用于电池集成式住宅热泵的混合热管理方法与流程

本文中描述的实施例涉及空气调节系统。

背景技术：

1、电能驱动了商业、工业、住宅应用和数据中心中的大量装置和设备。例如，电能驱动了灯、马达、家用电器、医疗设备、计算机、空气调节系统、电动交通工具充电站、数据中心处理和冷却需要以及许多其他电气装置。在大多数区域，供电公用事业（power utility）发电并且配电（通过ac电网）。与化石燃料的使用、可再生资源的间歇性、功率需求和供应可变性以及增加的能量需求等等因素相关联的短缺和/或增加的成本显著地影响了对消费者和企业的电力成本和连续可用性。一般来说，短缺和/或增加的成本通常发生在峰值需求的时间期间。峰值需求可以基于一天中的时间而发生，诸如在早上或在晚上。在更随机的基础上，峰值需求（或大于可用供应的需求）可能因为自然灾害而发生，或者发生在长时间的例如多云（如果从电网来的功率来自太阳能）或风力变化性（如果从电网来的功率来自风力涡轮）期间。例如，飓风或地震可能损坏供电公用事业的发电机和/或电网，从而导致到商业、工业和住宅应用的电功率的重大损失。对这些受损线路和发电机的维修可能花费数小时、数天或数周。各种场所也可能出于其他原因（包括维护）而失去来自电网的功率。在失去功率的这些时间期间，所述场所可能无法继续运转。此外，越来越多数量的数据中心显著地增加了对来自电网的能量的需求。

2、通常，在峰值需求的时间期间，来自电网的电能更昂贵。例如，供电公用事业可以在最小需求的时段期间采用低成本发电机，而在峰值需求的时段期间进一步采用高成本发电机。不幸的是，现有基础设施没有充分地解决与峰值需求和最小需求相关联的这些不同成本。因此，商业、工业、数据中心和住宅应用通常在峰值需求的时间期间从电网汲取功率，而不管与其发电相关联的较高成本。

3、一些能量消费者（诸如商业、工业、数据中心和住宅用户）可能由除了成本之外的因素驱动，诸如支持可持续能源选项的期望（如下文进一步描述的）。

技术实现思路

1、根据本公开的一方面，一种空气调节系统包括：蒸汽压缩回路，所述蒸汽压缩回路具有多个组件，所述多个组件包括压缩机、至少一个膨胀装置、第一热交换器、以及第二热交换器。工作流体被配置成在所述蒸汽压缩回路内循环。电能存储装置选择性地可操作以向所述空气调节系统的组件供电。与所述电能存储装置相关联的热管理系统。所述热管理系统经由旁通导管与所述蒸汽压缩回路流体连接。所述热管理系统包括包含热存储材料的热存储装置。所述热存储装置与所述电能存储装置直接热耦合。

2、根据附加和/或备选实施例，所述蒸汽压缩回路的所述多个组件被布置在室内单元和室外单元中，所述热管理系统与所述室内单元并联布置。

3、根据附加和/或备选实施例，所述热管理系统与所述至少一个膨胀装置和所述第二热交换器并联布置。

4、根据附加和/或备选实施例，所述空气调节系统可以第一模式和第二模式进行操作，在所述第一模式下，所述工作流体被配置成沿第一方向在所述蒸汽压缩回路内循环，在所述第二模式下，所述工作流体被配置成沿第二方向在所述蒸汽压缩回路内循环。在以所述第一模式进行操作期间冷却所述电能存储装置，并且在以所述第二模式进行操作期间加热所述电能存储装置。

5、根据附加和/或备选实施例，在以所述第一模式进行操作期间，从所述第二热交换器输出的工作流体的第一部分与从所述旁通导管输出的工作流体的第二部分在所述蒸汽压缩回路的换向阀的上游的位置处混合。

6、根据附加和/或备选实施例，在以所述第二模式进行操作期间，从所述第二热交换器输出的工作流体的第一部分与从所述旁通导管输出的工作流体的第二部分在所述蒸汽压缩回路的所述第一热交换器的上游的位置处混合。

7、根据附加和/或备选实施例，所述电能存储装置的至少一部分被嵌入在所述热存储装置内。

8、根据附加和/或备选实施例，由所述旁通导管限定的旁通流动路径延伸穿过所述热存储材料。

9、根据附加和/或备选实施例，所述电能存储装置包括多个单独的电池单体，并且所述旁通流动路径被布置在相邻的电池单体之间。

10、根据附加和/或备选实施例，所述旁通流动路径包括：相对于工作流体的流动，被布置在所述热存储装置的上游的第一歧管；相对于工作流体的所述流动，被布置在所述热存储装置的下游的第二歧管；以及在所述第一歧管和所述第二歧管之间延伸并流体耦合所述第一歧管和所述第二歧管的多个流动通道。

11、根据附加和/或备选实施例，所述热管理系统包括至少一个传感器以及控制器，所述控制器可操作地耦合到所述至少一个传感器。所述控制器被配置成响应于所述至少一个传感器来控制所述蒸汽压缩回路的操作，以将所述电能存储装置维持在期望的温度范围内。

12、根据附加和/或备选实施例，所述热管理系统包括旁通膨胀装置。所述旁通膨胀装置相对于第一方向上的工作流体的流动而被布置在所述第一热交换器的下游和所述热存储装置的上游。

13、根据附加和/或备选实施例，所述控制器被配置成响应于所述至少一个传感器来控制所述旁通膨胀装置的位置，以将所述电能存储装置维持在所述期望的温度范围内。

14、根据附加和/或备选实施例，可操作以加热所述电能存储装置的辅助加热器。

15、根据实施例，一种操作空气调节系统的方法包括：提供蒸汽压缩回路，所述蒸汽压缩回路具有在其中循环的工作流体，以及可操作以向所述空气调节系统的组件供电的电能存储装置；以及提供热管理系统，所述热管理系统包括包含热存储材料的热存储装置。所述热存储装置与所述电能存储装置直接热耦合。所述方法另外包括在所述蒸汽压缩回路的操作期间，经由旁通导管将与所述电能存储装置相关联的所述热管理系统流体耦合至所述蒸汽压缩回路，以将所述电能存储装置维持在期望的温度范围内。

16、根据附加和/或备选实施例，经由以所述第一模式操作所述蒸汽压缩回路来冷却所述电能存储装置。

17、根据附加和/或备选实施例，经由以所述第二模式操作所述蒸汽压缩回路来加热所述电能存储装置。

18、根据附加和/或备选实施例，所述蒸汽压缩回路的所述第一模式为冷却模式。

19、根据附加和/或备选实施例，所述蒸汽压缩回路的所述第二模式为加热模式。

20、根据附加和/或备选实施例，经由辅助加热器来加热所述电能存储装置。

21、前面的特征和元素可以在不具有排他性的情况下以各种组合方式被组合，除非另有明确指示。鉴于以下描述和附图，这些特征和元素以及其操作将变得更明白。然而，应理解，以下描述和附图在性质上旨在是说明性和解释性的，并且是非限制性的。

1.一种空气调节系统，包括：

2.根据权利要求1所述的热管理系统，其中，所述蒸汽压缩回路的所述多个组件被布置在室内单元和室外单元中，所述热管理系统与所述室内单元并联布置。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的热管理系统，其中，所述热管理系统与所述至少一个膨胀装置和所述第二热交换器并联布置。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的热管理系统，其中，所述空气调节系统可以第一模式和第二模式进行操作，在所述第一模式下，所述工作流体被配置成沿第一方向在所述蒸汽压缩回路内循环，在所述第二模式下，所述工作流体被配置成沿第二方向在所述蒸汽压缩回路内循环，其中，在以所述第一模式进行操作期间冷却所述电能存储装置，并且在以所述第二模式进行操作期间加热所述电能存储装置。

5.根据权利要求4所述的热管理系统，其中，在以所述第一模式进行操作期间，从所述第二热交换器输出的工作流体的第一部分与从所述旁通导管输出的工作流体的第二部分在所述蒸汽压缩回路的换向阀的上游的位置处混合。

6.根据权利要求4或权利要求5所述的热管理系统，其中，在以所述第二模式进行操作期间，从所述第二热交换器输出的工作流体的第一部分与从所述旁通导管输出的工作流体的第二部分在所述蒸汽压缩回路的所述第一热交换器的上游的位置处混合。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的热管理系统，其中，所述电能存储装置的至少一部分被嵌入在所述热存储装置内。

8.根据权利要求7所述的热管理系统，其中，由所述旁通导管限定的旁通流动路径延伸穿过所述热存储材料。

9.根据权利要求8所述的热管理系统，其中，所述电能存储装置包括多个单独的电池单体，并且所述旁通流动路径被布置在相邻的电池单体之间。

10.根据权利要求8或9所述的热管理系统，其中，所述旁通流动路径包括：相对于工作流体的流动，被布置在所述热存储装置的上游的第一歧管；相对于工作流体的所述流动，被布置在所述热存储装置的下游的第二歧管；以及在所述第一歧管和所述第二歧管之间延伸并流体耦合所述第一歧管和所述第二歧管的多个流动通道。

11. 根据权利要求1-10中任一项所述的空气调节系统，其中，所述热管理系统还包括：

12.根据权利要求11所述的热管理系统，其中，所述热管理系统包括旁通膨胀装置，所述旁通膨胀装置相对于第一方向上的工作流体的流动而被布置在所述第一热交换器的下游和所述热存储装置的上游。

13.根据权利要求12所述的空气调节系统，其中，所述控制器被配置成响应于所述至少一个传感器来控制所述旁通膨胀装置的位置，以将所述电能存储装置维持在所述期望的温度范围内。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的空气调节系统，还包括可操作以加热所述电能存储装置的辅助加热器。

15.一种操作空气调节系统的方法，包括：

16.根据权利要求15所述的方法，还包括经由以所述第一模式操作所述蒸汽压缩回路来冷却所述电能存储装置。

17.根据权利要求15或权利要求16所述的方法，还包括经由以所述第二模式操作所述蒸汽压缩回路来加热所述电能存储装置。

18.根据权利要求15-17中任一项所述的方法，其中，所述蒸汽压缩回路的所述第一模式为冷却模式。

19.根据权利要求15-18中任一项所述的方法，其中，所述蒸汽压缩回路的所述第二模式为加热模式。

20.根据权利要求15-19中任一项所述的方法，还包括经由辅助加热器来加热所述电能存储装置。