CN111816950A - 电池储能模块 - Google Patents

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程风华
范茂松
王红涛
张柳丽
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刘皓
王路平
李娟�
杨凯
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Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，提供了一种电池储能模块，能够解决现有的电池箱散热时散热速度慢、效果不好的问题。本发明中的电池储能模块包括箱体、电池单元和液冷通道；其中：箱体，具有用于容纳电池单元的电池容纳腔；液冷通道，位于电池容纳腔内，用于对电池单元进行冷却；电池容纳腔为封闭腔室；电池储能模块还包括相变材料层，相变材料层设置在箱体与电池单元之间以隔离箱体与电池单元，在箱体内部与外部之间形成温度缓冲层。

Description

电池储能模块
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种电池储能模块。
背景技术
锂离子电池及其电池模组具有输出电压高、比容量高、放电电压平稳、循环寿命和能量密度高等优点而得到了广泛应用，但锂离子电池在充放电过程中会产生大量热量，如果不能及时散热，就会使电池中心温度异常，导致电池电化学体系不稳定，出现电池短路甚至起火燃烧，造成安全问题。
现有技术中对电池组进行散热时主要采用风冷、液冷等形式，例如申请公布号为CN109244528A，申请公布日为2019.01.18的专利申请文件公开的一种锂离子电池储能模块，其中包括电池箱、锂离子电池和导热管，导热管蛇形分布在电池箱内，而锂离子电池卡设在导热管的迂回部分中，在导热管内设置有循环流动的液态金属，能够与锂离子电池进行热交换。除了利用液冷冷却，在电池箱上还设置有进风口和出风口，进风口或出风口设置有风扇，能够对锂离子电池进行风冷。
又如授权公告号为CN207572497U，授权公告日为2018.07.03的专利文件所公开的一种锂电池的冷却装置，该冷却装置包括壳体，壳体内设置有隔热层，隔热层内又设置有冷却管，冷却管内通入冷却介质来对壳体内的锂电池进行冷却降温，隔热层由聚苯乙烯泡沫塑料材料制成，能够对冷却管进行保护，还能够阻挡外界热量进入壳体内以造成能量损耗。该冷却装置通过设置隔热层来保护冷却管及阻挡外界热量进入冷却装置内，但是问题在于：隔热层虽然能够阻挡外界热量进入，同时也限制壳体内的热量无法散出，只能够通过冷却管来对壳体内进行热量交换以达到冷却散热的目的，降温的速度慢，散热效果不好，难以满足某些工况的特定要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池储能模块，能够解决现有的电池箱散热时散热速度慢、效果不好的问题。
为实现上述目的，本发明中的电池储能模块采用如下技术方案：
电池储能模块，包括箱体、电池单元和液冷通道；其中：箱体，具有用于容纳电池单元的电池容纳腔；液冷通道，位于电池容纳腔内，用于对电池单元进行冷却；电池容纳腔为封闭腔室；电池储能模块还包括相变材料层，相变材料层设置在箱体与电池单元之间以隔离箱体与电池单元，在箱体内部与外部之间形成温度缓冲层。
其有益效果在于：相变材料层在箱体的内外侧之间形成了一个温度缓冲层，在热量交换的过程中起到了缓冲作用，既能够阻隔外部热量进入到箱体内，并且相变材料在箱体内温度过高时能够吸收热量以降低箱体内温度，相变散热与液冷散热配合能够提高散热速度，散热效果好，能够避免热量无法及时向箱外排出而导致电池单元温度过高的情况发生。
进一步的，箱体是由导热材料制成的。
其有益效果在于：箱体由导热材料制成，在电池单元温度高于外部温度时相变材料层能够使热量由箱体内向箱外传递，减少了液冷系统的负担，降低了对液冷系统的要求。
进一步的，所述相变材料层中的相变材料为在箱体的设计温度范围内均处于固体状态的固体相变材料，相变材料直接贴附在箱体内壁上。
其有益效果在于：相变材料在箱体温度变化范围内均为固体，能够防止相变材料在吸放热后物态变化以影响电池单元及液冷通道正常工作，保证了电池储能模块的工作稳定性。
进一步的，所述相变材料层为绝缘层。
其有益效果在于：使用具有绝缘能力的相变材料以使相变材料层为绝缘层，既能够对热量交换进行缓冲，又能够保证箱体的绝缘性。
进一步的，相变材料中混合有导热颗粒，导热颗粒用于提高相变材料层的热量传导效率。
其有益效果在于：相变材料中混合有导热颗粒提高热量传导效率，使电池储能模块散热效率更高。
进一步的，所述导热颗粒为泡沫铜颗粒。
其有益效果在于：使用泡沫铜颗粒作为导热颗粒，技术成熟，且材料廉价易得。
进一步的，箱体的各侧壁上均设有相变材料层。
其有益效果在于：在各侧壁上均设置有相变材料层，在热量传递的各个方向上都能够对热量交换起到缓冲作用，保证了电池储能模块的散热效果。
进一步的，箱体的侧壁上设置有夹层，所述相变材料层设置在由所述夹层所形成的容纳槽中。
其有益效果在于：在箱体的侧壁上设置容纳槽，相变材料层设置在容纳槽中，缩短了热量由箱体内到箱体外的传导路径，能够提高散热冷却的效率和效果。
进一步的，箱体内的液冷通道上下间隔分布有两组以上。
其有益效果在于：液冷通道上下间隔布置有两组以上，能够对电池单元在上下方向上进行较为全面的热交换，提高散热效果和效率。
附图说明
图1为本发明中电池储能模块的俯视图；
图2为本发明中电池储能模块的正视图。
图中：10-箱体；11-夹层壁；12-箱体内侧壁；20-相变材料层；30-锂离子电池；40-液冷管。
具体实施方式
现结合附图来对本发明中电池储能模块的具体实施方式进行说明。
如图1及图2所示，为本发明中电池储能模块的一种实施例，电池储能模块包括由铝合金制成的箱体10，箱体10内设置有作为电池单元的锂离子电池30，锂离子电池30并排设置，箱体10的底部设置有用于固定支撑锂离子电池30的横条，横条之间留有间隔以增加锂离子电池30的散热空间。
箱体10上还设置有液冷通道，液冷通道包括设置在箱体10内的液冷管40，液冷管40沿上下方向设置有多层，每一层的液冷管40布置方式相同，都是在水平方向上延伸布置，以其中一层液冷管40为例：液冷管40蛇形分布在箱体10内，锂离子电池30卡设于液冷管40的迂回部即液冷管40中折弯之间的空间部分，该迂回部用于卡住锂离子电池30即可使得液冷管40沿锂离子电池30的外壁绕设，这样一来，锂离子电池30的热量可以直接传导给液冷管40，以提高液冷管40与锂离子电池30之间的接触面积，液冷管40内设有冷却液，在液冷管40内循环流动，以使得锂离子电池30在充放电过程中产生的热量随冷却液在液冷管40内循环流动，液冷管40连接有驱动装置以驱动冷却液在液冷管40内循环流动并能够与外界进行换热以降低冷却液温度，从而实现带走锂离子电池30在充放电过程中产生的热量。为了进一步提高锂离子电池30与液冷管40之间的接触面积，液冷管40中折弯之间的空间部分可设置多排锂离子电池30，液冷管40中各个折弯之间的空间部分之间的锂离子电池30并列设置。本实施例中，冷却液可以为水、氯氟烃、氟利昂、矿物油或乙醇等。
箱体10的各侧壁上均设置有容纳槽，即由夹层壁11和箱体内侧壁12形成的空间，容纳槽内粘贴有相变材料层20，相变材料层20中的相变材料为绝缘材料，其中混合有作为导热颗粒的泡沫铜颗粒，泡沫铜颗粒能够提高相变材料层20的热量传导效率。
相变材料层20中的相变材料的特性是在箱体的设计温度范围内均处于固体状态，相变材料层20填充在容纳槽内以在箱体10的内外侧之间形成了一个温度缓冲层，在热量交换的过程中起到了缓冲作用，既能够阻隔外部热量进入到箱体10内，又能够通过相变材料自身吸热来加快箱体内的散热速度，并且箱体是由铝合金这类导热材料制成，能够在电池单元温度高于外部温度时使热量由箱体10内向箱外传递，减少了由液冷管40等组成的液冷系统的负担，降低了对液冷系统的要求。
相变材料层20中的相变材料采用石蜡来与泡沫铜混合。
在其他实施例中，箱体可以采用其他导热材料，例如铁合金、铜合金等，或者是箱体采用隔热材料制成。
在其他实施例中，可以在箱体侧壁上设置夹层或封装结构，然后向夹层或封装结构内注入聚乙二醇、六水氯化钙、十水合硫酸钠、三水合醋酸钠、十水合磷酸氢钠、正癸酸、十二酸、十四酸、十六酸、十八酸、2-二羟甲基丙醇（PG）、新戊二醇（NPG）等流体相变材料。
在其他实施例中，相变材料层的布置方式可以采用其他形式，例如将相变材料层布置直接粘贴在箱体的侧壁上，而不再采用在箱体上设置容纳槽的方式。
在其他实施例中，相变材料层的布置方式可以采用其他形式，例如仅在箱体的竖直侧壁或仅在水平侧壁上设置相变材料层，也可以挑选若干侧壁来布置相变材料层，而不再采用在各侧壁上均设置有相变材料层的方案。
在其他实施例中，相变材料可以采用导电材料，可以在某些需要保证绝缘的位置上设置位于相变材料层与电池单元之间的绝缘层。
在其他实施例中，相变材料层中的相变材料上可以混合作为导热颗粒的石墨，也可以不再混合导热颗粒。
在其他实施例中，箱体内液冷通道的布置方式可以进行调整，例如仅在一个水平面上布置液冷管，而不再采用上下间隔布置的方式。
以上所述的具体实施方式，对本发明的发明目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡是在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.电池储能模块，包括箱体、电池单元和液冷通道；其中：
箱体，具有用于容纳电池单元的电池容纳腔；
液冷通道，位于电池容纳腔内，用于对电池单元进行冷却；
其特征在于：
电池容纳腔为封闭腔室；
电池储能模块还包括相变材料层，相变材料层设置在箱体与电池单元之间以隔离箱体与电池单元，在箱体内部与外部之间形成温度缓冲层。
2.根据权利要求1所述的电池储能模块，其特征在于：箱体是由导热材料制成的。
3.根据权利要求2所述的电池储能模块，其特征在于：所述相变材料层中的相变材料为在箱体的设计温度范围内均处于固体状态的固体相变材料，相变材料直接贴附在箱体内壁上。
4.根据权利要求3所述的电池储能模块，其特征在于：所述相变材料层为绝缘层。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的电池储能模块，其特征在于：相变材料中混合有导热颗粒，导热颗粒用于提高相变材料层的热量传导效率。
6.根据权利要求5所述的电池储能模块，其特征在于：所述导热颗粒为泡沫铜颗粒。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的电池储能模块，其特征在于：箱体的各侧壁上均设有相变材料层。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的电池储能模块，其特征在于：箱体的侧壁上设置有夹层，所述相变材料层设置在由所述夹层所形成的容纳槽中。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的电池储能模块，其特征在于：箱体内的液冷通道上下间隔分布有两组以上。
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