CN106602174A - 一种大功率电池组的喷淋液冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种大功率电池组的喷淋液冷系统，包括：主油箱、油泵、散热器、过滤器、分油器、分液管、布液模块、总回油器和多个并联排布的电池组，每个电池组上均安装独立的布液模块，布液模块的出口端均连接到总回油器，总回油器的出口连接到主油箱，主油箱的出口端通过油泵连接到散热器的进口端，过滤器安装在散热器的出口端，过滤器的出口端连接到分油器的入口端，分油器通过分液管连接到每个独立布液模块的进口端。本大功率电池组的喷淋液冷系统通过喷淋的形式将冷却工质直接与电池组接触，增大接触面积，降低接触热阻，通过流动的冷却工质直接将电池组产生的热量快速带出，电池组的散热效率明显提高。

Description

一种大功率电池组的喷淋液冷系统
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种大功率电池组的喷淋液冷系统。
背景技术
分析报告显示，日益增长的能源消费，特别是煤炭、石油等化石燃料的大量使用对环境和全球气候所带来的影响使得人类可持续发展的目标面临严峻威胁。如今电力行业发展迅猛，我国当前电网运营面临着最高用电负荷持续增加、间歇式能源接入占比扩大，调峰手段有限等诸多挑战，建设优质、自愈、安全、清洁、经济的智能电网是电力行业发展的既定目标，而储能技术则是构建智能电网的重要环节。
在各种储能技术中，储能电池技术具有悠久的历史，目前常用的储能电池有铅酸蓄电池，锂电池等几种，存在高温使用寿命短，大容量难集成等缺点，容量和规模扩大、集成度高的新型纳硫电池具有广阔的发展前景。但是大容量、高功率的储能电池性能对温度变化敏感，长时间高低温环境会缩减电池容量，长时间积累则会造成电池过充点和过放电，影响电池的寿命和性能。对于高功率的储能电池在工作时产生的热量必须采用专门的冷却装置散热。目前使用的电池冷却装置有以下几种：
1)冷却装置采用空气强制对流冷却，空气的比热小，散热效率低，额外功耗大，并且对空气的洁净度提出更高要求；
2)电池系统内设置导热管间接传热，电池与散热介质之间为间接接触，存在热阻及流动不均匀的问题，并且导热管回路排布复杂，占用空间大。
公开号为CN201946715U的中国专利公开了“一种动力锂离子电池箱控温循环水系统”，当电池箱内的电池正常工作时，BMS数据采集器将所采集到的电池箱的温度状况信号传给温控系统，温控系统根据电池箱的温度的高低来决定电池箱是需要升温还是降温。当电池箱温度较高时，冷却水泵启动，将冷却水从电池箱的左侧底部泵入，冷却水流从电池箱的钢板上吸收大量热后，从电池箱的左侧顶部流出。当电池箱内部温度较低需要加热时，加热水泵启动，加热水从电池箱的左侧顶部流进，将自身热量传递给电池箱的钢板后，从电池箱的左侧底部流出。在电池箱的冷却过程中，如果冷却水对电池箱的冷却效果达不到要求时，可在水冷却的同时启动风冷系统。但是该系统采用冷却水与电池箱钢板接触导热的方式散热，传热效率低下，尤其是电池箱内如果装载大功率电池，由于通过钢板间接传热，电池与散热介质之间为间接接触，存在热阻及流动不均匀的问题，从而导致电池箱内的热量积攒不能被及时带出，严重影响大功率电池的使用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种大功率电池组的喷淋液冷系统及方法，本大功率电池组的喷淋液冷系统通过喷淋的形式将冷却工质直接与电池组接触，通过流动的冷却工质直接将电池组产生的热量及时带出，从而保证大功率电池组的正常运行。
为实现上述技术方案，本发明提供了一种大功率电池组的喷淋液冷系统，包括：主油箱、油泵、散热器、过滤器、分油器、分液管、布液模块、总回油器和多个并联排布的电池组，每个电池组上均安装独立的布液模块，所述布液模块的出口端均连接到总回油器，所述总回油器的出口连接到主油箱，所述主油箱的出口端通过油泵连接到散热器的进口端，过滤器安装在散热器的出口端，所述过滤器的出口端连接到分油器的入口端，所述分油器通过分液管连接到每个独立布液模块的进口端。
在上述技术方案中，冷却液体储存于主油箱中，当系统工作时，冷却液体通过油泵输送至散热器，然后经过过滤器进入分油器，最后通过分液管进入各级布液模块喷淋至电池组，对电池组进行冷却，经过换热后的冷却油最后汇总至总回油器并重新流入主油箱中，如此循环。
优选的，所述布液模块包括回油腔、喷淋油腔、进油口、回油口、溢流孔和淋油孔，所述进油口与分液管连接，喷淋油腔设置在进油口下方，淋油孔均匀分布在喷淋油腔的底面，回油腔设置在喷淋油腔的上方，喷淋油腔和回油腔之间通过溢流孔连接，回油口设置在回油腔上与进油口相对的一侧。当电池组进行模块化设计，布液模块可以采用标准化模块，系统工作时，冷却液先由布液模块的进油口进入到喷淋油腔，喷淋油腔底面开有淋油孔，冷却油从淋油孔流出，进入电池组内，对电池组进行冷却。同时，在喷淋油腔的底面还设置有溢流孔，当喷淋油腔液位高于设定液位时，冷却油就会通过溢流孔流出至电池组内，对电池组进行冷却，也即是说，多出来的冷却油并没有浪费，全部参与到冷却工作中。对电池组进行冷却后的冷却油，最终由电池组底部流出，流至回油腔，通过回油腔把冷却油汇集到回油口，最后汇集在总回油器。
优选的，所述喷淋油腔沿冷却油流动方向体积逐渐减少，可以确保冷却油喷出时压力稳定，使得喷淋更加均匀。
优选的，所述布液模块包括淋油器和接油器，所述淋油器与分液管连接，接油器安装在淋油器的下方，所述接油器的出口端与总回油器连接。当电池组采用目前通用的结构时，系统工作时，冷却液先进入淋油器，通过底面设置的淋油孔均流到电池组上，然后自上而下最终流到接油器中，通过接油器的回油口汇聚到总回油器。
优选的，所述分油器为恒压恒流分流器，包括油量调节器和恒压恒流外接管，所述油量调节器安装在分液管与分油器连接处的正上方，所述恒压恒流外接管的一端固定在分液管上，另外一端与大气连通。分油器成设计恒压恒流分流结构，可以解决管路流量不稳定的技术问题。通过在分油器的进油口处引伸出一根恒压恒流外接管，开口朝上，且开口处高度大于储水油箱的液面高度。使恒压恒流外接管内部与外界环境相通，即恒压恒流外接管内部压强与外界相等，消除了由于管路内部压强随油箱内油的冲击力不同造成的流量不稳定的情况。当喷淋系统采用重力喷淋时，分油器启动；当喷淋系统采用压力喷淋时，分油器关闭，冷却液通过泵直接进入布液模块。
优选的，所述电池组的极耳上安装有型材散热器式极板，所述型材散热器式极板的中部开设有安装凹槽，所述凹槽内设置有多个并行间隔设置的安装孔，所述凹槽左右两侧各设置有多个对称分布的散热翅片。通过散热翅片可以扩大极耳与冷却液的接触面积，进而可以将电池极耳产生的热量通过冷却液快速带走。
本发明提供的一种大功率电池组的喷淋液冷系统及方法的有益效果在于：
(1)本大功率电池组的喷淋液冷系统通过喷淋的形式将冷却工质直接与电池组接触，增大接触面积，降低接触热阻，通过流动的冷却工质直接将电池组产生的热量快速带出，电池组的散热效率明显提高；
(2)本大功率电池组的喷淋液冷系统采用流动状态的冷却工质，能提升电池组内部的均温效果，依靠液体浸泡及流动先均温可以避免个别热点损害个别电池，达到临界温度后再启动散热，进一步降低能耗同时提高散热模组使用寿命；
(3)本大功率电池组的喷淋液冷系统在针对电池极耳部分，对连接电池极耳的极板，进行了专门设计，将连接极耳极板设计成型材散热器形式，有效增加散热面积；
(4)本大功率电池组的喷淋液冷系统中的分油器设计恒压恒流分流结构，可以消除由于管路内部压强随油箱内油的冲击力不同造成的流量不稳定的情况；通过分油器的开启与关闭，实现压力喷淋和重力喷淋两种不同的喷淋形式；
(5)本大功率电池组的喷淋液冷系统中的布液模块不仅可以对电池组进行均匀喷淋，而且当该腔液位高于设定液位时，油就会通过溢流孔流出至电池组内，对电池组进行冷却，多出来的油并没有浪费，全部参与到冷却工作中，提高了冷却液的冷却效率。
附图说明
图1为本发明采用压力喷淋时的结构示意图。
图2为本发明采用重力喷淋时的结构示意图。
图3为本发明中通用布液模块的结构示意图。
图4为本发明中模块化布液模块的侧视图。
图5为本发明中模块化布液模块的仰视图。
图6为本发明中分油器的结构示意图。
图7为本发明中电池组的安装示意图。
图8为本发明中型材散热器式极板的结构示意图。
图中：1、主油箱；2、油泵；3、散热器；4、过滤器；5、分油器；6、分液管；7、布液模块；8、总回油器；9、型材散热器式极板；10、电池组；51、油量调节器；52、恒压恒流外接管；91、凹槽；92、安装孔；93、散热翅片；711、淋油器；712、接油器；721、回油腔；722、喷淋油腔；723、进油口；724、回油口；725、溢流孔；726、淋油孔。
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、完整的描述，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。本领域普通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，均属于本发明的保护范围。
实施例1：一种大功率电池组的压力喷淋液冷系统。
参照图1、图3、图4和图5所示，一种大功率电池组的压力喷淋液冷系统，包括：主油箱1、油泵2、散热器3、过滤器4、分油器5、分液管6、布液模块7、总回油器8和多个并联排布的电池组10，每个电池组10上均安装独立的布液模块7，所述布液模块7的出口端均连接到总回油器8，所述总回油器8的出口连接到主油箱1，所述主油箱1的出口端通过油泵2连接到散热器3的进口端，过滤器4安装在散热器3的出口端，所述过滤器4的出口端连接到分油器5的入口端，所述分油器5为普通的管路结构，通过分液管6连接到每个独立布液模块7的进口端。冷却液体储存于主油箱1中，当系统工作时，冷却液体通过油泵2输送至散热器3，然后经过过滤器4进入分油器5，分油器5通过泵的压差将冷却油通过分液管6压入各级布液模块7喷淋至电池组10，对电池组10进行冷却，经过换热后的冷却油最后汇总至总回油器8并重新流入主油箱1中，如此循环。
本实施例中，布液模块7的形式有两种，当电池组10采用目前通用的结构时，布液模块7结构如图3所示。布液模块7由淋油器711和接油器712组成。系统工作时，冷却油先进入淋油器711，通过底面设置的喷淋孔均匀喷洒到电池组上，然后冷却油自上而下流到接油器712中，并通过接油器712的回油口汇聚到总回油器8。当电池组10进行模块化设计，布液模块7可以采用标准化模块，如图4和图5所示，标准化布液模块7结构包括回油腔721、喷淋油腔722、进油口723、回油口724、溢流孔725和淋油孔726，所述进油口723与分液管6连接，喷淋油腔722设置在进油口723下方，淋油孔726均匀分布在喷淋油腔722的底面，回油腔721设置在喷淋油腔722的上方，喷淋油腔722和回油腔721之间通过溢流孔725连接，回油口724设置在回油腔721上与进油口723相对的一侧。系统工作时，冷却液先由布液模块7的进油口723进入到喷淋油腔722，喷淋油腔722底面开有淋油孔726，冷却油从淋油孔726流出，进入电池组10内，对电池组10进行冷却。同时，在喷淋油腔722的底面还设置有溢流孔725，当喷淋油腔722液位高于设定液位时，冷却油就会通过溢流孔725流出至电池组10内，对电池组10进行冷却，也即是说，多出来的冷却油并没有浪费，全部参与到冷却工作中。对电池组10进行冷却后的冷却油，最终由电池组10底部流出，流至回油腔721，通过回油腔721把冷却油汇集到回油口724，最后汇集在总回油器8。
参照图4所示，所述喷淋油腔722沿冷却油流动方向体积逐渐减少，可以确保冷却油喷出时压力稳定，使得喷淋更加均匀。
参照图7和图8所示，所述电池组10的极耳上安装有型材散热器式极板9，所述型材散热器式极板9的中部开设有安装凹槽91，所述凹槽91内设置有多个并行间隔设置的安装孔92，所述凹槽91左右两侧各设置有多个对称分布的散热翅片93。通过散热翅片93可以扩大极耳与冷却液的接触面积，进而可以将极耳产生的热量通过冷却液快速带走。
实施例2：一种大功率电池组的重力喷淋液冷系统。
参照图2至图8所示，一种大功率电池组的重力喷淋液冷系统，包括：主油箱1、油泵2、散热器3、过滤器4、分油器5、分液管6、布液模块7、总回油器8和多个并联排布的电池组10，每个电池组10上均安装独立的布液模块7，所述布液模块7的出口端均连接到总回油器8，所述总回油器8的出口连接到主油箱1，所述主油箱1的出口端通过油泵2连接到散热器3的进口端，过滤器4安装在散热器3的出口端，所述过滤器4的出口端连接到分油器5的入口端，所述分油器5通过分液管6连接到每个独立布液模块7的进口端。所述分油器5为恒压恒流分流器，包括油量调节器51和恒压恒流外接管52，所述油量调节器51安装在分液管6与分油器5连接处的正上方，所述恒压恒流外接管52的一端固定在分液管6上，另外一端与大气连通。
本实施例中，所述冷却液体储存于主油箱1中，当系统工作时，冷却液体通过油泵2输送至散热器3，然后经过过滤器4进入分油器5，分油器5成设计恒压恒流分流结构，通过在分油器5的进油口处引伸出一根恒压恒流外接管52，开口朝上，且开口处高度大于储水油箱的液面高度，使恒压恒流外接管52内部与外界环境相通，即恒压恒流外接管52内部压强与外界相等，消除了由于管路内部压强随油箱内油的冲击力不同造成的流量不稳定的情况，最后冷却油在重力作用下通过分液管6进入各级布液模块7喷淋至电池组10，对电池组10进行冷却，经过换热后的冷却油最后汇总至总回油器8并重新流入主油箱1中，如此循环。
本实施例中，布液模块7的形式有两种，当电池组10采用目前通用的结构时，布液模块7结构如图3所示。布液模块7由淋油器711和接油器712组成。系统工作时，冷却油先进入淋油器711，通过底面设置的喷淋孔均匀喷洒到电池组上，然后冷却油自上而下流到接油器712中，并通过接油器712的回油口汇聚到总回油器8。当电池组10进行模块化设计，布液模块7可以采用标准化模块，如图4和图5所示，标准化布液模块7结构包括回油腔721、喷淋油腔722、进油口723、回油口724、溢流孔725和淋油孔726，所述进油口723与分液管6连接，喷淋油腔722设置在进油口723下方，淋油孔726均匀分布在喷淋油腔722的底面，回油腔721设置在喷淋油腔722的上方，喷淋油腔722和回油腔721之间通过溢流孔725连接，回油口724设置在回油腔721上与进油口723相对的一侧。系统工作时，冷却液先由布液模块7的进油口723进入到喷淋油腔722，喷淋油腔722底面开有淋油孔726，冷却油从淋油孔726流出，进入电池组10内，对电池组10进行冷却。同时，在喷淋油腔722的底面还设置有溢流孔725，当喷淋油腔722液位高于设定液位时，冷却油就会通过溢流孔725流出至电池组10内，对电池组10进行冷却，也即是说，多出来的冷却油并没有浪费，全部参与到冷却工作中。对电池组10进行冷却后的冷却油，最终由电池组10底部流出，流至回油腔721，通过回油腔721把冷却油汇集到回油口724，最后汇集在总回油器8。
参照图4所示，所述喷淋油腔722沿冷却油流动方向体积逐渐减少，可以确保冷却油喷出时压力稳定，使得喷淋更加均匀。
参照图7和图8所示，所述电池组10的极耳上安装有型材散热器式极板9，所述型材散热器式极板9的中部开设有安装凹槽91，所述凹槽91内设置有多个并行间隔设置的安装孔92，所述凹槽91左右两侧各设置有多个对称分布的散热翅片93。通过散热翅片93可以扩大极耳与冷却液的接触面积，进而可以将极耳产生的热量通过冷却液快速带走。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种大功率电池组的喷淋液冷系统，其特征在于包括：主油箱(1)、油泵(2)、散热器(3)、过滤器(4)、分油器(5)、分液管(6)、布液模块(7)、总回油器(8)和多个并联排布的电池组(10)，每个电池组(10)上均安装独立的布液模块(7)，所述布液模块(7)的出口端均连接到总回油器(8)，所述总回油器(8)的出口连接到主油箱(1)，所述主油箱(1)的出口端通过油泵(2)连接到散热器(3)的进口端，过滤器(4)安装在散热器(3)的出口端，所述过滤器(4)的出口端连接到分油器(5)的入口端，所述分油器(5)通过分液管(6)连接到每个独立布液模块(7)的进口端。
2.如权利要求1所述的大功率电池组的喷淋液冷系统，其特征在于：所述布液模块(7)包括回油腔(721)、喷淋油腔(722)、进油口(723)、回油口(724)、溢流孔(725)和淋油孔(726)，所述进油口(723)与分液管(6)连接，喷淋油腔(722)设置在进油口(723)下方，淋油孔(726)均匀分布在喷淋油腔(722)的底面，回油腔(721)设置在喷淋油腔(722)的上方，喷淋油腔(722)和回油腔(721)之间通过溢流孔(725)连接，回油口(724)设置在回油腔(721)上与进油口(723)相对的一侧。
3.如权利要求2所述的大功率电池组的喷淋液冷系统，其特征在于：所述喷淋油腔(722)沿冷却油流动方向体积逐渐减少。
4.如权利要求1所述的大功率电池组的喷淋液冷系统，其特征在于：所述布液模块(7)包括淋油器(711)和接油器(712)，所述淋油器(711)与分液管(6)连接，接油器(712)安装在淋油器(711)的下方，所述接油器(712)的出口端与总回油器(8)连接。
5.如权利要求1所述的大功率电池组的喷淋液冷系统，其特征在于：所述分油器(5)为恒压恒流分流器，包括油量调节器(51)和恒压恒流外接管(52)，所述油量调节器(51)安装在分液管(6)与分油器(5)连接处的正上方，所述恒压恒流外接管(52)的一端固定在分液管(6)上，另外一端与大气连通。
6.如权利要求1所述的大功率电池组的喷淋液冷系统，其特征在于：所述电池组(10)的极耳上安装有型材散热器式极板(9)，所述型材散热器式极板(9)的中部开设有安装凹槽(91)，所述凹槽(91)内设置有多个并行间隔设置的安装孔(92)，所述凹槽(91)左右两侧各设置有多个对称分布的散热翅片(93)。
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