[0001] 本发明涉及热管理技术领域，特别涉及一种储能热管理系统。

[0002] 热管理是指对总系统、分立部件或其环境的温度进行管理和控制，其目的是维护各部件的正常运行或提高其性能或寿命。当前，在诸如电化学储能等领域中通常都需要进行热管理，热管理对储能系统的性能、寿命、安全性都有显著影响。对于储能电池而言，其可采用风冷或液冷的方式。

[0003] 风冷及液冷方式都是采用制冷剂通过中间介质与储能电池进行热交换，一方面来说这种方式必然存在热交换损失，对于高充放电倍率的储能电池，其难以满足快速冷却的效果。另一方面，在现有的热管理系统中，制冷剂的循环通常通过传统涡旋或转子压缩机实现，同样存在一定的缺陷。具体而言，传统涡旋或转子压缩机总成通常具有较大的体积，在一些热管理系统中甚至需要采用两套压缩机制冷系统进行制冷。同时，传统涡旋或转子压缩机的内部零件在运行时存在摩擦的缺陷，因此对系统中的其他零件的清洁度要求高，且系统运行的可靠性差。此外，为了提升可靠性，传统涡旋或转子压缩机还需要用到压缩机油来进行润滑和密封，既增加了压缩机油成本，而且压缩机油进入系统后，会与制冷剂进行互溶，影响制冷剂的换热，直接导致系统制冷量下降5％以上。

[0004] 而且，现有的储能热管理系统大多是一套冷却装置对应一套待冷却设备，这样对于多套待冷却设备则需要设置多套冷却装置。

[0081] 以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。

[0082] 在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

[0083] 针对现有储能热管理产品存在的缺点，本发明采用高速气浮离心压缩机取代涡旋或转子压缩机，以高速气浮离心压缩机作为制冷剂回路的动力源，同时，搭配风冷、液冷、补气、旁通、多联、集中式等多重不同的系统方案设计，搭建一套储能热管理系统。

[0084] 在本发明的实施例中，节流元件，包括第一节流元件、第二节流元件、辅助节流元件、支路节流元件等均是指用于降低气体压力以达到蒸发目的的装置或元件，例如可以为：膨胀阀、毛细管、节流管等。

[0085] 下面结合实施例附图，对本发明的方案作进一步描述。

[0086] 图1示出本发明一个实施例的一种储能热管理系统的结构示意图。如图1所示，所述储能热管理系统包括制冷模块以及冷却模块003。其中所述制冷模块用于为目标设备100，例如储能电池等提供热管理，具体而言是循环提供压缩、冷凝后的制冷剂。所述冷却模块003则利用所述冷凝后的制冷剂对目标设备进行散热。如图1所示，所述制冷模块包括气浮离心压缩机001以及冷凝器002。其中所述气浮离心压缩机001的进气口与所述冷却模块
003的出口连通，其主要用于对制冷剂进行压缩，以形成第一状态的制冷剂。所述冷凝器002的入口连接至所述气浮离心压缩机001的排气口，出口则与所述冷却模块003的入口连通，以用于对所述第一状态的制冷剂进行降温，以形成第二状态的制冷剂，所述第二状态的温度低于所述第一状态，但压力相同。如图1所示，与目标设备100完成热交换后的高温低压制冷剂进入所述气浮离心压缩机001内进行压缩，形成第一状态的制冷剂。在本发明的一个实施例中，为了提高制冷效率，在所述冷凝器002的翅片处还设置有第一风扇004，所述第一风扇004将常温空气引入所述冷凝器002的翅片，使得所述冷凝器002内部的高温制冷剂的热量与空气进行热交换，进而达到冷凝的目的。

[0087] 所述储能热管理系统工作时，首先通过所述气浮离心压缩机对制冷剂采用离心的方式进行压缩，压缩后的高温制冷剂通过管路到达冷凝器，风扇将常温的空气吸入冷凝器翅片，冷凝器将内部高温制冷剂的热量与空气进行热交换，冷凝后的制冷剂到达节流元件005，所述节流元件005对制冷剂进行节流，节流后的制冷剂迅速进行膨胀进行蒸发，经过节流膨胀的制冷剂进入冷却模块003与目标设备100进行热交换，制冷剂吸收目标设备中产生的热量，从而使目标设备降到预期的温度，实现冷却的效果，经过吸热后的制冷剂再次回到气浮离心压缩机001。

[0088] 在本发明的一个实施例中，还可在所述气浮离心压缩机001的进气口与排气口之间设置一个旁通阀006。这样，当所述储能热管理系统工作时，若所述旁通阀006打开，则会有一小部分高温高压气体经过所述旁通阀006节流成低温低压气体后流向所述气浮离心压缩机的进气口，并与系统的压缩机回气一起汇合并流回所述气浮离心压缩机001中。

[0089] 在本发明的一个实施例中，所述制冷模块还包括补气组件，所述补气组件包括经济器007以及辅助节流元件008。其中所述经济器007包括主路入口、主路出口、辅路入口以及辅路出口。其中所述主路入口与所述冷凝器002的出口连接，所述主路出口与所述冷却模块003的入口连接，所述辅路入口连接至所述辅助节流元件008的出口，以及所述辅路出口连接至所述气浮离心压缩机的补气入口。所述辅助节流元件008的入口则与所述经济器007的主路出口连接。则当所述储能热管理系统工作时，高温高压气体从所述气浮离心压缩机001中排出后，在所述冷凝器002中冷凝成高温高压的液体，并在经过所述经济器007时会先与辅路的制冷剂进行换热以进一步地提升过冷度，确保都是液态制冷剂，同时主路上重新引一条支路，高温高压的液体先经过辅助节流元件008成为低温低压的液体，然后再经过所述经济器007的辅路与主路的制冷剂进行换热蒸发成低温低压的气体并流向所述气浮离心压缩机的补气入口，主路中剩余的高温高压的液体进一步地在节流元件005中节流成低温低压的液体，并流向冷却模块以对目标设备进行散热形成高温低压气体，并最终重新流回所述气浮离心压缩机001中被压缩成高温高压的气体，高温低压的气体在旁通阀打开时还有一小部分会经过旁通阀节流成低温低压的气体流向所述气浮离心压缩机001的进气口，并和系统的压缩机回气一起汇合并流回所述气浮离心压缩机001中。

[0090] 如前所述，以所述气浮离心压缩机001为核心的制冷模块可以搭配风冷、液冷、多联、集中式等多重不同的冷却模块。

[0091] 图2示出本发明一个实施例的一种储能电池的结构示意图；以及图3示出适用于如图2所示的储能电池的一种直冷式的储能热管理系统的结构示意图。如图所示，一种储能电池200，包括电芯201、第一直冷板202以及第二直冷板203。其中，所述第一直冷板202设置于所述电芯201的第一表面或距离第一表面一定距离处，且其包括第一入口及第一出口，如前所述，所述第一入口与冷凝器002的出口连接，在本发明的一个实施例中，所述第一入口处还设置有第一节流元件241。所述第二直冷板203设置于所述电芯201的第二表面或距离第二表面一定距离处，其中所述第二表面是指与所述第一表面相对一侧表面。类似地，所述第二直冷板203包括第二入口及第二出口，所述第二入口与冷凝器002的出口连接，如前所述，在本发明的一个实施例中，所述第二入口处还设置有第二节流元件242。为了避免储能电池散热不均匀的问题，在本发明的一个实施例中，所述储能电池采用了上下冷板反向进出的结构，即使得所述第一直冷板202中的流体流向与所述第二直冷板203中的流体流向相反。这可以通过将第一、第二直冷板的进出口完全相反设置来实现，也就是说，将第二直冷板的第二出口设置于与第一直冷板的第一入口相同的一侧，而第二入口设置于与第一出口相同的一侧。同时，在储能电池内部，流入的制冷剂会根据电芯的数量和排布分为多个分支，每个分支在进入直冷板前会安装一个节流元件，如电子膨胀阀等，根据每个电芯的散热需求，自动调节所述电子膨胀阀的开度。经测试，将制冷剂通过直冷板直接引入储能电池内部，制冷剂直接吸热电芯产生的热量，可将换热效率提升5％以上。

[0092] 在本发明的一个实施例中，所述冷却模块采用风冷模式。具体而言，所述冷却模块包括蒸发器401，其设置于所述目标设备100处，所述蒸发器401的入口与所述冷凝器002的出口连通，出口与所述气浮离心压缩机001的进气口连通，且所述蒸发器401的入口处设置有节流元件005。从所述冷凝器中冷凝成的高温高压液体经节流元件节流成低温低压液体后流入蒸发器中蒸发成低温低压的气态冷媒，并与目标设备进行热交换，以实现目标设备的散热，并重新流入气浮离心压缩机中进行压缩成高温高压的气体。在本发明的一个实施例中，还可在所述蒸发器处设置第二风扇402。

[0093] 如前所述，在风冷模式的基础上，可在制冷模块中增加补气组件和/或旁通阀。图4及图5分别示出本发明一个实施例的一种具旁通阀的风冷方案的储能热管理系统、及具旁通阀及补气结构的风冷方案的储能热管理系统的结构示意图。

[0094] 在本发明的一个实施例中，风冷模式中还可以设置多联式方案，图6示出本发明一个实施例的一种基础多联式风冷方案的储能热管理系统的结构示意图。如图6所示，在多联式方案中，所述冷却模块包括主路节流元件005以及多个并联设置的蒸发器401。其中所述主路节流元件连接至所述冷凝器的出口，以及每个蒸发器设置于一个目标设备处以对目标设备进行散热，且每个蒸发器的入口与所述主路节流元件之间分别连接有一个支路节流元件403，以及每个蒸发器的出口与所述气浮离心压缩机的进气口连通。类似地，在多联式方案基础上，也可以在制冷模块中增加补气组件和/或旁通阀。图7及图8分别示出本发明一个实施例的一种具旁通阀的多联式风冷方案的储能热管理系统、及一种具旁通阀及补气结构的多联式风冷方案的储能热管理系统的结构示意图。

[0095] 在本发明的一个实施例中，所述冷却模块采用液冷模式。图9示出本发明一个实施例的一种基础液冷方案的储能热管理系统的结构示意图。如图9所示，采用液冷模式时，所述冷却模块包括冷却液回路以及中间换热装置901。其中所述冷却液回路用于冷却液的流通，以对目标设备进行冷却，包括水泵902。所述中间换热装置分别与所述制冷模块及冷却液回路连通，以实现冷却液与制冷剂的热交换，使得所述制冷剂能够冷却所述冷却液。如图9所示，所述水泵902的入口与目标设备的冷却液出口连通，出口则连接至所述中间换热装置的冷却侧入口。经过目标设备热源的较高温的冷却液经过水泵在蒸发器中和制冷剂进行换热成较低温的冷却水，进而可再流入目标设备热源中重新对高温的目标设备进行散热冷却。

[0096] 如前所述，在液冷模式的基础上，可在制冷模块中增加补气组件和/或旁通阀。图10及图11分别示出本发明一个实施例的一种具旁通阀的液冷方案的储能热管理系统、及具旁通阀及补气结构的液冷方案的储能热管理系统的结构示意图。

[0097] 在本发明的一个实施例中，液冷模式中还可以设置多支路冷源方案，即所述冷却液回路可包括多个冷却液支路，各冷却液支路并联设置，每个冷却液支路用于为一个目标设备散热，且每个冷却液支路均包括一个水泵，所述水泵的出口通过单向阀903连接至所述中间换热装置。类似地，在多支路冷源方案基础上，也可以在制冷模块中增加补气组件和/或旁通阀。图12及图13分别示出本发明一个实施例的一种具旁通阀的多支路冷源的液冷方案的储能热管理系统、及一种具旁通阀及补气结构的多支路冷源的液冷方案的储能热管理系统的结构示意图。

[0098] 为了计算系统制冷需求进而控制各个器件或模块的工作状态，以及保护系统运行，在本发明的一个实施例中，在所述热管理系统中还设置有温度传感器T及压力传感器P。如图所示，所述温度传感器T及压力传感器P例如可设置于所述气浮离心压缩机的排气口、和/或进气口、和/或补气入口、和/或所述冷却模块的入口、和/或出口处。

[0099] 在本发明的一个实施例中，所述气浮离心压缩机001包括电机、叶轮、进气口、排气口以及连接管。所述电机包括转子系统、定子以及壳体。

[0100] 图14a至14e示出本发明不同实施例中的气浮离心压缩机的结构示意图。如图所示，所述电机的转子系统包含有径向的气浮轴承011，当电机转轴旋转时，所述径向的气浮轴承吸入气体，形成气膜支撑转子高速旋转，同时推力轴承(若有)也形成气膜，使得推力转轴与轴承无接触，轴承几乎无磨损，且能大幅地降低甚至消除机械损失及噪声。如图所示，所述叶轮012设置于所述转子013的端部处，用于压缩来自蒸发器的低温低压制冷剂气体，以形成高温高压的制冷剂气体排入冷凝器。在此，术语“径向”和“轴向”是指转子或其旋转轴的径向和轴向。在本发明的实施例中，所述转子系统013中包含两个径向轴承，所述两个径向轴承之间存在一定间距，且可对称地分布于所述转子上。在本发明的一个实施例中，所述径向轴承采用箔片式动压气浮轴承，当有气体引入轴承位置时，可形成气膜，进而达到气浮效果。

[0101] 为了承受在压缩机工作过程中产生的轴向推力，在本发明的一个实施例中，所述转子系统中还设置有推力盘014及推力轴承015。推力盘及推力轴承是可选的。所述推力盘可以设置于所述转子的任意一端，也可以在转子的两端分别设置一个推力盘。当仅设置一个推力盘时，可在所述推力盘的两侧分别设置一个推力轴承，两个推力轴承的作用面均朝向所述推力盘，因此可分别承受不同方向的轴向推力，具体而言，所述两个推力轴承可承受的轴向推力方向相反。当设置有两个推力盘时，可在所述两个推力盘相对的两侧，或者相远离的两侧分别设置一个推力轴承，两个推力轴承的作用面均朝向所述推力盘，因此可分别承受不同方向的轴向推力，具体而言，所述两个推力轴承可承受的轴向推力方向相反。在本发明的一个实施例中，所述推力轴承采用箔片式动压气浮轴承，当有气体引入轴承位置时，可形成气膜，进而达到气浮效果。

[0102] 此外，在本发明的不同实施例中，可根据实际需求，设置单级、双级或多级叶轮。具体而言，仅设置单级叶轮时，所述叶轮012可设置于所述转子的任意一端，则可将设置有叶轮的一侧记为高压侧，而未设置叶轮的一侧记为低压侧。当设置有两级叶轮时，所述两个叶轮可以分别设置于所述转子的两端，也可以全部设置于所述转子的任意一端，当分别设置于所述转子的两端时，可将设置有前一级叶轮的一侧记为低压侧，而设置有后一级叶轮的一侧记为高压侧，当全部设置于所述转子的一端时，则可将设置有叶轮的一侧记为高压侧，而未设置叶轮的一侧记为低压侧。类似地，当设置有多级叶轮时，所述多个叶轮可以等分或不等分地分别设置于所述转子的两端，也可以全部设置于所述转子的任意一端，当分别设置于所述转子的两端时，可将设置有前一级叶轮的一侧记为低压侧，而设置有后一级叶轮的一侧记为高压侧，当全部设置于所述转子的一端时，则可将设置有叶轮的一侧记为高压侧，而未设置叶轮的一侧记为低压侧。基于此，如图所示，当转子转动时，主气路中经所述叶轮压缩过的高压气体的一部分会在压力作用下，进入高压侧的径向轴承，然后经过电机定子与转子之间的气隙进入低压侧的径向轴承，并回到主气路中。当设置有推力盘及推力轴承时，所述高压气体还会经过所述推力轴承形成气膜，承受轴向推力。为了有效降低所述推力轴承所受到的轴向推力，在本发明的一个实施例中，所述低压侧的叶轮与高压侧的叶轮采用背靠背的方式设置，进而使得高压侧与低压侧的叶轮的轴向推力方向相反，以互相抵消。在本发明的一个实施例中，所述叶轮采用闭式叶轮。在本发明的一个实施例中，所述叶轮通过锁紧螺母固定于所述转子上。

[0103] 所述壳体的内部的两端分别设置有第一腔室及第二腔室，所述叶轮设置于所述第一腔室和/或第二腔室内。其中，所述第一腔室的进气口与所述压缩机的进气口连通，也可理解为，所述进气口即为所述第一腔室的进气口。所述第一腔室与第二腔室之间设置有连接管，气体从所述第一腔室的出气口流出进入所述连接管后，经所述第二腔室的进气口进入第二腔室内。所述第二腔室的出气口与所述压缩机的排气口连通，也可理解为，所述排气口即为所述第二腔室的出气口。在本发明的实施例中，所述第一腔室及第二腔室的出气口处还分别设置有第一端盖及第二端盖，所述第一端盖及第二端盖与所述转子、叶轮之间存在间隙，气体可经由这些间隙从主气路进入气浮轴承或从气浮轴承回到主气路中。此外，所述电机的两端的外侧还分别设置有压壳，所述压壳与所述叶轮之间设置有密封圈，所述密封圈可显著降低叶轮出口到进口的回流效应，可进一步提升压缩机效率。为了降低所述叶轮的压缩功耗，在本发明的一个实施例中，在所述连接管上还设置有级间补气孔，以接入来自经济器的排气，对气体进行冷却，进而达到降低叶轮的压缩功耗、提升系统的效率的目的。

[0104] 在本发明的一个实施例中，可根据目标设备的温度、和/或进入气浮离心压缩机气体的压力及温度、和/或气浮离心压缩机排出气体的压力及温度、和/或冷却液的压力及温度等，控制所述气浮离心压缩机的开启及关闭、和/或各节流元件的开度、和/或风扇的转速、和/或水泵的开度、和/或旁通阀、单向阀的开度等，进而保证热管理质量。

[0105] 尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。