CN117458048B - 液冷机组的制冷量控制方法、液冷机组及储能*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液冷机组的制冷量控制方法、液冷机组及储能***，涉及制冷设备控制方法技术领域，其包括：根据液冷机组的最大制冷量，划分n级的等级制冷量Q₁、Q₂...Q_n，并预先标定各个等级制冷量下，液冷机组中的各个可控工作装置的运行参数；计算获得液冷机组的实际制冷量Q_实际＝Q_电池组+Q_其他；选取与实际制冷量Q_实际最接近的一级等级制冷量Q_{a，a＝1,2,…,n}，以该级等级制冷量Q_a所对应的运行参数，运行液冷机组的各个可控工作装置。本发明主要解决液冷机组的能效值低的问题；本发明使液冷机组在任何负荷条件下，都能以最优的运行参数运行，从而使液冷机组始终处于最佳运行工况，保证液冷机组能获得最高的COP能效值，实现液冷机组的节能。

Description

液冷机组的制冷量控制方法、液冷机组及储能***

技术领域

本发明涉及制冷设备控制方法技术领域，具体为一种液冷机组的制冷量控制方法、液冷机组及储能***。

背景技术

储能***是一种用于存储电能和释放电能的***，其核心组成部分包括电池包/电池组(统称电池)，储能***的电池在充放电过程中会产生大量的热，如果无法及时排出热量，将会导致储能***的温度升高，带来安全隐患，进而影响电池的性能和储能***的正常运行。

为了降低电池的温度，通常需要在储能***中配置散热***，以便为电池散热，其中，液冷散热是应用最为广泛的散热方案。

现有技术中，液冷机组的制冷量控制方法通常有：回水温度控制法、供回水温度差控制法、供回水压力差控制法、温度差-流量控制法等；然而，上述的各种控制策略，其控制判据并不明确，对储能***复杂的散热需求适应性较差，尤其在小温差工况下的误差较大，同时，上述的各种控制策略也忽视了液冷机组的COP能效值，节能效果不佳。

因此，现有技术中的液冷机组制冷量控制方法仍然存在的缺点有：液冷机组的运行参数与储能***复杂的散热需求不适配、液冷机组脱离合理工况运行、液冷机组的能效值低而无法达到节能的效果。

综上所述，有必要提出一种液冷机组的制冷量控制方法，使液冷机组在任何负荷条件下，都能以最优的运行参数运行，从而使液冷机组始终处于最佳运行工况，保证液冷机组能获得最高的COP能效值，实现液冷机组的节能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液冷机组的制冷量控制方法、液冷机组及储能***，其能够使液冷机组在任何负荷条件下，都能始终处于最佳运行工况。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种液冷机组的制冷量控制方法，其包括：

根据液冷机组的最大制冷量，划分n级的等级制冷量Q₁、Q₂…Q_n，并预先标定各个所述等级制冷量Q₁、Q₂…Q_n下，液冷机组中的各个可控工作装置的运行参数；

计算获得液冷机组的实际制冷量Q_实际＝Q_电池组+Q_其他；其中，Q_电池组为储能***中的电池组在投运时的发热量，Q_其他为储能***和液冷机组中除所述电池组外的其他热源的总发热量；

选取与所述实际制冷量Q_实际最接近的一级所述等级制冷量Q_{a，a＝1,2,…,n}，以该级所述等级制冷量Q_a所对应的运行参数，运行液冷机组的各个可控工作装置。

上述技术方案中，所述液冷机组中的可控工作装置至少包括：用于压缩冷媒的压缩机、用于为冷凝器散热的风机，以及，用于液冷介质流动的水泵；所述可控工作装置的运行参数至少包括：所述压缩机的转速V_压缩机、所述风机的转速V_风机，以及，所述水泵的转速V_水泵。

上述技术方案中，标定各个所述等级制冷量Q₁、Q₂…Q_n下，液冷机组中的各个可控工作装置的运行参数，具体为：

在各个所述等级制冷量Q₁、Q₂…Q_n下，根据液冷机组的COP计算公式：分别标定所述压缩机的转速V_压缩机、所述风机的转速V_风机，以及，所述水泵的转速V_水泵，使液冷机组的COP获得最大值。

上述技术方案中，所述Q_电池组具体为：

Q_电池组＝K·Q_电池组max；

其中，Q_电池组max为储能***中的电池组在满负荷投运时的发热量，K为电池投运系数，具体是储能***中的电池组的投运比例。

上述技术方案中，所述Q_其他具体为：

Q_其他＝Q_压缩机+Q_水泵；

其中，Q_压缩机为液冷机组中的压缩机的发热量，Q_水泵为液冷机组中的水泵的发热量。

上述技术方案中，选取与所述实际制冷量Q_实际最接近的一级所述等级制冷量Q_{a，a＝1,2,…,n}，以该级所述等级制冷量Q_a所对应的运行参数，运行液冷机组的各个可控工作装置，具体为：

若所述实际制冷量Q_实际等于某级所述等级制冷量Q_{a，a＝1,2,…,n}，则直接以该级所述等级制冷量Q_a所对应的运行参数，运行液冷机组的各个可控工作装置；

若所述实际制冷量Q_实际不等于任意一级所述等级制冷量Q_{a，a＝1,2,…,n}，则：

根据所述实际制冷量Q_实际的数值，选取与其差值的绝对值最小的一级所述等级制冷量Q_a，并以该级所述等级制冷量Q_a所对应的运行参数，运行液冷机组的各个可控工作装置。

一种液冷机组，其应用了上述的液冷机组的制冷量控制方法。

上述技术方案中，所述液冷机组包括制冷模组、液冷模组以及换热器；所述制冷模组包括压缩机、带有风机的冷凝器以及膨胀阀；所述液冷模组至少包括水泵以及能够与发热体发生热交换的液冷板；所述压缩机、所述冷凝器、所述膨胀阀以及所述换热器的冷媒通道依次连通，使冷媒能够在所述压缩机、所述冷凝器、所述膨胀阀以及所述换热器的冷媒通道之间循环流通；所述水泵、所述液冷板以及所述换热器的液冷介质通道依次连通，使所述液冷介质能够在所述水泵、所述液冷板以及所述换热器的液冷介质通道之间循环流通。

上述技术方案中，所述液冷模组还包括用于加热液冷介质的加热器。

一种储能***，其包括上述的液冷机组。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的液冷机组的制冷量控制方法、液冷机组及储能***，预先标定了液冷机组在各个等级制冷量下的运行参数，并根据实际制冷量选取最接近的一级等级制冷量，以该级等级制冷量所对应的运行参数运行液冷机组，使液冷机组在任何负荷条件下，都能以最优的运行参数运行，从而使液冷机组始终处于最佳运行工况，保证液冷机组能获得最高的COP能效值，实现液冷机组的节能。

附图说明

图1为本发明的液冷机组的制冷量控制方法的流程示意图。

图2为本发明的液冷机组的***结构示意图。

附图标记为：1、压缩机；2、冷凝器；3、风机；4、膨胀阀；5、换热器；6、加热器；7、电池组；8、水泵；9、液冷板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

本实施例提供一种液冷机组的制冷量控制方法，能够应用在液冷机组上，用于控制液冷机组的制冷量。

本实施例中涉及的各种制冷量概念，例如等级制冷量、实际制冷量等，均是以功率单位(W或kW)作为计算/衡量单位。

请参阅图1，本实施例的液冷机组的制冷量控制方法，包括：

根据液冷机组的最大制冷量，划分n级的等级制冷量Q₁、Q₂…Q_n，并预先标定各个等级制冷量Q₁、Q₂…Q_n下，液冷机组中的各个可控工作装置的运行参数。

计算获得液冷机组的实际制冷量Q_实际＝Q_电池组+Q_其他；其中，Q_电池组为储能***中的电池组在投运时的发热量，Q_其他为储能***和液冷机组中除电池组外的其他热源的总发热量。

选取与实际制冷量Q_实际最接近的一级等级制冷量Q_{a，a＝1,2,…,n}，以该级等级制冷量Q_a所对应的运行参数，运行液冷机组的各个可控工作装置。

需要说明的是，等级制冷量Q₁、Q₂…Q_n是根据液冷机组的制冷能力(维持该液冷机组正常运行所需的最小制冷量以及该液冷机组硬件所能达到的最大制冷量)，人为等分出的制冷量等级，例如，当某液冷机组的最大制冷量为Q_max，最小制冷量为Q_min，划分11级等级制冷量时，则有：Q₁＝Q_min，Q₂＝Q_min+(Q_max-Q_min)/10，Q₃＝Q_min+2(Q_max-Q_min)/10，Q₄＝Q_min+3(Q_max-Q_min)/10，…，Q₁₀＝Q_max，每级的等级制冷量之间的差值为Q_n-Q_n-1＝(Q_max-Q_min)/10。

具体地，液冷机组中的可控工作装置至少包括：用于压缩冷媒的压缩机、用于为冷凝器散热的风机，以及，用于液冷介质流动的水泵；可控工作装置的运行参数至少包括：压缩机的转速V_压缩机、风机的转速V_风机，以及，水泵的转速V_水泵。

进一步具体地，标定各个等级制冷量Q₁、Q₂…Q_n下，液冷机组中的各个可控工作装置的运行参数，具体为：在各个等级制冷量Q₁、Q₂…Q_n下，根据液冷机组的COP计算公式：分别标定压缩机的转速V_压缩机、风机的转速V_风机，以及，水泵的转速V_水泵，使液冷机组的COP获得最大值；在标定各个可控工作装置的运行参数的过程中，Q_制冷量为各个等级制冷量Q₁、Q₂…Q_n的依次代入。

具体地，Q_电池组具体为：Q_电池组＝K·Q_电池组max。

其中，Q_电池组max为储能***中的电池组在满负荷投运时的发热量。

K为电池投运系数，具体是储能***中的电池组的投运比例；例如，在某储能***中，电池组的总数目为10组，在某个使用阶段时，投运的电池组数目为3组，则在储能***，可以通过接收BMS发出的投运信息，确定投运的电池组数目。

具体地，Q_其他具体为：Q_其他＝Q_压缩机+Q_水泵。

其中，Q_压缩机为液冷机组中的压缩机的发热量，Q_水泵为液冷机组中的水泵的发热量。

具体地，选取与实际制冷量Q_实际最接近的一级等级制冷量Q_{a，a＝1,2,…,n}，以该级等级制冷量Q_a所对应的运行参数，运行液冷机组的各个可控工作装置，具体为：

若实际制冷量Q_实际等于某级等级制冷量Q_{a，a＝1,2,…,n}，则直接以该级等级制冷量Q_a所对应的运行参数，运行液冷机组的各个可控工作装置；

若实际制冷量Q_实际不等于任意一级等级制冷量Q_{a，a＝1,2,…,n}，则：根据实际制冷量Q_实际的数值，选取与其差值的绝对值最小的一级等级制冷量Q_a，并以该级等级制冷量Q_a所对应的运行参数，运行液冷机组的各个可控工作装置。

上述的步骤若使用计算机程序实现，则其逻辑为：

逐一计算实际制冷量Q_实际与各级等级制冷量Q_{a，a＝1,2,…,n}之差值的绝对值|Q_实际-Q_{a，a＝1,2,…,n}|；

取各个差值的绝对值中的最小值min(|Q_实际-Q_{a，a＝1,2,...,n}|)，并取该最小值min(|Q_实际-Q_{a，a＝1,2,...,n}|)所对应的一级等级制冷量Q_a；

以该级等级制冷量Q_a所对应的运行参数，运行液冷机组的各个可控工作装置。

以下将以某采用液冷机组进行散热的储能***为例，解释性地说明本发明的技术方案：

该储能***中，电池包的发热量为Q_电池包，压缩机的发热量为Q_压缩机，水泵的发热量为Q_水泵，为了保证该储能***的散热，液冷机组的Q_制冷量＝Q_电池包+Q_压缩机+Q_水泵。

该储能***为8kW储能***，一共具有16组电池组，每个电池组的发热量为0.5kW，在该储能***的液冷机组中，压缩机的发热量为Q_压缩机＝0.5kW，水泵的发热量为Q_水泵＝0.5kW；根据上述条件，该储能***中的液冷机组的最大制冷量为Q_max＝Q_电池包max+Q_压缩机+Q_水泵＝16·0.5+0.5+0.5＝9kW；此外，维持该液冷机组正常运行所需的最小制冷量为2kW，因此，液冷机组的最小制冷量为Q_min＝2kW。

划分11级等级制冷量时，有：Q1＝Qmin＝2kW，Q2＝2.7kW，Q3＝3.4kW，Q4＝4.1kW，Q5＝4.8kW，Q6＝5.5kW，Q7＝6.2kW，Q8＝6.9kW，Q9＝7.6kW，Q10＝8.3kW以及Q11＝Qmax＝9kW。

由于电池组的发热量是变化的，所以液冷机组的制冷量也需要根据电池组的发热量变化而改变，制冷量的改变又会导致压缩机的输入功率同时发生变化，因此液冷机组的COP是非线性变化的。

为了保证液冷机组能够处于最佳运行工况，需要标定在不同负荷条件下的运行参数，例如：制冷量为Q时，压缩机的转速V_压缩机、风机的转速V_风机以及水泵的转速V_水泵，此时，压缩机、风机以及水泵的功率分别为W_压缩机、W_风机、W_水泵，根据液冷机组的COP计算公式：人为合理调整压缩机的转速V_压缩机、风机的转速V_风机以及水泵的转速V_水泵，即可获得该制冷量Q下，液冷机组的最佳运行工况(COP数值最高)。

经过上述的步骤后，即获得下表：

等级制冷量	制冷量	压缩机的转速	风机的转速	水泵的转速
					Q1/Qmin	2kW	V压缩机1	V风机1	V水泵1
Q2	2.7kW	V压缩机2	V风机2	V水泵2
					Q3	3.4kW	V压缩机3	V风机3	V水泵3
……	……	……	……	……
					Q11/Qmax	9kW	V压缩机11	V风机11	V水泵11

表1液冷机组在各等级制冷量下的运行参数

上述的运行参数表，将以程序的方式，写入到液冷机组的控制***之中，从而驱动液冷机组以上述的运行参数运行。

在进一步具体的例子中，上述的储能***在某运行阶段时，投运了5组电池组，则投运系数K＝5/16＝0.3125，所需的实际制冷量为Q_实际＝K·Q_电池组max+Q_其他＝K·Q_电池组max+Q_压缩机+Q_水泵＝0.3125·8+0.5+0.5＝3.5kW，与等级制冷量Q3＝3.4kW最接近，此时，液冷机组以等级制冷量Q₃所对应的运行参数，运行液冷机组的各个可控工作装置，即，以V_压缩机3为运行参数运行压缩机、以V_风机3为运行参数运行风机、以V_水泵3为运行参数运行水泵。

本实施例还提供一种液冷机组，其应用了上述的液冷机组的制冷量控制方法。

请参阅图2，本实施例的液冷机组包括制冷模组、液冷模组以及换热器。

其中，制冷模组基于冷媒循环，用于制冷；液冷模组基于液冷介质(例如纯净水或者配方冷却液)，用于传导发热体的热量；换热器用于制冷模组与液冷模组之间的换热，在多数的场合下，换热器为板式换热器。

制冷模组包括压缩机、带有风机的冷凝器以及膨胀阀，压缩机、冷凝器、膨胀阀以及换热器的冷媒通道(用于充当制冷***的蒸发器)依次连通，使冷媒能够在压缩机、冷凝器、膨胀阀以及换热器的冷媒通道之间循环流通。

液冷模组至少包括水泵以及能够与发热体发生热交换的液冷板，水泵、液冷板以及换热器的液冷介质通道依次连通，使液冷介质能够在水泵、液冷板以及换热器的液冷介质通道之间循环流通。

进一步地，液冷模组还包括用于加热液冷介质的加热器，本实施例中，加热器连接在换热器的液冷介质通道与液冷板之间。

水泵运行时，驱动液冷介质在水泵、液冷板以及换热器的液冷介质通道之间循环流通，液冷介质流经液冷板时，能够吸收发热体(本实施例为储能***的电池组)的热量，并将热量传导至换热器处；压缩机运行时，驱动冷媒在压缩机、冷凝器、膨胀阀以及换热器的冷媒通道之间循环流通，冷凝经过换热器时，换热器充当制冷***的蒸发器，能够快速冷却换热器中的液冷介质，冷却后的液冷介质再次循环连通至液冷板处，再次吸收发热体的热量，从而达到快速冷却发热体的效果；上述过程中，加热器用于在极端低温下加热液冷介质，避免液冷介质固化而损坏液冷模组和换热器。

本实施例还提供一种储能***，其包括上述的液冷机组。

本实施例的液冷机组的制冷量控制方法、液冷机组及储能***，预先标定了液冷机组在各个等级制冷量下的运行参数，并根据实际制冷量选取最接近的一级等级制冷量，以该级等级制冷量所对应的运行参数运行液冷机组，使液冷机组在任何负荷条件下，都能以最优的运行参数运行，从而使液冷机组始终处于最佳运行工况，保证液冷机组能获得最高的COP能效值，实现液冷机组的节能。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种液冷机组的制冷量控制方法，其特征在于，包括：

根据液冷机组的最大制冷量，划分级的等级制冷量/>，并预先标定各个所述等级制冷量/>下，液冷机组中的各个可控工作装置的运行参数；

计算获得液冷机组的实际制冷量；其中，/>为储能***中的电池组在投运时的发热量，/>为储能***和液冷机组中除所述电池组外的其他热源的总发热量；

选取与所述实际制冷量最接近的一级所述等级制冷量/>，以该级所述等级制冷量/>所对应的运行参数，运行液冷机组的各个可控工作装置；

所述液冷机组中的可控工作装置至少包括：用于压缩冷媒的压缩机、用于为冷凝器散热的风机，以及，用于液冷介质流动的水泵；

所述可控工作装置的运行参数至少包括：所述压缩机的转速、所述风机的转速，以及，所述水泵的转速/>；

标定各个所述等级制冷量下，液冷机组中的各个可控工作装置的运行参数，具体为：

在各个所述等级制冷量下，根据液冷机组的COP计算公式：，分别标定所述压缩机的转速/>、所述风机的转速/>，以及，所述水泵的转速/>，使液冷机组的COP获得最大值；

选取与所述实际制冷量最接近的一级所述等级制冷量/>，以该级所述等级制冷量/>所对应的运行参数，运行液冷机组的各个可控工作装置，具体为：

若所述实际制冷量等于某级所述等级制冷量/>，则直接以该级所述等级制冷量/>所对应的运行参数，运行液冷机组的各个可控工作装置；

若所述实际制冷量不等于任意一级所述等级制冷量/>，则：

逐一计算所述实际制冷量与各级所述等级制冷量/>之差值的绝对值；

取各个所述差值的绝对值中的最小值，并取该最小值所对应的一级所述等级制冷量/>；

以该级所述等级制冷量所对应的运行参数，运行液冷机组的各个可控工作装置。

2.根据权利要求1所述的液冷机组的制冷量控制方法，其特征在于，所述具体为：

；

其中，为储能***中的电池组在满负荷投运时的发热量，/>为电池投运系数，具体是储能***中的电池组的投运比例。

3.根据权利要求1或2所述的液冷机组的制冷量控制方法，其特征在于， 所述具体为：

；

其中，为液冷机组中的压缩机的发热量，/>为液冷机组中的水泵的发热量。

4.一种液冷机组，其特征在于，其应用了权利要求1-3任一所述的液冷机组的制冷量控制方法。

5.根据权利要求4所述的液冷机组，其特征在于，包括制冷模组、液冷模组以及换热器；

所述制冷模组包括压缩机、带有风机的冷凝器以及膨胀阀；

所述液冷模组至少包括水泵以及能够与发热体发生热交换的液冷板；

所述压缩机、所述冷凝器、所述膨胀阀以及所述换热器的冷媒通道依次连通，使冷媒能够在所述压缩机、所述冷凝器、所述膨胀阀以及所述换热器的冷媒通道之间循环流通；

所述水泵、所述液冷板以及所述换热器的液冷介质通道依次连通，使所述液冷介质能够在所述水泵、所述液冷板以及所述换热器的液冷介质通道之间循环流通。

6.根据权利要求5所述的液冷机组，其特征在于，所述液冷模组还包括用于加热液冷介质的加热器。

7.一种储能***，其特征在于，包括权利要求4-6任一所述的液冷机组。