CN114335858A - 一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱及散热方法 - Google Patents
一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱及散热方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114335858A CN114335858A CN202111632456.6A CN202111632456A CN114335858A CN 114335858 A CN114335858 A CN 114335858A CN 202111632456 A CN202111632456 A CN 202111632456A CN 114335858 A CN114335858 A CN 114335858A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- liquid
- battery
- lithium ion
- energy storage
- storage system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims abstract description 35
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 32
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 title claims abstract description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 76
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims abstract description 7
- WVSNNWIIMPNRDB-UHFFFAOYSA-N 1,1,1,3,3,4,4,5,5,6,6,6-dodecafluorohexan-2-one Chemical compound FC(F)(F)C(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F WVSNNWIIMPNRDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000010702 perfluoropolyether Substances 0.000 claims description 10
- -1 perfluoro Chemical group 0.000 claims description 9
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 4
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 claims description 4
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims description 4
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 3
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims 1
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 abstract description 7
- 229920005548 perfluoropolymer Polymers 0.000 description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- IYRWEQXVUNLMAY-UHFFFAOYSA-N carbonyl fluoride Chemical compound FC(F)=O IYRWEQXVUNLMAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000012983 electrochemical energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
Abstract
本发明属于锂离子电池技术领域，公开一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱及散热方法；所述锂离子电池箱，包括：下箱体，所述下箱体内装有液态全氟冷却液；电池模块组件，设置于下箱体；所述电池模块组件部分或者全部浸没在液态全氟冷却液中；液冷板，安装于所述下箱体上，将电池模块组件封装于下箱体内。本发明将电池放置于电池箱内，液冷板放置于电池箱顶部，电池箱内填充液态全氟冷却液相变材料，相变材料液面没过电池连接片。电池模块在充放电过程中发热，相变材料吸收电池热量汽化，汽化的相变材料与电池箱顶部液冷板接触冷凝，并滴落至电池区域，以此完成电池的热管理。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱及散热方法。
背景技术
在储能系统的大规模应用中，预制舱式储能系统以其突出的灵活便捷性正逐渐成为主流的应用形式。电化学储能以锂离子电池作为能量载体，而锂离子电池采用沸点低、易燃的有机电解液，且材料体系热值高，在电池本体或电气设备发生故障后，易触发电池材料的放热副反应，引发电池热失控，进而演化成储能系统燃烧爆炸等重大安全事故。电池系统电压等级提升会加剧系统的安全风险与管理难度，主要表现在三个方面：
(1)高电压、有限空间、复杂结构、多变环境等条件制约下，电池储能系统内部电场分布及场强难以量化描述，电芯、电池模块、散热系统、系统总成之间的绝缘配合原则及方法不明晰，不均匀电场对绝缘薄弱、电气间隙和爬电间距不够的地方容易形成电击穿，从而发生拉弧或触电等安全事故；
(2)功率变换装置整流逆变调制过程中，可在电池正负极产生远高于电池额定电压的共模干扰，容易导致电池系统绝缘层老化、介质击穿等危害，并严重影响电池管理系统的工作稳定性和估算准确性。
(3)高压电池系统串联单体数量增加，电池不一致几率增加，而大空间尺度下的热场不均会进一步加剧电池性能离散并影响电池状态估算精度，容易导致系统容量可利用率降低，寿命缩短，甚至引发安全事故；
预制舱储能系统中的热管理系统是储能电池技术最为关键的一环，直接关系到储能电池以及整个预制舱的安全与寿命。由于电池阻抗的存在，在电池充放电过程中，电流通过电池导致电池内部产生热量，除此之外，电池内部的电化学反应也会造成一定的生热量。研究表明在储能系统中电池自身温度上升，电池间温差过大，系统内热量累计都直接关系到储能系统的使用寿命及安全性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱及散热方法，以解决现有预制舱储能系统无法有效对锂离子电池进行散热，影响电池寿命和安全性的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱，包括：
下箱体，所述下箱体内装有液态全氟冷却液；
电池模块组件，设置于下箱体；所述电池模块组件部分或者全部浸没在液态全氟冷却液中；
液冷板，安装于所述下箱体上，将电池模块组件封装于下箱体内。
本发明进一步的改进在于：所述液冷板上一侧设有冷却液入口，另一侧设有冷却液出口；所述冷却液入口和冷却液出口连接冷却液循环机。
本发明进一步的改进在于：所述电池模块组件包括以预定间隙并排设置的多个电池模块。
本发明进一步的改进在于：所述液冷板和下箱体之间密封连接。
本发明进一步的改进在于：所述液态全氟冷却液由全氟己酮、全氟聚醚、全氟烷烃和全氟烯烃组成。
本发明进一步的改进在于：述液态全氟冷却液按照质量百分比，由以下组分构成：
全氟己酮8-36％；
全氟聚醚14-42％；
全氟烷烃10-30％；
全氟烯烃20-40％。
本发明进一步的改进在于：所述电池模块组件的电压大于或等于1000V。
本发明进一步的改进在于：所述液态全氟冷却液的比热为1000-1200J/kg·K，液体密度为1200-1500kg/m3，运动粘度为0.3-0.5cSt，动力粘度为0.5-0.8cP，沸点为50-90℃。
本发明进一步的改进在于：全氟己酮和全氟聚醚的质量之和为液态全氟冷却液的50％。
第二发明，本发明一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱的散热方法，包括：
电池模块组件在充放电过程中发热，液态全氟冷却液吸热发生相变汽化；
汽化的液态全氟冷却液触到液冷板后冷凝，放热转变为液态，滴落至下箱体内循环使用，实现对锂离子电池箱中电池模块组件的散热。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱及散热方法，将电池放置于电池箱内，液冷板放置于电池箱顶部，电池箱内填充液态全氟冷却液相变材料，相变材料液面没过电池连接片。电池模块在充放电过程中发热，相变材料吸收电池热量汽化，汽化的相变材料与电池箱顶部液冷板接触冷凝，并滴落至电池区域，以此完成电池的热管理。
进一步的，本发明使用液态全氟聚合物作为间接冷却液，可以提升电池箱的绝缘性能，降低电池被击穿的风险；
进一步的，本发明使用液态全氟聚合物以增加电池的散热面积，提升模块内的冷却效率；
进一步的，本发明液态全氟聚合物在电池箱内循环，无质量损失，可以长期使用；
进一步的，相较于传统的固态相变材料，冷却方法可实现长时间持续冷却；
进一步的，本发明液态聚合物中含全氟酮类物质，具有灭火功能，可以抑制电池火灾。
进一步的，本发明使用全氟聚合物填充电池箱，提升电池箱的绝缘性能，杜绝电池被击穿的现象。利用全氟聚合物相变吸热结合液冷板对电池降温。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱的结构示意图；
图2为本发明一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱的散热方法的流程图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
高电压储能系统：电压等级高于1000V的锂离子电池储能系统。
实施例1
请参阅图1所示，本发明提供一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱，为一种电动汽车用浸泡式冷却动力电池总成；其包括：液冷板11、电池模块组件2和下箱体12。
下箱体12中安装有电池模块组件2，液冷板11密封安装在下箱体12的顶部；下箱体12中灌注有液态全氟冷却液。液冷板11上一侧设有冷却液入口110，另一侧设有冷却液出口111。冷却液入口110和冷却液出口111连接冷却液循环机，冷却液通过循环机进行循环，在循环的过程中可以自然散热，或者增加一个散热器对流自然散热。
电池模块组件2包括以预定间隙并排设置的多个电池模块，液态全氟冷却液的高度高于多个电池模块的顶部，使所有电池模块浸泡在液态全氟冷却液中，从而可与电池模块充分接触和换热，能够达到降低电池单体间温差，提高电池单体一致性，进而保证整个动力电池系统使用寿命的目的。
本发明中，液冷板11和下箱体12之间密封连接；并注入液态全氟冷却液，使所有电池模块浸泡在液态全氟冷却液中。优选的，液冷板11和下箱体12之间通过密封胶圈实现密封。
电池在充放电过程中发热，液态全氟冷却液吸热发生相变汽化。液冷板11由于液体循环表面温度较低，气态冷却液接触到液冷板11后冷凝，放热转变为液态，滴落至下箱体12内；往复循环，达到冷却电池的目的。
本发明中，液态全氟冷却液为全氟己酮、全氟聚醚、全氟烷烃和全氟烯烃组成的混合物，绝缘性能优异；
其中，全氟己酮、全氟聚醚、全氟烷烃和全氟烯烃的质量百分比分别为：
全氟己酮、全氟聚醚、全氟烷烃、全氟烯烃；液态全氟冷却液的比热为1000-1200J/kg·K，液体密度为1200-1500kg/m3，运动粘度为0.3-0.5cSt，动力粘度为0.5-0.8cP，沸点为50-90℃。优选的，全氟己酮和全氟聚醚的质量之和为液态全氟冷却液的50％。
空气介电常数小于液态全氟冷却液介电常数，为保障高压系统中电池安全，电池间距较大，影响系统的能量密度。使用液态全氟冷却液，可以减小电池间距，进一步提升系统安全性与能量密度。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处，在于液冷板11的冷却液入口110和冷却液出口111之间设有模温机(未图示)；模温机与液冷板11之间形成冷却回路，冷却回路中通有冷却剂，冷却剂可以为水、氟利昂、CO2等，模温机用于维持冷却剂的温度和循环，用于通过冷却板11进行热交换，使得汽化的液态全氟冷却液冷凝散热变回液态，维持系统的平衡运转。
实施例3
请参阅图2所示，本发明提供一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱的散热方法，包括以下步骤：
S1、电池模块组件2在充放电过程中发热，液态全氟冷却液吸热发生相变汽化；
S2、汽化的液态全氟冷却液触到液冷板11后冷凝，放热转变为液态，滴落至下箱体12内循环使用，实现对锂离子电池箱中电池模块组件2的散热。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (10)
1.一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱，其特征在于，包括：
下箱体(12)，所述下箱体(12)内装有液态全氟冷却液；
电池模块组件(2)，设置于下箱体(12)；所述电池模块组件(2)部分或者全部浸没在液态全氟冷却液中；
液冷板(11)，安装于所述下箱体(12)上，将电池模块组件(2)封装于下箱体(12)内。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱，其特征在于，所述液冷板(11)上一侧设有冷却液入口(110)，另一侧设有冷却液出口(111)；所述冷却液入口(110)和冷却液出口(111)连接冷却液循环机。
3.根据权利要求1所述的一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱，其特征在于，所述电池模块组件(2)包括以预定间隙并排设置的多个电池模块。
4.根据权利要求1所述的一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱，其特征在于，所述液冷板(11)和下箱体(12)之间密封连接。
5.根据权利要求1所述的一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱，其特征在于，所述液态全氟冷却液由全氟己酮、全氟聚醚、全氟烷烃和全氟烯烃组成。
6.根据权利要求1所述的一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱，其特征在于，述液态全氟冷却液按照质量百分比，由以下组分构成：
全氟己酮8-36％；
全氟聚醚14-42％；
全氟烷烃10-30％；
全氟烯烃20-40％。
7.根据权利要求1所述的一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱，其特征在于，所述电池模块组件(2)的电压大于或等于1000V。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱，其特征在于，所述液态全氟冷却液的比热为1000-1200J/kg·K，液体密度为1200-1500kg/m3，运动粘度为0.3-0.5cSt，动力粘度为0.5-0.8cP，沸点为50-90℃。
9.根据权利要求5或6所述的一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱，其特征在于，优选的，全氟己酮和全氟聚醚的质量之和为液态全氟冷却液的50％。
10.权利要求1所述的一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱的散热方法，其特征在于，包括：
电池模块组件(2)在充放电过程中发热，液态全氟冷却液吸热发生相变汽化；
汽化的液态全氟冷却液触到液冷板(11)后冷凝，放热转变为液态，滴落至下箱体(12)内循环使用，实现对锂离子电池箱中电池模块组件(2)的散热。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111632456.6A CN114335858A (zh) | 2021-12-28 | 2021-12-28 | 一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱及散热方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111632456.6A CN114335858A (zh) | 2021-12-28 | 2021-12-28 | 一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱及散热方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114335858A true CN114335858A (zh) | 2022-04-12 |
Family
ID=81014537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111632456.6A Pending CN114335858A (zh) | 2021-12-28 | 2021-12-28 | 一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱及散热方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114335858A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115282544A (zh) * | 2022-08-25 | 2022-11-04 | 嘉兴港区金安环保新材料有限公司 | 一种锂电池灭火剂及利用其制备的锂电池 |
| CN116392760A (zh) * | 2023-04-13 | 2023-07-07 | 楚能新能源股份有限公司 | 一种锂电池消防介质及其制备方法与应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106816564A (zh) * | 2017-03-08 | 2017-06-09 | 苏州安靠电源有限公司 | 全浸泡式液冷安全电池包 |
| CN111726971A (zh) * | 2020-07-15 | 2020-09-29 | 浙江工业大学 | 一种浸没式液态相变冷却介质及其在电子设备的冷却系统中的应用 |
| CN113621352A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-11-09 | 浙江巨化技术中心有限公司 | 一种组合物、液冷剂及其应用以及浸没冷却系统 |
| CN113659235A (zh) * | 2021-08-09 | 2021-11-16 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种锂离子电池液冷系统及储能系统 |
-
2021
- 2021-12-28 CN CN202111632456.6A patent/CN114335858A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106816564A (zh) * | 2017-03-08 | 2017-06-09 | 苏州安靠电源有限公司 | 全浸泡式液冷安全电池包 |
| CN111726971A (zh) * | 2020-07-15 | 2020-09-29 | 浙江工业大学 | 一种浸没式液态相变冷却介质及其在电子设备的冷却系统中的应用 |
| CN113621352A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-11-09 | 浙江巨化技术中心有限公司 | 一种组合物、液冷剂及其应用以及浸没冷却系统 |
| CN113659235A (zh) * | 2021-08-09 | 2021-11-16 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种锂离子电池液冷系统及储能系统 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115282544A (zh) * | 2022-08-25 | 2022-11-04 | 嘉兴港区金安环保新材料有限公司 | 一种锂电池灭火剂及利用其制备的锂电池 |
| CN116392760A (zh) * | 2023-04-13 | 2023-07-07 | 楚能新能源股份有限公司 | 一种锂电池消防介质及其制备方法与应用 |
| CN116392760B (zh) * | 2023-04-13 | 2024-04-12 | 楚能新能源股份有限公司 | 一种锂电池消防介质及其制备方法与应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lv et al. | Experimental investigation on a novel liquid-cooling strategy by coupling with graphene-modified silica gel for the thermal management of cylindrical battery | |
| Kalaf et al. | Experimental and simulation study of liquid coolant battery thermal management system for electric vehicles: A review | |
| CN114335858A (zh) | 一种适用于高电压储能系统的锂离子电池箱及散热方法 | |
| US8481204B2 (en) | Solid-state battery | |
| CN101325269A (zh) | 一种锂离子电池组 | |
| CN109962291A (zh) | 一种用于锂离子电池的宽温域的电解液及其制备方法 | |
| CN110729526A (zh) | 一种浸没式液冷电池包 | |
| CN108110371A (zh) | 一种动力电池模组结构 | |
| CN111384463B (zh) | 一种电池 | |
| CN100466365C (zh) | 高安全性、高动力性锂离子动力电池 | |
| JP2959298B2 (ja) | リチウム二次電池装置 | |
| CN115347233A (zh) | 一种半固态聚合物电解质及其制备方法、锂离子电池 | |
| CN111682258A (zh) | 一种介质电解质、锂离子电池及其制备方法 | |
| JP2005135906A (ja) | 非水電解液、それを用いたリチウム二次電池 | |
| Khan et al. | Advancements in Battery Thermal Management System for Fast Charging/Discharging Applications | |
| CN210692720U (zh) | 一种浸没式液冷电池包 | |
| CN112993440A (zh) | 一种防燃电池组 | |
| CN218472082U (zh) | 一种浸没式液冷储能电池模组 | |
| Gu et al. | A non-flammable, flexible and UV-cured gel polymer electrolyte with crosslinked polymer network for dendrite-suppressing lithium metal batteries | |
| CN108110316A (zh) | 一种以水滑石层堆积的锂电池聚合物电解质及制备方法 | |
| CN111247688A (zh) | 电池单池的组件和具有这种组件的飞机 | |
| CN102751531B (zh) | 一种锂离子二次电池 | |
| CN115882069A (zh) | 一种锂离子电池用电解液及锂离子电池 | |
| CN106972194A (zh) | 一种锂离子电池 | |
| CN113659235A (zh) | 一种锂离子电池液冷系统及储能系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |