[发明专利]热交换系统及热交换方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池的热交换技术领域，具体而言，涉及一种热交换系统及热交换方法。

背景技术

燃料电池是一种环保、高效、长寿命的发电装置。以质子交换膜燃料电池(PEMFC)为例，燃料气体从阳极侧进入，氢原子在阳极失去电子变成质子，质子穿过质子交换膜到达阴极，电子同时经由外部回路也到达阴极，在阴极质子、电子与氧气结合生成水。燃料电池采用非燃烧的方式将化学能转化为电能，由于不受卡诺循环的限制其直接发电效率可高达45％。以电池堆为核心发电装置，燃料电池系统集成了电源管理，热管理等模块，具有热、电、水、气统筹管理的特征。燃料电池系统产品从固定式电站，到移动式电源；从电动汽车，到航天飞船；从军用装备，到民用产品有着广泛的应用空间。燃料电池作为供电电源使用时，在一定的功率下工作具有最佳的工作效率。但外界负载具有非连续性和非稳定性，电池系统难以持续在最佳状态下工作，从而降低系统的能量利用率。

全钒氧化还原液流电池(VRB)也是一种环境友好的新型储能系统和高效的能量转化装置，具有规模大、寿命长、成本低、效率高的特点。钒电池可以作为发电系统中的大规模电能储存和高效转换设备，用于电网的削峰填谷和平衡负荷，起到提高电能供给质量及电站运行稳定性的作用。

钒电池分别以钒离子V5+/V4+和V3+/V2+作为电池的正负极氧化还原电对，将正负极电解液分别存储于两个储液罐中，由耐酸液体泵驱动活性电解液至反应场所(电池堆)再回至储液罐中形成循环液流回路，以实现充放电过程。在全钒氧化还原液流电池储能系统中，电池堆性能的好坏决定着整个系统的充放电性能，尤其是充放电功率及效率。电池堆是由多片单电池依次叠放压紧，串联而成。

钒电池电解液中不同价态的电解质溶解度随温度的变化趋势有所不同，其中五价钒离子在高温下易沉淀，其他价态的钒离子在低温下易沉淀。当电解液中电解质浓度较高时，在高电荷态下正极电解液中五价钒离子化合物的稳定性和溶解度会降低而析出结晶。这些析出物可能引起石墨毡、管道及液体泵等的堵塞，降低电池系统的充放电效率，甚至导致电池堆无法正常工作。为了保证电池的正常运行和高效使用，需要对电池系统的温度进行合理的控制。而现有技术中，钒电池在使用过程中产生的热量并未加以利用，系统的能耗也处于较高的水平。

针对如何统一管理和利用上述的电池(包括燃料电池、钒电池及其他供电系统)产生的热量，即，供电系统的能耗高，能量利用率低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明旨在提供一种热交换系统及热交换方法，以解决现有技术中供电系统的能耗高，能量利用率低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种热交换系统，包括：供电子系统，包括：电池模块，供电子系统用于为终端用户输送电能；热交换子系统，包括：热交换模块，用于供电子系统的散热，同时将回收的热能用于为终端用户输送热能。

进一步地，电池模块为多个，热交换模块包括多个换热区。

进一步地，多个电池模块中的每个电池模块可选择地连接至多个换热区中的一个或多个换热区。

进一步地，当电池模块连接至多个换热区时，各换热区之间为并联或者串联。

进一步地，每个换热区内均包括多个换热器。

进一步地，每个换热区内的每个换热器的换热面积均不相同。

进一步地，每个换热区内的各个换热器之间为并联或者串联。

进一步地，本发明的热交换系统还包括：加热模块，用于加热通过换热区之后的冷却介质。

进一步地，本发明的热交换系统，还包括：加热模块，加热模块包括：第一加热模块，用于加热通过换热区之前的冷却介质。

进一步地，加热模块还包括：第二加热模块，用于加热通过换热区之后的冷却介质。

根据本发明的另一方面，提供了一种热交换方法，利用上述的热交换系统，包括以下步骤：利用供电子系统的电池模块为终端用户输送电能；利用热交换子系统的热交换模块为供电子系统散热，并将同时回收的热能用于为终端用户输送热能。

进一步地，电池模块为多个，热交换模块包括多个换热区，每个电池模块可选择地连接至多个换热区中的一个或多个换热区。