一种储能热管理系统及其控制方法与流程

本发明涉及热管理，特别涉及一种储能热管理系统及其控制方法。

背景技术：

1、热管理，是指对总系统、分立部件或其环境的温度进行管理和控制，其目的是维护各部件的正常运行或提高其性能或寿命。当前，在诸如电化学储能等领域中通常都需要进行热管理，热管理对储能系统的性能、寿命、安全性都有显著影响。由于液冷的热管理系统的换热能力较强，电芯温差可以做到3℃以内，因此，相对于风冷系统而言，液冷可以显著提升储能系统的寿命。鉴于此，目前在储能领域多采用液冷系统。

2、储能液冷系统所需的制冷量通常在100kw及以下，这种小冷量的制冷循环多采用传统涡旋或转子压缩机。目前在一些热管理系统中，为了省去回油管路，提升压缩机与系统的可靠性，还会采用离心压缩机替代涡旋压缩机。离心压缩机中设置有气浮轴承，其工作时转轴不与轴承接触，而是靠气膜悬浮电机转子，可以将轴承寿命提高至少1倍；同时基于高速永磁同步电机的离心压缩机的尺寸与重量分别会比涡旋压缩机小50％左右和90％左右。

3、但是，离心压缩机通常会有喘振保护，即一定排气压力下，仅靠调节转速的最小流量会受到喘振线的限制，这意味着一定的环境温度下，所述离心压缩机的最小制冷量会受到约束，不利于储能电站部分负荷能效的提升。

技术实现思路

1、针对现有技术中的部分或全部问题，为了增加离心压缩机喘振裕度，本发明第一方面提供一种储能热管理系统，其采用离心压缩机进行制冷循环，其中所述离心压缩机的进口处设置有导叶，其中所述导叶的开度可调。

2、进一步地，所述导叶包括：

3、若干叶片，所述若干叶片绕所述离心压缩机的转轴周向均匀分布；以及

4、执行轴，其沿所述叶片的中轴线设置，且垂直于所述离心压缩机的转轴，在驱动机构控制下，所述执行轴带动所述叶片转动以调节导叶的开度，进而调节进入所述离心压缩机的流量。

5、进一步地，所述离心压缩机包括多级，且每级进气口处均设置有导叶。

6、基于如前所述的储能热管理系统，本发明第二方面提供所述储能热管理系统的控制方法，通过联调导叶的开度与离心压缩机的转速，提升所述储能热管理系统全工况的能效，所述控制方法包括：

7、拟合得到离心压缩机不同转速下喘振线；

8、控制导叶全开，并判断当前冷量是否达到目标冷量：

9、若当前冷量大于目标冷量，则按照第一预设步长降低转速，若转速触及变频喘振线时仍未达到目标冷量，则按照第二预设步长减小导叶的开度，同时调整转速，直至达到目标冷量；以及

10、若当前冷量小于目标冷量，则按照第三预设步长增大导叶的开度，若导叶全开时仍未达到目标冷量，则按照第四预设步长增加转速直至达到目标冷量。

11、进一步地，所述喘振线根据如下公式拟合得到：

12、pr＝prmin-(prmax-prmin)/(e^a-1)+(prmax-prmin)/(e^a-1)*e^b；

13、其中，

14、pr为压比，prmin为最小压比，prmax为最大压比，且prmin＝prmin_d*(spd_a/spd_d)^(sf_spd*c*prmin/prmax)，prmax＝prmax_d*(spd_a/spd_d)^(sf_spd*c)，其中spd_d为设计转速，spd_a为实际转速，prmin_d为设计转速最小压比，prmax_d为设计转速最大压比，sf_spd为转速线形状因子，以及当spd_a＞spd_d时，c＝spd_d/spd_a，当spd_a＜spd_d时，c＝spd_a/spd_d；

15、a＝sf*(igvmax-igvmin)，其中igvmax为导叶最大开度，igvmin为导叶最小开度，sf为形状因子，用于控制喘振线形状，其绝对值越小，所述喘振线越保守；以及

16、b＝sf*(igv-igvmin)，其中igv为导叶的当前开度。

17、进一步地，所述第二预设步长等于所述第三预设步长，取值为1％；和/或

18、所述第一预设步长等于所述第四预设步长，取值为0.5％。

19、进一步地，实时判断当前冷量是否达到目标冷量包括：

20、实时测量冷凝温度及回水温度；

21、计算所述冷凝温度与环境温度的差值，并与第一预设值比较：

22、若所述差值小于所述第一预设值，则未达到目标冷量；以及若所述差值大于等于所述第一预设值，则计算所述回水温度与

23、目标值的差值，并与第二预设值比较：

24、若所述回水温度与目标值的差值大于第二预设值，则未达到目标冷量；以及

25、若所述回水温度与目标值的差值小于等于第二预设值，则当记录当前温度维持时长，若其大于等于预设时长，则达到目标冷量，否则未达到目标冷量。

26、进一步地，所述控制方法还包括：

27、转速触及变频喘振线前，若冷凝温度与环境温度的差值小于第一预设值，且冷量未达到目标冷量，则在降低转速的同时关小节流装置，直至达到目标冷量。

28、进一步地，转速触及变频喘振线包括：

29、在指定时长内发生喘振的次数大于第一预设值。

30、进一步地，所述控制方法还包括：

31、关小导叶时，若冷凝温度与环境温度的差值小于第一预设值，且冷量未达到目标冷量，则在关小导叶的同时提高转速，直至达到目标冷量。

32、进一步地，所述控制方法还包括：

33、若指定时长内发生喘振的次数大于第二预设值，则控制所述离心压缩机停机。

34、进一步地，所述控制方法还包括：

35、当包括两级导叶时，第二级导叶的开度按照第一级导叶的开度进行分段插值。

36、本发明提供的一种储能热管理系统及其控制方法，在离心压缩机的进口处设置有开度可调的导叶，通过对导叶的开度及离心压缩机的转速进行联调，可显著增加所述离心压缩机的喘振裕度，在一定的环境温度下，所述储能热管理系统可以在更小的制冷量下工作，进而显著地提升所述储能热管理系统全工况的能效。

技术特征：

1.一种储能热管理系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的储能热管理系统，其特征在于，所述导叶包括：

3.如权利要求1所述的储能热管理系统，其特征在于，所述离心压缩机包括多级，且每级的进气口处均设置有导叶。

4.一种如权利要求1至3任一所述的储能热管理系统的控制方法，其特征在于，包括步骤：

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述喘振线根据如下公式拟合得到：

6.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述第二预设步长等于所述第三预设步长，取值为1％；和/或

7.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，实时判断当前冷量是否达到目标冷量包括：

8.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，还包括步骤：

9.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，转速触及变频喘振线包括：

10.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，还包括步骤：

11.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，还包括步骤：

12.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，当包括两级导叶时，第二级导叶的开度按照第一级导叶的开度进行分段插值。

技术总结
本发明公开一种储能热管理系统，其采用离心压缩机进行制冷循环，且在离心压缩机的进口处设置有开度可调的导叶，通过对导叶的开度及离心压缩机的转速进行联调，可显著增加离心压缩机的喘振裕度，显著提升储能热管理系统全工况的能效。

技术研发人员：冯福金,刘学松,舒涛,宋云建
受保护的技术使用者：华涧新能源科技（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12