一种集中式储能电站蒸发冷却系统的制作方法

本发明涉及一种储能电站，尤其是一种集中式储能电站蒸发冷却系统，属于电池储能。

背景技术：

1、储能电站可以对电力进行存储，在需要的时候释放，能够有效解决电力在时间和空间上的不平衡。储能电站技术的应用贯穿于电力系统发电、输电、配电、用电的各个环节，实现电力系统削峰填谷、可再生能源发电波动平滑与跟踪计划处理、高效系统调频，增加供电可靠性。集装箱式储能电站是集中式储能电站的储能设备的一种具体形式。

2、集装箱储能系统因其安装运输方便、建设周期短和环境适应能力强的优点而具有广泛的发展前景。然而随着整体能量密度的不断提高和制造成本的降低，以热失控为特征的储能系统电池安全事故频发，严重威胁着用电安全和相关人员的生命安全。因此，以防止集装箱储能系统热失控为核心的研究成为近几年储能系统研究领域的热点。

3、为了减少集装箱储能系统热失控事故的发生，目前空气冷却技术是集装箱储能电池温控的主要方式，空气冷却是以气体为传热介质的一种热管理技术，将低温介质送入系统内部，介质流过电池表面利用热传导和热对流两种传热方式带走电池产生的热量，从而达到冷却的目的。但其存在无法满足电容量较大的储能系统散热，且进出口的电池组之间的温差偏大，即电池散热不均匀的问题。

4、例如，已知的一种储能集装箱内置式通风温控装置(cn217349166u)公布了：包括集装箱和集成装设于集装箱内的一体式空调和电池架，集装箱一侧壁设置为开关门，其中一体式空调设置于开关门的安装孔内，其外侧壁的下部设置有进风口，上部设置有排风口：以及一体式空调内侧壁的上部对应电池架的上方位置设置有送风口，下部对应电池仓的入口位置设置有回风口；电池架上自上而下设置有若干阵列布置的电池仓，电池仓两侧设置分别铺设有通风板，通风板上均布有若干通风孔，相邻两通风板之间或其与集装箱内侧壁之间形成上下贯通的散热风道。本实用新型结构设计更为合理，解决了电芯在使用过程中散热差的问题，有效延长电芯的使用寿命，保证其工作的可靠性和安全性。

5、但是，现有技术的这种方法采用强制冷却的空冷方式对集装箱内的电池架进行强制散热，但在现有的大规模集装箱式储能电站，此种方式无法满足系统散热效率，且在进出口的电池组之间的温差较大，会导致电池之间的散热不均匀，从而导致电池寿命的衰减。而且在密闭的空间里，储能单元的工况和环境更为复杂恶劣，需要不间断工作，导致对系统散热要求更高，强制空冷的方式无法满足现阶段储能电站规模化的需求。

6、为了减少集装箱储能系统热失控事故的发生，目前液体冷却技术也在集装箱储能电池温控系统中有所应用，液体冷却是以液体为传热介质的热管理技术，利用液体具有较高热容量和换热系数的特性，将低温液体与高温电池进行热量交换，从而达到降温目的。但是液体冷却系统结构复杂、经济效益低且安装及后续维护技术难度较大，因此对于集装箱储能系统无法广泛应用。

7、例如，已知的一种基于液冷技术的集装箱储能散热系统(文献：液冷集装箱式储能系统设计开发研究河南科技2022年第41期)，叙述了：包含电池舱和电气舱，电池舱由电池簇、液冷系统、消防系统、汇流柜、配电箱等组成，电气舱由变流器(pcs)、变压器、控制柜、环网柜、交流配电柜、空调等组成。液冷集装箱储能系统在环境温度为25℃的情况下进行0.5c充电测试，试验证明液冷集装箱的温升远小于风冷集装箱的温差，一般风冷集装箱的温差达到5～8℃，能较好地促进整个储能系统的温度一致性，延长系统运行寿命。

8、现有技术的此种方法虽然采用更加高效的冷却方式，在保证一定的液体流量，可以保证电池模组较低的最高温度和良好的温度均匀性。但此系统成本高昂，对冷却液质量流量有一定的要求，从而导致液体冷却系统结构复杂、经济效益低，且存在后期维护成本较高的问题，对技术人员的专业水平要求较高，不具备大规模实施的条件。

技术实现思路

1、为了克服相关技术的上述不足，本发明提供一种集中式储能电站蒸发冷却系统，该系统能够在保证电池温度安全的同时有效降低冷却功耗，最大限度利用自然冷却条件实现二次冷却，进而能够提高储能电池系统的安全性。

2、本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

3、一种集中式储能电站蒸发冷却系统，包括若干个电池冷却箱，所述电池冷却箱为电池集装箱或设置于储能集装箱内的电池舱；

4、所述电池冷却箱设置有双耦合循环冷却系统，所述双耦合循环冷却系统包括设于所述电池冷却箱内部的液体冷却子系统和蒸发冷却子系统以及设置在所述电池冷却箱外部的液体循环换热子系统，所述电池冷却箱内的电池布置于所述蒸发冷却子系统中；

5、所述液体冷却子系统与蒸发冷却子系统在所述电池冷却箱内相对且间隔布置，共同组成第一热循环系统，所述第一热循环系统用于通过蒸发冷却形式循环吸收电池产生的热量；所述液体冷却子系统与液体循环换热子系统连接成回路，共同组成第二热循环系统，所述第二热循环系统用于将热量从第一热循环系统中循环释放到外界。

6、可选的，所述蒸发冷却子系统包括用于浸没所述电池的蒸发冷却液，多个所述电池以预定排列方式放置在所述电池冷却箱的底部；

7、所述蒸发冷却液的沸点不高于35℃，且蒸发冷却液的初始液位处于电池和液体冷却子系统之间。

8、可选的，所述液体冷却子系统包括固定在所述电池冷却箱顶壁的管式换热器，所述管式换热器在所述电池冷却箱的同侧外部形成有换热器入口和换热器出口。

9、可选的，所述管式换热器的整体形状呈u型，且组成所述管式换热器的管体沿蛇形走向布置。

10、可选的，所述液体循环换热子系统包括风冷换热器，所述风冷换热器的出口通过冷循环水供水管依次连接循环水加压泵、冷循环水蓄水池至所述换热器入口；所述风冷换热器的入口通过热循环水回水管连接回水缓冲池至所述换热器出口。

11、可选的，所述冷循环水供水管上还安装有质量流量控制器，所述质量流量控制器设于风冷换热器与循环水加压泵之间。

12、可选的，所述循环水加压泵上还安装有第一电磁控制阀，所述第一电磁控制阀设置于回水缓冲池与风冷换热器之间。

13、可选的，每个所述电池冷却箱上均设置有保护阀和第二电磁控制阀，所述第二电磁控制阀安装在所述风冷换热器的出口处。

14、可选的，每个所述电池冷却箱上还均设有第一压力传感器和第一温度传感器。

15、可选的，所述冷循环水蓄水池上还设有液位计和第二压力传感器；所述回水缓冲池和风冷换热器上分别设置有第二温度传感器和第三温度传感器。

16、相比相关技术，本发明的一种集中式储能电站蒸发冷却系统，通过设置电池冷却箱及双耦合循环冷却系统，利用第一热循环系统和第二热循环系统，实现了在保证电池温度安全的同时有效降低冷却功耗，最大限度利用自然冷却条件实现二次冷却，进而提高储能电池系统的安全性。

技术特征：

1.一种集中式储能电站蒸发冷却系统，包括若干个电池冷却箱，所述电池冷却箱为电池集装箱或设置于储能集装箱内的电池舱；其特征在于，

2.根据权利要求1所述的一种集中式储能电站蒸发冷却系统，其特征在于，所述蒸发冷却子系统包括用于浸没所述电池的蒸发冷却液，多个所述电池以预定排列方式放置在所述电池冷却箱的底部；

3.根据权利要求2所述的一种集中式储能电站蒸发冷却系统，其特征在于，所述液体冷却子系统包括固定在所述电池冷却箱顶壁的管式换热器，所述管式换热器在所述电池冷却箱的同侧外部形成有换热器入口和换热器出口。

4.根据权利要求3所述的一种集中式储能电站蒸发冷却系统，其特征在于，所述管式换热器的整体形状呈u型，且组成所述管式换热器的管体沿蛇形走向布置。

5.根据权利要求4所述的一种集中式储能电站蒸发冷却系统，其特征在于，所述液体循环换热子系统包括风冷换热器，所述风冷换热器的出口通过冷循环水供水管依次连接循环水加压泵、冷循环水蓄水池至所述换热器入口；所述风冷换热器的入口通过热循环水回水管连接回水缓冲池至所述换热器出口。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种集中式储能电站蒸发冷却系统，其特征在于，所述冷循环水供水管上还安装有质量流量控制器，所述质量流量控制器设于风冷换热器与循环水加压泵之间。

7.根据权利要求6所述的一种集中式储能电站蒸发冷却系统，其特征在于，所述循环水加压泵上还安装有第一电磁控制阀，所述第一电磁控制阀设置于回水缓冲池与风冷换热器之间。

8.根据权利要求7所述的一种集中式储能电站蒸发冷却系统，其特征在于，每个所述电池冷却箱上均设置有保护阀和第二电磁控制阀，所述第二电磁控制阀安装在所述风冷换热器的出口处。

9.根据权利要求8所述的一种集中式储能电站蒸发冷却系统，其特征在于，每个所述电池冷却箱上还均设有第一压力传感器和第一温度传感器。

10.根据权利要求9所述的一种集中式储能电站蒸发冷却系统，其特征在于，所述冷循环水蓄水池上还设有液位计和第二压力传感器；所述回水缓冲池和风冷换热器上分别设置有第二温度传感器和第三温度传感器。

技术总结
一种集中式储能电站蒸发冷却系统，包括若干个电池冷却箱；电池冷却箱设置有双耦合循环冷却系统，双耦合循环冷却系统包括设于电池冷却箱内部的液体冷却子系统和蒸发冷却子系统以及设置在电池冷却箱外部的液体循环换热子系统，电池冷却箱内的电池布置于蒸发冷却子系统中；液体冷却子系统与蒸发冷却子系统在电池冷却箱内相对且间隔布置，共同组成第一热循环系统，用于循环吸收电池产生的热量；液体冷却子系统与液体循环换热子系统连接成回路，共同组成第二热循环系统，将热量从第一热循环系统中循环释放到外界。本发明能够在保证电池温度安全的同时有效降低冷却功耗，最大限度利用自然冷却条件实现二次冷却，提高储能电池系统的安全性。

技术研发人员：李程,丁浩植,姚谦,吴瑊,刘帅伟
受保护的技术使用者：中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华北电力试验研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16