CN116130826A - 一种单相浸没式液冷电池箱及储能电站 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单相浸没式液冷电池箱及储能电站，其中电池箱，包括箱体、电池夹持板、进液管、出液管、上冷却液分布器和下冷却液分布器，电池夹持板设于箱体内，用于夹持数块电池，以使电池阵列式分布于箱体内且等高；下冷却液分布器安装于箱体的底壁，上冷却液分布器位于下冷却液分布器的预设高度安装，以使上冷却液分布器与箱体内冷却液液面齐平；其中，上冷却液分布器与下冷却液分布器互为镜像对称；下冷却液分布器和上冷却液分布器分别通过进液管和出液管连通至箱体之外，以与冷量分配单元连接。本发明采用冷却液下进上出的结构，且上下镜像对称的冷却液分布器使得冷却液在整个电池箱的水平区域内形成类似活塞流的流动形式，温度分布均匀。

Description

一种单相浸没式液冷电池箱及储能电站
技术领域
本发明属于电池液冷技术领域，具体涉及一种单相浸没式液冷电池箱及储能电站。
背景技术
基于能源安全、电能替代、削峰填谷，电化学储能电站规模增大，储能电池系统电池容量和功率大，高功率密度对散热要求较高，同时储能系统内部容易产生电池产热和温度分布不均匀等问题，因而温度控制对于电池系统寿命、安全性极为重要。
常规储能电池采用空气冷却，但是受限于空气本身的热容量、密度等物性参数，使得其天然不如液冷换热功率大；此外，国内外储能电站以为热失控导致的火灾层出不穷，储能安全可靠性受到质疑。而液冷技术(包括单相浸没式、两相浸没式和冷板式)，可以满足电池高倍率充放电长时间的大功率散热需求。特别是浸没式液冷技术，能够使得储能电池浸没在液体之中，使得电池间温度一致性减小，更好地防止热失控和热蔓延，消防安全性更高。另外，由于浸没式液冷技术可以使整个电池模组和铜排都浸没在冷却液中，电缆和极耳产生的热量也可以由冷却液带走，比冷板式更加安全和节能。
现有浸没式液冷电池箱，在电池箱的两侧壁分别设置进液口和出液口，冷却液从进液的孔板式分流结构进入，之后从出液的孔板式合流结构流出，带走电池热量；如此设计，容易造成电池箱内各电池散热不均。
发明内容
基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种单相浸没式液冷电池箱及储能电站。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种单相浸没式液冷电池箱，包括箱体、电池夹持板、进液管、出液管、上冷却液分布器和下冷却液分布器，电池夹持板设于箱体内，用于夹持数块电池，以使电池阵列式分布于箱体内且等高；
下冷却液分布器安装于箱体的底壁，上冷却液分布器位于下冷却液分布器的预设高度安装，以使上冷却液分布器与箱体内冷却液液面齐平；其中，上冷却液分布器与下冷却液分布器互为镜像对称；
下冷却液分布器和上冷却液分布器分别通过进液管和出液管连通至箱体之外，以与冷量分配单元连接。
作为优选方案，所述箱体内设有至少一块竖向隔板，以将箱体的内腔均匀分隔为数个液冷腔；
各液冷腔内均设置上冷却液分布器和下冷却液分布器。
作为优选方案，所述上冷却液分布器和下冷却液分布器分别位于液冷腔的几何中心的正上方和正下方。
作为优选方案，所述进液管设有进液分流器，进液分流器具有数个分流接头，分流接头通过柔性管道与其对应的液冷腔内的下冷却液分布器连接；
所述出液管设有出液汇流器，出液汇流器具有数个汇流接头，汇流接头通过柔性管道与其对应的液冷腔内的上冷却液分布器连接。
作为优选方案，所述上冷却液分布器包括圆形顶板、圆环底板以及连接于圆形顶板与圆环底板之间的若干冷却液分布隔板，所有冷却液分布隔板沿圆环底板周向均匀分布，且冷却液分布隔板沿圆环底板的径向延伸；
冷却液分布隔板将圆环底板的内径孔分隔为数个不同方向的冷却液流道；
其中，圆环底板的底部具有与出液管连接的螺纹接口。
作为优选方案，所述上冷却液分布器和下冷却液分布器中的至少一个设有温度传感器。
作为优选方案，所述箱体的内侧壁具有加强肋，加强肋的横截面为半圆形或矩形。
作为优选方案，所述电池夹持板具有与加强肋的结构相适配的定位槽；
所述电池夹持板具有阵列式分布的电池夹持孔位，电池夹持孔位的周侧设有绝缘柔性层。
本发明还提供一种储能电站，包括冷却塔、冷量分配单元和至少一个如上任一项方案所述的单相浸没式液冷电池箱，冷却塔与冷量分配单元之间构成冷却水回路，冷量分配单元与单相浸没式液冷电池箱构成冷却液回路。
作为优选方案，所述箱体为承压式箱体，冷量分配单元中的循环泵为压入式或抽吸式；
或者，所述箱体为非承压式箱体，冷量分配单元中的循环泵沿冷却液流路位于箱体的下游，且为抽吸式；其中，箱体内设有液位开关，液位开关用于检测箱体内的液位是否低于上冷却液分布器的顶部；箱体上还设有补液管和溢流管，分别用于冷却液的补充和溢流。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
本发明的单相浸没式液冷电池箱采用冷却液下进上出的结构，且上下设置且镜像对称的冷却液分布器使得冷却液在整个电池箱的水平区域内形成类似活塞流的流动形式，电池在高度方向上虽然也存在出口区域的冷却液温度高于进口区域冷却液温度的情况，但是对于电池，不管是18650类似的圆柱电池，还是280AH的方形电池，在高度方向上仅有65-150mm，大大降低了高度方向上温度梯度。
本发明的储能电站，运动稳定性更佳，且安全性更高。
附图说明
图1是本发明实施例1的单相浸没式液冷电池箱的内部结构示意图；
图2是本发明实施例1的箱体的结构示意图；
图3是本发明实施例1的电池夹持板的结构示意图；
图4是本发明实施例1的单相浸没式液冷电池箱的纵截面的结构示意图；
图5是本发明实施例1的上冷却液分布器的结构示意图；
图6是本发明实施例1的上冷却液分布器的另一视角的结构示意图；
图7是本发明实施例1的箱体内电池夹持板及其下方的俯视图；
图8是本发明实施例1的箱体内电池夹持板及其下方的仰视图；
图9是本发明实施例1的储能电站的构架图；
图10是本发明实施例3的单相浸没式液冷电池箱的纵截面的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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，并获得其他的实施方式。
实施例1：
如图1-8所示，本实施例的单相浸没式液冷电池箱，用于对电池0进行单相浸没式液冷电池箱，包括箱体1、电池夹持板2、进液管3、出液管4、上冷却液分布器5和下冷却液分布器6。
如图2所示，箱体1为长方体结构，其高度小于宽度，以便放置一层电池。其中，箱体1的内侧壁具有柱状结构的加强肋10，加强肋10的横截面为半圆形(但不限于半圆形，还可以为矩形等，具体可根据实际应用情况进行确定)，加强肋10的高度与箱体1的高度相适配；加强肋10有数根，沿箱体的内侧壁周向分布，增强箱体薄板的结构强度。另外，箱体1内设有两块竖向隔板7，将箱体的内腔均匀分隔为三个液冷腔。其中，竖向隔板的数量不限于两块，具体可根据实际应用情况进行调整，竖向隔板的数量变化，随之液冷腔的数量也变化。
本实施例的电池夹持板2水平安装在箱体1内腔的中部，用于夹持数块电池0，以使电池阵列式分布于箱体1内且等高。具体地，如图3所示，电池夹持板2具有阵列式分布的电池夹持孔位21，电池夹持孔位21的周侧设有绝缘柔性层，既可以紧密夹持电池，又不损伤电池表面；另外，电池夹持板具有与加强肋10的结构相适配的定位槽20，便于电池夹持板2的安装定位以及固定。其中，电池夹持板的材质可以为一体成型/切割/铸造的不锈钢板、铝合金、塑料等，且成型有避让竖向隔板的空位。
各个液冷腔内的电池物理隔离，当某块电池发生热失控时，其影响范围仅限于同一液冷腔。
如图4所示，每个液冷腔内分别设置上冷却液分布器5和下冷却液分布器6，下冷却液分布器6安装于箱体1的底壁，上冷却液分布器5位于下冷却液分布器6的预设高度安装，以使上冷却液分布器5与箱体1内冷却液的液面(如图4中的虚线)齐平；其中，上冷却液分布器5与下冷却液分布器6互为镜像对称，上冷却液分布器5和下冷却液分布器6分别位于液冷腔的几何中心的正上方和正下方，使得冷却液在整个箱体内的水平区域形成类似活塞流的流动形式，提升温度分布的均匀性。
本实施例以上冷却液分布器的结构为例进行详细说明，如图5和图6所示，上冷却液分布器5包括圆形顶板51、圆环底板52以及连接于圆形顶板51与圆环底板52之间的若干冷却液分布隔板53，连接方式可采用焊接或PVC热熔。
其中，冷却液分布隔板53为梯形结构；所有冷却液分布隔板沿圆环底板周向均匀分布，类似于直叶片轮式结构，且冷却液分布隔板53沿圆环底板的径向延伸，从而使得冷却液分布隔板53将圆环底板52的内径孔分隔为数个不同方向的冷却液流道，实现冷却液向各个方向分布。此外，冷却液分布隔板的整体交叉隔板结构，可以起到破开管道内冷却液旋流，破坏管道内流体带气，削减泵的气蚀。
另外，圆环底板52的底部具有与出液管4连接的螺纹接口520。
本实施例的上冷却液分布器5与箱体1内冷却液的液面齐平为上冷却液分布器的圆形顶板与冷却液的液面齐平。
本实施例的下冷却液分布器6的具体结构可以参考上冷却液分布器5的结构，在此不赘述。
如图7所示，本实施例的进液管3设有进液分流器30，进液分流器30具有三个分流接头300，分流接头的数量可根据实际应用情况进行调整；分流接头300通过柔性管道与其对应的液冷腔内的下冷却液分布器6连接。
如图8所示，本实施例的出液管4设有出液汇流器40，出液汇流器40具有三个汇流接头400，汇流接头的数量可根据实际应用情况进行调整；汇流接头400通过柔性管道与其对应的液冷腔内的上冷却液分布器5连接。
本实施例的进液管3和出液管4连通至箱体之外，便于与冷量分配单元CDU连接，构成冷却液回路。
如图9所示，本实施例的储能电站，包括冷却塔I、冷量分配单元II和数个上述的单相浸没式液冷电池箱III，冷却塔I与冷量分配单元II之间构成冷却水回路，冷量分配单元II与各单相浸没式液冷电池箱III构成冷却液回路，实现热交换。
其中，单相浸没式液冷电池箱的箱体为承压式箱体，若冷量分配单元中的循环泵沿冷却液流路位于箱体的下游，则采用抽吸式，将电池箱内的上部冷却液吸入循环泵内进行循环；若循环泵沿冷却液流路位于箱体的上游，则采用压入式，将冷却液泵入电池箱内；具体可根据实际应用情况进行选择。
实施例2：
本实施例的单相浸没式液冷电池箱与实施例1的不同之处在于：
上冷却液分布器和下冷却液分布器中的至少一个设有温度传感器，监控进液和/或出液温度，特别是出液温度，当温度高进行异常报警，便于运维人员提前发现异常；其他结构可以参考实施例1；
本实施例的储能电站采用本实施例的单相浸没式液冷电池箱，其他结构可以参考实施例1。
实施例3：
本实施例的单相浸没式液冷电池箱与实施例1的不同之处在于：
当电池箱为大型电池箱时，箱体密封较为困难，故采用非承压式箱体，冷量分配单元中的循环泵沿冷却液流路位于箱体的下游，且为抽吸式；如图10所示，箱体内设有液位开关8，液位开关8用于检测箱体内的液位是否低于上冷却液分布器的顶部，以便控制补液；箱体上还设有补液管9和溢流管11，分别用于冷却液的补充和溢流；其中，溢流口在正常液位以上20-30mm处。
本实施例的单相浸没式液冷电池箱适用于大型电池箱，是一种开式系统，可以做到较大流量和压力情况下，不必对电池箱的结构和厚度做高成本改造。冷却液的循环泵设置在电池箱的下游，循环泵开启，将电池箱内的上部冷却液吸入循环泵内进行循环；其他结构可以参考实施例1。
本实施例的储能电站采用本实施例的单相浸没式液冷电池箱，其他结构可以参考实施例1。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种单相浸没式液冷电池箱，其特征在于，包括箱体、电池夹持板、进液管、出液管、上冷却液分布器和下冷却液分布器，电池夹持板设于箱体内，用于夹持数块电池，以使电池阵列式分布于箱体内且等高；
下冷却液分布器安装于箱体的底壁，上冷却液分布器位于下冷却液分布器的预设高度安装，以使上冷却液分布器与箱体内冷却液液面齐平；其中，上冷却液分布器与下冷却液分布器互为镜像对称；
下冷却液分布器和上冷却液分布器分别通过进液管和出液管连通至箱体之外，以与冷量分配单元连接。
2.根据权利要求1所述的单相浸没式液冷电池箱，其特征在于，所述箱体内设有至少一块竖向隔板，以将箱体的内腔均匀分隔为数个液冷腔；
各液冷腔内均设置上冷却液分布器和下冷却液分布器。
3.根据权利要求2所述的单相浸没式液冷电池箱，其特征在于，所述上冷却液分布器和下冷却液分布器分别位于液冷腔的几何中心的正上方和正下方。
4.根据权利要求2所述的单相浸没式液冷电池箱，其特征在于，所述进液管设有进液分流器，进液分流器具有数个分流接头，分流接头通过柔性管道与其对应的液冷腔内的下冷却液分布器连接；
所述出液管设有出液汇流器，出液汇流器具有数个汇流接头，汇流接头通过柔性管道与其对应的液冷腔内的上冷却液分布器连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的单相浸没式液冷电池箱，其特征在于，所述上冷却液分布器包括圆形顶板、圆环底板以及连接于圆形顶板与圆环底板之间的若干冷却液分布隔板，所有冷却液分布隔板沿圆环底板周向均匀分布，且冷却液分布隔板沿圆环底板的径向延伸；
冷却液分布隔板将圆环底板的内径孔分隔为数个不同方向的冷却液流道；
其中，圆环底板的底部具有与出液管连接的螺纹接口。
6.根据权利要求1-4任一项所述的单相浸没式液冷电池箱，其特征在于，所述上冷却液分布器和下冷却液分布器中的至少一个设有温度传感器。
7.根据权利要求1-4任一项所述的单相浸没式液冷电池箱，其特征在于，所述箱体的内侧壁具有加强肋，加强肋的横截面为半圆形或矩形。
8.根据权利要求7所述的单相浸没式液冷电池箱，其特征在于，所述电池夹持板具有与加强肋的结构相适配的定位槽；
所述电池夹持板具有阵列式分布的电池夹持孔位，电池夹持孔位的周侧设有绝缘柔性层。
9.一种储能电站，其特征在于，包括冷却塔、冷量分配单元和至少一个如权利要求1-8任一项所述的单相浸没式液冷电池箱，冷却塔与冷量分配单元之间构成冷却水回路，冷量分配单元与单相浸没式液冷电池箱构成冷却液回路。
10.根据权利要求9所述的储能电站，其特征在于，所述箱体为承压式箱体，冷量分配单元中的循环泵为压入式或抽吸式；
或者，所述箱体为非承压式箱体，冷量分配单元中的循环泵沿冷却液流路位于箱体的下游，且为抽吸式；其中，箱体内设有液位开关，液位开关用于检测箱体内的液位是否低于上冷却液分布器的顶部；箱体上还设有补液管和溢流管，分别用于冷却液的补充和溢流。
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