CN113270662B - 一种基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱及其制备方法 - Google Patents

一种基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱，涉及电池箱技术领域，包括电池箱体，包括电池腔以及真空蒸发腔，所述电池箱体上开设有排气孔和回流孔；以及，冷凝器，包括依次连通的进气管、散热管和排水管，所述进气管的进气端与所述排气孔连通，所述排水管的出水端与所述回流孔连通。本发明在电池箱体内形成一定真空度的真空蒸发腔，并填充水，利用一定真空度下水的沸点低的原理，水受热沸腾汽化，迅速将电池产生的热量导出，保证电池运行的温度处于适宜的范围，同时，将惰性气体替换电池正极腔和电池负极腔内的空气，使电池处于无氧环境中，避免个别电池出现破损后发生火灾等情况。

Description

一种基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱及其制备 方法
技术领域
本发明涉及电池箱技术领域，特别是涉及一种基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱及其制备方法。
背景技术
随着新能源技术的发展，特别是动力电池的大量使用。无论在交通领域、还是发电领域，动力电池均都频频发生爆燃等火灾事故。为了保证动力电池能够安全使用，市面上虽然有一些水冷电池箱的产品，但由于不能保证电池表面温度保持在50℃以下，同时没有做到完全隔氧，无法保证安全，而且运行成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱及其制备方法。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案如下：
一种基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱，包括，
电池箱体，包括用于放置电池的电池腔以及与电池腔侧壁接触且不与电池腔连通的真空蒸发腔，所述真空蒸发腔内填充有降温液，所述电池箱体上开设有与所述真空蒸发腔连通的排气孔和回流孔；以及，
冷凝器，包括依次连通的进气管、散热管和排水管，所述进气管的进气端与所述排气孔连通，所述排水管的出水端与所述回流孔连通。
上述技术方案通过在电池箱体内形成一定真空度的真空蒸发腔，并填充水，利用一定真空度下水的沸点低的原理，电池运行时产生的热量通过热传递的方式传递至真空蒸发腔内的水，使水受热沸腾汽化，迅速将电池产生的热量导出，保证电池运行的温度处于适宜的范围，从而延长电池的使用寿命。
作为本发明所述基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱的一种优选方案，其中：所述电池箱体包括上下对齐设置的两块孔板以及固定设置在孔板侧面的侧板，
所述孔板上开设有若干个通孔，两块所述孔板之间固定设置有与所述孔板上通孔数量一致的电池放置管，任一所述电池放置管的上端和下端分别与两块所述孔板上正对的两个所述通孔对接，所述电池放置管内设置有用于放置电池的电池腔，
所述孔板、侧板以及电池放置管之间围成真空蒸发腔。
作为本发明所述基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱的一种优选方案，其中：所述侧板的上端高于位于上方的所述孔板的上端面，所述侧板的下端低于位于下方的所述孔板的下端面，
所述电池箱体还包括固定设置在所述侧板上端的顶板以及固定设置在所述侧板下端的底板，所述顶板、侧板以及位于上方的孔板之间围成电池正极腔，所述电池正极腔上开设有正极电线口，所述底板、侧板以及位于下方的孔板之间围成电池负极腔，所述电池负极腔上开设有负极电线口，
所述电池箱体上开设有与所述电池正极腔连通的正极腔气阀以及与所述电池负极腔连通的负极腔气阀，所述电池正极腔和所述电池负极腔内填充有惰性气体。
上述技术方案将惰性气体替换电池正极腔和电池负极腔内的空气，使电池处于无氧环境中，避免电池出现破损后发生火灾等情况，提高电池运行的安全性。
作为本发明所述基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱的一种优选方案，其中：所述散热管包括侧面设置有散热片的翅片管，所述翅片管的上端与所述进气管连通，所述翅片管的下端与所述排水管连通，且所述翅片管的下端高于所述电池箱体的上端面。
作为本发明所述基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱的一种优选方案，其中：所述散热管还包括上联管和下联管，所述翅片管设置有至少两个，且所述翅片管的上端以及所述进气管均与所述上联管连通，所述翅片管的下端以及所述排水管均与所述下联管连通。
本发明还提供了一种基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱的制备方法，包括以下步骤：
S1：将孔板、侧板以及电池放置管安装并焊接形成真空蒸发器，其内部形成真空蒸发腔，并拼装冷凝器；
S2：将排气孔与冷凝器的进气管密封连接，将回流孔与冷凝器的排水管密封连接，使真空蒸发腔与冷凝器内部形成连通且封闭的腔体；
S3：将纯水通过进气管上的排气阀添加至真空蒸发腔内，且使纯水的体积为真空蒸发腔与冷凝器内部腔体体积之和的40%；
S4：将真空蒸发器置于电加热炉内，冷凝器位于电加热炉外，打开排气阀，加热使真空蒸发腔内的纯水沸腾蒸发，当纯水蒸发至真空蒸发腔与冷凝器内部腔体体积之和的30%时，关闭排气阀，将真空蒸发器从电加热炉中取出并冷却；
S5：将电池安装至电池腔内，连接电源线，并将真空蒸发器的上部和下部分别焊接顶板和底板，形成电池正极腔和电池负极腔，随后密封正极电线口和负极电线口；
S6：打开正极腔气阀和负极腔气阀中的任意一个气阀，并从正极腔气阀和负极腔气阀的另一个气阀向对应腔体内充氮气，置换腔体内的空气，置换完成后关闭所有正极腔气阀和负极腔气阀，完成制备。
本发明的有益效果是：
（1）水的比热容是4.2kJ/kgK，而水的汽化热是22604.2kJ/kgK，差不多是500倍。用相变的汽化传热的效率要比水冷高很多倍。因此，本发明在电池箱体内形成一定真空度的真空蒸发腔，并填充水，利用一定真空度下水的沸点低的原理，电池运行时产生的热量通过热传递的方式传递至真空蒸发腔内的水，使水受热沸腾汽化，迅速将电池产生的热量导出，保证电池运行的温度处于适宜的范围，延长电池的使用寿命。
（2）本发明中冷凝器的内部腔体与电池箱体内的真空蒸发腔连通，并形成封闭的腔体，真空蒸发腔内的水蒸发汽化后形成的水蒸气进入冷凝器内冷凝后再形成水，并回流至真空蒸发腔内，使真空蒸发腔内的气压保持稳定。
（3）本发明将惰性气体替换电池正极腔和电池负极腔内的空气，使电池处于无氧环境中，同时各个电池独立放置，互不影响，避免个别电池出现破损后发生火灾等情况，提高电池运行的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱的结构示意图；
图2为图1中A-A的截面示意图；
图3为本发明提供的基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱中孔板的结构示意图；
其中：100、电池箱体；110、电池腔；120、真空蒸发腔；121、排气孔；122、回流孔；200、冷凝器；210、进气管；220、散热管；230、排水管；130、孔板；140、侧板；131、通孔；150、电池放置管；160、顶板；170、底板；180、电池正极腔；190、电池负极腔；181、正极腔气阀；191、正极腔气阀；182、正极电线口；192、负极电线口；211、排气阀；221、翅片管；222、上联管；223、下联管。
具体实施方式
为使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施方式并结合附图，对本发明作出进一步详细的说明。
图1为本实施例提供的基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱的结构示意图。该基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱包括电池箱体100和冷凝器200。电池箱体100内包括与冷凝器200循环连通的真空蒸发腔120，真空蒸发腔120内的冷却液吸收电池工作时产生的热量后可沸腾汽化，从而将电池产生的热量导出，保证电池箱体100内电池的运行温度，且汽化后的水蒸气经过冷凝器200冷凝后再回流至真空蒸发器内，保证内部气压的稳定。
具体的，电池箱体100包括上下对称设置的两块孔板130，在每块孔板130上开设有若干个通孔131，且两块孔板130上对应的通孔131正对设置。在这两块孔板130之间固定焊接有电池放置管150，电池放置管150的数量与每块孔板130上通孔131的数量一致，且每个电池放置管150的上端开口和下端开口与孔板130上对应通孔131的形状一致。每个电池放置管150的上端开口和下端开口分别与上下两块孔板130上对齐的通孔131密封焊接。电池放置管150内即为用于放置电池的电池腔110。可以理解的是，电池放置管150的形状和尺寸由放置的电池决定。
电池箱体100还包括固定焊接在两块孔板130四周的四块侧板140。四块侧板140之间两两密封焊接，形成中空且上下端开口的四棱柱结构。两块孔板130的侧面分别与四块侧板140的内侧壁密封焊接。在四块侧板140、两块孔板130以及若干个电池放置管150之间形成真空蒸发腔120。为了防止真空时塌陷，真空蒸发腔120内会焊接加强筋。真空蒸发腔120与电池腔110的侧壁（即电池放置管150的外管壁）接触，且不与电池腔110连通，电池运行时产生的热量可通过电池腔110的侧壁（（即电池放置管150的外管壁）传递至真空蒸发腔120内。在电池箱体100上开设有与真空蒸发腔120连通的排气孔121和回流孔122。在该真空蒸发腔120内填充有冷却液。在本实施例中，冷却液采用纯水。
需要说明的是，侧板140的高度大于两块孔板130之间的间距，且每块侧板140的上端均高于上方孔板130的上端面，每块侧板140的下端均低于下方孔板130的下端面。在侧板140的上端还固定焊接有顶板160，使顶板160、侧板140和上方孔板130之间围成电池正极腔180。在侧板140的下端固定焊接有底板170，使底板170、侧板140和下方孔板130之间围成电池负极腔190。在电池箱体100上开设有两个与电池正极腔180连通的正极腔气阀181以及两个与电池负极腔190连通的负极腔气阀191。
可以理解的是，在电池正极腔180和电池负极腔190上分别开设有正极电线口和负极电线口，用于安装和穿设电线。在电线穿设完成后将正极电线口和负极电线口密封即可。
冷凝器200包括进气管210、散热管220和排水管230。进气管210的进气端与电池箱体100上开设的排气孔121密封焊接。进气管210的出气端与散热管220的上端连接，散热管220的下端与排水管230的进水端连接，排水管230的出水端与电池箱体100上开设的回流孔122密封焊接，使真空蒸发腔120与冷凝器200内部形成连通且封闭的腔体。真空蒸发腔120内的水受热沸腾汽化后产生的水蒸气通过排气孔121和进气管210进入散热管220内，经过散热管220的散热冷凝后形成水，通过排水管230和回流孔122再流至真空蒸发腔120内。
可以理解的是，冷却器所处的环境温度低于电池箱体100内部的工作温度，且两者之间的温差大于等于15℃。较佳的，在电池箱体内还固定安装有用于监测电池运行温度的温度传感器，通过该温度传感器可实时监测电池的运行温度，当温度过高时，还可通过风扇、空调等对冷凝器进行降温，保证冷凝器的降温性能。
其中，散热管220包括上联管222、下联管223以及连接在上联管222与下联管223之间的两根翅片管221。每根翅片管221均为外侧焊接有散热翅片的金属管。翅片管221的上端以及进气管210均与上联管222连通，翅片管221的下端以及排水管230均与下联管223连通。可以理解的是，上联管222和下联管223的作用是使若干根翅片管221的上端均与进气管210连通，使若干根翅片管221的下端均与排水管230连通，因此，翅片管221的数量可根据需要进行调整。当只需要一根翅片管221即可满足冷凝需求时，可直接将翅片管221的上端和下端与进气管210和排水管230连通，而不需要设置上联管222和下联管223。
需要说明的是，翅片管221的下端高于所述电池箱体100的上端面，使散热管220内冷凝形成的水可受自重作用通过排水管230自然回流至真空蒸发腔120内，且真空蒸发腔120内的水不会流至排水管230内。
另外，在进气管210上还固定设置有排气阀211。通过打开排气阀211可使真空蒸发腔120内的汽化后的水蒸气排出，同时，还可通过排气阀211向真空蒸发腔120内添加水。
本实施例还提供了一种基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱的制备方法，包括以下步骤：
S1：将孔板130、侧板140以及电池放置管150安装并焊接形成真空蒸发器，其内部形成真空蒸发腔120，并拼装冷凝器200；
S2：将排气孔121与冷凝器200的进气管210密封连接，将回流孔122与冷凝器200的排水管230密封连接，使真空蒸发腔120与冷凝器200内部形成连通且封闭的腔体；
S3：将纯水通过进气管210上的排气阀211添加至真空蒸发腔120内，且使纯水的体积为真空蒸发腔120与冷凝器200内部腔体体积之和的40%；
S4：将真空蒸发器置于电加热炉内，冷凝器200位于电加热炉外，打开排气阀211，加热使真空蒸发腔120内的纯水沸腾蒸发，当纯水蒸发至真空蒸发腔120与冷凝器200内部腔体体积之和的30%时，关闭排气阀211，将真空蒸发器从电加热炉中取出并冷却，使真空蒸发腔120与冷凝器200内部腔体形成-0.095Mpa的真空度；
S5：将电池安装至电池腔110内，连接电源线，并将真空蒸发器的上部和下部分别焊接顶板160和底板170，形成电池正极腔180和电池负极腔190，随后密封正极电线口182和负极电线口192；
S6：打开正极腔气阀181和负极腔气阀191中的任意一个气阀，并从正极腔气阀181和负极腔气阀191的另一个气阀向对应腔体内充氮气，置换腔体内的空气，置换完成后关闭所有正极腔气阀181和负极腔气阀191，完成制备。
真空度-0.095Mpa下水的沸点为32.9℃左右。制备完成后的安全储能电池箱置于室温环境下时，由于电池运行时的温度较高，产生的热量通过热传递的方式传递至真空蒸发器内的纯水后，纯水的温度可高于真空度-0.095Mpa下水的沸点，因此，纯水吸热后可沸腾汽化，汽化后产生的水蒸气经过冷凝器200散热冷凝后形成水，通过排水管230和回流孔122再流至真空蒸发腔120内，从而将电池产生的热量导出，保证电池箱体100内电池的运行温度，且汽化后的水蒸气经过冷凝器200冷凝后再回流至真空蒸发器内，保证内部气压的稳定。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式；凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱，其特征在于：包括，
电池箱体(100)，包括用于放置电池的电池腔(110)以及与电池腔(110)侧壁接触且不与电池腔(110)连通的真空蒸发腔(120)，所述真空蒸发腔(120)内填充有冷却液，所述电池箱体(100)上开设有与所述真空蒸发腔(120)连通的排气孔(121)和回流孔(122)，所述电池箱体(100)包括上下对齐设置的两块孔板(130)以及固定设置在孔板(130)侧面的侧板(140)，所述孔板(130)上开设有若干个通孔(131)，两块所述孔板(130)之间固定设置有与所述孔板(130)上通孔(131)数量一致的电池放置管(150)，任一所述电池放置管(150)的上端和下端分别与两块所述孔板(130)上正对的两个所述通孔(131)对接，所述电池放置管(150)内设置有用于放置电池的电池腔(110)，所述孔板(130)、侧板(140)以及电池放置管(150)之间围成真空蒸发腔(120)；以及，
冷凝器(200)，包括依次连通的进气管(210)、散热管(220)和排水管(230)，所述进气管(210)的进气端与所述排气孔(121)连通，所述排水管(230)的出水端与所述回流孔(122)连通。
2.根据权利要求1所述的基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱，其特征在于：所述侧板(140)的上端高于位于上方的所述孔板(130)的上端面，所述侧板(140)的下端低于位于下方的所述孔板(130)的下端面，
所述电池箱体(100)还包括固定设置在所述侧板(140)上端的顶板(160)以及固定设置在所述侧板(140)下端的底板(170)，所述顶板(160)、侧板(140)以及位于上方的孔板(130)之间围成电池正极腔(180)，所述电池正极腔(180)上开设有正极电线口(182)，所述底板(170)、侧板(140)以及位于下方的孔板(130)之间围成电池负极腔(190)，所述电池负极腔(190)上开设有负极电线口(192)，
所述电池箱体(100)上开设有两个与所述电池正极腔(180)连通的正极腔气阀(181)以及两个与所述电池负极腔(190)连通的负极腔气阀(191)，所述电池正极腔(180)和所述电池负极腔(190)内均填充有惰性气体。
3.根据权利要求1所述的基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱，其特征在于：所述散热管(220)包括侧面设置有散热片的翅片管(221)，所述翅片管(221)的上端与所述进气管(210)连通，所述翅片管(221)的下端与所述排水管(230)连通，且所述翅片管(221)的下端高于所述电池箱体(100)的上端面。
4.根据权利要求3所述的基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱，其特征在于：所述散热管(220)还包括上联管(222)和下联管(223)，所述翅片管(221)设置有至少两个，且所述翅片管(221)的上端以及所述进气管(210)均与所述上联管(222)连通，所述翅片管(221)的下端以及所述排水管(230)均与所述下联管(223)连通。
5.根据权利要求1所述的基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱，其特征在于：所述进气管(210)上设置有排气阀(211)。
6.根据权利要求1所述的基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱，其特征在于：所述冷却液为纯水。
7.一种基于全密封和真空相变传热的安全储能电池箱的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将孔板(130)、侧板(140)以及电池放置管(150)安装并焊接形成真空蒸发器，其内部形成真空蒸发腔(120)，并拼装冷凝器(200)；
S2：将排气孔(121)与冷凝器(200)的进气管(210)密封连接，将回流孔(122)与冷凝器(200)的排水管(230)密封连接，使真空蒸发腔(120)与冷凝器(200)内部形成连通且封闭的腔体；
S3：将纯水通过进气管(210)上的排气阀(211)添加至真空蒸发腔(120)内，且使纯水的体积为真空蒸发腔(120)与冷凝器(200)内部腔体体积之和的40%；
S4：将真空蒸发器置于电加热炉内，冷凝器(200)位于电加热炉外，打开排气阀(211)，加热使真空蒸发腔(120)内的纯水沸腾蒸发，当纯水蒸发至真空蒸发腔(120)与冷凝器(200)内部腔体体积之和的30%时，关闭排气阀(211)，将真空蒸发器从电加热炉中取出并冷却；
S5：将电池安装至电池腔(110)内，连接电源线，并将真空蒸发器的上部和下部分别焊接顶板(160)和底板(170)，形成电池正极腔(180)和电池负极腔(190)，随后密封正极电线口(182)和负极电线口(192)；
S6：打开正极腔气阀(181)和负极腔气阀(191)中的任意一个气阀，并从正极腔气阀(181)和负极腔气阀(191)的另一个气阀向对应腔体内充氮气，置换腔体内的空气，置换完成后关闭所有正极腔气阀(181)和负极腔气阀(191)，完成制备。
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