor modules of power electronics of an energy storage device.
Аккумуляторные накопители энергии применяются в большом числе областей техники в качестве источников бесперебойного питания, поэтому к ним предъявляют высокие требования по надежности и отказоустойчивости. В качестве аккумуляторных батарей таких устройств могут использоваться различные типы аккумуляторов, такие как свинцово-кислотные и никель-кадмиевые, однако одними из наиболее перспективных типов на данный момент являются литиевые и, в том числе литий-ионные, литий-полимерные и литий-железо-фосфатные аккумуляторы. Опыт эксплуатации литий-ионных аккумуляторов показывает, что наибольший ресурс аккумуляторной батареи достигается при ее эксплуатации в узком диапазоне температур от 10 до 25°С. При этом заряд аккумуляторной батареи должен проводиться при температуре не ниже 0°С.Accumulator energy storage devices are used in a large number of areas of technology as uninterruptible power supplies, therefore high requirements for reliability and fault tolerance are imposed on them. Various types of batteries, such as lead-acid and nickel-cadmium, can be used as rechargeable batteries for such devices, however, one of the most promising types at the moment are lithium, including lithium-ion, lithium-polymer and lithium-iron. phosphate accumulators. The experience of operating lithium-ion batteries shows that the longest battery life is achieved when operating in a narrow temperature range from 10 to 25 ° C. In this case, the battery should be charged at a temperature not lower than 0 ° C.
Передача электроэнергии между аккумуляторной батареей и сетью переменного тока осуществляется благодаря силовым полупроводниковым устройствам, таким как преобразователи напряжения постоянного и переменного тока. В процессе работы в полупроводниковых устройствах возникают потери энергии, приводящие к их нагреву. Не допускается превышение температуры полупроводниковых модулей выше максимально допустимой температуры порядка 95°С.Electricity is transmitted between the battery and the AC mains through power semiconductor devices such as AC and DC voltage converters. During operation, energy losses occur in semiconductor devices, leading to their heating. The temperature of semiconductor modules is not allowed to exceed the maximum allowable temperature of about 95 ° C.
Регулирования температуры аккумуляторной батареи и полупроводниковых модулей может осуществляться системой терморегулирования, позволяющей отвести излишки тепла во внешнюю среду, а также обеспечить подогрев аккумуляторной батареи при эксплуатации на холоде. Последнее особенно важно для обеспечения экономичной и безопасной эксплуатации аккумуляторного накопителя энергии в холодных климатических зонах при температурах ниже нуля градусов Цельсия.Temperature control of the battery and semiconductor modules can be carried out by a thermal control system that allows excess heat to be removed to the external environment, as well as to provide heating of the battery during operation in the cold. The latter is especially important for ensuring the economical and safe operation of the storage battery in cold climatic zones at temperatures below zero degrees Celsius.
Поэтому с целью увеличения срока службы аккумуляторной батареи и полупроводниковых модулей в составе накопителя энергии необходимо применение эффективных систем терморегулирования, позволяющих расширить диапазон температур и климатических условий эксплуатации аккумуляторных накопителей энергии.Therefore, in order to increase the service life of a storage battery and semiconductor modules as part of an energy storage device, it is necessary to use effective thermal control systems that make it possible to expand the range of temperatures and climatic conditions of operation of storage energy storage devices.
Данная система позволяет регулировать температуру аккумуляторной батареи и полупроводниковых модулей силовой электроники накопителя энергии, в случае их изменения от окружающей среды в различных режимах работы накопителя энергии, таких как заряд, разряд и хранение аккумуляторной батареи в заряженном состоянии, с целью сохранения работоспособности и увеличения срока службы аккумуляторной батареи и полупроводниковых модулей силовой электроники накопителя энергии.This system allows you to regulate the temperature of the storage battery and semiconductor modules of the power electronics of the energy storage, in the event of their change from the environment in various modes of operation of the energy storage, such as charging, discharging and storing the battery in a charged state, in order to maintain operability and increase the service life storage battery and semiconductor modules of the power electronics of the energy storage.
Из уровня техники известна модульная система терморегулирования состояния тяговых аккумуляторных батарей (RU 174819 U1, 03.11.2017). Указанная модульная система терморегулирования состояния тяговых аккумуляторных батарей содержит теплообменники, установленные внутри контейнеров аккумуляторной батареи, охлаждающе-подогревающий теплообменник, теплообменник ускоренного подогрева, радиатор, обдуваемый с помощью электровентилятора. Циркуляцию охлаждающей жидкости в системе осуществляет циркуляционный насос переменной производительности с электроприводом, который соединен с напорным трубопроводом. Изменение направления потока охлаждающей жидкости осуществляет распределитель с электроуправлением. Теплообменник конструктивно расположен внутри воздуховода климатической системы поддержания микроклимата внутри салона. Была решена задача повышения эффективности работы системы охлаждения тяговых батарей.A modular system for thermoregulation of the state of traction batteries is known from the prior art (RU 174819 U1, 03.11.2017). The specified modular system for thermoregulation of the state of the traction batteries contains heat exchangers installed inside the containers of the storage battery, a cooling-heating heat exchanger, an accelerated heating heat exchanger, a radiator blown by an electric fan. The circulation of the coolant in the system is carried out by an electrically driven variable displacement pump, which is connected to the pressure pipe. The direction of flow of the coolant is changed by an electrically controlled valve. The heat exchanger is structurally located inside the air duct of the climate control system for maintaining the microclimate inside the passenger compartment. The task of increasing the efficiency of the traction battery cooling system was solved.
К недостаткам представленной системы следует отнести то, что для ее функционирования необходимо использование предварительно охлажденного или подогретого климатической установкой воздуха, предназначенного для поддержания микроклимата внутри салона транспортного средства, или потока наружного воздуха. В том числе она не предназначена для охлаждения полупроводниковых модулей силовой электроники в составе аккумуляторного накопителя энергии. Кроме того, данная система за счет своей конструкции обладает невысокой эффективностью надежностьюThe disadvantages of the presented system include the fact that for its operation it is necessary to use air pre-cooled or heated by the climatic installation, designed to maintain the microclimate inside the vehicle, or the flow of outside air. In addition, it is not intended for cooling semiconductor modules of power electronics as part of a battery energy storage. In addition, this system, due to its design, has a low efficiency and reliability.
Из уровня техники известна установка для размещения аккумуляторной батареи с системой подогрева (RU 190391 U1, 01.07.2019). Указанная установка выполнена в виде трубки подогрева охлаждающей жидкости и содержит неподвижный корпус, в котором размещен фальшподдон и поддон. Корпус крепится к раме при помощи болтового соединения. Для удержания фальшподдона от опрокидывания установлены кронштейны. Трубка подогрева охлаждающей жидкости одним концом связана с трубопроводом подачи теплоносителя в двигатель, а другим - с трубопроводом отвода охлаждающего теплоносителя от двигателя в подогреватель. Трубка подогрева охлаждающей жидкости размещена в фальшподдоне и закреплена на его стенках через кронштейны при помощи болтового соединения. Для удобства демонтажа трубка подогрева охлаждающей жидкости интегрирована через патрубки. Поддон выполнен выдвижным. На выдвижном поддоне установлена аккумуляторная батарея, которая фиксируется с помощью кронштейна и рамки крепления.From the prior art, an installation for placing a storage battery with a heating system is known (RU 190391 U1, 01.07.2019). The specified installation is made in the form of a tube for heating the coolant and contains a stationary body, which houses a false pallet and a pallet. The body is bolted to the frame. Brackets are installed to keep the false pallet from tipping over. The tube for heating the coolant is connected at one end with the pipeline for supplying the coolant to the engine, and at the other end with the pipeline for removing the coolant from the engine to the heater. The coolant heating tube is located in the false pallet and fixed to its walls through the brackets using a bolted connection. For ease of dismantling, the coolant heating pipe is integrated through the pipes. The pallet is retractable. A storage battery is installed on the slide-out tray, which is fixed with a bracket and a mounting frame.
Выполнение поддона выдвижным под установку аккумуляторной батареи позволяет снизить трудоемкость при техобслуживании и замены аккумуляторной батареи в случае ее неисправности, тем самым в целом повысить и эксплуатационную технологичность.Making the pallet retractable for the installation of the storage battery allows to reduce the labor intensity during maintenance and replacement of the storage battery in the event of a malfunction, thereby, in general, to increase the operational manufacturability.
К недостаткам представленной установки следует отнести:The disadvantages of the presented installation include:
- отсутствие возможности отключения аккумуляторной батареи от системы подогрева в случае чрезмерного нагрева аккумуляторной батареи;- inability to disconnect the battery from the heating system in case of excessive heating of the battery;
- отсутствие возможности охлаждения аккумуляторной батареи и силовых полупроводниковых устройств, так как охлаждающая жидкость постоянно циркулирует от подогревателя через двигатель в системе охлаждения по трубке подогрева, которые нагревают аккумуляторные батареи за счет теплоотдачи от охлаждающей жидкости, нагревающейся при поездках автомобиля и во время работы подогревателя;- the inability to cool the battery and power semiconductor devices, since the coolant is constantly circulating from the heater through the engine in the cooling system through the heating tube, which heat the batteries due to heat transfer from the coolant that heats up during vehicle trips and during the operation of the heater;
- отсутствие возможности регулирования температуры аккумуляторной батареи из-за отсутствия возможности управления температурой охлаждающей жидкости, используемой для нагрева аккумуляторной батареи.- the inability to regulate the temperature of the storage battery due to the inability to control the temperature of the coolant used to heat the storage battery.
Из уровня техники известна зарядная станция для электрических транспортных средств (RU 2520616 С1, 27.06.2014), в которой применяется система охлаждения. Указанная охлаждающая система основывается на работе воздуха или жидкости и включает систему теплового насоса или теплообменную систему, чтобы отводить тепло от силовых преобразователей или нагревать системы внутри кондиционируемой комнаты, если температура падает ниже определенного порога. Охлаждающая система может быть вентилятором, который вдувает или выдувает воздух кондиционируемой комнаты. Также охлаждающая система может быть двухкомпонентной системой, такой как система теплового насоса. Тепло может быть выделено из силовых преобразователей или комнаты, и может передаваться (например, с помощью жидкости или воздуха) ко второй части охлаждающей системы, находящейся снаружи относительно кондиционируемой комнаты. Такая вторая часть системы служит для того, чтобы совершать теплообмен с наружным окружающим пространством.A charging station for electric vehicles is known from the prior art (RU 2520616 C1, 06/27/2014), which uses a cooling system. Said cooling system relies on air or liquid operation and includes a heat pump or heat exchange system to remove heat from power converters or heat systems inside an air-conditioned room if the temperature falls below a certain threshold. The cooling system can be a fan that blows in or out the air in an air-conditioned room. Also, the cooling system can be a two-piece system such as a heat pump system. Heat can be generated from the power converters or the room, and can be transferred (for example, by liquid or air) to the second part of the cooling system, which is located outside of the air-conditioned room. This second part of the system serves to exchange heat with the outside environment.
К недостаткам представленной системы охлаждения следует отнести то, что охлаждение силовых преобразователей или нагрев систем внутри кондиционируемых комнат осуществляется за счет кондиционирования всего помещения с оборудованием и не позволяет проводить терморегулирование аккумуляторной батареи или силовых преобразователей независимо друг от друга.The disadvantages of the presented cooling system include the fact that the cooling of the power converters or the heating of the systems inside the air-conditioned rooms is carried out due to the air conditioning of the entire room with the equipment and does not allow thermal regulation of the battery or power converters independently of each other.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения является система охлаждения, применяемая в гибридных устройствах накопления энергии для станций быстрой зарядки электромобилей (статья "Hybrid Energy Storage Devices for Rapid Charge Stations of Electric Vehicles", N.A. Khripach, F.A. Shustrov, V.G. Chirkin, I.A. Papkin, R.V. Stukolkin, опубликованная в Мае 2019 г., "International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering (IJITEE)", найдено в интернет: https://www.ijitee.org/wp-content/uploads/papers/v8i7/G5817058719.pdf).The closest analogue (prototype) of the present invention is a cooling system used in hybrid energy storage devices for fast charging stations for electric vehicles (article "Hybrid Energy Storage Devices for Rapid Charge Stations of Electric Vehicles", NA Khripach, FA Shustrov, VG Chirkin, IA Papkin , RV Stukolkin, published May 2019, "International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering (IJITEE)", found online: https://www.ijitee.org/wp-content/uploads/papers/v8i7/G5817058719 .pdf).
Указанная система охлаждения имеет вентиляторы охлаждения и охлаждающие плиты, которые подключены к контуру жидкостного охлаждения. Вентиляторы служат для организации принудительной циркуляции воздуха для отвода тепла из отсека аккумуляторных батарей, отсека суперконденсаторов и силовой электроники. Жидкостное охлаждение служит для эффективного охлаждения полупроводниковых ключей двунаправленного инвертора, преобразователя напряжения аккумуляторов и преобразователя напряжения суперконденсаторов.This cooling system has cooling fans and cooling plates that are connected to a liquid cooling loop. The fans are used to organize forced air circulation to remove heat from the battery compartment, supercapacitor compartment and power electronics. Liquid cooling is used to effectively cool the semiconductor switches of the bidirectional inverter, battery voltage converter and supercapacitor voltage converter.
К недостаткам указанной системы охлаждения следует отнести:The disadvantages of this cooling system include:
- один контур жидкостного охлаждения, используемый для охлаждения полупроводниковых модулей, что не позволяет проводить терморегулирование аккумуляторного накопителя энергии вне зависимости от температуры окружающей среды;- one liquid cooling circuit used to cool semiconductor modules, which does not allow thermal regulation of the storage energy storage regardless of the ambient temperature;
- нет возможности подогрева аккумуляторной батареи при низкой температуре аккумуляторной батареи или при низкой температуре окружающего воздуха из-за того, что охлаждение производится окружающим воздухом без применения теплообменников (то есть кондиционирования);- there is no possibility of heating the battery at a low temperature of the battery or at a low temperature of the ambient air due to the fact that the cooling is carried out by the ambient air without the use of heat exchangers (that is, air conditioning);
- при отрицательной температуре окружающей среды при обдуве нагретых частей в составе накопителя энергии на них будет происходить конденсация влаги из воздуха, что приведет к коррозии и выходу из строя этих элементов и всего накопителя.- at a negative ambient temperature, when the heated parts are blown in as part of the energy storage device, moisture condensation from the air will occur on them, which will lead to corrosion and failure of these elements and the entire storage device.
Таким образом указанная система обладает недостаточной надежностью.Thus, the specified system has insufficient reliability.
Задача, решаемая изобретением, направлена на разработку системы терморегулирования для аккумуляторного накопителя энергии, включающего аккумуляторную батарею и полупроводниковые модули силовой электроники, способной обеспечивать оптимальный тепловой режим в широком диапазоне температур эксплуатации, позволяющей повысить надежность и увеличить срок службы аккумуляторного накопителя энергии.The problem solved by the invention is aimed at developing a thermal control system for a storage battery, including a storage battery and semiconductor modules of power electronics, capable of providing optimal thermal conditions in a wide range of operating temperatures, which improves the reliability and extends the service life of the storage battery.
Технический результат заключается в повышении надежности аккумуляторного накопителя энергии, включающего аккумуляторную батарею и полупроводниковые модули силовой электроники, при расширении диапазона температур окружающей среды.The technical result consists in increasing the reliability of the storage battery of energy, including the storage battery and semiconductor modules of power electronics, while expanding the range of ambient temperatures.
Технический результат достигается тем, что система терморегулирования для аккумуляторного накопителя энергии, включающая в себя магистраль контура жидкостного охлаждения, подключенную к плитам охлаждения, вентилятор охлаждения аккумуляторной батареи, блок управления, причем в зависимости от окружающей температуры воздуха и режима эксплуатации накопителя энергии, система терморегулирования будет работать в одном из трех режимов работы, при этом система включает в себя магистраль контура движения теплоносителя, соединяющая между собой теплообменник, компрессор, сжимающий и нагревающий теплоноситель внутри магистрали контура движения теплоносителя, четырехходовой реверсивный клапан, изменяющий направление движения теплоносителя внутри магистрали контура движения теплоносителя, датчик температуры теплоносителя, осуществляющий измерение температуры теплоносителя внутри магистрали контура движения теплоносителя в точке между теплообменником и четырехходовым реверсивным клапаном, датчик давления теплоносителя, осуществляющий измерение давления теплоносителя внутри магистрали контура движения теплоносителя в точке между теплообменником и четырехходовым реверсивным клапаном, внешний теплообменник, осуществляющий теплообмен между теплоносителем контура движения теплоносителя и окружающим воздухом, продуваемым через внешний теплообменник вентилятором внешнего теплообменника, выполненным с регулировкой частоты вращения исключающий пульсации давления хладагента, терморегулирующий вентиль, регулирующий подачу теплоносителя контура движения теплоносителя, также включает в себя теплообменник, гидравлически связанный с магистралью контура жидкостного охлаждения и с магистралью контура движения теплоносителя, причем магистраль контура жидкостного охлаждения соединяет между собой теплообменник, расширительный бак, предназначенный для компенсации давления в контуре жидкостного охлаждения при нагреве охлаждающей жидкости и предотвращения образования воздушных пробок в магистрали контура жидкостного охлаждения в результате охлаждения и сжатия охлаждающей жидкости, насос, служащий для перемещения охлаждающей жидкости по магистрали контура жидкостного охлаждения, нагревательный элемент, предназначенный для нагрева охлаждающей жидкости контура жидкостного охлаждения, радиатор аккумуляторной батареи, датчик температуры охлаждающей жидкости, расположенный на выходе радиатора аккумуляторной батареи, три плиты охлаждения полупроводниковых модулей, отводящие тепло от полупроводниковых модулей к охлаждающей жидкости контура жидкостного охлаждения, датчик температуры охлаждающей жидкости, расположенный на выходе плит охлаждения полупроводниковых модулей, вентиль, перекрывающий циркуляцию охлаждающей жидкости к плитам охлаждения полупроводниковых модулей, вентиль, перекрывающий циркуляцию охлаждающей жидкости к теплообменнику, причем блок управления имеет электрическое подключение к насосу, вентилям, перекрывающему циркуляцию охлаждающей жидкости к плитам охлаждения полупроводниковых модулей и перекрывающему циркуляцию охлаждающей жидкости к теплообменнику, вентилятору радиатора аккумуляторной батареи, компрессору, четырехходовому регулирующему клапану, вентилятору внешнего теплообменника и терморегулирующему вентилю, для управления ими, а также электрическое подключение к датчикам температуры охлаждающей жидкости, датчику температуры теплоносителя и датчика давления теплоносителя, для считывания сигналов с этих датчиков, причем первый режим работы системы терморегулирования заключается в осуществлении преднагрева аккумуляторной батареи до нуля градусов Цельсия в момент, когда средняя температура аккумуляторной батареи по датчикам температуры воздуха составляет менее нуля градусов Цельсия, а средняя температура охлаждающей жидкости, измеренная посредством датчика температуры охлаждающей жидкости, составляет менее 30 градусов Цельсия, причем второй режим работы системы терморегулирования заключается в осуществлении охлаждения полупроводниковых модулей силовой электроники до температуры не выше чем 95 градусов Цельсия в момент, когда средняя температура аккумуляторной батареи по датчикам температуры воздуха находится в диапазоне от нуля до 30 градусов Цельсия и средняя температура охлаждающей жидкости, измеренная по датчику температуры охлаждающей жидкости, превышает 30 градусов Цельсия, причем третий режим работы системы терморегулирования заключается в осуществлении охлаждения аккумуляторной батареи до 30 градусов Цельсия и полупроводниковых модулей силовой электроники до температуры не выше, чем 95 градусов Цельсия в момент, когда средняя температура аккумуляторной батареи по датчикам температуры воздуха составляет более 30 градусов Цельсия и средняя температура охлаждающей жидкости, измеренная по датчику температуры охлаждающей жидкости не превышает 30 градусов Цельсия.The technical result is achieved by the fact that a thermal control system for a battery energy storage device, which includes a liquid cooling circuit line connected to the cooling plates, a battery cooling fan, a control unit, and depending on the ambient air temperature and the operating mode of the energy storage device, the thermal control system will be operate in one of three operating modes, while the system includes a line of the coolant movement circuit connecting a heat exchanger, a compressor compressing and heating the coolant inside the line of the coolant movement circuit, a four-way reversing valve that changes the direction of movement of the coolant inside the line of the coolant movement circuit, coolant temperature sensor that measures the coolant temperature inside the line of the coolant flow loop at the point between the heat exchanger and the four-way reversing valve, pressure sensor coolant, which measures the coolant pressure inside the line of the coolant movement loop at the point between the heat exchanger and the four-way reversing valve, an external heat exchanger that carries out heat exchange between the coolant of the coolant movement loop and the ambient air blown through the external heat exchanger by the external heat exchanger fan, made with speed control, eliminating pulsations refrigerant pressure, a thermostatic valve that regulates the supply of the coolant to the coolant movement circuit, also includes a heat exchanger hydraulically connected to the liquid cooling circuit line and to the coolant circuit line, and the liquid cooling circuit line connects a heat exchanger, an expansion tank designed to compensate for pressure in the liquid cooling circuit when the coolant is heated and preventing the formation of air locks in the circuit line liquid cooling as a result of cooling and compression of the coolant, a pump for moving the coolant along the line of the liquid cooling circuit, a heating element for heating the coolant of the liquid cooling circuit, a battery radiator, a coolant temperature sensor located at the outlet of the battery radiator , three cooling plates for semiconductor modules, transferring heat from the semiconductor modules to the coolant of the liquid cooling circuit, a coolant temperature sensor located at the outlet of the cooling plates for semiconductor modules, a valve that blocks the circulation of the coolant to the cooling plates of semiconductor modules, a valve that blocks the circulation of the coolant to the heat exchanger, and the control unit has an electrical connection to the pump, valves, shutting off the circulation of the coolant to the semiconductor cooling plates modules and shutting off the coolant circulation to the heat exchanger, battery radiator fan, compressor, four-way control valve, external heat exchanger fan and thermostatic expansion valve, to control them, as well as electrical connection to coolant temperature sensors, coolant temperature sensor and coolant pressure sensor, to read signals from these sensors, and the first mode of operation of the thermal control system is to preheat the battery to zero degrees Celsius at the moment when the average temperature of the battery according to the air temperature sensors is less than zero degrees Celsius, and the average temperature of the coolant measured by the sensor the coolant temperature is less than 30 degrees Celsius, and the second mode of operation of the thermal control system is to cool the semiconductor modules of the power electronics to a temperature not higher than 95 degrees Celsius at the time when the average temperature of the battery according to the air temperature sensors is in the range from zero to 30 degrees Celsius and the average temperature of the coolant measured according to the temperature sensor of the coolant exceeds 30 degrees Celsius, with the third the mode of operation of the thermal control system is to cool the battery to 30 degrees Celsius and semiconductor modules of power electronics to a temperature not higher than 95 degrees Celsius at the moment when the average temperature of the battery according to the air temperature sensors is more than 30 degrees Celsius and the average temperature of the coolant measured by the coolant temperature sensor does not exceed 30 degrees Celsius.
Система терморегулирования для аккумуляторного накопителя энергии имеет следующие дополнительные отличия:The thermoregulation system for the battery energy storage system has the following additional differences:
- вентилятор аккумуляторной батареи выполнен с регулировкой частоты вращения для изменения интенсивности охлаждения и нагрева аккумуляторной батареи;- battery fan is made with speed control to change the intensity of cooling and heating of the battery;
- блок управления имеет промышленный канал связи для передачи информации о состоянии системы и ее элементов блоку управления накопителем энергии.- the control unit has an industrial communication channel for transmitting information about the state of the system and its elements to the control unit of the energy storage.
Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором представлена схема системы терморегулирования для аккумуляторного накопителя энергии (фиг. 1).The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of a thermal control system for a battery energy storage (Fig. 1).
Система терморегулирования для аккумуляторного накопителя энергии включает в себя теплообменник 1, контур жидкостного охлаждения, образованный магистралью 2, контур движения теплоносителя, образованный магистралью 3, блок управления 4, вентилятор аккумуляторной батареи 5 и вентилятор внешнего теплообменника 6.The thermal control system for the accumulator energy storage includes a
Теплообменник 1, связанный гидравлически с магистралью контура жидкостного охлаждения 2 и с магистралью контура движения теплоносителя 3, предназначен для передачи тепла между этими магистралями.
Магистраль контура жидкостного охлаждения 2 соединяет между собой теплообменник 1, расширительный бак 7, насос 8, нагревательный элемент 9, радиатор аккумуляторной батареи 10, датчик температуры охлаждающей жидкости 11, расположенный на выходе радиатора аккумуляторной батареи, три плиты охлаждения полупроводниковых модулей 12 для полупроводниковых модулей 13, датчик температуры охлаждающей жидкости 14, расположенный на выходе плит охлаждения полупроводниковых модулей 12, вентиль 15, перекрывающий циркуляцию охлаждающей жидкости к плитам охлаждения полупроводниковых модулей, вентиль 16, перекрывающий циркуляцию охлаждающей жидкости к теплообменнику.The line of the
Расширительный бак 7 предназначен для компенсации давления в контуре жидкостного охлаждения при нагреве охлаждающей жидкости и предотвращения образования воздушных пробок в магистрали контура жидкостного охлаждения 2 в результате охлаждения и сжатия охлаждающей жидкости.The
Насос 8 служит для перемещения охлаждающей жидкости по магистрали контура жидкостного охлаждения 2.
Нагревательный элемент 9 предназначен для нагрева охлаждающей жидкости контура жидкостного охлаждения.
Радиатор аккумуляторной батареи 10 предназначен для осуществления теплообмена между охлаждающей жидкостью контура жидкостного охлаждения и воздухом, продуваемым через него вентилятором радиатора аккумуляторный батареи 5, направленным на аккумуляторную батарею 17 для обеспечения необходимого температурного режима посредством нагрева и охлаждения.The radiator of the
Датчик температуры охлаждающей жидкости 11 осуществляет измерение температуры охлаждающей жидкости контура жидкостного охлаждения на выходе радиатора аккумуляторной батареи 10.The
Плиты охлаждения полупроводниковых модулей 12 служат для отвода тепла от полупроводниковых модулей 13 к охлаждающей жидкости контура жидкостного охлаждения.The cooling plates of the
Датчик температуры охлаждающей жидкости 14 осуществляет измерение температуры охлаждающей жидкости на выходе плит охлаждения полупроводниковых модулей 12.The
Вентиль 15 осуществляет отключение циркуляции охлаждающей жидкости контура жидкостного охлаждения через нагревательный элемент 9 и радиатор аккумуляторной батареи 10.The
Вентиль 16 осуществляет отключение циркуляции охлаждающей жидкости контура жидкостного охлаждения через плиты охлаждения полупроводниковых модулей 12.The
Магистраль контура движения теплоносителя 3 соединяет между собой теплообменник 1, компрессор 18, датчик температуры теплоносителя 19 и датчик давления теплоносителя 20, четырехходовой реверсивный клапан 21, внешний теплообменник 22, терморегулирующий вентиль 23.The line of the
Компрессор 18 служит для сжатия и нагрева теплоносителя внутри магистрали контура движения теплоносителя 3.
Датчик температуры теплоносителя 19 осуществляет измерение температуры теплоносителя внутри магистрали контура движения теплоносителя 3 в точке между теплообменником 1 и четырехходовой реверсивным клапаном 21.The
Датчик давления теплоносителя 20 осуществляет измерение давления теплоносителя внутри магистрали контура движения теплоносителя 3 в точке между теплообменником 1 и четырехходовым реверсивным клапаном 21.The
Четырехходовой реверсивный клапан 21 предназначен для изменения направления движения теплоносителя внутри магистрали контура движения теплоносителя 3.The four-
Внешний теплообменник 22 служит для осуществления теплообмена между теплоносителем контура движения теплоносителя и окружающим воздухом, продуваемым через внешний теплообменник 22 вентилятором внешнего теплообменника 7.The
Вентилятор теплообменника 7 выполнен с регулировкой частоты вращения для осуществления плавного выхода системы охлаждения на рабочий режим, исключая пульсации давления хладагента.The fan of the
Терморегулирующий вентиль 23 предназначен для регулирования подачи теплоносителя контура движения теплоносителя для обеспечения условий его испарения.
Блок управления 4 имеет электрическое подключение к насосу 8, вентилям 15, 16, вентилятору аккумуляторной батареи 5, компрессору 18, четырехходовому регулирующему клапану 21, вентилятору внешнего теплообменника 6 и терморегулирующему вентилю 23, для управления ими, а также электрическое подключение к датчикам температуры охлаждающей жидкости 11, 14, датчику температуры теплоносителя 19 и датчика давления теплоносителя 20, для считывания сигналов с этих датчиков. Блок управления 4 осуществляет измерение температуры и давления теплоносителя на выходе из теплообменника 1 посредством датчика температуры теплоносителя 19 и датчика давления теплоносителя 20, и на основе измеренных данных рассчитывает перегрев теплоносителя и осуществляет управление терморегулируемым вентилем 23 для обеспечения дозирования теплоносителя.
Перед началом работы системы происходит заполнение охлаждающей жидкостью магистрали контура жидкостного охлаждения 2 через расширительны бак 7 и газообразным теплоносителем магистраль контура движения теплоносителя 3 через сервисный порт наружного теплообменника (на рисунке не показан). Кроме того, происходит настройка блока управления и проверка функционирования всех датчиков. В процессе хранения аккумуляторной батареи в заряженном состоянии осуществляется мониторинг температуры воздуха в трех точках возле аккумуляторной батареи с помощью терморезистивных датчиков температуры воздуха (на рисунке не показаны). Кроме того, осуществляется мониторинг температуры и давления теплоносителя внутри магистрали контура движения теплоносителя 3 в точке между теплообменником 1 и четырехходовой реверсивный клапан 21. Блок управления осуществляет постоянный мониторинг показаний датчиков 11, 14, 19 и 20. Система готова к работе.Before starting the system, the line of the
Система терморегулирования для аккумуляторного накопителя энергии работает в трех режимах, и выступает в качестве нагревателя и охладителя.The thermal control system for the battery energy storage operates in three modes, and acts as a heater and cooler.
Когда средняя температура аккумуляторной батареи по датчикам температуры воздуха (на схеме не показаны) составляет менее нуля градусов Цельсия, а средняя температура охлаждающей жидкости, измеренная посредством датчика температуры охлаждающей жидкости 11, составляет менее 30 градусов Цельсия, то осуществляется преднагрев аккумуляторной батареи до нуля градусов Цельсия.When the average temperature of the battery according to the air temperature sensors (not shown in the diagram) is less than zero degrees Celsius, and the average temperature of the coolant measured by the
Когда средняя температура аккумуляторной батареи по датчикам температуры воздуха (на схеме не показаны) находится в диапазоне от нуля до 30 градусов Цельсия и средняя температура охлаждающей жидкости, измеренная по датчику температуры охлаждающей жидкости 14, превышает 30 градусов Цельсия, то осуществляется охлаждение полупроводниковых модулей силовой электроники 13 до температуры не выше, чем 95 градусов Цельсия.When the average temperature of the battery according to air temperature sensors (not shown in the diagram) is in the range from zero to 30 degrees Celsius and the average temperature of the coolant measured by the
Когда средняя температура аккумуляторной батареи по датчикам температуры воздуха (на схеме не показаны) составляет более 30 градусов Цельсия и средняя температура охлаждающей жидкости, измеренная по датчику температуры охлаждающей жидкости 14, не превышает 30 градусов Цельсия, то должно осуществляется охлаждение аккумуляторной батареи (до 30 градусов Цельсия и полупроводниковых модулей силовой электроники 13 до температуры не выше, чем 95 градусов Цельсия).When the average temperature of the battery according to the air temperature sensors (not shown in the diagram) is more than 30 degrees Celsius and the average temperature of the coolant measured according to the temperature sensor of the
Таким образом достигается повышение надежности аккумуляторного накопителя энергии, включающего аккумуляторную батарею и полупроводниковые модули силовой электроники, при расширении диапазона температур окружающей среды.Thus, an increase in the reliability of the battery energy storage unit, including the battery and the semiconductor modules of power electronics, is achieved while expanding the ambient temperature range.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020122602A RU2747065C1 (en) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | Thermal regulation system for battery energy storage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020122602A RU2747065C1 (en) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | Thermal regulation system for battery energy storage |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2747065C1 true RU2747065C1 (en) | 2021-04-23 |
Family
ID=75584976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020122602A RU2747065C1 (en) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | Thermal regulation system for battery energy storage |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2747065C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6422027B1 (en) * | 2001-05-03 | 2002-07-23 | Ford Global Tech., Inc. | System and method for cooling a battery pack |
| RU2483399C1 (en) * | 2011-12-23 | 2013-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" | Device for thermostatting of accumulator batteries |
| RU190391U1 (en) * | 2019-03-04 | 2019-07-01 | Публичное акционерное общество "КАМАЗ" | INSTALLATION FOR ACCUMULATING BATTERY LOCATION WITH HEATING SYSTEM |
-
2019
- 2019-12-18 RU RU2020122602A patent/RU2747065C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6422027B1 (en) * | 2001-05-03 | 2002-07-23 | Ford Global Tech., Inc. | System and method for cooling a battery pack |
| RU2483399C1 (en) * | 2011-12-23 | 2013-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" | Device for thermostatting of accumulator batteries |
| RU190391U1 (en) * | 2019-03-04 | 2019-07-01 | Публичное акционерное общество "КАМАЗ" | INSTALLATION FOR ACCUMULATING BATTERY LOCATION WITH HEATING SYSTEM |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Hybrid Energy Storage Devices for Rapid Charge Stations of Electric Vehicles", N.A. Khripach, F.A. Shustrov, V.G. Chirkin, I.A. Papkin, R.V. Stukolkin, Май 2019 г., "International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering (IJITEE)". * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2746427C1 (en) | Thermal control method for battery energy storage | |
| Jouhara et al. | Investigation, development and experimental analyses of a heat pipe based battery thermal management system | |
| CN106972207B (en) | Modular and expandable temperature regulation system | |
| CN108417928B (en) | Method for heating a vehicle cabin while cooling a battery during rapid charging | |
| CN110015196B (en) | Electric automobile, battery thermal management power supply system and control method thereof | |
| JP2022530619A (en) | Battery heat management system and method | |
| CN111055727B (en) | Control method and device of thermal management system of vehicle and vehicle | |
| US9649908B2 (en) | Temperature regulation device | |
| CN107499091A (en) | Controlled using the battery cooler of electronic expansion device | |
| KR101526389B1 (en) | Thermal management system of battery for electric vehicle | |
| CN110692163A (en) | Battery temperature adjusting device and external heat source supply device | |
| CN102403543A (en) | Thermal management method and device for power battery pack with function of automatically controlling non-steady-state temperature field | |
| JP2010212099A (en) | Battery system | |
| CN102714418A (en) | Charging apparatus for electric energy stores, supply station, and method for charging electric energy stores | |
| WO2007102756A1 (en) | Temperature controller | |
| JP6930357B2 (en) | Battery cooling system | |
| WO2021129875A1 (en) | Charging unit temperature adjustment system, charging case, swapping station, and energy storage station | |
| WO2022036608A1 (en) | Heat storage apparatus, heat exchange apparatus, control method, control component and thermal management system | |
| CN102271942B (en) | Device for cooling the batteries of a vehicle, in particular an electric vehicle, and vehicle equipped with such a device | |
| WO2012056302A1 (en) | Thermal control apparatus and method for vehicle | |
| RU2747065C1 (en) | Thermal regulation system for battery energy storage | |
| US20240017585A1 (en) | Thermal management system for electric vehicle and electric vehicle | |
| JP7062683B2 (en) | A device for controlling the temperature of the battery pack | |
| CN217035773U (en) | Cabinet type liquid cooling heat management device for energy storage battery | |
| KR102201327B1 (en) | Low Power Consuming Energy Storage System |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20210513 |