CN115051067A - 一种防热失控家庭用储能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防热失控家庭用储能电池，涉及储能电池领域。本发明包括电池箱，电池箱包括第一壳体以及第二壳体，第一壳体与第二壳体连接，第一壳体内壁形成电池腔室，第二壳体内壁形成散热腔室，第一壳体内部安装有多个电池模组，第二壳体内盛放绝缘冷却液体，第二壳体上设有传热冷却组件以及保温隔热组件，传热冷却组件与保温隔热组件连接，进行直接散热，提高散热速度，最终保证整套壳体的防爆，热失控抑制功能发挥，具有优异热失控抑制能力的家庭用储能电池，减少事故发生时的财产损失和人员伤亡。

Description

一种防热失控家庭用储能电池
技术领域
本发明涉及储能电池领域，特别是涉及一种防热失控家庭用储能电池。
背景技术
锂离子储能电池的大规模应用，有效提升了可再生能源消费，对于保障电网安全稳定运行也做出了突出贡献。但随着锂离子电池的大量使用，如果使用过程中缺乏有效的安全防护措施，发生安全性事故将是偶然中的必然。
现有的家庭用的储能锂电池，将电池模组固定封装到壳体中，做简单的保温处理，锂电池本身是存在起火爆炸概率的，达到一定市场使用量，一定会发生起火或者爆炸。当前市面销售运行的家庭储能锂电池没有做到锂电池发生热失控时的抑制作用，当电池起火后，只能任由电池燃烧殆尽，这位及时的消防和居民家庭使用带来很大隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防热失控家庭用储能电池，解决背景技术中提出的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种防热失控家庭用储能电池，包括电池箱，所述电池箱包括第一壳体以及第二壳体，所述第一壳体与第二壳体连接，所述第一壳体内壁形成电池腔室，所述第二壳体内壁形成散热腔室，所述第一壳体内部安装有多个电池模组，所述第一壳体以及第二壳体具备足够的强度，所述第二壳体内盛放绝缘冷却液体，所述第二壳体上设有传热冷却组件以及保温隔热组件，所述传热冷却组件与保温隔热组件连接；
其中，绝缘冷却液体具备绝缘同时比热容较大，沸点在55℃-85℃的挥发性液体最佳，液体要浸没整个电池组，浸没量与电池模组电量和第二壳体容积成一定比例。
所述传热冷却组件包括冷却水套以及金属导热网所述第一壳体以及第二壳体之间设有若干凹槽，所述凹槽与电池模组连通，每个所述凹槽中嵌入一个冷却水套，所述金属导热网连接在若干冷却水套上；
所述保温隔热组件包括散热风室、风机、第一热管、第一金属翅片、第二金属翅片以及第二热管，所述第二壳体上连接有散热风室，所述散热风室内设置有风机，所述散热风室与第二壳体内设有第一热管，所述第一热管上分别设有若干第一金属翅片以及若干第二金属翅片，所述第一金属翅片位于散热风室中，所述第二金属翅片位于第二壳体中，所述第二热管将第一热管与金属导热网连通，第二金属翅片与绝缘冷却液体液面距离依据散热需求调整，金属翅片最多允许5分之1浸没，最好是保持15cm距离以上；
优选地，所述第二壳体内部设有防水透气阀。
其中，通过第二壳体内盛放绝缘冷却液体，并在第一壳体以及第二壳体之间设置凹槽与电池模组连通，并在凹槽中嵌入一个冷却水套，对电池模组进行散热，且分隔散热，更加安全，并且通过设置散热风室、风机、第一热管、第一金属翅片、第二金属翅片以及第二热管，关键参数是在一定温度的吸热汽化的相变来起到在电池出现局部短路时，带走大量热，极大减小大量热能向周边电池传导所引起模组热失控的风险，同时冷却水套相变汽化后在上方第一金属翅片处冷凝，回到冷却水套主体，冷却水套主体内同样有金属导热网在将热能通过两个热管和散热风室将热量导出，进行直接散热，提高散热速度，同时当出现局部大量放热，导致短时间产生大量气体而产生巨大压力风险时，防水透气阀的设置，到达一定压力时会打开，泄放掉多余压力，使得两个壳体不会发生变形，而失去功能，最终保证整套壳体的防爆，热失控抑制功能发挥，具有优异热失控抑制能力的家庭用储能电池，能够推动家庭用储能电池的推广，减少事故发生时的财产损失和人员伤亡。
所述第一壳体中设有控制器，所述控制器设有电池模组管理系统，所述电池箱与逆变器连接，所述逆变器输入端连接光伏板，所述逆变器输出端通过电流表安装在电网中，所述电池模组管理系统分别控制风机、电池模组、逆变器以及电流表；
其中，通过设置控制器、逆变器、电池模组管理系统对各个电气元件进行管理，满足电压和电流多种串联并联的需求，可以实现多种电压和电流输出方式，满足多种乘用车车型或商用车车型的电压和电流等技术需求，可以实现单一产品满足多种车型对动力电池包的电压和电流等技术需求。
优选地，所述第一壳体以及第二壳体均为长方体结构，多个所述电池模组呈线性阵列组合。
优选地，若干所述凹槽呈线性阵列等距排布，若干所述第一金属翅片呈线性阵列等距排布，若干所述第二金属翅片呈线性阵列等距排布。
优选地，所述电池箱上设有若干支撑柱，每个所述支撑柱靠近电池箱的一个边角，每个所述支撑柱上连接有一个支撑脚；
其中，支撑柱以及支撑脚配合，对电池箱进行支撑。
优选地，所述第一壳体内部分别设置有第一防护垫以及第二防护垫，所述第一防护垫以及第二防护垫沿第一壳体中心轴对称设置；
其中，通过第一防护垫以及第二防护垫保护了第一壳体内部的电池。
优选地，所述第一壳体上方设有两个高压插头，两个所述高压插头沿第一壳体中心轴对称设置，两个所述高压插头分别通过一个高压线连接器与电池模组正负极连接；
其中，电池极耳之间通过高压线连接器进行连接，实现不同电压和电流的串联和并联。
优选地，所述散热风室上设有连通箱，所述风机通过连通箱设置在散热风室中，所述连通箱上设有进风口，所述连通箱上设有防尘滤网，所述防尘滤网与进风口位置对应；
其中，进风口为散热风室风机工作进风处，并且设置防尘滤网，能够比较好的防止灰尘进入。
优选地，所述电池模组管理系统包括电池温度监测模块，所述电池模组通过监测线与对应的电池温度监测模块电连接，且任一电池模组的正极与所述电池模组对应的电池温度监测模块的正极输入端相连接的监测线与其他电池模组的正极对应的监测线长度相等；任一电池模组的负极与所述电池模组对应的电池温度监测模块的负极输入端相连接的监测线与其他电池模组的负极对应的监测线长度相等；
其中，与电池模组正负极直接相连，消除了电池模组内部的监测线束；组装时可灵活地按需配置电池单体监测器，实现电池单体信息监测与数据采集；同时消除了线束带来的测量误差和电磁干扰，提高了测量精度。
优选地，所述电池模组管理系统还包括微控制器、模数转换电路、存储电路和无线通信电路；所述微控制器用于生成控制指令，确定数据存储的时间周期；所述模数转换电路用于根据所述控制指令将所述运行状态数据进行模数转换；所述存储电路用于按照所述时间周期存储所述模数转换电路转换之后的运行状态数据；所述无线通信电路用于将所述模数转换电路转换之后的运行状态数据通过无线通信方式发送给数据集中器，以使所述数据集中器对各电池模组的运行状态进行监控。
该热失控抑制储能电池，基于多种安装环境，合理选定总体长宽高等尺寸，合理定义液体用量，防水透气阀规格、风扇功率以及电池使用工况下发热功率和极端电池内部短路起火情况下设计热管散热功率，实现储能电池热管理同时能够抑制储能电池热失控发生。
该热失控抑制储能电池由若干个电池单体，电池模块管理系统，传热冷却结构，保温隔热结构，安装结构等组成；
该储能电池的防护等级达到IP67或以上；
该储能电池箱体积较小，尺寸与空调外机相近，家庭使用可以按需安装1个或多个该电池箱，满足家庭需求
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过第二壳体内盛放绝缘冷却液体，并在第一壳体以及第二壳体之间设置凹槽与电池模组连通，并在凹槽中嵌入一个冷却水套，对电池模组进行散热，且分隔散热，更加安全，并且通过设置散热风室、风机、第一热管、第一金属翅片、第二金属翅片以及第二热管，关键是在一定温度的吸热汽化的相变，来起到在电池出现局部短路时，带走大量热，极大减小大量热能向周边电池传导所引起模组热失控的风险，同时冷却水套中的液体相变汽化后在上方第一金属翅片处冷凝，回到冷却水套主体，冷却水套主体内同样有金属导热网在将热能通过两个热管和散热风室将热量导出，进行直接散热，提高散热速度，同时当出现局部大量放热，导致短时间产生大量气体而产生巨大压力风险时，防水透气阀的设置，到达一定压力时会打开，泄放掉多余压力，使得两个壳体不会发生变形，而失去功能，最终保证整套壳体的防爆，热失控抑制功能发挥，具有优异热失控抑制能力的家庭用储能电池，能够推动家庭用储能电池的推广，减少事故发生时的财产损失和人员伤亡。
2、本发明通过设置控制器、逆变器、电池模组管理系统对各个电气元件进行管理，满足电压和电流多种串联并联的需求，可以实现多种电压和电流输出方式，满足多种乘用车车型或商用车车型的电压和电流等技术需求，可以实现单一产品满足多种车型对动力电池包的电压和电流等技术需求，消除了电池模组内部的监测线束；组装时可灵活地按需配置电池单体监测器，实现电池单体信息监测与数据采集；同时消除了线束带来的测量误差和电磁干扰，提高了测量精度。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的主视剖视图；
图3为本发明图2中A-A处剖视图；
图4为本发明图2中B-B处剖视图；
图5为本发明第一壳体内部结构示意图；
图6为本发明散热风室内部正视图；
图7为本发明图3中C处局部放大图；
图8为本发明的电气元件连接图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
110、第一壳体；120、第二壳体；130、电池腔室；140、散热腔室；150、电池模组；210、凹槽；220、冷却水套；230、散热风室；240、风机；250、第一热管；260、第一金属翅片；270、第二金属翅片；280、第二热管；310、金属导热网；320、控制器；330、逆变器；340、光伏板；350、电流表；360、电网；410、支撑柱；420、支撑脚；430、防水透气阀；440、第一防护垫；450、第二防护垫；510、高压插头；520、高压线连接器；530、连通箱；540、进风口；550、防尘滤网。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“中”、“外”、“内”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1-8所示，本实施列一种防热失控家庭用储能电池，包括电池箱，电池箱包括第一壳体110以及第二壳体120，第一壳体110与第二壳体120连接，第一壳体110内壁形成电池腔室130，第二壳体120内壁形成散热腔室140，第一壳体110内部安装有多个电池模组150，第二壳体120内盛放绝缘冷却液体，第二壳体120上设有传热冷却组件以及保温隔热组件，传热冷却组件与保温隔热组件连接；
传热冷却组件包括冷却水套220以及金属导热网310第一壳体110以及第二壳体120之间设有若干凹槽210，凹槽210与电池模组150连通，每个凹槽210中嵌入一个冷却水套220，金属导热网310连接在若干冷却水套220上；
保温隔热组件包括散热风室230、风机240、第一热管250、第一金属翅片260、第二金属翅片270以及第二热管280，第二壳体120上连接有散热风室230，散热风室230内设置有风机240，散热风室230与第二壳体120内设有第一热管250，第一热管250上分别设有若干第一金属翅片260以及若干第二金属翅片270，第一金属翅片260位于散热风室230中，第二金属翅片270位于第二壳体120中，第二热管280将第一热管250与金属导热网310连通；
其中，通过第二壳体120内盛放绝缘冷却液体，并在第一壳体110以及第二壳体120之间设置凹槽210与电池模组150连通，并在凹槽210中嵌入一个冷却水套220，对电池模组150进行散热，且分隔散热，更加安全，并且通过设置散热风室230、风机240、第一热管250、第一金属翅片260、第二金属翅片270以及第二热管280，关键是在一定温度的吸热汽化的相变，来起到在电池出现局部短路时，带走大量热，极大减小大量热能向周边电池传导所引起模组热失控的风险，同时冷却水套220中的液体相变汽化后在上方第一金属翅片260处冷凝，回到冷却水套220主体，冷却水套220主体内同样有金属导热网310在将热能通过两个热管和散热风室230将热量导出，进行直接散热，提高散热速度，同时当出现局部大量放热，导致短时间产生大量气体而产生巨大压力风险时，防水透气阀430的设置，到达一定压力时会打开，泄放掉多余压力，使得两个壳体不会发生变形，而失去功能，最终保证整套壳体的防爆，热失控抑制功能发挥，具有优异热失控抑制能力的家庭用储能电池，能够推动家庭用储能电池的推广，减少事故发生时的财产损失和人员伤亡。
第一壳体110中设有控制器320，控制器320设有电池模组管理系统，电池箱与逆变器330连接，逆变器330输入端连接光伏板340，逆变器330输出端通过电流表350安装在电网360中，电池模组管理系统分别控制风机240、电池模组150、逆变器330以及电流表350；
其中，通过设置控制器320、逆变器330、电池模组管理系统对各个电气元件进行管理，满足电压和电流多种串联并联的需求，可以实现多种电压和电流输出方式，满足多种乘用车车型或商用车车型的电压和电流等技术需求，可以实现单一产品满足多种车型对动力电池包的电压和电流等技术需求。
第一壳体110以及第二壳体120均为长方体结构，多个电池模组150呈线性阵列组合。
若干凹槽210呈线性阵列等距排布，若干第一金属翅片260呈线性阵列等距排布，若干第二金属翅片270呈线性阵列等距排布。
电池箱上设有若干支撑柱410，每个支撑柱410靠近电池箱的一个边角，每个支撑柱410上连接有一个支撑脚420；
其中，支撑柱410以及支撑脚420配合，对电池箱进行支撑。
第二壳体120内部设有防水透气阀430；
其中，防水透气阀430的设置，提高了电池的防爆能力。
第一壳体110内部分别设置有第一防护垫440以及第二防护垫450，第一防护垫440以及第二防护垫450沿第一壳体110中心轴对称设置；
其中，通过第一防护垫440以及第二防护垫450保护了第一壳体110内部的电池。
第一壳体110上方设有两个高压插头510，两个高压插头510沿第一壳体110中心轴对称设置，两个高压插头510分别通过一个高压线连接器520与电池模组150正负极连接；
其中，电池极耳之间通过高压线连接器520进行连接，实现不同电压和电流的串联和并联。
散热风室230上设有连通箱530，风机240通过连通箱530设置在散热风室230中，连通箱530上设有进风口540，连通箱530上设有防尘滤网550，防尘滤网550与进风口540位置对应；
其中，进风口540为散热风室230风机240工作进风处，并且设置防尘滤网550，能够比较好的防止灰尘进入。
电池模组管理系统包括电池温度监测模块，电池模组150通过监测线与对应的电池温度监测模块电连接，且任一电池模组150的正极与电池模组150对应的电池温度监测模块的正极输入端相连接的监测线与其他电池模组150的正极对应的监测线长度相等；任一电池模组150的负极与电池模组150对应的电池温度监测模块的负极输入端相连接的监测线与其他电池模组150的负极对应的监测线长度相等；
其中，与电池模组150正负极直接相连，消除了电池模组150内部的监测线束；批量生产组装时可灵活地按需配置电池单体监测器，实现电池单体信息监测与数据采集；同时消除了线束带来的测量误差和电磁干扰，提高了测量精度。
电池模组管理系统还包括微控制器、模数转换电路、存储电路和无线通信电路；微控制器用于生成控制指令，确定数据存储的时间周期；模数转换电路用于根据控制指令将运行状态数据进行模数转换；存储电路用于按照时间周期存储模数转换电路转换之后的运行状态数据；无线通信电路用于将模数转换电路转换之后的运行状态数据通过无线通信方式发送给数据集中器，以使数据集中器对各电池模组150的运行状态进行监控。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种防热失控家庭用储能电池，包括电池箱，所述电池箱包括第一壳体(110)以及第二壳体(120)，所述第一壳体(110)与第二壳体(120)连接，其特征在于，所述第一壳体(110)内壁形成电池腔室(130)，所述第二壳体(120)内壁形成散热腔室(140)，所述第一壳体(110)内部安装有多个电池模组(150)，所述第二壳体(120)内盛放绝缘冷却液体，所述第二壳体(120)上设有传热冷却组件以及保温隔热组件，所述传热冷却组件与保温隔热组件连接；
所述传热冷却组件包括冷却水套(220)以及金属导热网(310)所述第一壳体(110)以及第二壳体(120)之间设有若干凹槽(210)，所述凹槽(210)与电池模组(150)连通，每个所述凹槽(210)中嵌入一个冷却水套(220)，所述金属导热网(310)连接在若干冷却水套(220)上；
所述保温隔热组件包括散热风室(230)、风机(240)、第一热管(250)、第一金属翅片(260)、第二金属翅片(270)以及第二热管(280)，所述第二壳体(120)上连接有散热风室(230)，所述散热风室(230)内设置有风机(240)，所述散热风室(230)与第二壳体(120)内设有第一热管(250)，所述第一热管(250)上分别设有若干第一金属翅片(260)以及若干第二金属翅片(270)，所述第一金属翅片(260)位于散热风室(230)中，所述第二金属翅片(270)位于第二壳体(120)中，所述第二热管(280)将第一热管(250)与金属导热网(310)连通，所述第二壳体(120)中设有防水透气阀(430)，所述防水透气阀(430)距离绝缘冷却液体的液面一定距离；
所述第一壳体(110)中设有控制器(320)，所述控制器(320)设有电池模组管理系统，所述电池箱与逆变器(330)连接，所述逆变器(330)输入端连接光伏板(340)，所述逆变器(330)输出端通过电流表(350)安装在电网(360)中，所述电池模组管理系统分别控制风机(240)、电池模组(150)、逆变器(330)以及电流表(350)。
2.根据权利要求1所述的一种防热失控家庭用储能电池，其特征在于：所述第一壳体(110)以及第二壳体(120)均为长方体结构，多个所述电池模组(150)呈线性阵列组合。
3.根据权利要求2所述的一种防热失控家庭用储能电池，其特征在于：若干所述凹槽(210)呈线性阵列等距排布，若干所述第一金属翅片(260)呈线性阵列等距排布，若干所述第二金属翅片(270)呈线性阵列等距排布。
4.根据权利要求3所述的一种防热失控家庭用储能电池，其特征在于：所述电池箱上设有若干支撑柱(410)，每个所述支撑柱(410)靠近电池箱的一个边角，每个所述支撑柱(410)上连接有一个支撑脚(420)。
5.根据权利要求4所述的一种防热失控家庭用储能电池，其特征在于：所述第一壳体(110)内部分别设置有第一防护垫(440)以及第二防护垫(450)，所述第一防护垫(440)以及第二防护垫(450)沿第一壳体(110)中心轴对称设置。
6.根据权利要求5所述的一种防热失控家庭用储能电池，其特征在于：所述第一壳体(110)上方设有两个高压插头(510)，两个所述高压插头(510)沿第一壳体(110)中心轴对称设置，两个所述高压插头(510)分别通过一个高压线连接器(520)与电池模组(150)正负极连接。
7.根据权利要求1所述的一种防热失控家庭用储能电池，其特征在于：所述散热风室(230)上设有连通箱(530)，所述风机(240)通过连通箱(530)设置在散热风室(230)中，所述连通箱(530)上设有进风口(540)，所述连通箱(530)上设有防尘滤网(550)，所述防尘滤网(550)与进风口(540)位置对应。
8.根据权利要求1所述的一种防热失控家庭用储能电池，其特征在于：所述电池模组管理系统包括电池温度监测模块，所述电池模组(150)通过监测线与对应的电池温度监测模块电连接，且任一电池模组(150)的正极与所述电池模组(150)对应的电池温度监测模块的正极输入端相连接的监测线与其他电池模组(150)的正极对应的监测线长度相等；任一电池模组(150)的负极与所述电池模组(150)对应的电池温度监测模块的负极输入端相连接的监测线与其他电池模组(150)的负极对应的监测线长度相等。
9.根据权利要求1所述的一种防热失控家庭用储能电池，其特征在于：所述电池模组管理系统还包括微控制器、模数转换电路、存储电路和无线通信电路；所述微控制器用于生成控制指令，确定数据存储的时间周期；所述模数转换电路用于根据所述控制指令将运行状态数据进行模数转换；所述存储电路用于按照所述时间周期存储所述模数转换电路转换之后的运行状态数据；所述无线通信电路用于将所述模数转换电路转换之后的运行状态数据通过无线通信方式发送给数据集中器，以使所述数据集中器对各电池模组(150)的运行状态进行监控。
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CN117239295A (zh) * 2023-11-10 2023-12-15 深圳市电科电源股份有限公司 一种安全性高的家庭储能锂电池模组

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