一种双冷凝器自适应环路热管散热系统及散热控制方法与流程

本发明涉及电化学储能系统，更具体地说，本发明涉及一种双冷凝器自适应环路热管散热系统、散热控制方法及水上储能系统。

背景技术：

1、水面光伏电站配储是解决电站出力波动、提高电站收益的重要方向。但受水域空间限制，传统集中式大规模储能设备难以布置，因此分散式储能成为水面光伏配储的主流方案，即将磷酸铁锂电池簇或者电池包分散布置在水面适宜位置，或挂在光伏支撑柱上，从而有效破解水域空间受限难题。但该安装形式受水面特殊工况限制，电池包的散热问题成为制约系统稳定运行的关键。

2、本申请人此前提出了一种用于水上储能电池包的环路热管散热系统（申请号：202610767234.1），将蒸发器贴合于电池包表面，工质蒸汽经管线向下输送至浸没于水体中的冷凝器冷凝，实现了“热源在上、冷源在下”的无泵散热。然而，该方案在实际应用中仍存在以下技术缺陷：

3、（1）在夏季高温天气，表层水体温度升高，水下冷凝器与水体之间的温差减小，散热效率显著下降，可能导致电池包温度失控；

4、（2）在水位波动较大的水域，固定安装的水下冷凝器可能部分或完全露出水面，丧失散热功能；

5、（3）单一水下冷凝器缺乏冗余散热路径，当冷凝器因生物附着或泥沙淤积导致效率下降时，系统缺乏备用散热方案。

6、因此，如何在水上储能场景下，在保留环路热管无泵、免维护优势的同时，增强高温工况下的散热能力、提供冗余散热路径、适应水位变化和水温波动，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的是提供一种双冷凝器自适应环路热管散热系统、散热控制方法及水上储能系统，能够解决背景技术中提出技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种双冷凝器自适应环路热管散热系统，包括：蒸发器、蒸汽管线、第一冷凝器、第二冷凝器、液体管线以及控制单元；

4、所述蒸发器贴合安装于储能电池包的换热表面，所述蒸发器内部设置有毛细芯结构；

5、所述蒸汽管线的入口与所述蒸发器的蒸汽出口密封连通，出口向下延伸；

6、所述第一冷凝器浸没于水体中，所述第一冷凝器的蒸汽入口与所述蒸汽管线的出口连通；

7、所述第二冷凝器设置于水面上方的空气中，所述第二冷凝器的蒸汽入口与所述蒸汽管线的出口连通；

8、所述液体管线的入口分别与所述第一冷凝器的液体出口和所述第二冷凝器的液体出口连通，出口向上延伸至所述蒸发器的液体入口，与所述蒸发器形成闭合循环回路；

9、所述循环回路内部充注有相变工质，所述毛细芯结构产生的毛细力驱动工质循环；

10、所述控制单元配置为根据电池包温度、水体温度及环境温度中的至少一个参数，调节进入所述第一冷凝器和/或所述第二冷凝器的蒸汽流量，以实现单冷凝器散热模式或双冷凝器协同散热模式的切换。

11、进一步地，所述蒸汽管线的出口端设有三通阀或分流器，所述三通阀或所述分流器的第一出口与所述第一冷凝器连通，第二出口与所述第二冷凝器连通；所述控制单元与所述三通阀或所述分流器电连接，用于控制蒸汽的分配比例。

12、进一步地，所述蒸汽管线包括主蒸汽管、第一支管和第二支管，所述第一支管连接至所述第一冷凝器，所述第二支管连接至所述第二冷凝器；所述第一支管和/或所述第二支管上设置有依靠蒸汽压力驱动的单向阀或热驱动阀，实现蒸汽流量的被动分配。

13、进一步地，所述控制单元配置为：

14、当电池包温度低于第一预设温度阈值时，控制蒸汽仅进入第一冷凝器；

15、当电池包温度高于第一预设温度阈值且水体温度低于第二预设温度阈值时，控制蒸汽仅进入第一冷凝器；

16、当电池包温度高于第一预设温度阈值且水体温度高于第二预设温度阈值时，控制蒸汽同时进入第一冷凝器和第二冷凝器；

17、当水体温度高于第二预设温度阈值且环境温度低于第三预设温度阈值时，增加第二冷凝器的蒸汽分配比例。

18、进一步地，所述第二冷凝器为翅片管式空冷换热器，所述第二冷凝器安装于水面光伏支撑柱上部或光伏组件背面，利用自然对流或光伏组件背面的强制气流进行散热；

19、所述第二冷凝器的安装高度不低于所述蒸发器的安装高度，使第二冷凝器中的冷凝液可依靠重力回流至蒸发器。

20、进一步地，所述第一冷凝器和第二冷凝器的液体出口通过汇流管连通至所述液体管线，所述汇流管内设置有单向阀，防止冷凝液倒流。

21、进一步地，所述蒸发器与所述储能电池包之间还设置有相变材料层，用于吸收瞬时热量尖峰。

22、进一步地，所述系统设置有多个蒸发器，多个所述蒸发器的蒸汽出口并联至所述蒸汽管线，多个所述蒸发器的液体入口并联至所述液体管线，共用所述第一冷凝器和所述第二冷凝器。

23、第二方面，本发明提供了一种散热控制方法，应用于上述的双冷凝器自适应环路热管散热系统，包括：

24、实时获取电池包温度tb、水体温度tw和环境温度ta；

25、当tb≤t1时，控制蒸汽仅进入第一冷凝器，系统以水下单冷凝器模式运行；

26、当tb>t1且tw≤t2时，控制蒸汽仅进入第一冷凝器；

27、当tb>t1且tw>t2时，控制蒸汽同时进入第一冷凝器和第二冷凝器，系统以双冷凝器协同模式运行；

28、其中，t1为第一预设温度阈值，t2为第二预设温度阈值。

29、第三方面，本发明提供了水上储能系统，包括水面光伏组件、光伏支撑柱、储能电池包，以及上述的双冷凝器自适应环路热管散热系统。

30、上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：

31、（1）在本发明实施例中，在夏季水体温度升高、散热能力下降时，第二冷凝器（空气冷凝器）作为补充散热路径，与第一冷凝器协同工作，显著提升系统的散热峰值能力，避免电池包过热。相比单水下冷凝器方案，本发明在高温环境下的散热能力得到提升。

32、（2）在本发明实施例中，当水下冷凝器因水位下降、生物附着、泥沙淤积或结冰等原因失效时，系统可自动切换至空气冷凝器继续运行，避免散热系统完全瘫痪。这一冗余设计对于无人值守的水上储能场景具有重要价值，通过冗余散热路径，可以提升可靠性。

33、（3）在本发明实施例中，控制单元根据电池温度、水体温度、环境温度等参数，自动选择单冷凝器模式或双冷凝器协同模式，在冬季或低温水体工况下优先利用水体散热（效率高、零能耗），在夏季或高温水体工况下启动空气辅助散热，实现全年最优能效比。

34、（4）在本发明实施例中，当水体水位下降导致第一冷凝器露出水面时，系统可自动切换至第二冷凝器工作，解决固定式水下冷凝器在水位波动工况下的失效问题，扩大了系统的适用水域范围。

1.一种双冷凝器自适应环路热管散热系统，其特征在于，包括：蒸发器、蒸汽管线、第一冷凝器、第二冷凝器、液体管线以及控制单元；

2.根据权利要求1所述的双冷凝器自适应环路热管散热系统，其特征在于，所述蒸汽管线的出口端设有三通阀或分流器，所述三通阀或所述分流器的第一出口与所述第一冷凝器连通，第二出口与所述第二冷凝器连通；所述控制单元与所述三通阀或所述分流器电连接，用于控制蒸汽的分配比例。

3.根据权利要求1所述的双冷凝器自适应环路热管散热系统，其特征在于，所述蒸汽管线包括主蒸汽管、第一支管和第二支管，所述第一支管连接至所述第一冷凝器，所述第二支管连接至所述第二冷凝器；所述第一支管和/或所述第二支管上设置有依靠蒸汽压力驱动的单向阀或热驱动阀，实现蒸汽流量的被动分配。

4.根据权利要求1所述的双冷凝器自适应环路热管散热系统，其特征在于，所述控制单元配置为：

5.根据权利要求1所述的双冷凝器自适应环路热管散热系统，其特征在于，所述第二冷凝器为翅片管式空冷换热器，所述第二冷凝器安装于水面光伏支撑柱上部或光伏组件背面，利用自然对流或光伏组件背面的强制气流进行散热；

6.根据权利要求1所述的双冷凝器自适应环路热管散热系统，其特征在于，所述第一冷凝器和第二冷凝器的液体出口通过汇流管连通至所述液体管线，所述汇流管内设置有单向阀，防止冷凝液倒流。

7.根据权利要求1所述的双冷凝器自适应环路热管散热系统，其特征在于，所述蒸发器与所述储能电池包之间还设置有相变材料层，用于吸收瞬时热量尖峰。

8.根据权利要求1所述的双冷凝器自适应环路热管散热系统，其特征在于，所述系统设置有多个蒸发器，多个所述蒸发器的蒸汽出口并联至所述蒸汽管线，多个所述蒸发器的液体入口并联至所述液体管线，共用所述第一冷凝器和所述第二冷凝器。

9.一种散热控制方法，其特征在于，应用于权利要求1至8任一项所述的双冷凝器自适应环路热管散热系统，包括：

10.一种水上储能系统，其特征在于，包括水面光伏组件、光伏支撑柱、储能电池包，以及如权利要求1至8任一项所述的双冷凝器自适应环路热管散热系统。