一种浸没式储能电站热管理系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种浸没式储能电站热管理系统，包括液冷模块、换热模块和制冷制热模块；还公开了浸没式储能电站热管理系统的控制方法，包括：判断储能电站运行状态，当处于充电或放电状态时检测储能电站的环境温度；对比环境温度与预设温度，并控制制冷制热模块为制冷模式、制热模式或维持原状；在不同模式下检测电池包温度、电芯温度和电池包的进出口液温度，并根据预设的阈值判断条件控制压缩机和泵的运行频率。本发明专利技术将电池直接浸没在冷却液中，通过冷却液冷却电池，不需要预留散热通道节约占地空间，同时也能降低储能系统的自耗电成本，还可以抑制电池热失控后的连锁反应，提升储能电站的安全性。储能电站的安全性。储能电站的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种浸没式储能电站热管理系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及储能热管理
，尤其是涉及一种浸没式储能电站热管理系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]在新一轮能源革命中，如何有效抑制新能源发电的间歇性、波动性，提高新能源大规模并网发电稳定性成为关键性问题。为了实现以可再生能源为主体的电力系统的负荷平衡，储能将成为其关键支撑技术。储能技术的发展应用有利于平抑新能源电网波动，促进可再生能源消纳，推动主体能源由化石能源向可再生能源更替。但随着储能电站的快速发展，其安全性问题日益突出，储能热管理和消防重要性日益显著。储能电站需要更多聚焦储能电站的安全性，消除电池的热失控，提供更优的电池均匀性散热。现有技术往往采用风冷冷却，随着电池容量和功率的提升，在大功率充放电场景或复杂工况下，风冷技术方案难以解决电池散热问题，其需要预留散热通道增大了大型储能项目的占地空间，且风冷系统通过冷却空气间接冷却电芯，整个储能系统将产生很大的自耗电。
[0003]在中国专利文献上公开的“一种高效风冷散热的电池储能系统”，其公开号为CN113140829A，公开日期为2021
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20，每个电池模组分别与一个DC
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DC模块连接，所有DC
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DC模块相互并联后与电池管理模块连接，电池管理模块与DC
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AC模块连接，DC
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AC模块连接至外部电网；电池模组包括设置在储能集装箱内的若干电池小组，每个电池小组包括若干电池单体，每个电池小组设置在一个风冷箱体中；风冷箱体内设有若干温度传感器，温度传感器与电池管理模块连接，风冷箱体上设有进风口和出风口，空调装置通过送风管道与各进风口连接，送风管道上设有送风装置，各出风口均连接至出风管道。该技术能够提升储能系统内电池单体温度的一致性，但是仍然存在风冷技术的缺点，即需要预留散热通道增大了大型储能项目的占地空间，且风冷系统通过冷却空气间接冷却电芯，整个储能系统的自耗电大。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了克服现有技术中采用风冷冷却储能系统占地空间大且通过冷却空气检测冷却电芯使得储能系统自耗电高的问题，提供了一种浸没式储能电站热管理系统及其控制方法，将电池直接浸没在冷却液中，通过冷却液冷却电池，不需要预留散热通道节约占地空间，同时也能降低储能系统的自耗电成本，还可以抑制电池热失控后的连锁反应，提升储能电站的安全性。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种浸没式储能电站热管理系统，包括液冷模块，所述液冷模块包括浸没在冷却液内的若干电池包，每个电池包包括若干电芯；所述液冷模块与换热模块的一端通过液泵进行冷却液的循环，所述换热模块的另一端与制冷制热模块通过水泵进行冷却水的循环；所述制冷制热模块包括压缩机，通过压缩机频率的调节改变冷却水和冷却液的温度；还包
括控制模块，监测系统内各个模块的温度并控制系统的工作。
[0007]本专利技术中通过三级温控系统，先是通过调节制冷制热模块的压缩机运行频率来提升热交换效率间接地改变冷却水温度从而改变冷却液的温度，或者又通过调节水泵的运行频率来提升冷却水和冷却液的热交换速率进一步改变冷却液的温度，最后通过调节液泵的运行频率来调节冷却液的流量实现对电池温度的更细化调节；将电池沉浸在冷却液中，让液体直接冷却电池可以很好的对电池散热，同时抑制电池热失控后的连锁反应，消除电池储能着火爆炸等风险，提升储能电站的安全性，真正做到储能的安全性。
[0008]作为优选，每个所述电池包都设置有温度监测装置；所述液冷模块与换热模块的一端通过冷却液出液管和冷却液回液管形成回路；所述换热模块的另一端和制冷制热模块的第一换热器通过冷却水出水管和冷却水回水管形成回路。
[0009]本专利技术中在每个电池包上都设置有温度监测装置用来检测电池包温度、电池包内的电芯温度以及电池包的进出口液温度等，便于控制模块根据采集到的温度数据进行压缩机和液泵的运行频率调节；换热模块处用于进行冷却液和冷却水之间的热交换。
[0010]作为优选，所述制冷制热模块的第一换热器分别连通膨胀阀的一端和四通换向阀的第一端，所述膨胀阀的另一端连通第二换热器的一端，第二换热器的另一端连通四通换向阀的第三端，四通换向阀的第二端和第四端之间连接有压缩机。
[0011]本专利技术中制冷制热模块存在制冷模式和制热模式两种情况，可能根据实际情况选择制冷或制热来改变冷却水的温度，第一换热器用于冷却水与制冷制热模块之间的热交换从而改变冷却水温度，第二换热器用于制冷制热模块内循环液与外界的热交换。
[0012]一种浸没式储能电站热管理系统的控制方法，包括：
[0013]判断储能电站运行状态，当处于充电或放电状态时检测储能电站的环境温度；
[0014]对比环境温度与预设温度，并控制制冷制热模块为制冷模式、制热模式或维持原状；
[0015]在不同模式下检测电池包温度、电芯温度和电池包的进出口液温度，并根据预设的阈值判断条件控制压缩机和泵的运行频率。
[0016]本专利技术中首先通过检测储能电站的环境温度来判断选择何种模式，若环境温度小于或等于第一预设温度时说明温度较低，因此进行制热，若环境温度大于或等于第二预设温度时说明温度较高，因此进行制冷，若环境温度介于两者之间时则不需要改变运行方式；在确定热管理系统的运行模式后再进一步根据冷却液中的电池温度进行逐级调节，通过比例调节压缩机、泵(包括液泵和水泵)的运行频率，实现电池温度和各电池温差的精准调节控制。
[0017]作为优选，当环境温度T
h
大于或等于第二预设温度T
M
时进入制冷模式，比较电池包最高温度对应的压缩机运行频率与压缩机制冷频率阈值f
m
的大小；
[0018]当时，压缩机进行升频f0为压缩机额定运行频率；
[0019]当时，判断是否同时满足电芯温度差判断条件以及电池包温度差判断条件；若满足则返回继续检测电池包温度和电芯温度。
[0020]本专利技术中在正常工作情况下一般的压缩机运行在舒适频率上，在制冷模式下，当
电池包最高温度对应的压缩机运行频率小于等于压缩机制冷频率阈值时说明需要升频，则在舒适频率的基础上按照比例调节进行升频，本专利技术中的温度单位采用摄氏度，同时升频后存在最高运行频率限制，若超出最高运行频率限制则说明可能存在故障需要人工检测；而当压缩机不需要升频时可以进行对电池包进出口液和电芯温度的进一步判断；通过压缩机运行频率的调节可以间接地改变冷却液的温度实现温度的初步调节。
[0021]作为优选，当环境温度T
h
小于或等于第一预设温度T
N
时进入制热模式，比较电池包最低温度对应的压缩机运行频率f
min(An)
与压缩机制热频率阈值f
n
的大小；
[0022]当时，压缩机进行升频f0为压缩机额定运行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种浸没式储能电站热管理系统，其特征在于，包括液冷模块，所述液冷模块包括浸没在冷却液内的若干电池包，每个电池包包括若干电芯；所述液冷模块与换热模块的一端通过液泵进行冷却液的循环，所述换热模块的另一端与制冷制热模块通过水泵进行冷却水的循环；所述制冷制热模块包括压缩机，通过压缩机频率的调节改变冷却水和冷却液的温度；还包括控制模块，监测系统内各个模块的温度并控制系统的工作。2.根据权利要求1所述的一种浸没式储能电站热管理系统，其特征在于，每个所述电池包都设置有温度监测装置；所述液冷模块与换热模块的一端通过冷却液出液管和冷却液回液管形成回路；所述换热模块的另一端和制冷制热模块的第一换热器通过冷却水出水管和冷却水回水管形成回路。3.根据权利要求1或2所述的一种浸没式储能电站热管理系统，其特征在于，所述制冷制热模块的第一换热器分别连通膨胀阀的一端和四通换向阀的第一端，所述膨胀阀的另一端连通第二换热器的一端，第二换热器的另一端连通四通换向阀的第三端，四通换向阀的第二端和第四端之间连接有压缩机。4.一种浸没式储能电站热管理系统的控制方法，适用于如权利要求1
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3任一项所述的热管理系统，其特征在于，包括：判断储能电站运行状态，当处于充电或放电状态时检测储能电站的环境温度；对比环境温度与预设温度，并控制制冷制热模块为制冷模式、制热模式或维持原状；在不同模式下检测电池包温度、电芯温度和电池包的进出口液温度，并根据预设的阈值判断条件控制压缩机和泵的运行频率。5.根据权利要求4所述的一种浸没式储能电站热管理系统的控制方法，其特征在于，当环境温度T
h
大于或等于第二预设温度T
M...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴复员，魏华锋，洪黎辉，王辉良，荆磊，杨冬萍，
申请(专利权)人：浙江康盛热交换器有限公司，
类型：发明
国别省市：