CN113644337B - 一种混合供电方舱的热管理***及热管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合供电方舱的热管理***及热管理方法，该热管理***包括储热装置、第一热交换器、第二热交换器、加热器、第一循环通道和第二循环通道；其中，储热装置、第一热交换器、第二热交换器、加热器和储能电池之间通过第一循环通道内通入的导热介质热传导连接；第一热交换器、发电机组的散热器和发电机组本体之间通过第二循环通道内通入的导热介质热传导连接；发电机组的尾气排放端通过气路与第二热交换器连接。本发明可以将混合供电方舱内储能电池自产热、发电机组废热和富余太阳能有效回收，提升方舱内混合供电***的综合能量利用效率和低温环境适应性，保证了混合供电方舱内储能电池在高温或低温等特殊工作环境下工作正常稳定。

Description

一种混合供电方舱的热管理***及热管理方法
技术领域
本发明涉及供电方舱技术领域，特别涉及一种混合供电方舱的热管理***及热管理方法。
背景技术
随着光伏发电、储能电池等新能源技术的飞速发展，利用光伏发电+储能电池+柴油发电机组的光储柴混合供电***应用越来越广。方舱式光储柴混合供电***因其预装式设计思想，在生产厂家完成生产调试后，可以直接快速完成光储柴混合供电***的现场部署，在应急供电、偏远地区供电以及军事供电领域具有广泛的应用的前景。然而，当前大规模应用的锂离子电池存在低温特性差(低温放电容量小、极端低温无法放电，0℃以下无法充电等)，且其是光储柴混合供电***中的核心组成部分，因此造成光储柴混合供电***对环境要求很高，极大的制约了其应用范围。
当前，对于方舱式光储柴混合供电***，大部分产品尚未考虑其低温环境适应性问题，而考虑低温环境适应性问题的产品也仅限于采用空调加热的方法。该方法存在多方面的问题，其一，空调在低温环境下能效比低，尤其在-30℃以下环境下其加热效率非常差；其二，空调加热方式是先加热空气，通过设计风道由热空气对方舱内储能电池组合进行加热，由于空气与储能电池模组之间的换热速度很慢，造成储能电池加热时间长达数小时以上；其三，方舱内热空气在顶部聚集，冷空气在底部聚集，利用空调对方舱进行加热的方法极难实现整个方舱内储能电池的温度均匀，不利于储能电池的高效、长期稳定运行。
部分方舱式光储柴混合供电***采用特种低温电池来应对低温环境，限于当前锂离子电池技术水平，特种低温电池的低温性能仍较差，其价格非常昂贵，因此采用特种低温电池难以在大范围采用。
因此，如何保证方舱式光储柴混合供电***内储能电池温度稳定，使混合供电方舱内储能电池在高温或低温等特殊工作环境下工作正常稳定是本领域待解决的技术难题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种能够回收方舱内混合供电***工作产生的热量来辅助混合供电方舱内储能电池稳定工作的热管理***及热管理方法。
为实现上述目的，本发明第一方面提供一种混合供电方舱的热管理***，所述混合供电方舱内设置有储能电池、发电机组和光伏发电***；所述热管理***包括储热装置、第一热交换器、第二热交换器、加热器、第一循环通道和第二循环通道；其中，所述光伏发电***向所述加热器供电产热，所述储热装置、所述第一热交换器、所述第二热交换器、所述加热器和所述储能电池之间通过所述第一循环通道内通入的导热介质热传导连接；所述第一热交换器、所述发电机组的散热器和所述发电机组本体之间通过所述第二循环通道内通入的导热介质热传导连接；所述发电机组的尾气排放端通过气路与所述第二热交换器连接。
进一步，所述储热装置包括相变储热材料，所述储热装置用于通过所述第一循环通道和所述第二循环通道内的导热介质将所述储能电池的热量、所述发电机组的热量、所述加热器的热量和所述发电机组尾气的热量中的一种或多种回收。
进一步，在所述储能电池温度低于预设温度时，通过所述第一循环通道内通入的导热介质热交换对所述储能电池加热；在所述储能电池温度大于预设温度时，通过所述第一循环通道内通入的导热介质热交换将所述储能电池的热量回收至所述储热装置。
进一步，在所述储能电池温度低于工作极限温度时，控制发电机组工作产热，通过所述第一循环通道和所述第二循环通道内通入的导热介质热交换对所述储能电池加热。
进一步，在所述储能电池温度低于工作极限温度时，控制加热器工作产热，通过所述第一循环通道内通入的导热介质热交换对所述储能电池加热。
进一步，所述第一循环通道和所述第二循环通道内通入的导热介质均为冷却液。
进一步，所述第一热交换器为液液热交换器，所述第二热交换器为空液热交换器。
进一步，所述第一热交换器包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输入端和所述第一输出端与所述第一循环通道连接；所述第二输入端和所述第二输出端与所述第二循环通道连接，所述第一热交换器用于所述第一循环通道内通入的导热介质和所述第二循环通道内通入的导热介质之间的热交换。
进一步，所述第二热交换器包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输入端和所述发电机组的尾气端连接，所述第二输入端和所述第二输出端与所述第一循环通道连接，所述第二热交换器用于将所述发电机组的尾气热量传递至所述第一循环通道内通入的导热介质，并通过所述第二输出端将热交换后的尾气排出。
进一步，发电机组可以为柴油发电机组。
本发明第二方面提供一种如第一方面所述的热管理***的热管理方法，包括：
在混合供电方舱内的储能电池放电过程，所述储能电池的温度大于预设温度时，所述储能电池产生的热量通过所述第一循环通道内通入的导热介质传导至所述储热装置回收；
在混合供电方舱内的储能电池充电过程，所述储能电池的温度低于预设温度时，所述储热装置通过所述第一循环通道内通入的导热介质热交换对所述储能电池加热；
在混合供电方舱内的储能电池温度低于工作极限温度而无法工作时，控制发电机组工作，通过所述第一循环通道和所述第二循环通道内通入的导热介质热交换对所述储能电池加热；
在混合供电方舱内的储能电池温度低于工作极限温度而无法工作且在所述储能电池荷电状态高以及光照条件好时，控制所述光伏发电***向加热器供电，使所述加热器工作，通过所述第一循环通道内通入的导热介质热交换对所述储能电池加热。
本发明通过设置循环通道和储热装置，可以将混合供电方舱内储能电池自产热、发电机组废热和富余太阳能有效回收，提升方舱内混合供电***的综合能量利用效率和低温环境适应性，保证了混合供电方舱内储能电池在高温或低温等特殊工作环境下工作正常稳定。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例的混合供电方舱的热管理***的方框示意图；
图2为本发明一实施例的热管理***的热管理方法的流程示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”、“左右方向”、“上下方向”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
如图1所示，本发明混合供电方舱的热管理***，所述混合供电方舱内设置有储能电池1、发电机组5和光伏发电***7；所述热管理***包括储热装置2、第一热交换器3、第二热交换器6、加热器8、第一循环通道9和第二循环通道10；其中，所述光伏发电***7向所述加热器8供电产热，所述储热装置2、所述第一热交换器3、所述第二热交换器6、所述加热器8和所述储能电池1之间通过所述第一循环通道9内通入的导热介质热传导连接；所述第一热交换器3、所述发电机组5的散热器4和所述发电机组5本体之间通过所述第二循环通道10内通入的导热介质热传导连接；所述发电机组5的尾气排放端通过气路11与所述第二热交换器6连接。本实施通过在第一循环通道9和第二循环通道10内通入导热介质，在第一热交换器3、第二热交换器6的配合下将混合供电方舱内储能电池自产热、发电机组废热和富余太阳能有效回收，提升方舱内混合供电***的综合能量利用效率和低温环境适应性，保证了混合供电方舱内储能电池在高温或低温等特殊工作环境下工作正常稳定。
可选的，所述储热装置2包括相变储热材料，所述储热装置2用于通过所述第一循环通道9和所述第二循环通道10内的导热介质将所述储能电池1的热量、所述发电机组5的热量、所述加热器8的热量和所述发电机组5尾气的热量中的一种或多种回收。具体来说，发电机组5工作时产生的废热可以通过第二循环通道10内的导热介质经由第一热交换器3传递至第一循环通道9内的导热介质，并通过第一循环通道9内的导热介质传递至储热装置2中回收。此外，如果发电机组5工作时产生的废热过多还可以通过第二循环通道10内的导热介质经由发电机组5的散热器4向外释放散热。加热器8工作时产生的热量可以通过第一循环通道9内的导热介质传递至储能电池1对其加热以及传递至储热装置2回收。发电机组5尾气的热量可以通过第二热交换器6与第一循环通道内的导热介质热交换并传递至储热装置2回收。
可选的，发电机组5可以为柴油发电机组。
可选的，储能电池的预设温度是指低于正常温度大于工作极限温度会影响储能电池充放电工作的临界温度值。储能电池1在低于预设温度工作时会影响储能电池1的充电。为了避免储能电池因温度低于预设温度，而影响储能电池1充电，在所述储能电池1温度低于预设温度时，通过所述第一循环通道9内通入的导热介质热交换对所述储能电池1加热，维持储能电池1在一个适宜的充电温度范围。储能电池1温度在大于预设温度时可能会导致储能电池过热自燃***。在储能电池1温度大于预设温度时，通过所述第一循环通道9内通入的导热介质热交换将所述储能电池1的热量回收至所述储热装置2。
可选的，储能电池工作极限温度是指储能电池温度过低而无法工作的温度。在储能电池1温度低于工作极限温度时需要较高的热量及换热效率对储能电池加热才能时储能电池恢复至正常工作温度。在所述储能电池1温度低于工作极限温度时，控制发电机组5工作产热，通过所述第一循环通道9和所述第二循环通道10内通入的导热介质热交换将发电机组5工作产生的大量热量传递至储能电池1并对其快速加热，使储能电池1能够在较低时间内恢复至正常工作温度，保证储能电池1在温度极低的环境下也能够正常稳定工作。
可选的，在储能电池1储能电池荷电状态高而且光照条件好时，光伏发电***无法继续工作为储能电池充电，可以利用加热器将光伏发电***产生的电能转换成热能，这部分热能可以将储能电池1温度提升至一个较高状态，或将热量存储至储热装置2中。在所述储能电池1温度低于工作极限温度时，控制加热器8工作产热，通过所述第一循环通道9内通入的导热介质热交换将加热器8工作产生的大量热量传递至所述储能电池1并对其快速加热，使储能电池1能够在较低时间内恢复至正常工作温度，保证储能电池1在温度极低的环境下也能够正常稳定工作。
可选的，所述第一循环通道9和所述第二循环通道10内通入的导热介质可以为冷却液或水。
可选的，所述第一热交换器3为液液热交换器，所述第二热交换器6为空液热交换器。具体来说，所述第一热交换器3包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输入端和所述第一输出端与所述第一循环通道9连接；所述第二输入端和所述第二输出端与所述第二循环通道10的两端连接，所述第一热交换器3用于所述第一循环通道9内通入的导热介质和所述第二循环通道10内通入的导热介质之间的热交换。所述第二热交换器6包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输入端和所述发电机组5的尾气端连接，所述第二输入端和所述第二输出端与所述第一循环通道9连接，所述第二热交换器6用于将所述发电机组5的尾气热量传递至所述第一循环通道9内通入的导热介质，并通过所述第二输出端将热交换后的尾气排出。
如图2所示，本发明还提供一种上述实施例热管理***的热管理方法，包括：
步骤S200：在混合供电方舱内的储能电池放电过程，所述储能电池的温度大于预设温度时，所述储能电池产生的热量通过所述第一循环通道内通入的导热介质传导至所述储热装置回收。
步骤S210：在混合供电方舱内的储能电池充电过程，所述储能电池的温度低于预设温度时，所述储热装置通过所述第一循环通道内通入的导热介质热交换对所述储能电池加热。
步骤S220：在混合供电方舱内的储能电池温度低于工作极限温度而无法工作时，控制发电机组工作，通过所述第一循环通道和所述第二循环通道内通入的导热介质热交换对所述储能电池加热。
步骤S230在混合供电方舱内的储能电池温度低于工作极限温度而无法工作且在所述储能电池荷电状态高以及光照条件好时，控制所述光伏发电***向加热器供电，使所述加热器工作，通过所述第一循环通道内通入的导热介质热交换对所述储能电池加热。
以上步骤S200-步骤S230可以按照顺序进行，也可以根据实际需要选择性地进行，且各步骤的顺序并不局限于此，也可以根据实际需求前后交换顺序，本发明并不以此为限制。
综上，本发明在循环通道、热交换器和储热装置的配合下，可实现储能自产热、柴油发电机组废热、富余太阳能的有效利用，提升方舱式光储柴混合供电***的综合能量利用效率和低温环境适应性。
采用液冷方式，可实现储能电池***快速加热和温度均匀控制。
采用柴油发电机组废热回收和液冷***，可以在极端低温环境下利用柴油发电机组废热回收来加热储能电池，实现储能电池低温环境下的使用。
本发明相比于空调加热方式，通过上述储能电池放电自产热回收、发电机组废热回收及富余光伏发电的电加热，既解决了空调无法在极端低温环境下有效工作的问题，还可以显著提升能量利用效率、储能电池加热速率和热管理均匀性，提升整个方舱式光储柴混合供电***的低温环境适应性。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种混合供电方舱的热管理***，其特征在于，所述混合供电方舱内设置有储能电池、柴油发电机组和光伏发电***；所述热管理***包括储热装置、第一热交换器、第二热交换器、加热器、第一循环通道和第二循环通道；其中，所述光伏发电***向所述加热器供电产热，所述储热装置、所述第一热交换器、所述第二热交换器、所述加热器和所述储能电池之间通过所述第一循环通道内通入的导热介质热传导连接；所述第一热交换器、所述发电机组的散热器和所述发电机组本体之间通过所述第二循环通道内通入的导热介质热传导连接；所述发电机组的尾气排放端通过气路与所述第二热交换器连接；
在所述储能电池温度低于预设温度时，通过所述第一循环通道内通入的导热介质热交换对所述储能电池加热；在所述储能电池温度大于预设温度时，通过所述第一循环通道内通入的导热介质热交换将所述储能电池的热量、所述发电机组的热量、所述加热器的热量和所述发电机组尾气的热量中的一种或多种回收至所述储热装置；
在所述储能电池温度低于工作极限温度时，控制发电机组工作产热，通过所述第一循环通道和所述第二循环通道内通入的导热介质热交换对所述储能电池加热；或者
在所述储能电池温度低于工作极限温度时，控制加热器工作产热，通过所述第一循环通道内通入的导热介质热交换对所述储能电池加热。
2.如权利要求1所述的热管理***，其特征在于，所述储热装置包括相变储热材料，所述储热装置用于通过所述第一循环通道和所述第二循环通道内的导热介质将所述储能电池的热量、所述发电机组的热量、所述加热器的热量和所述发电机组尾气的热量中的一种或多种回收。
3.如权利要求1所述的热管理***，其特征在于，所述第一循环通道和所述第二循环通道内通入的导热介质均为冷却液。
4.如权利要求1所述的热管理***，其特征在于，所述第一热交换器为液液热交换器，所述第二热交换器为空液热交换器。
5.如权利要求4所述的热管理***，其特征在于，所述第一热交换器包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输入端和所述第一输出端与所述第一循环通道连接；所述第二输入端和所述第二输出端与所述第二循环通道连接，所述第一热交换器用于所述第一循环通道内通入的导热介质和所述第二循环通道内通入的导热介质之间的热交换。
6.如权利要求4所述的热管理***，其特征在于，所述第二热交换器包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输入端和所述发电机组的尾气端连接，所述第二输入端和所述第二输出端与所述第一循环通道连接，所述第二热交换器用于将所述发电机组的尾气热量传递至所述第一循环通道内通入的导热介质，并通过所述第二输出端将热交换后的尾气排出。
7.一种如权利要求1所述的热管理***的热管理方法，其特征在于，包括：
在混合供电方舱内的储能电池放电过程，所述储能电池的温度大于预设温度时，所述储能电池产生的热量通过所述第一循环通道内通入的导热介质传导至所述储热装置回收；
在混合供电方舱内的储能电池充电过程，所述储能电池的温度低于预设温度时，所述储热装置通过所述第一循环通道内通入的导热介质热交换对所述储能电池加热；
在混合供电方舱内的储能电池温度低于工作极限温度而无法工作时，控制发电机组工作，通过所述第一循环通道和所述第二循环通道内通入的导热介质热交换对所述储能电池加热；
在混合供电方舱内的储能电池温度低于工作极限温度而无法工作且在所述储能电池荷电状态高以及光照条件好时，控制所述光伏发电***向加热器供电，使所述加热器工作，通过所述第一循环通道内通入的导热介质热交换对所述储能电池加热。
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