CN114464922B - 一种储能电池箱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种储能电池箱，包括电池箱体和冷却换热器。电池箱体包括密封的外壳、设置在外壳内的支架和支架上的电池模组；电池箱体内底部设置有外部热源换热器，电池箱体内顶部设置有外部冷源换热器，电池箱体内部的缝隙中充满浸泡液体；冷却换热器设置在所述电池箱体的上方，包括密封的换热箱、冷凝液体回流管道和蒸汽上升管道；冷凝液体回流管道和蒸汽上升管道分别设置在换热箱的底部且与电池箱体连通，冷凝液体回流管道的上端与换热箱的底面平齐，蒸汽上升管道的上端与换热箱的顶部靠近。本发明的储能电池箱在外界电源无法供应的情况下，利用冷却换热器为电池模组降温，不依赖外界能源，安全性更高。
Description
技术领域
本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种储能电池箱。
背景技术
在储能电池箱中，电池及时有效地降温关乎电池的安全，电池产生的热量能否及时导出涉及电池是否能抑制热失控的发生。现有技术中储能电池箱热管理系统的降温方式主要有自然冷却、风冷和储能箱内部设置冷板散热；升温方式主要为加热膜加热和通过冷板加热。由于受传热通道的限制，加热升温和冷却降温的速率都比较低。提升升温速度目前主要是将加热膜直接贴附电芯表面，但快速降温目前仍没有有效的方法；即便是CTP模组的快速降温也只能做到模组外侧冷却，无法达到全方位冷却，尤其降温依赖外界能源，安全性较差。
发明内容
本发明的目的为：提供一种能快速升温和快速降温的高安全型储能电池箱，且在外界电源无法供应的情况下仍可为储能箱降温。
本发明的技术方案为：
一种储能电池箱，包括电池箱体和冷却换热器；所述电池箱体包括密封的外壳、设置在所述外壳内的支架和安装在所述支架上的电池模组；所述电池箱体内底部设置有用于加热的外部热源换热器，所述电池箱体内顶部设置有用于制冷的外部冷源换热器，所述电池箱体内部的缝隙中充满浸泡液体；所述冷却换热器设置在所述电池箱体的上方，包括密封的换热箱、冷凝液体回流管道和蒸汽上升管道；所述冷凝液体回流管道和所述蒸汽上升管道分别设置在所述换热箱的底部且与所述电池箱体连通，所述冷凝液体回流管道的上端与所述换热箱的底面平齐，所述蒸汽上升管道的上端与所述换热箱的顶部靠近。
优选地，所述的储能电池箱包括液体膨胀器，所述液体膨胀器为设置有顶盖的容器，所述液体膨胀器顶部的高度高于所述电池箱体的顶部；所述顶盖上设置有开口方向相反的第一单向阀和第二单向阀；所述液体膨胀器的顶部设置有第一连通管，底部设置有第二连通管；所述第一连通管与所述换热箱连通，所述第二连通管与所述电池箱体的底部连通。
优选地，所述浸泡液体为阻燃性液体。
优选地，所述换热箱的顶部设置有散热肋片。
优选地，所述散热肋片为多个，所述散热肋片的形状为条状或针状。
优选地，所述冷凝液体回流管道和所述蒸汽上升管道分别为多个。
优选地，所述蒸汽上升管道中设置有节温器。
优选地，所述冷凝液体回流管道的内径小于所述蒸汽上升管道的内径。
优选地，所述冷凝液体回流管道的内径与所述蒸汽上升管道内径的之比为1:2-4。
本发明的有益效果为：
本发明的储能电池箱通过外部热源换热器为电池模组加热，以适应低温环境下的工作；通过外部冷源换热器为电池模组降温，以适应高温环境下的工作以及常温工作时的温升。当由于外界能源供应缺失或外部冷源换热器损坏时，可以利用冷却换热器为电池模组降温，由于冷却换热器是将浸泡液体在电池箱体内受热汽化吸热产生的蒸汽在换热箱内冷凝放热为储能电池箱降温，不依赖外界能源，避免电池模组的在外界能量无法供应时的热量过度积累，安全性更高。
附图说明
图1为本发明的储能电池箱结构示意图。
图中：
1、电池箱体；11、外壳；12、支架；13、电池模组；2、外部热源换热器；3、外部冷源换热器；4、液体膨胀器；40、顶盖；41、第一单向阀；42、第二单向阀；5、冷却换热器；51、换热箱；52、冷凝液体回流管道；53、蒸汽上升管道；54、散热肋片；6、节温器；7、浸泡液体； 8、第一连通管；9、第二连通管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。
图1为本发明的储能电池箱结构示意图。如图1所示，本发明的一种储能电池箱，包括电池箱体1和冷却换热器5；所述电池箱体1包括密封的外壳11、设置在所述外壳11内的支架12和安装在所述支架12上的电池模组13；所述电池箱体1内底部设置有用于加热的外部热源换热器2，所述电池箱体1内顶部设置有用于制冷的外部冷源换热器3，所述电池箱体1内部的缝隙中充满浸泡液体7；所述冷却换热器5设置在所述电池箱体1的上方，包括密封的换热箱51、冷凝液体回流管道52和蒸汽上升管道53；所述冷凝液体回流管道52和所述蒸汽上升管道53均设置在所述换热箱51的底部且与所述电池箱体1连通，所述冷凝液体回流管道52的上端与所述换热箱51的底面平齐，所述蒸汽上升管道53的上端与所述换热箱51的顶部靠近。
工作原理：
本发明的储能电池箱在工作时，如果处于较冷的环境工作，则开启位于电池箱体1内底部的外部热源换热器2对电池箱体1内部的浸泡液体7加热，由于浸泡液体7充满于电池箱体1内部的缝隙中，电池模组13被浸泡液体7包裹，当浸泡液体7受热升温后，由于受热后的浸泡液体7的密度较小，因此在电池箱体1的内部浸泡液体7在重力作用下上下流动形成循环，从而将电池箱体1内部的电池模组13均匀加热，使电池模组13中的电芯快速达到最佳的工作温度。如果储能电池箱处于较热的工作环境中，或是储能电池箱中的电池模组13温度较高需要散热时，则开启位于电池箱体1顶部的外部冷源换热器3对电池箱体1内部的浸泡液体7进行冷却，当浸泡液体7降温后，由于温度低的的浸泡液体7的密度较大，因此在电池箱体1的内部浸泡液体7在重力作用下上下流动形成循环，从而将电池箱体1内部的电池模组13均匀降温，使电池模组13中的电芯快速达到最佳的工作温度。如果储能电池箱处于较热的工作环境中，或是储能电池箱中的电池模组13温度较高需要散热，恰逢外部冷源换热器3损坏或其他原因无法工作时，则电池模组13中电芯产生的热量将浸泡液体7加热，在重力作用下受热后密度较小的浸泡液体7上升，而温度较低的浸泡液体7下降，使得电池箱体1内部的浸泡液体7形成循环；同时温度较高的浸泡液体7汽化，产生的汽体通过蒸汽上升管道53进入换热箱51中，当汽体到达换热箱51的顶部后与换热箱51的顶部接触放热冷凝为液态，从而将热量散向外界。本发明的储能电池箱在对电池模组13进行降温时，利用浸泡液体7受热不均匀时自身密度的不同形成自循环，不需要外加动力即可自驱动降温，对外界的能源的依赖小，可以在缺乏外界动力时快速对电池模组13进行降温，安全性更高。
由于本发明中所述蒸汽上升管道53的上端与所述换热箱51的顶部靠近，因此有利于汽体直接到达换热箱51的顶部散热，并且也不会由于冷凝后的位于换热箱51底部的浸泡液体流入蒸汽上升管道53而堵塞汽体上升的路径。冷凝后的浸泡液体7下落至换热箱51的底部，经冷凝液体回流管道52回流至电池箱体1内继续进行循环，从而将电池箱体1内的热量不断带走，将电池模组13降温。本发明的储能电池箱由于冷却换热器5的存在，可以在外部冷源换热器3不能工作时为电池箱本1内的电池模组13快速降温，使电池箱体1内无热量积累，为电池模组13的安全运行提供了保障，有效地抑制了电池模组13热失控的发生，安全级别高。
优选地，本发明的储能电池箱还可以设置液体膨胀器4，如图1所示，所述液体膨胀器4为设置有顶盖40的容器，所述液体膨胀器4顶部的高度高于所述电池箱体1的顶部；所述顶盖40上设置有开口方向相反的第一单向阀41和第二单向阀42；所述液体膨胀器4的顶部设置有第一连通管8，底部设置有第二连通管9；所述第一连通管8与所述换热箱51连通，所述第二连通管9与所述电池箱体1的底部连通。
设置了液体膨胀器4后，液体膨胀器4通过底部的第二连通管9与电池箱体1连通，因此可以成为电池箱体1内浸泡液体7体积胀缩的缓冲空间，也可以通过顶盖40经液体膨胀器4为电池箱体1中添加浸泡液体7；由于第一连通管8连通了冷却换热器5的换热箱51，因此还可以通过第一连通管8为换热箱51平衡压力，由于在顶盖40上设置了开口方向相反的第一单向阀41和第二单向阀42，可以通过预设第一单向阀41和第二单向阀42的开启压力而设定换热箱51中应承受的压力：当换热箱51中实际压力超过预设压力时，通过第一单向阀41的开启向大气泄压；当换热箱51中实际压力小于预设压力时，通过第二单向阀42的开启从大气中吸入空气增压。
优选地，所述浸泡液体7为阻燃性液体。如纯水、加了阻燃剂的纯水、氢氟烃、氢氟醚、全氟化碳、氟碳化合物等。使用阻燃性液体可以在电池模组中出现热失控时及时阻燃，更加安全。
优选地，所述换热箱51的顶部设置有散热肋片54。更优选，所述散热肋片54为多个，所述散热肋片54的形状为条状或针状。在换热箱51的顶部设置散热肋片54，使得蒸汽上升管道53中带来的浸泡液体7中的热量及时快速地通过散热肋片54散发到外界，迅速使得浸泡液体7冷却，热交换效率高；条状和针状的肋片热交换面积大，降温速度更快。
优选地，所述冷凝液体回流管道52和所述蒸汽上升管道53分别为多个。多个回流管道52和蒸汽上升管道53的设置可以增大换热箱51与电池箱体1的汽液交换量，达到快速降温。
优选地，所述蒸汽上升管道53中设置有节温器6。在蒸汽上升管道53中设置节温器6，可以使浸泡液体7在设定的温度下节温器6保持关闭状态，防止在低温下浸泡液体7通过蒸汽上升管道53向换热箱51中蒸发而带走过多的热量致使电池箱体1内的温度更低；而在电池箱体1内温度较高时自动打开节温器6，此时电池箱体1中的浸泡液体7蒸发而成的汽体通过蒸汽上升管道53向换热箱51中蒸发而带走热量，起到对电池箱体1快速降温的作用。
优选地，所述冷凝液体回流管道52的内径小于所述蒸汽上升管道53的内径。较小的冷凝液体回流管道内径可以避免在低温时电池箱体1中的液体过度向换热箱51中蒸发带走热量。
优选地，所述冷凝液体回流管道52的内径与所述蒸汽上升管道53内径的之比为1:2-4。此时，可以保障在大多数情况下蒸汽上升速度和液体回流速度相当，换热箱51中不滞留过多的液体。
在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，以上所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。另外以上仅为本发明的部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (4)
1.一种储能电池箱，其特征在于，包括电池箱体和冷却换热器；所述电池箱体包括密封的外壳、设置在所述外壳内的支架和安装在所述支架上的电池模组；所述电池箱体内底部设置有用于加热的外部热源换热器，所述电池箱体内顶部设置有用于制冷的外部冷源换热器，所述电池箱体内部的缝隙中充满浸泡液体,所述浸泡液体为阻燃性液体；所述冷却换热器设置在所述电池箱体的上方，包括密封的换热箱、冷凝液体回流管道和蒸汽上升管道,所述冷凝液体回流管道和所述蒸汽上升管道分别为多个；所述冷凝液体回流管道和所述蒸汽上升管道分别设置在所述换热箱的底部且与所述电池箱体连通，所述冷凝液体回流管道的上端与所述换热箱的底面平齐，所述蒸汽上升管道的上端与所述换热箱的顶部靠近，所述蒸汽上升管道中设置有节温器；所述冷凝液体回流管道的内径小于所述蒸汽上升管道的内径，所述冷凝液体回流管道的内径与所述蒸汽上升管道内径的之比为1:2-4。
2.如权利要求1所述的储能电池箱，其特征在于，包括液体膨胀器，所述液体膨胀器为设置有顶盖的容器，所述液体膨胀器顶部的高度高于所述电池箱体的顶部；所述顶盖上设置有开口方向相反的第一单向阀和第二单向阀；所述液体膨胀器的顶部设置有第一连通管，底部设置有第二连通管；所述第一连通管与所述换热箱连通，所述第二连通管与所述电池箱体的底部连通。
3.如权利要求2所述的储能电池箱，其特征在于，所述换热箱的顶部设置有散热肋片。
4.如权利要求3所述的储能电池箱，其特征在于，所述散热肋片为多个，所述散热肋片的形状为条状或针状。
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