CN104969409B - 流体槽制冷的能量存储系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的能量存储系统包括封闭蓄电池组电池阵列和具有包围蓄电池组电池阵列的流体的容器。该系统可包括制冷系统，以提高热能从蓄电池组电池传递出去。该系统可包括构造成携带流体从容器外部通过热交换器的外部流体回路。该系统可还包括具有通信端口的壁部，通信端口构造成与包壳连接并且穿过壁部来传送电信号。

Description

流体槽制冷的能量存储系统
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2013年3月14日提交的美国临时申请61/781406的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文中。
背景技术
包含电动马达的车辆需要高压能量存储系统，以便为马达提供适当的能量。高压通常需要多个蓄电池组电池串联地电连接在一起。因为发热是产生电能的副产品，因此在进行充电和放电时，蓄电池组电池会由于电池内部的化学反应而产生热能。当多个蓄电池组电池很靠近地放置时，在整个系统中，每个电池所产生的热能会是倍增的，并且会造成例如可毁坏存储系统的电池热失控的问题。此外，为了优化能量效率，必须维持蓄电池组电池均匀的温度。因此，对于这样的系统而言，包括制冷蓄电池组电池的器件是需要的且是有益的。
高压蓄电池组电池所具有的其他问题是有电晕的风险，或者在出现开路时有电弧闪光的风险，或者有由点燃排放气体而产生火灾的风险。此外，盐雾和杂质颗粒可导致在存储系统中出现腐蚀以及不期望的电泄漏电流路径或短路。
现有的设计采用空气制冷器或由分叉管组和管道构建成的液体制冷器以从蓄电池组电池处移除多余的热量。空气制冷器不能阻止盐雾或其他的腐蚀性物质到达蓄电池组电池，甚至在使用过滤器的时候也不能。由分叉管组和管道构建成的液体制冷器可能会泄漏，并且会造成在存储系统中出现泄漏电流路径。此外，这些设计增加了存储系统的体积，这会对空间节省的初始设计或混合动力改造应用造成问题。
其他的设计在容纳蓄电池组电池的壳体内部加入了非导电性的流体。在一些情况下，可使流体在壳体内流动来增加热能的转移。这些设计可减少电弧闪光、电晕以及腐蚀的问题。然而，在对蓄电池组电池或其他部件进行维护时，由于必需要将流体排干或以其他的方式来容纳，因此这些设计难于维护。此外，这些设计仍可不能提供足够的热能转移，以便避免电池的热失控。
因此，需要在此领域中进行改进。
发明内容
这里描述的能量存储系统解决了数个上文提及的问题以及其他问题。能量存储系统包括将蓄电池组电池封闭在内以及具有电绝缘性和导热性能的流体的容器，该流体围绕着蓄电池组电池，这会减小或消除电弧闪光、电晕以及腐蚀的问题。为了进一步缓解这些问题，可对该容器进行气密密封。能量存储系统可包括制冷系统，其可引起热能从流体转移到容器的外部。使用这样的制冷系统可大大地提高从蓄电池组电池的热量转移速率，这又会降低或消除电池热失控的可能性，或蓄电池组电池其他过热的可能性。能量存储系统可包括引起流体循环的再循环泵。能量存储系统可包括从外部将流体运送到容器的外部流体回路，并且再循环泵可引起流体流动通过该外部流体回路。再循环泵可位于容器的内部或者沿着外部流体回路而设置。能量存储系统可包括位于外部流体回路上的热交换器，其引起热能从流体转移到容器外部。制冷系统可包括位于容器内部或沿着外部流体回路而设置的蒸发器。在容器的外部可附加有散热片，以进一步增加热能从蓄电池组电池到容器的外部的转移。
在其他的实施例中，能量存储系统可包括具有通信端口的壁部，该通信端口构造成在保持容器的密闭环境的同时通过壁部来传递电信号。具有端子和控制器的包壳构造成与容器及通信端口相匹配，以接收和传输电信号。包壳和通信端口允许能量存储系统的部件易于与流体分隔开，以在保持容器的密封环境的同时提高可靠性。
通过详细描述和随之提供的附图，本发明其他的形式、目的、特征、方面、好处、优点和实施方案将变得清楚。
附图说明
图1是能量存储系统的示意图。
图2是能量存储系统的一个替代实施例的示意图。
图3是能量存储系统的一个替代实施例的示意图。
具体实施方式
出于更好地理解本发明原理的目的，现在将参照在附图中说明的实施方案，并且使用详细的语言来对其进行描述。然而需要理解地是，本发明的范围并不因此而受到限制。如同与本发明相关的领域的技术人员所通常想到的那样，可以构思出对在此描述的实施方案的任何修改和进一步的改进，以及对此处所描述的本发明原理的进一步应用。对于本领域的技术人员来说很明显，为了简要起见，一些与本发明无关的特征也许不会显示出来。
对于说明书和权利要求书来说，应当注意地是，单数形式“一”、“该”等也包括复数，除非另有明确说明。作为说明，关于“一个装置”或“该装置”包括一个或多个这种装置或其等效物。还应当注意地是，这里所使用的例如“上”、“下”、“顶部”、“底部”等方向性术语仅是为了方便读者，以帮助读者理解所说明的实施方式，并且使用这些方向性术语并不意在以任何方式来将所描述的、所说明的，和/或所宣称的特征限制到具体的方向和/或方位。
在下述描述中的标记数字用于帮助读者快速识别出首次显示了各种部件的附图。特别是，首次出现了元件的附图通常由相应的标记数字的最左侧的数字来表示。例如，由“100”系列标记数字标出的元件将首次出现在图1中，由“200”系列标记数字标出的元件将首次出现在图2中，以此类推。
图1是能量存储系统100的示意图。能量存储系统100适合用于混合动力车辆以及其他类型的车辆或运输系统中，但是可以设想地是，能量存储系统100的各个方面可结合到其他环境中。在混合动力车辆的背景下，能量存储系统100接收由电动马达/发电机(未显示)产生的电能。能量存储系统100也可反过来向电动马达/发电机，以及向例如逆变器、DC-DC转换器的其他部件或其他部件供应能量。能量存储系统100通过使用高压线束与电动马达/发电机和其他组件通信。
能量存储系统100包括为其提供结构支撑的容器102。容器102包括多个壁部104、底部(未显示)以及盖体(未显示)。如图1所描绘的那样，容器102形成了包括四个壁部104的矩形形状，其中一个壁部104形成了防水壁106。壁部104为容器102提供了结构支撑。在壁部104、盖体以及底部之间的密封件在容器102内产生了气密密封和流动密封的环境。壁部104、底部和盖体彼此相互匹配并且密封，使得容器102可填充流体108而不允许任何流体108泄漏穿过密封件。密封件可以是现有技术中众所周知的任何密封件，并且密封件能够承受不稳定的温度变化和范围，例如为焊接密封件或聚合物密封件。在至少一个壁部104上包括压力释放阀(未显示)。在内部压力增大到超过目标阈值的情况下，压力释放阀允许气体或流体从容器内部释放，并且防止容器102破裂或其他故障。压力释放阀只在一个方向上工作，不允许外部空气或水进入到包壳内部。尽管图1中所描绘的容器102显示成大体上矩形的形状，但是这种描绘仅是出于说明的目的，容器102可成形为任意的不同形状。
壁部104具有内表面110和外表面112。内表面110和外表面112之间的距离限定了壁部104的厚度。壁部104优选地由具有有益的热性能的材料，例如铝、钢、镁，或其他类型的金属或非金属构造成。优选地，该材料具有高的热传导性，使得在容器102内部产生的任何热能均可被迅速地从内表面110传递到外表面112。此外，壁部104可由具有下面类型的材料构造成，所述材料具有高耐热性并且在经受极端温度变化或暴露于极端的温度范围内时是结构上稳定的。
蓄电池组电池阵列114位于容器102的内部。蓄电池组电池阵列114本质上是连接起来的电化学电池组，其用于存储电动马达/发电机产生的能量，并且能将能量迅速地供应回电动马达/发电机。虽然所说明的实施例显示了包括两个蓄电池组电池阵列114的容器102，但是能量存储系统100可包括比显示的更多或更少的蓄电池组电池阵列114。蓄电池组电池阵列114包括单个的蓄电池组电池，其可根据特定的系统(未显示)的需要呈菊花链式串联或并联起来。蓄电池组电池阵列114通过数据链路116连接，所述数据链路116在各个蓄电池组电池阵列114之间提供电连接且有助于各个蓄电池组电池阵列114之间的通信。蓄电池组电池阵列114通过数据链路118电连接到防水壁106上。数据链路118、116可包括现有技术中已知的、适于在变温环境中传递电信号的任何电连接器和信号承载器。作为数据链路118、116的一部分的电连接器和信号承载器可包括从蓄电池组电池阵列114凸出或固定到蓄电池组电池阵列114上的物理部件。
蓄电池组电池阵列114的单个蓄电池组电池包括密封蓄电池组电池的内部部件的蓄电池组壁部，使得任何流体或气体均不能渗透穿过蓄电池组壁部，并且不能损坏蓄电池组电池以及相应的蓄电池组电池阵列114的内部完整性。蓄电池组壁部通常由例如铝或其他金属或具有高热传导性的非金属形成，使得在蓄电池组电池内产生的热能可被迅速地传递到蓄电池组壁部的外表面。
容器102包含位于容器102内部的流体108。流体108与容器102的内表面110、蓄电池组壁部、防水壁106、作为数据链路118、116的一部分的电连接器和信号承载器，以及位于容器102内的任何其他部件直接接触。因为容器102的内部是密封的，所以流体108不能从容器102内流出。流体108具有足够的量以覆盖和流动性地包围蓄电池组电池阵列114和数据链路118、116。这样一来，可将氧气从蓄电池组电池阵列114和数据链路118、116的周围有效地移除，并且在蓄电池组电池阵列114和数据链路118、116周围不会存在或产生任何的火焰。这降低或消除了点燃任何所排放的气体的危险。这也减小了在能量存储系统100内如果出现开路时产生电弧闪光或电晕的几率。进一步地，将蓄电池组电池阵列114和数据链路118、116的浸没可消除电气部件周围的氧气，这降低了由湿气或氧气造成的腐蚀的几率。此外，用流体108电隔离蓄电池组电池比用空气间隙更好。流体108优选地是电绝缘的流体，使得在电气部件淹没在流体108中时，在能量存储系统内不会有短路的风险。另外，为了提高容器102内的热能传递速率，流体108是具有平衡的高电绝缘性能和高热传导性的流体。这样的流体在现有技术中是已知的，例如某种类型的油，如变压油或传动油。另外，流体108可以是在相变过程中具有高吸热能力的相变材料。容器102可大体上填满流体108，在容器102内部留下很少或没有空气空间。替代地，容器102可构造成蓄电池组电池阵列114和数据链路118、116没有达到容器102的盖体，使得即使在容器102没有完全填满流体108，蓄电池组电池阵列114和数据链路118、116也可浸没在流体108中。
再循环泵120位于容器102内。再循环泵120引起流体108在整个容器102内循环。图1所示的再循环泵120位于容器102的近端。然而，这种描绘仅是出于说明的目的，并且再循环泵可位于容器102的其他部分。再循环泵120可以是将外部能量转变为泵机构的运动并引起流体流动通过入口端和出口端的正位移泵。替代地，再循环泵120可以是将旋转运动转变为受迫的流体流动的基本的螺旋桨，或者是适于引起流体在容器102内循环的任意的各种机构。再循环泵120也可以是现有技术中已知的能引起流体运动的任意的各种适宜的机械装置。再循环泵120使流体108在容器102的内部整体地循环，使得流体108沿着贯穿容器102内部的流体流动路径122以大体上均匀的循环速率循环(流体流动路径122在图1中以虚线箭头一般性地表示，在图2和图3中也是)。再循环泵120通过数据链路118电连接到防水壁106上。
如图1所示，流体流动路径122随着从容器102的近端向该容器的远端大体上穿过两个蓄电池组电池阵列114之间的中央通道的一条线。流体流动路径122在容器的任何一侧分隔开且连续以绕着或穿过蓄电池组电池阵列114运动，并且流动路径从蓄电池组电池阵列114处，在内表面110附近折回朝向容器102的近端。因为蓄电池组电池阵列114由单个的蓄电池组电池组成，因此流动路径122可在单个蓄电池组电池之间流动，使得流体108直接穿过蓄电池组电池的壁部。
在一个或更多个的壁部104的外表面112上附接有多个散热片124。在图1中，散热片124附接到外边面112中的两个上。然而，能量存储系统100可包括位于一个或更多个壁部104以及容器102的底部或盖体的外部上的布置成各种构造的散热片124。散热片124通常构造成大体上平坦的平面结构的阵列。散热片124彼此平行地放置且垂直地附接在外表面112上。散热片124具有大量的表面积，以使对流热能传递速率最大化。散热片124由具有高热传导性的材料、例如铝或其他的金属或非金属形成。对本领域的技术人员而言，使用散热片来增加对流性的和传导性的热能传递速率是已知的。
容器的壁部104中的一个构造成防水壁106。防水壁106在为容器102的内部与容器102的外部之间提供电通信链路的同时，维持了容器102内部的气密性的密封环境。配套的包壳126构造成与容器102相匹配，更为具体地地是与防水壁106相匹配。配套的包壳126构造成可附接到防水壁106上并且易于移除以进行维护或配置任务。配套的包壳126可使用螺栓、杠杆、棘轮或者任意类型的附接机构来附接到防水壁106上。配套的包壳126包含多种控制器128、端子130以及保险丝132。端子130有助于电能量存储系统100与电能量存储系统100外部的部件(例如电动马达/发电机、逆变器、DC-DC转换器或者可成为混合动力车辆的一部分的其他部件)之间的数据连接和高压电链接。
包壳126包括一个或更多个接收部分134，其构造成接收位于防水壁106中的一个或更多个通信端口136。接收部分134包含构造成与位于通信端口136中的相应的端子相匹配的端子130。当配合在一起时，接收部分134和通信端口136建立数据连接，借此电信号和电能可从容器102内传递到包壳126或穿过包壳126。配套的包壳126构造成在不损害容器102内部的密封完整性的同时可从容器102上分离，使得在对位于配套的包壳126内的任何部件进行维护时不会有流体从容器102内流出。当将配套的包壳126从容器102上移除时，防水壁106仍然存在并且维持容器102的内部的密封完整性。
图1所显示的接收部分134是包壳126的凹陷部分。在图1中，通信端口136显示为防水壁106的凸出部分。然而，这些描绘仅是说明性的，并且接收部分134和通信端口136的结构可以是任何多种任何适宜的结构。此外，尽管图1中显示了三个接收部分134和三个通信端口136，但是这只是说明性的，并且能量存储系统100中可包括更多或更少的接收部分134和通信端口136。通信端口136接收以接触部终止的数据链路118，接触部构造成与接收部分134中配套的接触部相连接。这样一来，通过配套的包壳126的端子130，通信端口136直接地将数据链路118连接到控制器128上。通信端口136在数据链路118和端子130周围提供了密封件，以便维持容器102内部的气密完整性，使得没有流体108会通过通信端口136。通信端口136的端子130和密封件可以是现有技术中已知的适用于变温环境的任意类型的端子130和密封件，例如压缩密封件、O型环或者聚合物密封件。防水壁106可涂覆有隔热层，或者由隔热材料、例如陶瓷制成，以便降低通信端口136的温度变化。
容器102内设有一个或更多个传感器138。尽管图1出于说明的目的描绘了一个传感器138，在实践中，能量存储系统100可包括在容器102内以各种布局放置的任意数量的传感器138。传感器138可连接到蓄电池组电池阵列114上，或者放置在容器102内。传感器138可以是用于测量容器102内的物理参数(例如蓄电池组电池的温度、壁部104的温度或流体的温度)的任意数量的传感器。此外，传感器138可以是压力传感器、液位传感器以及蓄电池组电池电压传感器。传感器138通过数据链路118与防水壁106电连接。
配套的包壳126包括作为蓄电池组管理系统的控制器128。控制器128包括控制指令来促进在电动的能量存储系统100的各个部件之间以及在能量存储系统100与外部部件，例如电动马达/发电机、逆变器或DC-DC转换器之间的数据传递和能量流动。此外，控制器可放置在配套的包壳126外部的多个位置处并且从外部与配套的包壳126电连接。控制器接收来自传感器138的信息并控制再循环泵120或能量存储系统100的其他部件来调节蓄电池组电池的温度或容器102内的其他参数。传感器138构造成向位于配套的包壳126内的控制器128提供信息。控制器128通过数据链路118从传感器138处接收信息。控制器128还通过数据链路118与再循环泵120和位于容器102内的任何其他部件通信。控制器128控制再循环泵120和位于能量存储系统100内的任何其他部件的运作。控制器128通过数据链路118从蓄电池组电池阵列114处接收信息，例如电压和容量，并且将这些信息传输到电动马达/发电机或作为混合动力车辆的一部分的其他部件。控制器128还通过数据链路118促进电力传递到蓄电池组电池阵列114，或者从蓄电池组电池阵列114传出。
在一个替代的实施方式中，配套的包壳126可固定式附接到容器102上。这样一来，配套的包壳126就不能从容器102上分开。取而代之地是，配套的包壳126和各种控制器128、端子130以及保险丝132可在附接到容器102上的同时得到维护和配置。替代地，配套的包壳126可以是容器102的一个整体部件，使得配套的包壳和容器110共有或至少部分地共有至少一个壁部104。这样一来，配套的包壳126和容置流体槽的腔可以是同一个容器的两个腔。
本领域的技术人员可以理解地是，紧密靠近的菊花链式连接在一起的高压蓄电池组电池在进行充电或放电时会产生大量热能。蓄电池组电池阵列114中积累的热能会造成热能被传导性地传递到单个的蓄电池组壁部。这样一来，在能量存储系统100的操作期间的不同时间，如果不存在能量管理系统地话，蓄电池组电池和蓄电池组壁部会达到非常高的温度，并对系统造成灾难性的故障。例如，当蓄电池组电池的升高的温度引起在蓄电池组电池内产生进一步热能释放的化学反应时，就会发生电池热失控。此外，来自经受电池热失控的一个蓄电池组电池的热能会传播到相邻的蓄电池组电池，进而造成了相邻的蓄电池组电池的温度的升高。这样一来，在能量存储系统100内会发生多个故障蓄电池组电池的连锁反应。蓄电池组故障会造成将要从蓄电池组电池释放出来的气体进入到容器102中，增加密封的容器102的内部压力。如果内部压力增加到超过预定阈值的话，那么会致动压力释放阀，并且防止能量存储系统100的进一步故障。然而，压力释放阀仅是一个备用系统，这是由于图1所示的能量存储系统100提供了一种用于从蓄电池组电池阵列114到容器102的外部迅速且高效地传递热能的器件，从而防止了过热的情况。
正如本领域的技术人员能够理解地那样，在两点之间通过传导的热能传递速率直接地正比于两点之间的温度差异及热能经由其进行传递的介质的热传导率。从一个介质到另一个介质通过对流的热能传递速率直接地正比于热能传递离开的介质的表面面积以及两个介质之间的温度差异。由于热能总是从较高的温度流向较低的温度，因此能量存储系统100旨在当蓄电池组电池的温度高于外部大气的温度时，增加从蓄电池组电池到容器102周围的外部大气中的热能传递。
能量存储系统100旨在通过使用子系统、材料和能量存储系统100内的结构布局来高效地增加从蓄电池组电池到容器102的外部的热传导传递速率和热对流传递速率。一般而言，根据图1所示的实施例，通过下述的特征，可实现高效的热能传递。蓄电池组电池阵列114放置在包括流体108的流体槽中，流体108具有高热传导性，其可增加从蓄电池组电池壁部到流体108的热能传递。为了增加从蓄电池组电池到流体108以及从流体108到壁部104的热对流传递速率，使流体108在容器102内循环。容器壁部104具有高的热传导性，其可增加从流体108到外表面112的热能传递。散热片124设置在容器壁部104的外表面112上，以将热能从容器壁部104传导性地传递到容器102外部的大气中，以及将热能从散热片124对流性地传递到容器102外部的大气中。
更为具体地，由于蓄电池组电池内产生了热能，因此传递到蓄电池组壁部的热能会造成蓄电池组壁部的表面温度升高。本领域的技术人员可以理解地是，透过介质的热能传递速率直接地正比于介质的热传导率。因此，通过使流体108的温度低于蓄电池组电池的目标温度，可降低蓄电池组电池的温度或维持蓄电池组电池的目标温度。通过将蓄电池组电池浸没在包括流体108的流体槽中(流体108的温度比蓄电池组电池低，并且具有高的热传导率)，热能可更为迅速地从蓄电池组壁部流到流体108。相比于作为替代的空气，流体108是有益的，这是因为空气具有比流体108低的多的热传导性，通常流体108的热传导性比空气的热传导率高四倍。在能量存储系统100的操作期间，由于热能通过流体108从蓄电池组电池传递出来，如果流体108是停滞的话，那么紧靠蓄电池组壁部的流体108通常具有比紧靠内表面110的流体108更高的温度。尽管在蓄电池组壁部和内表面110之间的温度差异允许通过流体108以相对地高效的速率产生传导性热能传递，但是加入流体108循环可大大提高热能传递速率。由再循环泵120产生的流体108沿着流体流动路径122的流动可显示出紊流流动的特点，这进一步增加了流体108内的热能传递速率，这是因为单个流体颗粒显示出可引起流体108内增加的剪切混合的附加的横向运动。剪切混合导致在任何给定的时刻，紧靠蓄电池组壁部104的流体108的部分通常具有较低的温度，这进一步增加了从蓄电池组壁部104到流体108中的热能传递速率。
随着热能传递到流体108，流体108的温度会趋于升高，除非热能以与热能流入到流体108的速率相等的速率从流体108传递出来。为了避免电池热失控，流体108的温度应当维持在低于最高温度。为了通过流体108维持从蓄电池组壁部到内表面110的稳定的热能传递速率，且不允许流体108的温度上升，内表面110的温度应当维持在相比于流体108的平均温度更低的温度。内表面110的温度通过使用具有高热传导性的壁部104和散热片124来维持。由于壁部104是由具有高热传导性的材料制成的，因此当外表面112维持在比流体108更低的温度时，蓄电池组电池产生的并且通过流体108传递到内表面110的热能将会通过壁部104迅速地传递到外表面112。通过壁部104的热能传递会趋于提高外表面112的温度。然而，外表面112的温度可通过使用散热片124来维持。随着热能穿过壁部104，热能随后会传导性地穿过散热片124，并最终通过从散热片124的表面以热对流转移而消散在周围空气中。散热片124大的表面积有利于热能从散热片124迅速传递到周围空气。
因此，在能量存储系统100的操作期间，散热片124的表面温度会维持在比蓄电池组电池的目标温度更低的温度，并且从蓄电池组电池到容器102周围的环境空气的综合热能传递速率会增加。这种从蓄电池组壁部104到外部环境空气的增加的热能传递速率有助于降低电池热失控的几率，并且另外通过更为迅速地将热能传导离开蓄电池组电池，有助于降低蓄电池组电池114的过热几率。
图2显示了能量存储系统100的一个替代实施例，其包括制冷系统200。图2的能量存储系统100与图1的能量存储系统100类似，并且包括具有壁部104的容器102，壁部104具有外表面112和内表面110。一对蓄电池组电池阵列114、再循环泵120、传感器138、数据链路118、116以及流体108位于容器102内。多个散热片124位于外表面112上。图2所示的能量存储系统100可具有任意数量的蓄电池组电池，且不限于图2所示的两个蓄电池组电池阵列114。容器102填充具有高热传导性和高电绝缘特性的流体108。再循环泵120使得流体108穿过和绕着蓄电池组电池在容器102内循环。
制冷系统200包括压缩机202、冷凝器204、膨胀阀206、蒸发器208、制冷风扇210，以及制冷剂管路212。图2所示的制冷系统200的配置仅是出于说明的目的而描绘的，并且不必然地意在代表制冷系统的实际物理布局。制冷系统200以蒸汽压缩循环的方式进行操作，其中制冷剂经过制冷剂管路212并且经过四个部件，该四个部件为压缩机202、冷凝器204、膨胀阀206以及蒸发器208。在蒸汽压缩循环的每个阶段，制冷剂会经历热力学变化。制冷剂可以是适于用于制冷循环中的任何种类的物质，例如氨或甲烷。制冷剂具有在流体108的目标温度以下的沸点，使得在制冷剂进入蒸发器208时的蒸发期间中，制冷剂会必然地蒸发(或沸腾)。
压缩机202与蒸汽压缩循环的压缩阶段相一致，并且将制冷剂从蒸汽转变成过热蒸汽。制冷剂以蒸汽形式通过制冷剂管路212进入压缩机202。压缩机202施加机械功以增加制冷剂的压力和温度。在压缩过程中，由于很少或者没有热能传递到制冷剂或从制冷剂传递出来，因此制冷剂从蒸汽转变成过热蒸汽。压缩机202可以是任何类型的压缩机，例如往复式压缩机或旋转式压缩机。压缩机202可安装在容器102外部的任何适宜的位置处。然而，需要将压缩机202安装在距容器102足够远的位置处，以使压缩机202受到容器102排出的热能的任何干扰最小化。此外，压缩机应当放置得足够靠近容器102，以使制冷剂管路212和任何相应的效率损失最小化。
离开压缩机202后，制冷剂以过热蒸汽的形式进入冷凝器204。在冷凝器204内，制冷剂凝结并经历从过热蒸汽到液体的相变，该液体仍处于高温高压的状态。冷凝器204可以是现有技术中已知的任意类型的冷凝器。例如，冷凝器204可包括热交换区，制冷剂在交换区内行进通过多个蛇形的或环状的冷凝器管214。多个冷凝器散热片216附接在冷凝器管214上。制冷风扇210吹动外部的制冷空气通过热交换区，并且使制冷空气穿过冷凝器散热片216。制冷空气使热能从冷凝器散热片216的表面对流传递地离开，并且产生了引起热能传导式地从制冷剂传递穿过冷凝器的壁部的温差。在冷凝器204内，制冷剂通常维持在恒定的温度和恒定的压力。尽管在过热蒸汽在接近液体/蒸汽的混合相态时，会发生一些温度降低，但是在凝结阶段会发生很少的进一步温度损失。由于制冷剂的温度和压力维持在恒定值(相对地较高)，因此随着热能从制冷剂流出，制冷剂发生从过热蒸汽到液体的相变。然后，高温、高压的液体制冷剂离开冷凝器204并通过膨胀阀206。
膨胀阀206控制制冷剂通过制冷剂管路212的循环流动速率，并且使制冷剂从高压环境缓慢地到达低压环境。膨胀阀206可以是现有技术中已知的用来控制制冷剂流入到蒸发器内的任何类型的膨胀阀，例如恒温膨胀阀或毛细管。当通过膨胀阀206时，高压液体制冷剂会经历闪蒸并且制冷剂变成液体-蒸汽混合物。由于温度通常直接正比于压力和体积的乘积，因此在闪蒸过程中，会发生很少的热能传递并且制冷剂会讯速地冷却。因为制冷剂之后沿着制冷剂管路212继续前进并进入到包含蒸发器208的容器102中，液体-蒸汽制冷剂的最后温度优选地低于流体108的中间温度。
在蒸发器208内，处于液体/蒸汽混合物状态的低压、低温的制冷剂与流体108进行充分接触，以使制冷剂从流体108吸收热能。蒸发器208可以是适用于制冷系统中的任何类型的蒸发器，例如为制冷剂能经过的一连串盘绕的蒸发盘管218。蒸发器208直接地位于容器102内，并且浸没在流体108中。蒸发盘管218的壁部优选地由具有高热传导性的材料、例如铝制成，以使流体108和制冷剂之间的热能传递速率最大化。在蒸发器208内，制冷剂与流体108通过蒸发器的传导性的壁部来传递热能。由于制冷剂温度低于流体108的平均温度，因此热能会从流体108流到制冷剂。由于制冷剂处于较低的压力，因此制冷剂能够在较低的温度下沸腾，并且制冷剂被蒸汽化。一旦被蒸汽化，制冷剂就会继续沿着制冷剂管路212前进，离开容器102并返回到压缩器，以完成制冷循环。
容器102中的再循环泵120与制冷系统200协同作业，以提高热能传递速率。通过使流体108沿着图2所示的流体流动路径122流动，流体108不会变得停滞，使得流体108的直接围绕蒸发盘管218的部分的温度会变的通常低于流体108的平均温度。再循环泵120可确保流动穿过蒸发器208的流体108具有足够高的温度，以使从流体108到经过蒸发盘管218的制冷剂的热能传递速率最大化。
制冷剂管路212构造成穿过壁部104，并且在进入和离开壁部104的位置处密封。密封件可以是现有技术中已知的任何类型的密封件，例如聚合物密封件、O型环，或者压缩密封件。这样一来，容器102的内部被密封，以在允许制冷剂管路212进入和离开容器102时防止外部的污染物进入容器102。
制冷系统200是封闭的系统，使得制冷剂不能从制冷系统中漏出。因此，位于制冷剂管路212中的制冷剂被充分地与流体108隔离开，使得流体108和制冷剂不会彼此交叉污染。这样一来，制冷剂可通过位于容器102外部的制冷剂管路212的一部分来进行维护或更换，而不会造成污染或是损害容器102的内部密封性。由于制冷系统200需要能量来操作，为了提高能量效率，可在不需要制冷系统200来维持流体108充分低的温度时关闭制冷系统200。制冷系统200可构造成与控制器128(图1)通信，控制器128还与传感器138(例如温度传感器、压力传感器或液位传感器)通信。控制器128用作蓄电池组管理系统，并且可被构造成在响应从传感器138处接收到的信号来使制冷系统工作，例如在高温或高压的条件下。类似地，当控制器128基于从传感器138处接收到的信号而需要再循环泵120时，再循环泵120可开始工作。
在能量存储系统100的一个替代实施方式(未显示)中，制冷系统200可与构造为用于车辆驾驶室的单独制冷系统相结合。本领域中已知地是，机动车辆可在同一个制冷回路中具有多个共用同一个制冷剂源和压缩机的蒸发器。这样可避免需要多个压缩机而增加不期望的成本。
在图3所示的能量存储系统100的另一个实施例中，能量存储系统100包括携带流体108经过位于容器102外部的热交换器302的流体回路300。热交换器302可包括任意类型的热交换器，例如具有散热片和制冷风扇(举例)的热交换器，或者任何适于冷却液体的热交换器。图3所描绘的能量存储系统100包括一个蓄电池组电池阵列114。然而，在其他的实施例中，能量存储系统100可包括多于一个的蓄电池组电池阵列114，以及任意配置类型的蓄电池组电池阵列114。流体回路300在容器102的外部携带流体108通过热交换器302。流体输送管路304携带流体108通过流体回路300。泵306使流体流动通过流体输送管路304。流体输送管路304流体式连接到容器102的出口308和入口310。出口308和入口310与容器102的内部流体式连接，使得流体108可经流体输送管路304从容器102的内部到达容器102的外部。入口310和出口308在流体输送管路304和容器102的内部之间提供了密封连接。密封件可以是现有技术中已知的任何类型的密封件，例如聚合物密封件、O型环或者压缩密封件。
泵306引起流体108流动通过流体输送管路304并进入热交换器302。热交换器302在流体108继续通过入口310并且返回到容器102中之前冷却流体108。这样一来，通过出口308从容器102中流出的流体108具有比通过入口310进入到容器102中的流体108更高的温度。冷却后的流体108从热交换器302流出，通过入口310进入到容器102中，并且沿着图3所描绘的流体流动路径122流动。流体108靠近蓄电池组电池阵列114的蓄电池组电池壁部，流体108在那里从蓄电池组电池处吸收热能。接下来，一部分受热后的流体进入出口308，沿着流体输送管路304继续流动并进入热交换器302，在热交换器302处，流体108被再一次冷却。这样一来，流体回路300有助于降低蓄电池组壁部的温度，这通过降低流体108的温度以及导致由蓄电池组壁部与流体108之间增大的温差引起热能更迅速地从蓄电池组壁部流到流体108中来实现。
应当注意地是，尽管前面描述的能量存储系统100包括特定的特征，但是这些实施例中所示的上述特征的任意组合可应用到这里所描述的系统中，并且可视为是这里所描述的系统的一部分。例如，防水壁106和包壳126可与制冷系统200协同使用。替代地，在一个替代实施例中，制冷系统200可与流体回路300和/或包壳126协同使用。在这样的实施例中，制冷系统200可具有放置在容器102内的蒸发器208以及流体回路300。作为另一个实施例，蒸发器208可位于容器的外部，并且用作热交换器302，或者除了热交换器302之外，还使用蒸发器208。
应当还可以理解地是，蓄电池组电池数量和配置的任意类型的组合可被实施为能够进一步增强从蓄电池组电池内到流体108中的热能传递的变化布置。应当可以理解地是，可以预见，在容器102内的蓄电池组电池阵列114的各种配置将促进热能从蓄电池组电池到流体108迅速传递。例如，相对于图1所示的实施例，蓄电池组电池阵列114可构造为对角线的方式。
尽管已经在附图和前文描述中详细说明和描述了本发明，但是这应被认为是说明性的且相应地是非限制性的，应理解地是，仅显示和描述了优选的实施方案，并且属于由接下来的权利要求所限定的本发明的精神内的改动、等效物和改进均要求得到保护。这里，引用在本说明书中的所有公开、专利和专利申请以引用方式而结合入本发明，就像每个单独的公开、专利或专利申请均特别和单独地通过引用和说明其全部而结合入本发明。

Claims (29)

1.能量存储系统，包括：
容器；
位于所述容器内部的蓄电池组电池阵列，其中所述蓄电池组电池阵列具有一个或多个蓄电池组电池；
液体，其中所述液体保持在所述容器的内部，并且其中所述液体围绕着所述蓄电池组电池阵列；以及
布置且构造成从所述液体传递热能到所述容器外部的第二介质的制冷系统；
其中，所述制冷系统包括：结合在一起以形成闭合制冷回路的压缩机、冷凝器、计量装置以及蒸发器，其中，所述蒸发器与所述容器内的液体流体式连通，并且其中所述冷凝器与所述容器外部的所述第二介质流体式连通。
2.根据权利要求1所述的能量存储系统，其特征在于，还包括：
盖体和至少一个壁部，其中所述盖体和所述至少一个壁部包含在所述容器中；以及
位于所述盖体和所述至少一个壁部之间的密封件。
3.根据权利要求1所述的能量存储系统，其特征在于，所述容器是气密密封的。
4.根据权利要求2所述的能量存储系统，其特征在于，还包括：
由所述壁部限定的通信端口，其中，所述通信端口从所述容器向外延伸，并且其中所述通信端口具有穿过所述壁部从所述容器的内部到所述容器的外部的电连接件。
5.根据权利要求4中任一项所述的能量存储系统，其特征在于，还包括：
包壳，其中，所述包壳具有由所述包壳的相应的凹陷部分限定的接收部分，并且其中所述凹陷部分构造成接收通信端口。
6.根据权利要求5所述的能量存储系统，其特征在于，所述接收部分包括一个或多个端子，并且所述通信端口包括一个或多个接触部，并且其中所述一个或多个端子构造成与所述一个或多个接触部电连接。
7.根据权利要求6所述的能量存储系统，其特征在于，所述一个或多个接触部与至少一个蓄电池组电池电连接，并且所述一个或多个端子与电动马达/发电机电连接。
8.根据权利要求6所述的能量存储系统，其特征在于，所述一个或多个接触部包括与数据链路电连接的至少一个接触部，并且其中所述数据链路与蓄电池组阵列相连。
9.根据权利要求1所述的能量存储系统，其特征在于，所述第二介质是空气，并且其中所述冷凝器具有冷凝器散热片以及构造成引导空气流穿过所述冷凝器散热片的冷凝器风扇。
10.根据权利要求1所述的能量存储系统，其特征在于，所述一个或多个蓄电池组电池大体上浸没在所述液体中。
11.根据权利要求1所述的能量存储系统，其特征在于，还包括：
泵，所述泵与所述容器内的液体流体式连通。
12.根据权利要求11所述的能量存储系统，其特征在于，还包括：
由所述容器限定的入口和出口，其中所述入口和出口与所述容器中的液体流体式连通；
结合到所述入口、泵和出口的流体输送管路，其中所述流体输送管路在所述容器的外部限定了流动路径，其中所述流动路径构造成通过泵将液体从所述出口传递到液体。
13.根据权利要求12所述的能量存储系统，其特征在于，还包括：
位于所述容器外部的热交换器，其中，所述输送管路与所述热交换器相连，并且其中所述流动路径在通过所述入口之前穿过所述热交换器。
14.能量存储系统，包括：
蓄电池组电池阵列，其中所述蓄电池组电池阵列具有一个或多个蓄电池组电池；
包含液体的容器，其中所述容器具有至少一个壁部，其中所述蓄电池组电池阵列包含在所述容器内，并且其中所述液体包围所述蓄电池组电池阵列；以及
由所述壁部限定的通信端口，其中所述通信端口从所述容器向外延伸，并且其中所述通信端口具有从所述容器的内部到所述容器的外部穿过所述壁部的电连接件；
其中，所述蓄电池组电池阵列通过数据链路电连接到所述通信端口。
15.根据权利要求14所述的能量存储系统，其特征在于，还包括：
包壳，其中，所述包壳具有由所述包壳的相应的凹陷部分限定的接收部分，并且其中所述凹陷部分构造成接收通信端口。
16.根据权利要求15所述的能量存储系统，其特征在于，所述接收部分包括一个或多个端子，所述通信端口包括一个或多个接触部，并且其中所述一个或多个端子构造成与所述一个或多个接触部电连接。
17.根据权利要求16所述的能量存储系统，其特征在于，所述一个或多个接触部与所述一个或多个蓄电池组电池电连接，并且所述一个或多个端子与电动马达/发电机电连接。
18.根据权利要求14所述的能量存储系统，其特征在于，所述能量存储系统还包括：
结合在一起以形成闭合制冷回路的压缩机、冷凝器、计量装置以及蒸发器，其中，所述蒸发器与所述容器内的液体流体式连通，并且其中所述冷凝器与所述容器外部的第二介质流体式连通。
19.根据权利要求18所述的能量存储系统，其特征在于，所述第二介质是空气，并且其中所述冷凝器具有冷凝器散热片以及构造成引导空气流穿过所述冷凝器散热片的冷凝器风扇。
20.根据权利要求19所述的能量存储系统，其特征在于，还包括：
泵，其与所述容器内的液体流体式连通。
21.根据权利要求20所述的能量存储系统，其特征在于，还包括：
由所述容器限定的入口和出口，其中所述入口和出口与所述容器中的液体流体式连通；
结合到所述入口、泵和出口的流体输送管路，其中所述流体输送管路在所述容器的外部限定了流动路径，其中所述流动路径构造成通过泵将液体从所述出口传递到入口。
22.根据权利要求21所述的能量存储系统，其特征在于，还包括：
位于所述容器外部的热交换器，其中，所述输送管路与所述热交换器相连，并且其中所述流动路径在通过所述入口之前穿过所述热交换器。
23.根据权利要求22所述的能量存储系统，其特征在于，所述热交换器包括一个或多个散热片，以及能操作为引导空气流穿过所述散热片的风扇。
24.根据权利要求14所述的能量存储系统，其特征在于，还包括：
盖子和至少一个壁部，其中，所述盖子和所述至少一个壁部包含在所述容器内；以及
位于所述盖子和所述至少一个壁部之间的密封构件。
25.根据权利要求24所述的能量存储系统，其特征在于，所述容器是气密密封的。
26.根据权利要求14所述的能量存储系统，其特征在于，还包括：
位于所述容器内部的一个或多个传感器，所述一个或多个传感器构造成测量所述一个或多个蓄电池组电池的蓄电池组温度。
27.根据权利要求15所述的能量存储系统，其特征在于，位于所述容器内部的一个或多个传感器包括构造成测量液体的液体温度的至少一个传感器。
28.根据权利要求14所述的能量存储系统，其特征在于，还包括：
设在所述容器的外表面上的一个或多个散热片。
29.根据权利要求14所述的能量存储系统，其特征在于，所述液体是电绝缘的和导热的。
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