回路式储能系统热控管理系统

本发明专利涉及储能系统的，具体而言，涉及回路式储能系统热控管理系统。

背景技术：

1、以锂离子电池或钠离子电池为主的电化学储能系统是现代电力系统及智能电网的重要组成部分，也是实现可再生能源有效并网及分布式发电的重要环节。

2、适宜的运行温度和温度差异将显著影响储能系统的使用寿命和一致性，此外，在储能系统或电气设备等产生故障后，易触发储能系统热失控，进而演化成储能系统燃烧爆炸等事件。通过电、热和安全管理系统对储能系统实时监测和管控，是实现储能系统安全的主要手段。

3、现有技术中，一般通过液冷技术对储能系统进行热消管理，通常采用底部布置水冷板、结合水泵循环的方式实现储能系统散热，首先，在大功率充放电的场景下，造成电芯底部散热面与顶部电极连接面的温差过大，电芯内部一致性严重降低；其次，水泵循环还需要消耗额外的能量，导致能耗过高。

4、另外，现有技术中还采用浸没介质的显热和对流效应来实现温度一致性管理，首先，当浸没工质温度上升后，还需要通过液冷板、热管等方式将热量导出到电池包外部；其次，当储能系统中的某个电芯发生热失控后，电芯产气、浸没介质、消防介质的流动相互干涉，容易造成可燃气体排放困难、消防介质难以作用于电芯、热失控蔓延难抑制等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供回路式储能系统热控管理系统，旨在解决现有技术中，储能系统热消管理系统能耗高的问题。

2、本发明是这样实现的，回路式储能系统热控管理系统，包括多个封闭布置的储能电池包、冷凝罐、将储能电池包中的气相循环工质排至冷凝罐中的气相管路以及将冷凝罐中的液相循环工质排至储能电池包中的液相管路，所述储能电池包中具有电芯；所述冷凝罐中设有将气相循环工质液化形成液相循环工质的冷凝器，所述冷凝罐连接有将冷凝罐、气相管路、液相管路及储能电池包中的空气或冷凝罐中的气相循环工质抽出的抽气设备；

3、所述液相管路分别与冷凝罐及多个储能电池包连通，所述冷凝罐中的液相循环工质通过液相管路排至多个储能电池包中；所述气相管路分别与冷凝罐及多个储能电池包连通，多个所述储能电池包中的气相循环工质通过气相管路排至冷凝罐中；多个所述储能电池包、液相管路、气相管路以及冷凝罐之间连通，形成闭环回路。

4、进一步的，所述储能电池包中具有内腔，所述内腔的下部形成下部腔，所述内腔的上部形成上部腔；所述气相管路与储能电池包的上部腔连通，所述液相管路与储能电池包的下部腔连通；

5、所述下部腔充斥有由冷凝罐排入的液相循环工质，所述电芯浸没在液相循环工质中，所述上部腔中充斥有由下部腔中的液相循环工质汽化形成的气相循环工质。

6、进一步的，所述气相管路具有与储能电池包连通的排气段，所述排气段设有压力控制阀，当所述储能电池包中的气相循环工质的气相压力超过设定压力值时，所述压力控制阀打开，所述储能电池包中的气相循环工质通过气相管路排至冷凝罐中；

7、所述排气段设有消防阀，所述消防阀与压力控制阀并联布置，当所述气相循环工质中的可燃气体的浓度超过告警值时，所述消防阀打开，所述储能电池包中的可燃气体混合气相循环工质通过气相管路排至冷凝罐中。

8、进一步的，所述上部腔中设有监测气相循环工质的气相压力的第一气相压力传感器以及监测气相循环工质的温度的气相温度传感器；所述下部腔中设有监测由液相管路排至下部腔中的液相循环工质的温度的进液温度传感器。

9、进一步的，所述冷凝罐内具有冷凝腔，所述冷凝腔的上部形成充斥气相循环工质的气相部，所述冷凝腔的下部形成充斥液相循环工质的液相部；所述气相管路与气相部连通，所述冷凝器设置在气相部中，所述液相管路与液相部连通。

10、进一步的，所述气相部中设有监测气相循环工质压力的第二气相压力传感器，当所述气相部的气相循环工质的压力超过设定压力时，所述抽气设备抽出冷凝罐中的气相循环工质；所述气相部中设有监测电芯热失控副反应产生的可燃气体的气体组分传感器。

11、进一步的，所述抽气设备包括真空泵以及与真空泵连通的扩散罐，所述扩散罐设有扩散电磁阀，所述扩散罐通过扩散电磁阀与冷凝罐连通。

12、进一步的，所述液相管路的外周缠绕有对液相管路中的液相循环工质进行加热的加热丝，所述加热丝沿着液相管路的轴向盘旋布置；所述液相管路的外周覆盖有保温层，所述保温层覆盖了加热丝；

13、当所述进液温度传感器监测到液相循环工质的温度低于设定温度时，降低所述冷凝器的换热功率或开启所述加热丝对液相管路中的液相循环工质进行加热。

14、进一步的，所述液相管路的内侧壁朝内凸出，形成盘旋壁，所述盘旋壁沿着液相管路的轴向盘旋布置，沿着所述液相循环工质在液相管路中的流动方向，所述盘旋壁朝后弯曲布置；所述液相管路的外周朝内凹陷，形成盘旋槽，所述盘旋槽沿着液相管路的轴向盘旋布置，所述盘旋壁与盘旋槽内外对齐布置；

15、所述盘旋槽朝内延伸至盘旋壁的内部，形成内置槽，所述加热丝嵌入在内置槽中，且与内置槽的内侧壁抵接；所述保温层嵌入在盘旋槽中，且覆盖了盘旋槽。

16、进一步的，所述气相部的中部设有横向布置且由金属材质制成的分隔网层，所述分隔网层中设有多个网孔，多个所述网孔遍布整个分隔网层布置，所述分隔网层将气相部分隔为上层区域以及下层区域，所述下层区域位于上层区域的下方，所述气相管路与上层区域连通；

17、所述冷凝器包括上部冷凝器以及下部冷凝器，所述上部冷凝器呈横向布置的上层区域中，所述下部冷凝器呈横向布置在下层区域中，所述上部冷凝器及下部冷凝器分别与分隔网层之间间隔布置，所述上部冷凝器与下部冷凝器分别通过竖向管与分隔网层连接；

18、所述分隔网层朝向下层区域凹陷延伸，形成导向通道，所述导向通道的顶部朝上贯穿连通上层区域，所述导向通道的底部朝下贯穿连通下层区域；沿着所述导向通道自上而下的方向，所述导向通道的直径逐渐缩小。

19、与现有技术相比，本发明提供的回路式储能系统热控管理系统，多个储能电池包、液相管路、气相管路以及冷凝罐之间连通，形成闭环回路，冷凝罐中的液相循环工质通过液相管路进入多个储能电池包中，以电芯为蒸发器，储能电池包中的气相循环工质通过气相管路进入冷凝罐中，冷凝罐中的气相循环工质通过冷凝器冷凝液化形成液相循环工质，极大程度增强了储能电池包温度一致性管控以及换热强度，且整个循环过程中实现无泵驱动循环，利用冷凝器冷凝气相循环工质，降低热消一体管理过程的能耗。

技术特征：

1.回路式储能系统热控管理系统，其特征在于，包括多个封闭布置的储能电池包、冷凝罐、将储能电池包中的气相循环工质排至冷凝罐中的气相管路以及将冷凝罐中的液相循环工质排至储能电池包中的液相管路，所述储能电池包中具有电芯；所述冷凝罐中设有将气相循环工质液化形成液相循环工质的冷凝器，所述冷凝罐连接有将冷凝罐、气相管路、液相管路及储能电池包中的空气或冷凝罐中的气相循环工质抽出的抽气设备；

2.如权利要求1所述的回路式储能系统热控管理系统，其特征在于，所述储能电池包中具有内腔，所述内腔的下部形成下部腔，所述内腔的上部形成上部腔；所述气相管路与储能电池包的上部腔连通，所述液相管路与储能电池包的下部腔连通；

3.如权利要求1或2所述的回路式储能系统热控管理系统，其特征在于，所述气相管路具有与储能电池包连通的排气段，所述排气段设有压力控制阀，当所述储能电池包中的气相循环工质的气相压力超过设定压力值时，所述压力控制阀打开，所述储能电池包中的气相循环工质通过气相管路排至冷凝罐中；

4.如权利要求2所述的回路式储能系统热控管理系统，其特征在于，所述上部腔中设有监测气相循环工质的气相压力的第一气相压力传感器以及监测气相循环工质的温度的气相温度传感器；所述下部腔中设有监测由液相管路排至下部腔中的液相循环工质的温度的进液温度传感器。

5.如权利要求1或2所述的回路式储能系统热控管理系统，其特征在于，所述冷凝罐内具有冷凝腔，所述冷凝腔的上部形成充斥气相循环工质的气相部，所述冷凝腔的下部形成充斥液相循环工质的液相部；所述气相管路与气相部连通，所述冷凝器设置在气相部中，所述液相管路与液相部连通。

6.如权利要求5所述的回路式储能系统热控管理系统，其特征在于，所述气相部中设有监测气相循环工质压力的第二气相压力传感器，当所述气相部的气相循环工质的压力超过设定压力时，所述抽气设备抽出冷凝罐中的气相循环工质；所述气相部中设有监测电芯热失控副反应产生的可燃气体的气体组分传感器。

7.如权利要求1或2所述的回路式储能系统热控管理系统，其特征在于，所述抽气设备包括真空泵以及与真空泵连通的扩散罐，所述扩散罐设有扩散电磁阀，所述扩散罐通过扩散电磁阀与冷凝罐连通。

8.如权利要求4所述的回路式储能系统热控管理系统，其特征在于，所述液相管路的外周缠绕有对液相管路中的液相循环工质进行加热的加热丝，所述加热丝沿着液相管路的轴向盘旋布置；所述液相管路的外周覆盖有保温层，所述保温层覆盖了加热丝；

9.如权利要求8所述的回路式储能系统热控管理系统，其特征在于，所述液相管路的内侧壁朝内凸出，形成盘旋壁，所述盘旋壁沿着液相管路的轴向盘旋布置，沿着所述液相循环工质在液相管路中的流动方向，所述盘旋壁朝后弯曲布置；所述液相管路的外周朝内凹陷，形成盘旋槽，所述盘旋槽沿着液相管路的轴向盘旋布置，所述盘旋壁与盘旋槽内外对齐布置；

10.如权利要求5所述的回路式储能系统热控管理系统，其特征在于，所述气相部的中部设有横向布置且由金属材质制成的分隔网层，所述分隔网层中设有多个网孔，多个所述网孔遍布整个分隔网层布置，所述分隔网层将气相部分隔为上层区域以及下层区域，所述下层区域位于上层区域的下方，所述气相管路与上层区域连通；

技术总结
本发明涉及储能系统的技术领域，公开了回路式储能系统热控管理系统，包括多个储能电池包、冷凝罐、气相管路以及液相管路，冷凝罐中设有冷凝器，冷凝罐连接有抽气设备；液相管路分别与冷凝罐及多个储能电池包连通，气相管路分别与冷凝罐及多个储能电池包连通；多个储能电池包、液相管路、气相管路以及冷凝罐之间连通，形成闭环回路；冷凝罐中的液相循环工质通过液相管路进入多个储能电池包中，以电芯为蒸发器，储能电池包中的气相循环工质通过气相管路进入冷凝罐中，冷凝罐中的气相循环工质通过冷凝器冷凝液化形成液相循环工质，极大程度增强了储能电池包温度一致性管控以及换热强度，且整个循环过程中实现无泵驱动循环，降低能耗。

技术研发人员：曹文炅,董缇,李帅兵
受保护的技术使用者：兰州交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/30