一种浸没式液冷系统及控制方法与流程

1.本发明涉及储能行业冷却系统技术领域，尤其涉及一种浸没式液冷系统及控制方法。


背景技术：

2.目前，储能行业蓬勃发展，不仅可以起到对电网的削峰填谷作用，还可以将风能和太阳能等发电产生的电能储存起来，给国家碳达峰发展战略带来积极地作用。但该行业面临的问题也同样严峻，储能电池在充放电时，产生的热量非常大，采用传统的风冷散热已无法满足需求。
3.因此，现有技术中已有采用液冷系统对储能电池进行散热的方式，以维持储能电池的正常工作温度，具体地，将储能电池放置到装满换热油的油缸内，并通过连接管路将油缸与压缩制冷设备进行连接，压缩制冷设备对吸收电池热量后的换热油进行冷却，冷却后的换热油回流到油缸内，从而实现电池温度的恒定。但是，由于储能电池所需的制冷量并不是常年固定不变的，当外界温度降低或者储能电池的数量减少时，储能电池可能就不需要那么大制冷量，因此，大功率的压缩制冷设备会存在制冷功率有剩余的情况，当外界温度升高或者储能电池的数量增多时，储能电池可能就需要较大的制冷量，小功率的压缩制冷设备则存在制冷功率不足的情况。从上述现有的液冷系统可知，其无法根据电池所需制冷量进行调整，导致兼容性差的技术问题。
4.因此，寻找一种能够解决上述技术问题的浸没式液冷系统及控制方法成为本领域技术人员所研究的重要课题。


技术实现要素：

5.本发明实施例公开了一种浸没式液冷系统及控制方法，用于解决现有电池液冷系统无法根据电池所需制冷量进行调整，导致兼容性差的技术问题。
6.本发明实施例提供了一种浸没式液冷系统，包括：
7.循环泵、第一输送管路、第二输送管路、自然冷却换热装置、制冷制热装置以及用于装载调整电池温度的换热流体的换热流体供给装置；
8.所述换热流体供给装置、所述制冷制热装置以及所述循环泵通过所述第一输送管路进行串联，所述第一输送管路上连接有第一电磁阀，所述第一电磁阀位于所述换热流体供给装置与所述制冷制热装置之间；
9.所述第二输送管路的进口与所述换热流体供给装置的出口连接，所述第二输送管路的出口与所述第一输送管路连接，并且所述第二输送管路的出口位于所述第一电磁阀与所述制冷制热装置之间，所述自然冷却换热装置连接于所述第二输送管路上，所述第二输送管路上连接有第二电磁阀，所述第二电磁阀位于所述自然冷却换热装置与所述换热流体供给装置之间。
10.可选地，所述制冷制热装置的数量为两个，两个制冷制热装置并联设置；
11.所述自然冷却换热装置的数量为两个，两个自然冷却换热装置并联设置。
12.可选地，所述自然冷却换热装置包括自然冷却换热盘管和散热风扇；
13.所述散热风扇用于将所述自然冷却换热盘管所释放的热量排放到空气中。
14.可选地，所述制冷制热装置包括板式换热器、连接管路、变频压缩机、四通阀、冷凝换热盘管、储液器、电子膨胀阀、气液分离器以及第三电磁阀；
15.所述板式换热器内包括供换热流体流动的第一回路和用于供制冷剂流动的第二回路，所述第二回路中的制冷剂用于对所述第一回路中的换热流体冷却或加热；
16.所述板式换热器的第一回路与所述第一输送管路连接；
17.所述变频压缩机、所述四通阀、所述冷凝换热盘管、所述储液器、所述电子膨胀阀、所述第二回路、所述气液分离器、所述第三电磁阀通过所述连接管路进行连接；
18.所述冷凝换热盘管位于所述自然冷却换热盘管与所述散热风扇之间，所述散热风扇除用于将所述自然冷却换热盘管所释放的热量排放到空气中，还用于将所述冷凝换热盘管所释放的热量排放到空气中。
19.可选地，所述循环泵的数量至少为两个。
20.可选地，所述换热流体供给装置为用于装载电池的浸没式油缸，所述浸没式油缸内装载有换热油；
21.或者，所述换热流体供给装置为设置于电池表面且容置有换热流体的冷板。
22.本发明实施例提供了一种浸没式液冷系统的控制方法，该控制方法用于控制上述的浸没式液冷系统，其具体包括：
23.制冷制热装置制冷模式：
24.当检测到的环境温度＞第一预设环境温度时，运行制冷制热装置的制冷模式；
25.当第一预设电池温度＞检测到的电池温度＞第二预设电池温度时，第一电磁阀开启，第二电磁阀关闭，开启单个制冷制热装置，并使其运行制冷模式，直到检测到的电池温度＜标准预设电池温度；
26.混合制冷模式：
27.当第一预设环境温度＞环境温度＞第二预设环境温度时，运行混合制冷模式；
28.当检测到的电池温度＞第三预设电池温度时，打开第二电磁阀，关闭第一电磁阀，启用自然冷却换热装置，当检测到的电池温度＜标准预设电池温度时，关闭第二电磁阀，开启第一电磁阀，停用自然冷却换热装置；
29.当第一预设电池温度＞检测到的电池温度＞第二预设电池温度时，开启单个制冷制热装置，并使其运行制冷模式，当检测到的电池温度＜第三预设电池温度时，关闭制冷制热装置；
30.自然冷却模式：
31.当检测到的环境温度＜第二预设环境温度时，运行自然冷却模式；
32.当检测到的电池温度＞第三预设电池温度，打开第二电磁阀，关闭第一电磁阀，启用自然冷却换热装置，当检测到的电池温度＜标准预设电池温度时，关闭第二电磁阀，开启第一电磁阀，停用自然冷却换热装置；
33.制冷制热装置加热模式：
34.在电池处于非充放电状态，且当环境温度＜第三预设环境温度时，可根据检测到
的电池温度判断是否开启加热模式；
35.当第六预设电池温度＜检测到的电池温度＜第五预设电池温度时，开启单个制冷制热装置，并使其运行制热模式，当检测到的电池温度＞第四预设电池温度时，关闭制冷制热装置；
36.其中，第一预设环境温度》第二预设环境温度》第三预设环境温度；
37.第六预设电池温度＜第五预设电池温度＜第四预设电池温度＜标准预设电池温度《第三预设电池温度《第二预设电池温度《第一预设电池温度。
38.可选地，所述制冷制热装置制冷模式中，还包括：
39.当检测到的电池温度＞第一预设电池温度时，两个制冷制热装置均开启运行，并同时开启制冷模式，当检测到的电池温度＜第三预设电池温度，关闭其中一个制冷制热装置，直到检测到的电池温度＜标准预设电池温度，关闭所有制冷制热装置。
40.可选地，所述混合制冷模式中，还包括：
41.当检测到的电池温度＞第一预设电池温度时，两个制冷制热装置均开启运行，并同时开启制冷模式，当检测到的电池温度＜第二预设电池温度时，关闭其中一个制冷制热装置，当检测到的电池温度＜第三预设电池温度，关闭所有制冷制热装置，此时，仅依靠自然冷却换热装置实现制冷。
42.可选地，所述制冷制热装置加热模式中，还包括：
43.当检测到的电池温度＜第六预设电池温度时，开启两个制冷制热装置，并同时开启制热模式，当检测到的电池温度＞第五预设电池低温温度时，关闭其中一个制冷制热装置，当检测到电池温度＞第四预设电池温度时，关闭所有制冷制热装置。
44.从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
45.本实施例中的浸没式液冷系统，吸收电池热量的换热流体可经过第一输送管路被制冷制热装置冷却或加热，随后在循环泵的驱动下回流到换热流体供给装置内，或者吸收电池热量的换热流体可经过第二输送管路先进入自然冷却换热装置完成冷却后再经过第一输送管路被制冷制热装置冷却或加热。通过上述的设计，在高环境温度下，电池充放电时放热，将热量传递到换热流体，启动制冷制热装置，打开第一电磁阀，关闭第二电磁阀，换热流体经制冷制热装置冷却降温后再通过第一输送管路回到换热流体供给装置内；在低环境温度下，电池充放电时放热，将热量传递到换热流体内，关闭制冷制热装置，打开第二电磁阀，关闭第一电磁阀，换热流体经自然冷却换热装置将热量传递到空气中。由上述的工作原理可知，本实施例中的浸没式液冷系统能够根据环境的温度变化以及电池的温度变化，选择自然冷却换热装置运行或制冷制热装置运行或两者一起运行的方式以满足电池所需的制冷量，有效解决现有电池液冷系统无法根据电池所需制冷量进行调整，导致兼容性差的技术问题。
附图说明
46.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
47.图1为本发明实施例中提供的一种浸没式液冷系统的结构示意图；
48.图2为本发明实施例中提供的一种浸没式液冷系统的结构中第一输送管路以及第二输送管路的结构示意图；
49.图示说明：换热流体供给装置1；第一电磁阀2；第二电磁阀3；自然冷却换热盘管4；板式换热器5；变频压缩机6；四通阀7；气液分离器8；第三电磁阀9；电子膨胀阀10；储液器11；冷凝换热盘管12；散热风扇13；循环泵14；第一输送管路15；第二输送管路16。
具体实施方式
50.本发明实施例公开了一种浸没式液冷系统及控制方法，用于解决现有电池液冷系统无法根据电池所需制冷量进行调整，导致兼容性差的技术问题。
51.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
52.实施例一
53.请参阅图1和图2，本实施例中提供的一种浸没式液冷系统，包括：
54.循环泵14、第一输送管路15、第二输送管路16、自然冷却换热装置、制冷制热装置以及用于装载调整电池温度的换热流体的换热流体供给装置1；
55.所述换热流体供给装置1、所述制冷制热装置以及所述循环泵14通过所述第一输送管路15进行串联，所述第一输送管路15上连接有第一电磁阀2，所述第一电磁阀2位于所述换热流体供给装置1与所述制冷制热装置之间；
56.所述第二输送管路16的进口与所述换热流体供给装置1的出口连接，所述第二输送管路16的出口与所述第一输送管路15连接，并且所述第二输送管路16的出口位于所述第一电磁阀2与所述制冷制热装置之间，所述自然冷却换热装置连接于所述第二输送管路16上，所述第二输送管路16上连接有第二电磁阀3，所述第二电磁阀3位于所述自然冷却换热装置与所述换热流体供给装置1之间。
57.上述的换热流体供给装置1优选为浸没式油缸，浸没式油缸内装满有换热油，电池存放于换热油中，并在换热油中进行充放电；另外，上述的换热流体供给装置1也可以为冷板，冷板包裹于电池的外表面，冷板里面设置换热流体的管路，通过管路里的换热流体带走电池充放电时所产生的热量。
58.需要说明的是，本实施例中的循环泵14的数量为至少一个，但优选为两个以上，通过该设计，能够确保整个冷却系统运行的可靠性，当其中一个循环泵14出现故障后，换热流体依然能够通过另一个循环泵14实现循环。
59.本实施例中的浸没式液冷系统，吸收电池热量的换热流体可经过第一输送管路15被制冷制热装置冷却或加热，随后在循环泵14的驱动下回流到换热流体供给装置1内，或者吸收电池热量的换热流体可经过第二输送管路16先进入自然冷却换热装置完成冷却后再经过第一输送管路15被制冷制热装置冷却或加热。通过上述的设计，在高环境温度下，电池充放电时放热，将热量传递到换热流体，启动制冷制热装置，打开第一电磁阀2，关闭第二电磁阀3，换热流体经制冷制热装置冷却降温后再通过第一输送管路15回到换热流体供给装
置1内。在低环境温度下，电池充放电时放热，将热量传递到换热流体内，关闭制冷制热装置，打开第二电磁阀3，关闭第一电磁阀2，换热流体经自然冷却换热装置将热量传递到空气中。在较低环境温度下，但自然冷却换热装置不足以将换热流体的全部热量传递到空气中时，需要同时开启制冷制热装置，通过打开第二电磁阀3，关闭第一电磁阀2，换热流体先经自然冷却换热装置冷却后，再被制冷制热装置冷却，由制冷制热装置中的制冷剂将热量传递到空气中。低环境温度下电池未处于充放电时，当换热流体温度下降，此时运行制冷制热装置的制热模式，第一电磁阀2开启，第二电磁阀3关闭，换热流体经过制冷制热装置吸热升温，从而将换热流体维持在合适的温度，确保电池始终处于适宜的运行温度范围。
60.由上述的工作原理可知，本实施例中的浸没式液冷系统能够根据环境的温度变化以及电池的温度变化，选择自然冷却换热装置运行或制冷制热装置运行或两者一起运行的方式以满足电池所需的制冷量，有效解决现有电池液冷系统无法根据电池所需制冷量进行调整，导致兼容性差的技术问题。
61.进一步地，本实施例这种的制冷制热装置的数量优选为两个，并且两个制冷制热装置并联设置，同样地，本实施例中的自然冷却换热装置的数量也为两个，两个自然冷却换热装置并联设置。
62.需要说明的是，两个自然冷却换热装置采用并联的设计方案，使换热流体经过时阻力更小。
63.进一步地，本实施例中的自然冷却换热装置具体包括自然冷却换热盘管4以及散热风扇13。
64.需要说明的是，吸收电池热量的换热流体进入到自然冷却换热盘管4内，散热风扇13启动使得换热流体内的热量转移到外界空气中，从而实现冷却效果。通过上述设计，使得在低环境温度时，可充分利用自然冷源，提高系统能效。
65.进一步地，本实施例中的制冷制热装置包括板式换热器5、连接管路、变频压缩机6、四通阀7、冷凝换热盘管12、储液器11、电子膨胀阀10、气液分离器8以及第三电磁阀9；
66.所述板式换热器5内包括供换热流体流动的第一回路和用于供制冷剂流动的第二回路，所述第二回路中的制冷剂用于对所述第一回路中的换热流体冷却或加热；
67.所述板式换热器5的第一回路与所述第一输送管路15连接；
68.所述变频压缩机6、所述四通阀7、所述冷凝换热盘管12、所述储液器11、所述电子膨胀阀10、所述第二回路、所述气液分离器8、所述第三电磁阀9通过所述连接管路进行连接；
69.所述冷凝换热盘管12位于所述自然冷却换热盘管4与所述散热风扇13之间，所述散热风扇13除用于将所述自然冷却换热盘管4所释放的热量排放到空气中，还用于将所述冷凝换热盘管12所释放的热量排放到空气中。
70.需要说明的是，本实施例中的变频压缩机6可根据实际的负荷情况，进行升降频运行，实时满足负荷的变化情况；
71.本实施例中的板式换热器5使换热流体与制冷剂进行换热，当制冷剂在第二回路中气化时，其能够带走第一回路中换热流体内的热量，当制冷剂在第二回路中液化时，使得第一回路中的换热流体能够吸收制冷剂所释放的热量。
72.环境温度较低且电池处于非充放电状态时，换热流体会持续降温，使得电池处于
一个低温情况下，影响电池下次充放电时的效率以及使用寿命，且温度过低时换热流体的粘度会增大，会增加循环泵14的运行功耗，四通阀7的设计，可使制冷制热装置运行制热模式，提高换热流体的温度来保障电池的充放电恒温；
73.冷凝换热盘管12可在制冷制热装置运行制冷模式时将制冷剂的热量排放到空气中，自然冷却换热盘管4和冷凝换热盘管12共用上述的散热风扇13。
74.储液器11可储存制冷制热装置在运行时的多出来的一部分制冷剂(因为相同功率下的制冷运行和制热运行，制冷制热装置所需的制冷剂总量不等)，保证制冷制热装置在运行制冷和制热模式时，都有较好的能效；
75.电子膨胀阀10可根据实际运行情况实时地调节制冷剂流量，使制冷制热装置始终高效可靠的运行；
76.第三电磁阀9在变频压缩机6关闭后保持关闭，防止变频压缩机6停止运行时，制冷剂迁移到变频压缩机6内，造成变频压缩机6再次启动时出现液击。
77.气液分离器8可分离制冷剂中的液体部分，保证变频压缩机6运行不会液击。
78.实施例二
79.请参阅图1和图2，本实施例中提供的一种浸没式液冷系统的控制方法，包括：
80.该控制方法用于实施例一中的浸没式液冷系统，其具体包括：
81.制冷制热装置制冷模式：
82.当检测到的环境温度＞第一预设环境温度时，运行制冷制热装置的制冷模式；
83.当第一预设电池温度＞检测到的电池温度＞第二预设电池温度时，第一电磁阀2开启，第二电磁阀3关闭，开启单个制冷制热装置，并使其运行制冷模式，直到检测到的电池温度＜标准预设电池温度；
84.当检测到的电池温度＞第一预设电池温度时，两个制冷制热装置均开启运行，并同时开启制冷模式，当检测到的电池温度＜第三预设电池温度，关闭其中一个制冷制热装置，直到检测到的电池温度＜标准预设电池温度，关闭所有制冷制热装置。
85.混合制冷模式：
86.当第一预设环境温度＞环境温度＞第二预设环境温度时，运行混合制冷模式；
87.当检测到的电池温度＞第三预设电池温度时，打开第二电磁阀3，关闭第一电磁阀2，启用自然冷却换热装置，当检测到的电池温度＜标准预设电池温度时，关闭第二电磁阀3，开启第一电磁阀2，停用自然冷却换热装置；
88.当第一预设电池温度＞检测到的电池温度＞第二预设电池温度时，开启单个制冷制热装置，并使其运行制冷模式，当检测到的电池温度＜第三预设电池温度时，关闭制冷制热装置；
89.当检测到的电池温度＞第一预设电池温度时，两个制冷制热装置均开启运行，并同时开启制冷模式，当检测到的电池温度＜第二预设电池温度时，关闭其中一个制冷制热装置(相比于仅制冷制热装置运行制冷模式而言，这里由于叠加了自然冷却换热装置的冷却效果，所以其中一个制冷制热装置的制冷的退出条件可以提前，从而实现更加节能)，当检测到的电池温度＜第三预设电池温度，关闭所有制冷制热装置，此时，仅依靠自然冷却换热装置实现制冷。
90.自然冷却模式：
91.当检测到的环境温度＜第二预设环境温度时，运行自然冷却模式；
92.当检测到的电池温度＞第三预设电池温度，打开第二电磁阀3，关闭第一电磁阀2，启用自然冷却换热装置，当检测到的电池温度＜标准预设电池温度时，关闭第二电磁阀3，开启第一电磁阀2，停用自然冷却换热装置。
93.制冷制热装置加热模式：
94.在电池处于非充放电状态，且当环境温度＜第三预设环境温度时，可根据检测到的电池温度判断是否开启加热模式；
95.当第六预设电池温度＜检测到的电池温度＜第五预设电池温度时，开启单个制冷制热装置，并使其运行制热模式，当检测到的电池温度＞第四预设电池温度时，关闭制冷制热装置；
96.当检测到的电池温度＜第六预设电池温度时，开启两个制冷制热装置，并同时开启制热模式，当检测到的电池温度＞第五预设电池低温温度时，关闭其中一个制冷制热装置，当检测到电池温度＞第四预设电池温度时，关闭所有制冷制热装置。
97.其中，第一预设环境温度》第二预设环境温度》第三预设环境温度；
98.第六预设电池温度＜第五预设电池温度＜第四预设电池温度＜标准预设电池温度《第三预设电池温度《第二预设电池温度《第一预设电池温度。
99.需要说明的是，本实施中的第一预设环境温度可设定为20℃；第二预设环境温度可设定为5℃；第三预设环境温度可设定为0℃；
100.第一预设电池温度可设定为30℃；第二预设电池温度可设定为28℃；第三预设电池温度可设定为26℃；标准预设电池温度可设定为23℃；第四预设电池温度可设定为20℃；第五预设电池温度可设定为15℃；第六预设电池温度可设定为10℃。
101.上述的各个预设环境温度以及预设电池温度可根据实际情况进行选择，本实施例中并不对上述预设环境温度以及预设电池温度进行限制。
102.进一步地，在该控制方法中，当制冷制热装置的变频压缩机6未运行，自然冷却换热装置开启运行时，散热风扇13根据电池预设温度与电池实时温度的差值进行实时调节；当制冷制热装置的变频压缩机6开启运行后，无论自然冷却换热装置是否开启运行，散热风扇13根据变频压缩机6的高压侧压力进行实时调节。
103.进一步地，在控制方法中，当制冷制热装置出现故障无法使用时，浸没式油缸内还储存有大量低温的换热流体，其可维持电池高效率充放电一段时间，待换热流体温度升高后，还可运行上述的自然冷却模式，使得液冷系统仍能继续运行，使浸没式油缸内换热流体的温度不会升得太高，自然冷却换热装置可使整个储能系统(电池)可能达到的温度极高值大大降低，充分保障了故障状态下储能系统(电池)散热的可靠性。
104.以上对本发明所提供的一种浸没式液冷系统及控制方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。