CN113437400A - 带热管理装置的储能系统 - Google Patents

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Abstract

一种带热管理装置的储能系统，包括外壳以及设于外壳内的至少一储能单元，所述储能单元具有沿其长度方向相对设置的第一端和第二端，所述储能单元的内部设有自所述第一端延伸至所述第二端的导热管，所述导热管内形成有流道，所述流道内填充有导热介质。本发明在储能单元内穿插导热管，使导热管与储能单元中发热量较大的卷芯部位直接接触，可以快速的散发储能单元卷芯部位产生的热量，提高了传热效率。

Description

带热管理装置的储能系统
技术领域
本发明涉及储能装置领域，特别是涉及一种带热管理装置的储能系统。
背景技术
现有的电池热管理方案，少部分为风冷，大多数使用冷板与电池贴合，在冷板中流通冷却液来实现对电池的热管理。冷板与电池之间存在较大热阻，影响换热效率。同时由于电池组的空间限制，一般只在电池的一侧布置冷板，无法均匀冷却电池，使得电芯内存在较大温差。综合来看，电池组的整体换热效率较低，在低温加热与高温散热时，不能很好的控制电池温度，需要限制充放电功率来保护电池。
并且，传统的热管理系统只能在外围对电池进行冷却，而在电池工作时，外壳处的热量和温度则远低于电池卷芯处的热量和温度，利用传统的热管理系统，电池卷芯处产生的热量需要通过热传导抵达外壳，热传导距离较长，并且，传统的热管理系统会将电池外壳一并冷却，然而由于外壳温度并不影响电池卷芯的工作，所以对外壳的冷却浪费了冷却能力。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种带热管理装置的储能系统，该储能系统的热管理装置具有较高的热管理效率。
本发明实施例提供一种带热管理装置的储能系统，包括外壳以及设于外壳内的至少一储能单元，所述储能单元具有沿其长度方向相对设置的第一端和第二端，所述储能单元的内部设有自所述第一端延伸至所述第二端的导热管，所述导热管内形成有流道，所述流道内填充有导热介质。
根据本发明的一个实施例，所述储能单元包括正极片、负极片以及夹设于所述正极片和所述负极片之间的隔膜，所述正极片、所述负极片以及所述隔膜卷绕成筒状的卷芯，所述导热管沿轴向设于所述卷芯的中部。
根据本发明的一个实施例，所述导热管的轴线与所述卷芯的轴线重合。
根据本发明的一个实施例，所述正极片和所述负极片的其中之一在所述储能单元的第一端凸伸出所述隔膜且与所述导热管接触，所述正极片和所述负极片的其中另一在所述储能单元的第二端凸伸出所述隔膜且与所述外壳接触。
根据本发明的一个实施例，所述导热管的两端封闭，且所述导热管内填充有能够相变的固态冷却介质。
根据本发明的一个实施例，所述导热管的两端封闭，且所述导热管的内部形成负压状态，所述导热管的管壁上设有带毛细结构的吸液芯，所述导热管内部填充的冷却介质为能够相变的液态冷却介质。
根据本发明的一个实施例，所述储能系统包括多个储能单元，所述储能单元的所述导热管内的流道通过设于所述储能单元第一端的第一连接流道和设于所述储能单元第二端的第二连接流道串联连接。
根据本发明的一个实施例，所述储能系统包括若干组储能单元，所述储能系统还包括用于盖设于所述外壳上的上盖和下盖，所述上盖上设置所述第一连接流道，所述下盖上设置所述第二连接流道，每组储能单元的导热管内的流道在所述储能单元的第一端和第二端的其中之一通过所述第一连接流道和第二连接流道的其中一种连接在一起，相邻组储能单元的相邻导热管内的流道在所述储能单元的第一端和第二端的其中另一通过所述第一连接流道和第二连接流道的其中另一种连接在一起。
根据本发明的一个实施例，所述储能系统包括多个储能单元，所述储能单元的所述导热管通过设于所述储能单元第一端的第一连接流道和设于所述储能单元第二端的第二连接流道并联连接。
根据本发明的一个实施例，所述导热管由绝缘材料或带绝缘涂层的金属材料制成。
本发明通过在储能单元内穿插导热管，使导热管与储能单元中发热量较大的卷芯部位直接接触，从而可以快速的散发储能单元卷芯部位产生的热量，极大地减小了热传导距离，提高了传热效率。并且，由于本发明中的外壳距离导热管较远，因此其通过导热管散发的热量较少，不会浪费导热管的冷却能力。
附图说明
图1为本发明提供的带热管理装置的储能系统的第一实施例的示意图。
图2为图1中储能单元的示意图。
图3为本发明提供的带热管理装置的储能系统的第二实施例的示意图。
图4为本发明提供的带热管理装置的储能系统的第三实施例的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
第一实施例
如图1所示，本发明的带热管理装置的储能系统包括外壳4、设于外壳4内的至少一储能单元3、以及穿设于储能单元3内部的至少一导热管2，导热管2内形成有流道1，流道1内填充有导热介质。在本实施例中，储能系统包括四个储能单元3，相邻储能单元3之间通过隔热材料隔开且储能单元3内填充有电解液。可以理解的，储能单元3的数量不限于此。
如图2所示，储能单元3具有沿其长度方向相对设置的第一端和第二端，储能单元3的第一端和第二端之间设有正极片31、负极片32以及夹设于正极片31和负极片32之间的隔膜33，正极片31、负极片32以及隔膜33卷绕成筒状的卷芯，电解液填充于储能单元3内，将正极片31、负极片32以及隔膜33浸泡于其中，导热管2沿卷芯的轴向设于卷芯的中部，自储能单元3的第一端延伸至第二端，且导热管2的轴线位于卷芯的轴线附近或与卷芯的轴线重合，在本实施例中，导热管2的轴线与卷芯的轴线重合。正极片31和负极片32在卷芯的轴向与隔膜33错开，使正极片31和负极片32的其中之一在储能单元3的第一端凸伸出隔膜33且与导热管2接触，正极片31和负极片32的其中另一在储能单元3的第二端凸伸出隔膜33且与外壳4接触。在本实施例中，储能单元3的正极片31与导热管2接触，负极片32与外壳4接触，使导热管2和外壳4分别作为储能单元3的正极和负极。
需要说明的是，导热管2可以由导热的绝缘材料(例如导热硅脂、氮化硼等)制成，也可以由内表面涂有绝缘层的金属材料制成。当导热管2由绝缘材料制成时，导热管2不作为储能单元3的正极或负极，此时利用额外的极片将正极和负极引出外壳4，或者直接将正极和负极与外壳4的上盖和下盖接触，将上盖和下盖作为储能系统的正极和负极，在此种情况下，需要在外壳4的上盖和下盖外露的表面上涂绝缘层。当导热管2由内表面涂有绝缘层的金属材料制成时，导热管2的外表面与最内层的正极片31接触，其它层的正极片31向内弯折与导热管2电连接，所有层的负极片32向外弯折与外壳4接触，此种设置可以省去储能单元集流体的设置，使正极片31直接与导热管2接触，负极片32直接与外壳4接触。为了保证导热管2与外壳4绝缘，在导热管2的端部和外壳4之间设有绝缘密封圈。
还需要说明的是，本实施例的导热管2两端封闭(为便于观察，图1和图2中显示的导热管2的端部开口)，其内部填充有能够相变的固态冷却介质，例如石蜡，石蜡在受热时可以发生相变，吸收热量，实现储能单元3芯部发热部位的快速散热。在导热管2两端封闭的其它实施例中，也可以将导热管2的内部设置为负压状态，管壁上可以设置带毛细结构的吸液芯，其内部存储的冷却介质为可以相变的液态冷却介质(例如丙酮、乙二醇、甲苯等)，如此，可以将导热管2形成为沿轴向穿插于卷芯中部的热管，通过热管内部导热介质的相变实现储能单元3芯部发热部位的快速散热。导热管2的横截面可以为圆形、方形、矩形、腰形等，本发明不限制导热管2的横截面形状。
经过上面的叙述可以得知，本发明通过在储能单元3内部穿插导热管2，使其与储能单元3中发热量较大的卷芯部位直接接触，从而可以快速的散发储能单元3卷芯部位产生的热量，极大地减小了热传导距离，提高了传热效率。并且，由于本发明中的外壳4距离导热管2较远，因此其热量几乎不通过导热管2散发，使导热管2几乎不用浪费其冷却能力为不需散热的外壳2散热。
第二实施例
图3所示本发明提供的带热管理装置的储能系统的第二实施例的示意图。第二实施例与第一实施例的主要区别在于，本实施例中的导热管2两端开口，其内储存的冷却介质可以为水、油等冷却介质，各储能单元3的导热管2内的流道1通过设于储能单元3第一端的第一连接流道34和设于储能单元3第二端的第二连接流道35串联连接。具体而言，本实施例中的储能单元3并排设置且相互平行，这些储能单元3两个为一组分为若干组，储能单元3的第一端设有第一连接流道34，第二端设有第二连接流道35，第一连接流道34和第二连接流道35可以分别形成于外壳4的上盖内部和下盖内部，或者分别形成于一体形成于外壳4的上盖外侧或下盖外侧的连接管内，如此，当外壳4的上盖和下盖盖设于外壳4的上下两端后，每组储能单元3的导热管2内的流道1在储能单元3的第二端通过第二连接流道35连接在一起，相邻组储能单元3的相邻导热管2内的流道1(例如图3中的第二根和第三根导热管2)在储能单元3的第一端通过第一连接流道34连接在一起，如此，即可将储能系统的各储能单元3的导热管2内的流道串联在一起，这样在通导热介质时，可以将位于储能系统两个相对侧的导热管2(例如图3中的第一根和第四根导热管2)的远离第一连接流道34或第二连接流道35的一端分别作为导热介质的入口和出口，导热介质的入口和出口可以位于储能系统的同侧，也可以位于储能系统的异侧，如此，可以将储能系统内部的热管理系统与外部的导热介质循环管路连接，实现储能系统的快速散热。需要说明的是，若储能系统仅包括一个储能单元，则导热介质的入口和出口分别位于该储能单元的两个相对侧。可以理解的，在将各储能单元3的导热管2内的流道1串联连接时还可以采用如下方式：每组储能单元3的导热管2内的流道在储能单元3的第一端通过第一连接流道34连接在一起，相邻组储能单元3的相邻导热管2内的流道1在储能单元3的第二端通过第二连接流道35连接在一起。
需要说明的是，上面以储能系统包括偶数个储能单元3为例进行说明，可以理解的，储能系统也可以包括奇数个储能单元3，若储能系统包括奇数个储能单元3，则最后一组储能单元3仅包括一个储能单元，除此之外，其连接方式与包括偶数个储能单元3时的连接方式相同，在此不再赘述。
在本实施例中，导热管2穿插在储能单元3内，与储能单元3中发热量较大的卷芯部位直接接触，可以快速的散发储能单元3卷芯部位产生的热量，极大地减小了热传导距离，提高了传热效率。并且，由于本实施例中的外壳4距离导热管2较远，因此其热量几乎不通过导热管2散发，使导热管2几乎不用浪费其冷却能力为不需散热的外壳2散热。
第三实施例
图4所示本发明提供的带热管理装置的储能系统的第三实施例的示意图。第三实施例与第一实施例的主要区别在于，本实施例中导热管2的两端开口，其内储存的冷却介质可以为水、油等冷却介质，各储能单元3的导热管2内的流道1通过设于储能单元3第一端的第一连接流道34和设于储能单元3第二端的第二连接流道35并联连接。具体而言，本实施例中的储能单元3并排设置且相互平行，储能单元3的第一端设有第一连接流道34，第二端设有第二连接流道35，，第一连接流道34和第二连接流道35可以分别形成于外壳4的上盖内部和下盖内部，或者分别形成于一体形成于外壳4的上盖外侧或下盖外侧的连接管内，如此，当外壳4的上盖和下盖盖设于外壳4的上下两端后，各导热管2内的流道1在储能单元3的第一端通过第一连接流道34连接在一起，在储能单元3的第二端通过第二连接流道35连接在一起，如此，即可将储能系统的各储能单元3的导热管2内的流道1并联在一起，在通导热介质时，可以在储能单元3的第一端或第二端设置导热介质的入口和出口，导热介质的入口和出口可以位于储能系统的同侧，也可以位于储能系统的异侧，如此，可以将储能系统内部的热管理系统与外部的导热介质循环管路连接，实现储能系统的快速散热。
在本实施例中，导热管2穿插在储能单元3内，与储能单元3中发热量较大的卷芯部位直接接触，可以快速的散发储能单元3卷芯部位产生的热量，极大地减小了热传导距离，提高了传热效率。并且，由于本实施例中的外壳4距离导热管2较远，因此其通过导热管2散发的热量较少，使导热管2几乎不用浪费其冷却能力为不需散热的外壳2散热。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种带热管理装置的储能系统，包括外壳以及设于外壳内的至少一储能单元，其特征在于，所述储能单元具有沿其长度方向相对设置的第一端和第二端，所述储能单元的内部设有自所述第一端延伸至所述第二端的导热管，所述导热管内形成有流道，所述流道内填充有导热介质。
2.如权利要求1所述的带热管理装置的储能系统，其特征在于，所述储能单元包括正极片、负极片以及夹设于所述正极片和所述负极片之间的隔膜，所述正极片、所述负极片以及所述隔膜卷绕成筒状的卷芯，所述导热管沿轴向设于所述卷芯的中部。
3.如权利要求2所述的带热管理装置的储能系统，其特征在于，所述导热管的轴线与所述卷芯的轴线重合。
4.如权利要求2所述的带热管理装置的储能系统，其特征在于，所述正极片和所述负极片的其中之一在所述储能单元的第一端凸伸出所述隔膜且与所述导热管接触，所述正极片和所述负极片的其中另一在所述储能单元的第二端凸伸出所述隔膜且与所述外壳接触。
5.如权利要求1所述的带热管理装置的储能系统，其特征在于，所述导热管的两端封闭，且所述导热管内填充有能够相变的固态冷却介质。
6.如权利要求1所述的带热管理装置的储能系统，其特征在于，所述导热管的两端封闭，且所述导热管的内部形成负压状态，所述导热管的管壁上设有带毛细结构的吸液芯，所述导热管内部填充的冷却介质为能够相变的液态冷却介质。
7.如权利要求1所述的带热管理装置的储能系统，其特征在于，所述储能系统包括多个储能单元，所述储能单元的所述导热管内的流道通过设于所述储能单元第一端的第一连接流道和设于所述储能单元第二端的第二连接流道串联连接。
8.如权利要求7所述的带热管理装置的储能系统，其特征在于，所述储能系统包括若干组储能单元，所述储能系统还包括用于盖设于所述外壳上的上盖和下盖，所述上盖上设置所述第一连接流道，所述下盖上设置所述第二连接流道，每组储能单元的导热管内的流道在所述储能单元的第一端和第二端的其中之一通过所述第一连接流道和第二连接流道的其中一种连接在一起，相邻组储能单元的相邻导热管内的流道在所述储能单元的第一端和第二端的其中另一通过所述第一连接流道和第二连接流道的其中另一种连接在一起。
9.如权利要求1所述的带热管理装置的储能系统，其特征在于，所述储能系统包括多个储能单元，所述储能单元的所述导热管内的流道通过设于所述储能单元第一端的第一连接流道和设于所述储能单元第二端的第二连接流道并联连接。
10.如权利要求1所述的带热管理装置的储能系统，其特征在于，所述导热管由绝缘材料或带绝缘涂层的金属材料制成。
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