CN111755772A - 液冷储能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液冷储能装置(1)，包括：储能器(3)，其包括壳体(4)，若干蓄能单元(5)布置于所述壳体(4)中；容积体(6)，其传热接触所述蓄能单元(5)并且冷却介质能够流动通过所述容积体(6)，其中，所述容积体(6)至少由冷却介质引导供应管路(7)和冷却介质引导排放管路(8)限制。对本发明来说重要的是，所述蓄能单元(5)直接接触所述冷却介质，设置至少一个正压排放构件(12)，其在冷却介质中的预定压力下开始打开并且将所述容积体(6)连接至所述周围区域，至少一个所述正压排放构件(12)布置在供应管路(7)或者在排放管路(8)中。

Description

液冷储能装置
技术领域
根据权利要求1的前序部分，本发明涉及一种用于机动车辆中的电驱动的液冷储能装置。此外本发明涉及用于该类型储能装置的液冷储能器，以及包括该类型储能装置或者该类型储能器的电动车辆。
背景技术
用于电动车辆的通用液冷储能装置也是公知的。当操作该类型储能装置时发生的问题是，例如，在锂离子蓄能单元所谓的热跑脱(thermal runaway)的情形下，锂离子蓄能单元在临界状态下在非常短时间内散失显著量的热气体，这些热气体必须可靠的排放。为了该目的，例如，能够设置有初始被关闭以及预定压力下开始被打开的小开口，以便然后提供足够大截面用于分别从储能器或者从蓄能单元排放热气体。但是，为了该目的设置的打开压力必须始终分别低于壳体或者冷却介质回路的故障压力或破裂压力，以便能够可靠地排除壳体或者冷却介质回路在不同位置的不受控制的破裂。在本文中，出口截面还必须这样设计，使得系统压力或者内压力在任何时间分别保持低于壳体或者回路的破裂压力。这意味着在该情况下开口打开。在直接液冷储能器的情形下，出口开口额外地必须在正常操作期间保持关闭，必须允许流体也即冷却介质或者气体通过。但是，在不可逆气体从能量蓄能单元溢出的情形下，要求突然打开及允许气体或者气液混合物分别通过开口。
但是，公知于现有技术的储能器的劣势为，孔口必须布置在每个能量蓄能单元处的冷却设备/冷却板/冷却容积体限制中，这是复杂以及昂贵的。此外，该现有技术的劣势为，每个单元与冷却容积体的个别互连(甚至在热跑脱的情形下)必须是气密的，该气体必须仅通过该开口，仅进入布置在外部的冷却流体。例如，如果孔口居中地布置在能量蓄能单元上方，这会使得气体分别从能量蓄能单元至排放构件或者至开口的路径更困难或者会防止该路径，在通风情形下，由此会发生背压、压力累积或者壳体膨胀，在最差情形下，甚至会发生所述壳体的破损。为了该目的设置的通风路径在正常操作期间此外需要被堵塞或者至少变得困难，因为用于冷却介质的旁通会以其他方式发生，由此各个能量蓄能单元足够或者可靠的冷却有时不再发生。
发明内容
因而本发明处理的问题是指定一种用于通用类型储能装置的改进的或者至少可替换实施例，其尤其克服公知于现有技术的劣势。
根据本发明该问题依靠独立权利要求1的主题解决。有利实施例是从属权利要求的主题。
本发明是基于这样的总体构思：不再如现有技术当前所知的那样将用于使储能单元突然通风的正压排放构件布置在单元组上方的中心位置处，而是布置在冷却介质回路的区域中的不同位置，一方面该布置有显著更少的正压排放构件，例如仅一个正压排放构件，另一方面，可靠地排除了冷却介质旁通的危险。因此，至少一个正压排放构件布置在冷却介质引导供给管路或冷却介质引导排放管路中。因此，根据本发明的用于机动车辆，特别是电动车辆，中的电驱动的液体冷却的储能装置具有包括壳体的储能器，在壳体中布置有多个蓄能单元，例如竖立地布置。从而蓄能单元至少部分地被容积体(volume)包围，冷却介质可以流过该容积体，使得蓄能单元与该容积体导热接触。因此，该容积体至少由上述的冷却介质引导供给管路和冷却介质引导排放管路限制。因此，冷却介质直接施加到蓄能单元上，因此它们与所述冷却介质直接接触。同样可以设置包含冷却介质的收集器、分配器或补偿容器。根据本发明，现在设置至少一个正压排放构件，其在冷却介质中的预定压力下开始打开，从而将容积体连接到周围区域，其中在这种情况下，冷却介质和/或气体能够经由正压排放构件到达周围区域。由此，至少一个正压排放构件布置在供给管路或排放管路中。因此，通过根据本发明的储能装置可以显著减少所需的正压排放构件的数量，其中，最佳地仅提供单个正压排放构件，由此储能装置的设计可以大大简化，因此可以设计成更成本有效的。冷却介质的当前未被用的相应空间或流导管能够相应地额外用于气体或气液混合物，使得无需特定的、尤其额外的导管要用于该类型的通风气体或者用于从蓄能单元移除的废气的情况。此外，特别有利的是，由于根据本发明的将正压排放构件布置在供给管路、排放管路、收集器、分配器或补偿容器的区域中，因此不存在冷却介质沿着额外为气体设置的流动路径旁通流动的危险。
至少一个正压排放构件从而有利地布置在冷却介质引导排放管路中，这是由于此处盛行的压力低于供给管路中的压力，由此能够将用于正压排放构件的打开压力选择得更接近壳体的破裂压力。如果可能，从而在排放管路中在正压排放构件的下游不设置或设置至少仅少量的会生成压力损失的内置式部件，因为所述内置式部件会额外地增加储能器中的冷却介质压力，这又对正压排放构件的打开压力具有负面影响。正压排放构件从而优选布置于例如在排放管路中，使得响应于从蓄能单元突然移除废气以及打开与此关联的正压排放构件，从此溢出的液体或者相应气体不会威胁储能装置或者电动车辆的任何结构，或者不会威胁位于周围区域的人。
在根据本发明的方案的有利的进一步发展的情形下，正压排放构件形成为破裂盘、预定断裂点、液密膜或者泄压阀，尤其背压阀。该类型破裂盘或者液密膜或者通常预定断裂点因而在预定正压的情形下断裂，因而相应提供冷却介质或者气体的排放，而无需担心壳体破裂。但是，该类型破裂盘或者膜在破损之后不再能够自动关闭。相反，如果正压排放构件形成为泄压阀，例如背压阀，其能够排放形成的正压，甚至响应于从蓄能单元突然移除废气，随后其再次紧密地关闭，由此能够可靠地避免在压力补偿之后冷却介质或者气体不受控制地溢出。例如在替换了移除废气的蓄能单元之后，在该情况下当前安装的正压排放构件仍被使用，正压排放构件也无需被替换，由此能够获得显著降低的成本。
有利地，设置包含冷却介质的收集器和/或包含冷却介质的分配器和/或补偿容器，其中，至少一个正压排放构件布置在收集器、分配器或者补偿容器中。这表明正压排放构件的布置选项的高灵活性，使得其尤其还能够安装在安装位置，这在先前是不可能的。
有利地设置保护设备，其连接在正压排放构件的上游，尤其防止堵塞正压排放构件。例如，该类型保护设备能够是网孔或者过滤器，使得能够保持住在某处例如从壳体脱开的实心部件，例如响应于热跑脱也即响应于从能量蓄能单元突然移除废气而脱开。由于保护设备，因而能够有效防止响应于移除废气而脱开的该类型壳体部件贯入正压排放构件以及导致堵塞正压排放构件，以及防止正压进一步降低。
在根据本发明的方案的进一步有利实施例的情形下，用于当正压排放构件打开时收集冷却介质的收集设备设置在至少一个正压排放构件的下游。例如，该类型收集设备能够形成为简单的收集托盘，能够可靠地防止冷却介质不受控制地溢出至周围区域。
有利地，设置用于传送冷却介质的泵，泵在关闭状态冷却介质不能渗透。该类型泵提供的巨大优势为，响应于突然发生的从蓄能单元移除废气，因而响应于正压排放构件的打开，冷却介质回路通常不会完全空闲，因为泵代表在关闭状态对冷却介质的天然屏障。
本发明是进一步基于这样的总体构思：指定一种液冷储能器，其包括壳体，在该壳体中布置有多个直接的液冷蓄能单元。同样设置有与蓄能单元导热接触的并且可以使冷却介质流过的容积体，其中该容积体至少由冷却介质供应供给管路和冷却介质引导排放管路限制，以及可选地由包含冷却介质的收集器和/或包含冷却介质的分配器限制。因此，根据本发明的储能器具有至少一个正压排放构件，其在冷却介质中的预定压力下开始打开，例如由于从蓄能单元中突然移除废气而将其打开，并将该容积体连接到周围区域中，该正压排放构件布置在供给管路排放管路中，可选地布置在收集器或分配器中。不言而喻，由此很明显，仅单个这种类型的正压排放构件就已经足以响应于突然发生的从蓄能单元(也即在该情形下有缺陷的所述蓄能单元)移除废气防止壳体的破裂，由此毫无疑问还能够设置一个以上的这种正压排放构件。根据本发明的这种类型的液冷储能器的优点在于，正压排放构件被牢固地布置在储能器上，例如分别响应于其再生或蓄能，因而在储能器与冷却介质回路分离的情况下也是可操作的。
至少一个正压排放构件从而优选布置在排放管路的区域中，也即冷却介质引导返回管路中，这是由于此处存在的压力低于供给管路中的压力，因而打开压力能够选择成更接近壳体的破裂压力。
在根据本发明的储能器的有利进一步发展的情形下，正压排放构件形成为破裂盘、预定断裂点、液密膜或者泄压阀，尤其背压阀。因而该类型破裂盘或者液密膜相应在预定正压下断裂，因而提供了冷却介质或者气体的排放，而不必担心壳体的破裂。但是，该类型破裂盘或者膜在破损之后不再能够自动关闭。相反，如果正压排放构件形成为泄压阀，例如背压阀，其能够排放形成的正压，甚至响应于从蓄能单元突然移除废气，随后其再次紧密地关闭，由此能够可靠地避免在压力补偿之后冷却介质或者气体不受控制地溢出。例如在替换了移除废气的蓄能单元之后，在该情况下当前安装的正压排放构件仍被使用，正压排放构件也无需被替换，由此能够获得显著降低的成本。
有利地，根据本发明的储能器具有保护设备，其连接在正压排放构件的上游，尤其防止堵塞正压排放构件。例如，该类型保护设备能够是网孔或者过滤器，使得能够保持住在某处例如从壳体脱开的实心部件，例如响应于热跑脱也即响应于从能量蓄能单元突然移除废气而脱开。由于保护设备，因而能够有效防止响应于移除废气而脱开的该类型壳体部件贯入正压排放构件以及导致堵塞正压排放构件，以及防止正压进一步降低。
在根据本发明的储能器的进一步有利实施例的情形下，用于当正压排放构件打开时收集冷却介质的收集设备设置在至少一个正压排放构件的下游。例如该类型收集设备能够形成为简单的收集托盘，能够可靠地防止冷却介质不受控制地溢出至周围区域。
本发明是进一步基于这样的总体构思：配备具有上述液冷储能装置或者具有上述液冷储能器的电动车辆，因而能够传递以上描述的优势至电动车辆。
本发明的进一步重要的特征及优势见于从属权利要、附图以及基于附图的对应附图说明。
毫无疑问，上述提到的特征和以下将描述特征不仅能够使用在相应的指定组合中，而且能够使用在其他组合中或者单独使用，这并未脱离本发明的范围。
附图说明
本发明的优选示范实施例图示于附图，并且将更详细地描述在以下说明中，由此相同附图标记指代相同或者类似或者功能相同的部件。
在每个情况下示意地，
图1示出了根据本发明的液冷储能装置，在排放管路中包括正压排放构件，
图2示出了根据本发明的储能器，分别在收集器或者分配器中包括正压排放构件。
具体实施方式
根据图1，根据本发明的液冷储能装置1用于例如电动车辆2的电驱动，液冷储能装置1具有至少一个电储能器3(也见图2)，电储能器3包括壳体4，若干直接液冷蓄能单元5布置在壳体4中。蓄能单元5从而传热地尤其热传递地接触容积体6，容积体6由至少一个冷却介质引导供给管路7以及冷却介质引导排放管路8限制，以及可选地由包含冷却介质的收集器10和/或包含冷却介质的分配器9限制。此外，还能够提供补偿容器11，其连接至供应管路7和/或排放管路8。
根据本发明，现在设置至少一个正压排放构件12，其在冷却介质中的预定压力下开始打开，因而连接容积体6至周围区域。根据本发明，至少一个正压排放构件12从而布置在供应管路7或者排放管路8中，尤其可选地布置在收集器10、分配器9或者补偿容器11中。
根据图1，储能装置1由与储能器3相同的箭头识别，由此毫无疑问，可想到上述及以下说明适用于作为独立单元的储能器3以及作为储能装置1的一部分的储能器3。根据本发明的储能装置1因而能够尤其还涉及根据本发明的储能装置1以及若干储能器3，储能器3均包括壳体4和布置于其中的蓄能单元5，其中，供应管路7和排放管路8分别连接至储能装置1或者储能器3。分配器9或者收集器10分别从而能够也是储能装置1的一部分或者是独立储能器3的一部分。
根据本发明的正压排放构件12能够通常是形成为破裂盘、预定断裂点、液密膜或者泄压阀，尤其背压阀。在破裂盘或者液密膜的情形下，预定正压引起其不可逆的破损，使得整个储能装置1或者整个储能器3相应随后在正压排放构件12的区域中再次密封，或者正压排放构件12被替换。相反，如果正压排放构件12形成为泄压阀，尤其背压阀，则响应于从蓄能单元5移除的突来废气，例如响应于热跑脱，会发生正压突然降低，其中形成为泄压阀的正压排放构件12再次关闭以及在压力补偿之后不允许冷却介质或气体进一步溢出至周围区域。在该情况下仅需要替换有缺陷的蓄能单元5，以及需要重新填充已溢出的冷却介质。
有利地设置保护设备13，其连接在正压排放构件12的上游，尤其防止堵塞正压排放构件12。例如，正如根据图1以粗略示意方式示出的，该类型保护设备13能够是网孔或者过滤器。从而尤其能够防止因响应于从蓄能单元5移除的突然废气或者蓄能单元5的通风使壳体部分或者其他部分断裂所引起的正压排放构件12的堵塞。用于当正压排放构件12打开时收集冷却介质的收集设备14(见图2)优选设置在至少一个正压排放构件12的下游。从而在通风的情形下能够防止尤其冷却介质经由正压排放构件12不受控制地溢出至周围区域。
在关闭状态冷却介质不能渗透的泵15同样能够设置成用于传送冷却介质。其提供的巨大优势为，在通风情形之后以及响应于不可逆地打开正压排放构件12，能够防止至少在泵15的一部分上冷却介质回路完全空闲，因为后者在关闭状态是流体密封的，也就是说冷却介质不能渗透。
如上所述，利用本发明不仅整个储能装置1而且独立的储能器3被保护，储能器3例如具有独立壳体4，若干蓄能单元5布置于独立壳体4中。为了能够冷却蓄能单元5，设置容积体6，容积体6热传递地接触冷却蓄能单元5，冷却介质流动通过容积体6，其中，该容积体6至少由冷却介质引导供应管路7、冷却介质引导排放管路8、包含冷却介质的收集器10和/或包含冷却介质的分配器9限制。根据本发明的液冷储能器3从而具有至少一个正压排放构件12，其在冷却介质中的预定压力下开始打开并且将容积体6连接至周围区域，其中，至少一个正压排放构件12相应布置在供应管路7或者排放管路8或者可选地布置在收集器10或者分配器9中。
根据本发明的储能器3的巨大优势为，正压排放构件12是储能器3的一部分，因而响应于未安装在电动车辆2中时蓄能单元5的突然通风也能够被保护。在该情况下，正压排放构件12因而还保持完全的功能，甚至是在根据本发明的储能器3蓄能或者再生的情形下也是如此。
在根据本发明的储能器3的有利进一步发展的情形下，设置保护设备13，其连接在正压排放构件12的上游，防止堵塞正压排放构件12。例如该类型保护设备13能够形成为保护网孔或者过滤器，正如根据图2图示的，在特别优选情形下能够甚至是正压排放构件12的一部分。在可替换方案中，还可想到的是，正如根据图1示出的，保护设备13在排放管路8中布置于正压排放构件12的上游。该类型保护设备13尤其防止断裂的部分不期望地贯入正压排放构件12，如果贯入的话会导致例如其打开的通路截面不再是完全可用的。
至少一个正压排放构件12从而优选布置在排放管路8中，由于后者中盛行的压力低于供应管路7中，由此正压排放构件12的打开压力能够选择成更接近壳体4的破裂压力。从而优选还可确保没有其他内置式部件或者尽可能少的其他内置式部件在排放管路8中布置在排放管路8中的正压排放构件12的下游，否则会生成压力损失，由于它们会以其他方式额外地增加储能器3中的冷却介质压力，这又对正压排放构件12的打开压力具有消极影响。
相比于公知于现有技术的方案，依靠根据本发明的储能器3和根据本发明的储能装置1尤其能够显著降低所需的正压排放构件12的数量，即优选仅一个单个正压排放构件12，由此目前不使用或者不设置的用于气体流/气液混合物流的空间以及流导管(例如供应管路7或者排放管路8)能够用于气体或者气液混合物，同时也不必担心冷却介质沿着当前仅设置成用于移除废气的流动路径旁通流动的风险。毫无疑问，正如根据图1和图2图示的，从而还能够提供若干该类型的正压排放构件12。由于消除了额外流动路径以及为废气移除所设的空间/容积，如果这些空间在正常操作期间以其他方式填充液体，也降低了电池中的液体容积。

Claims (12)

1.一种用于机动车辆中的电驱动的液冷储能装置(1)，包括：
-储能器(3)，其包括壳体(4)，若干蓄能单元(5)布置于所述壳体(4)中，
-容积体(6)，其传热接触所述蓄能单元(5)并且冷却介质能够流动通过所述容积体(6)，其中，所述容积体(6)至少由冷却介质引导供应管路(7)和冷却介质引导排放管路(8)限制，
其特征在于，
-所述蓄能单元(5)直接接触所述冷却介质，
-设置至少一个正压排放构件(12)，其在冷却介质中的预定压力下开始打开，以及将所述容积体(6)连接至周围区域，
-至少一个所述正压排放构件(12)布置在供应管路(7)或者在排放管路(8)中。
2.根据权利要求1所述的液冷储能装置，其特征在于，
所述正压排放构件(12)形成为破裂盘、预定断裂点、液密膜或者泄压阀，尤其背压阀。
3.根据权利要求1或2所述的液冷储能装置，其特征在于，
设置保护设备(13)，其连接在所述正压排放构件(12)的上游，尤其防止堵塞所述正压排放构件(12)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的液冷储能装置，其特征在于，
用于当所述正压排放构件(12)打开时收集冷却介质的收集设备(14)设置在至少一个所述正压排放构件(12)的下游。
5.根据前述任一权利要求所述的液冷储能装置，其特征在于，
设置用于传送所述冷却介质的泵(15)，其在闭合状态冷却介质不能渗透。
6.根据前述权利要求中任一项所述的液冷储能装置，其特征在于，
设置包含冷却介质的收集器(10)和/或包含冷却介质的分配器(9)和/或补偿容器(11)，其中，至少一个所述正压排放构件(12)布置在所述收集器(10)、所述分配器(9)或者所述补偿容器(11)中。
7.一种用于根据前述权利要求中任一项所述的储能装置(1)的液冷储能器(3)，包括：
-壳体(4)，若干蓄能单元(5)布置于其中，
-容积体(6)，其传热接触所述蓄能单元(5)并且冷却介质能够流动通过所述容积体(6)，其中，所述容积体(6)至少由冷却介质引导供应管路(7)和冷却介质引导排放管路(8)限制，
-其中，设置至少一个正压排放构件(12)，其在冷却介质中的预定压力下开始打开，以及将所述容积体(6)连接至周围区域，并且布置在供应管路(7)或者所述排放管路(8)中。
8.根据权利要求7所述的液冷储能器，其特征在于，
所述正压排放构件(12)形成为破裂盘、预定断裂点、液密膜或者泄压阀，尤其背压阀。
9.根据权利要求7或者8所述的液冷储能器，其特征在于，
设置保护设备(13)，其连接在所述正压排放构件(12)的上游，尤其防止堵塞所述正压排放构件(12)。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的液冷储能器，其特征在于，
用于当所述正压排放构件(12)打开时收集冷却介质的收集设备(14)设置在至少一个所述正压排放构件(12)的下游。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的液冷储能器，其特征在于，
设置包含冷却介质的收集器(10)和/或包含冷却介质的分配器(9)，其中，至少一个所述正压排放构件(12)布置在所述收集器(10)或者所述分配器(9)中。
12.一种电动车辆(2)，包括根据权利要求1至6中任一项所述的液冷储能装置(1)或者根据权利要求7至11中任一项所述的液冷储能器(3)。
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