相变冷却系统、储能电站冷却系统技术方案

本实用新型专利技术属于储能电站技术领域，具体涉及一种相变冷却系统、储能电站冷却系统，旨在解决现有技术中的储能电站系统散热效果差、换热效率低的问题；相变冷却系统包括电池管理系统、冷却装置、集气装置、分液装置、冷凝器、储液装置、三通阀、循环泵、稳压器、流量监测装置和电池状态监测装置，三通阀的进口与储液装置连通，第一出口、第二出口分别与循环泵、稳压器相连；循环泵的出口与稳压器相连；在工作状态下，电池管理系统基于电池产热功率的状态，控制三通阀

【技术实现步骤摘要】
相变冷却系统、储能电站冷却系统


[0001]本技术属于储能电站
，具体涉及一种相变冷却系统、储能电站冷却系统。

技术介绍

[0002]储能系统是现代电力系统和智能电网的重要组成部分，也是实现可再生能源并网消纳及分布式发电高效应用的重要环节。相比于其它储能方式，电化学储能具有相应时间短、能量密度高、场地受限小等优势，尤其适用于城市储能系统。相比铅酸、钠酸等电化学储能系统而言，锂离子电池储能系统具有能量密度高、转换效率高、自放电率低、适用寿命长等优势。近年来随着电池技术的不断进步及其成本的降低，以锂离子电池为主的电化学储能系统得到了迅速发展和工程应用。然而，锂离子电池采用易燃的有机电解液，且材料体系热值高。在电池本体或电气设备发生故障后，电池温度失控引发链式分解反应，进而演化为储能系统燃烧爆炸等重大安全事故。
[0003]温度对于锂离子电池的容量、功率和安全性都有很大的影响。大容量锂离子电池储能系统出现性能下降甚至安全事故的一个重要原因就是热管理系统设计不合理。现有储能电站大多采用空气冷却方式，以空调冷风作为冷源给电池降温。然而，储能系统在一个较为狭小的空间内聚集了大量锂离子电池，电池排列紧密，运行工况复杂多变；基于空气冷却的热管理系统虽然简单、可靠性高，但其热容低、换热系数有限，不足以应对储能系统日益提高的热管理需求；同时，空气冷却缺乏控制局部热失控蔓延的能力。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，即为了解决现有技术中的空气冷却电池热管理系统散热效果差、换热效率低，缺乏控制局部热失控蔓延能力的问题，本技术提供了一种相变冷却系统、储能电站冷却系统。
[0005]本技术的第一方面提供了一种相变冷却系统，该系统包括电池管理系统、冷却装置、集气装置、分液装置、冷凝器、储液装置、三通阀、循环泵、稳压器、流量监测装置和电池状态监测装置，所述冷凝器、所述三通阀、所述循环泵、所述流量监测装置、所述电池状态监测装置均与所述电池管理系统信号连接；
[0006]所述冷却装置设置于电池模组竖直向的两侧，所述冷却装置包括板状壳体，所述板状壳体的内部开设有容纳液态工质的通道；所述板状壳体的两侧分别设置有第一悬伸结构、第二悬伸结构，所述第一悬伸结构、所述第二悬伸结构的内部分别开设有用于进液、出液的第一通孔、第二通孔，所述第一通孔、所述第二通孔与所述通道连通设置；所述第一通孔、所述第二通孔的内部均设置有内螺纹；
[0007]所述板状壳体的进液口通过连接管路与所述分液装置相连，所述板状壳体与所述分液装置之间设置有进液阀门和进液压力监测装置，所述进液阀门用于控制所述分液装置与所述冷却装置的通断，所述进液压力监测装置用于监测进液时工质的压力数据；所述板
状壳体的出液口与所述集气装置相连；所述板状壳体与所述集气装置之间设置有出液阀门和出液压力监测装置，所述出液阀门用于控制所述集气装置与所述冷却装置的通断，所述出液压力监测装置用于监测气化时工质的压力数据；所述进液阀门、所述进液压力监测装置、所述出液阀门、所述出液压力监测装置均与所述电池管理系统信号连接；
[0008]所述集气装置的出口通过第一管路与所述冷凝器连接，所述第一管路上设置有节流阀；
[0009]所述冷凝器通过第二管路与所述储液装置连通，所述储液装置内部设置有冷却盘管，以对所述冷却装置中冷凝后的工质二次冷却；
[0010]所述三通阀的进口与所述储液装置连通，第一出口与所述循环泵相连，第二出口与所述稳压器相连；所述循环泵的出口与所述稳压器相连；
[0011]所述流量监测装置用于采集工质的流量数据；
[0012]所述电池状态监测装置用于采集电池模组的状态数据；
[0013]在工作状态下，所述电池管理系统基于所述电池状态监测装置检测的数据获取电池产热功率处于第一状态时，控制所述三通阀的第一出口关闭，第二出口开启，以使冷却系统处于无泵自循环模式；所述电池管理系统基于所述电池状态监测装置检测的数据获取电池产热功率处于第二状态时，控制所述三通阀的第一出口开启，第二出口关闭，以使冷却系统处于强迫循环模式。
[0014]在一些优选实施例中，所述冷却装置为多个，多个所述冷却装置分别设置于多行电池模组之间；
[0015]多个所述冷却装置的出液口均与所述集气装置相连；
[0016]多个所述冷却装置的进液口均与所述分液装置相连。
[0017]在一些优选实施例中，该系统还包括多个温度监测装置，每个所述温度监测装置装设于每个电池模组，以采集对应电池模组的内部温度数据；
[0018]多个所述温度监测装置均与所述电池管理系统信号连接；
[0019]相邻两个所述电池模组之间填充有绝缘隔热填充物。
[0020]在一些优选实施例中，所述绝缘隔热填充物为气凝胶或石棉。
[0021]在一些优选实施例中，所述储液装置设置有喷淋组件，所述喷淋组件与所述电池管理系统信号连接；所述电池管理系统基于检测的电池异常信息触发所述喷淋组件，以对电池柜喷淋。
[0022]在一些优选实施例中，所述电池产热功率为P：
[0023]P＝N
×
I2(R0(T,SOC)+R
p
(T,SOC))
[0024]其中，N为电池模组中的电池数量，I为电池电流值， R0(T,SOC)为电池等效内阻，R
p
(T,SOC)为电池等效极化内阻，T为电池温度。
[0025]在一些优选实施例中，该系统处于无泵自循环时，冷凝器中冷却水的流速为v：
[0026][0027]其中，C为比热容，S为水管截面积，ρ为水的密度，ΔT
lm
为平均换热温差，η为冷凝器效率。
[0028]在一些优选实施例中，该系统处于强迫循环模式时，所述循环泵的转速为n：
[0029][0030]其中，ΔP
tp
为循环系统的阻力；n
m
为额定转速；ρ为液态工质密度；g为重力加速度；H
m
为额定扬程。
[0031]在一些优选实施例中，电池产热功率处于第一状态具体为：工质入口流量电池温度且电池稳态温度T
t
低于阈值T
limit
；
[0032]电池产热功率处于第二状态具体为：不满足电池产热功率处于第一状态的条件。
[0033]本技术的第二方面提供了一种储能电站冷却系统，该系统包括一个或多个上面任一项所述的相变冷却系统；当所述相变冷却系统为多个时，多个所述相变冷却系统独立设置；每个所述相变冷却系统独立设置于每个电池柜。
[0034]本技术的有益效果为：
[0035]1)现有储能电站空气冷却方法需要空调制冷提供冷空气，并且需要风扇形成空气强迫对流循环，冷却过程耗功高；本技术提供的相变冷却系统依据电池产热功率，可自主选择无泵自循环或强迫循环的控制策略，在保证电池温度安全的同时有效降低冷却功耗。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相变冷却系统，其特征在于，该系统包括电池管理系统、冷却装置、集气装置、分液装置、冷凝器、储液装置、三通阀、循环泵、稳压器、流量监测装置和电池状态监测装置，所述冷凝器、所述三通阀、所述循环泵、所述流量监测装置、所述电池状态监测装置均与所述电池管理系统信号连接；所述冷却装置设置于电池模组竖直向的两侧，所述冷却装置包括板状壳体，所述板状壳体的内部开设有容纳液态工质的通道；所述板状壳体的两侧分别设置有第一悬伸结构、第二悬伸结构，所述第一悬伸结构、所述第二悬伸结构的内部分别开设有用于进液、出液的第一通孔、第二通孔，所述第一通孔、所述第二通孔与所述通道连通设置；所述第一通孔、所述第二通孔的内部均设置有内螺纹；所述板状壳体的进液口通过连接管路与所述分液装置相连，所述板状壳体与所述分液装置之间设置有进液阀门和进液压力监测装置，所述进液阀门用于控制所述分液装置与所述冷却装置的通断，所述进液压力监测装置用于监测进液时工质的压力数据；所述板状壳体的出液口与所述集气装置相连；所述板状壳体与所述集气装置之间设置有出液阀门和出液压力监测装置，所述出液阀门用于控制所述集气装置与所述冷却装置的通断，所述出液压力监测装置用于监测气化时工质的压力数据；所述进液阀门、所述进液压力监测装置、所述出液阀门、所述出液压力监测装置均与所述电池管理系统信号连接；所述集气装置的出口通过第一管路与所述冷凝器连接，所述第一管路上设置有节流阀；所述冷凝器通过第二管路与所述储液装置连通，所述储液装置内部设置有冷却盘管，以对所述冷却装置中冷凝后的工质二次冷却；所述三通阀的进口与所述储液装置连通，第一出口与所述循环泵相连，第二出口与所述稳压器相连；所述循环泵的出口与所述稳压器相连；所述流量监测装置用于采集工质的流量数据；所述电池状态监测装置用于采集电池模组的状态数据；在工作状态下，所述电池管理系统基于所述电池状态监测装置检测的数据获取电池产热功率处于第一状态时，控制所述三通阀的第一出口关闭，第二出口开启，以使冷却系统处于无泵自循环模式；所述电池管理系统基于所述电池状态监测装置检测的数据获取电池产热功率处于第二状态时，控制所述三通阀的第一出口开启，第二出口关闭，以使冷却系统处于强迫循环模式。2.根据权利要求1所述的相变冷却系统，其特征在于，所述冷却装置为多个，多个所述冷却装置分别设置于多行电池模组之间；...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮琳，王军，王宇，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：新型
国别省市：