CN116315288B - 一种浸没式储能电池箱及其电池柜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浸没式储能电池箱及其电池柜，涉及储能电池技术领域，包括集流板，集流板内设有浸没接触区以及第一连接区和第二连接区，第一连接区设置有冷却液进液管、辅冷进液管和风冷进风管，第二连接区设置有冷却液出液管、辅冷出液管和风冷出风管。本发明利用朝向交叉的均流口引流使上层充分吸热的冷却液和下层未充分吸热的冷却液混合；利用相变材料相变吸热和放热的原理辅助控温，稳定电池的工作温度；在用电低谷时段调控集流板的工作状态，使部分电芯供电，部分电芯停止工作，并利用电控阀门停止对不工作集流板的散热，将冷却液集中在工作中的集流板内；采用集流板式散热，节省空间且可以自由组装所需储电量的储能电池。

Description

一种浸没式储能电池箱及其电池柜

技术领域

本发明涉及储能电池技术领域，具体为一种浸没式储能电池箱及其电池柜。

背景技术

储能电站的电池大多为铅蓄电池和锂电池，但相较于锂电池，铅蓄电池存在使用寿命短、自放电、不能深度放电、重金属污染等问题，在确保安全性的前提下，新型储能电站大多选择锂电池作为储能电池。

锂电池在充放电过程中会产生热量，如果不及时散热，会导致电池温度升高，进而影响电池的性能和寿命，甚至引发安全事故。因此，为了保证储能电池的正常运行和安全性，需要对其进行散热处理。

根据专利号CN115347274B公开的一种浸没式储能电池箱及其电池柜，其在电池箱内设有冷却液流道，采用浸没式冷却方法使冷却液与电芯直接接触，且采用内循环与外循环配合，大幅提升散热效率。

目前储能电站储存的电能会供应给工厂或家庭用户，其中工厂用电高峰为白天，而家庭用户用电高峰为傍晚时段，在白天给工厂供电时，因工厂用电电压高功耗大，电池发热量大，需要散热系统具有较高的散热性能，而傍晚时段给家庭用户供电时，家庭用户用电电压低功耗低，电池发热量小，过高的散热效果会造成浪费，在夜间用电低谷时段甚至会使电池过冷造成损伤，而上述储能电池箱与电池柜所采用的散热系统不便于调节散热功率，不适用于不同时段的散热需求。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种浸没式储能电池箱及其电池柜，以解决上述背景技术中提出的散热系统不便于调节散热功率导致不适用于不同时段的散热需求的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种浸没式储能电池箱，包括集流板，所述集流板内设有用于安装电芯的浸没接触区以及设于浸没接触区两侧的第一连接区和第二连接区，所述第一连接区设置有冷却液进液管、辅冷进液管和风冷进风管，所述第二连接区设置有冷却液出液管、辅冷出液管和风冷出风管；

所述冷却液进液管和冷却液出液管分别与浸没接触区连通；

所述集流板上设有与辅冷进液管连通的第一辅冷支管以及与辅冷出液管连通的第二辅冷支管，所述第一辅冷支管与第二辅冷支管之间贯穿浸没接触区设有第三辅冷支管；

所述风冷进风管与风冷出风管之间在浸没接触区两侧对称设有风冷支管。

进一步地，所述冷却液进液管与浸没接触区连通处设有电控阀门，所述冷却液出液管与浸没接触区连通处设有单向阀。

进一步地，所述冷却液进液管和冷却液出液管分别外接有冷却液泵送管道。

进一步地，所述第三辅冷支管为多个，所述第三辅冷支管上设有若干均流口，且所述均流口朝向交叉。

进一步地，所述辅冷进液管与辅冷出液管外接有相变材料盒。

进一步地，所述相变材料盒内填充有相变材料，所述相变材料可以为石蜡。

进一步地，所述风冷进风管和风冷出风管与风冷支管连通处均设有引流片。

进一步地，所述风冷进风管和风冷出风管分别外接有通风管道。

进一步地，所述集流板为多个，多个集流板通过螺栓螺母紧固，所述集流板上开设有供螺栓穿过的螺孔。

本发明还提供了一种电池柜，包括上述的浸没式储能电池箱，还包括与所述浸没式储能电池箱连通的冷却液换热区，所述冷却液换热区包括换热盘管和冷却液泵机。

与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本发明提供的一种浸没式储能电池箱及其电池柜：

设置冷却液冷却、相变材料辅冷冷却和风冷冷却组成三流道散热系统环绕电芯，确保电池箱具有足够的散热能力；

设置第三辅冷支管和朝向交叉的均流口，扰乱浸没接触区内冷却液流动的稳定性，使上层充分吸热的冷却液和下层未充分吸热的冷却液混合，提高冷却液换热效果；

设置相变材料辅冷，利用相变材料相变吸热和放热的原理辅助控温，稳定电池的工作温度，延长电池使用寿命；

设置电控阀门配合单向阀，在用电低谷时段可以调控集流板的工作状态，使部分电芯供电，部分电芯停止工作，并利用电控阀门停止对不工作集流板的散热，将冷却液集中在工作中的集流板内，提高散热效率，节省能耗，且大幅延长电池使用寿命；

采用集流板式散热，节省装配空间，增大电池箱内电池容纳空间，且可以自由组装所需储电量的储能电池，适用性广。

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为本发明提供的电池柜的结构示意图；

图2为本发明提供的电池箱的结构示意图；

图3为本发明提供的电池箱的剖面结构示意图；

图4为本发明提供的集流板的结构示意图；

图5为本发明提供的集流板的剖面结构示意图；

图6为本发明提供的集流板的正视剖面结构图；

图7为本发明提供的集流板的俯视剖面结构图；

图8为图7中A处放大图；

图9为本发明提供的集流板的又一俯视剖面结构图。

图中：

1、电池柜；11、冷却液换热区；2、电池箱；201、冷却液泵送管道；202、通风管道；203、电芯；3、集流板；301、浸没接触区；302、冷却液进液管；303、冷却液出液管；304、电控阀门；305、单向阀；310、辅冷进液管；311、辅冷出液管；312、第一辅冷支管；313、第二辅冷支管；314、第三辅冷支管；315、均流口；316、相变材料盒；320、风冷进风管；321、风冷出风管；322、风冷支管；323、引流片；330、螺孔；340、密封板。

实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参阅图1至图8，本发明提供的一种浸没式储能电池箱，包括集流板3，集流板3内设有用于安装电芯203的浸没接触区301，用于通入冷却液与电芯203直接接触换热，浸没接触区301两侧分别设有第一连接区和第二连接区，为确保电池具有足够的散热能力，在第一连接区设置有冷却液进液管302、辅冷进液管310和风冷进风管320，第二连接区设置有冷却液出液管303、辅冷出液管311和风冷出风管321，冷却液进液管302和冷却液出液管303可以为圆形、矩形或其他多边形形状，为便于和外部管路连接，本实施例中冷却液进液管302和冷却液出液管303被加工成圆形；

冷却液进液管302和冷却液出液管303分别与浸没接触区301连通，用于将冷却液导入浸没接触区301与电芯203直接接触换热，并将充分吸热后的冷却液从冷却液出液管303导出；

集流板3上设有与辅冷进液管310连通的第一辅冷支管312以及与辅冷出液管311连通的第二辅冷支管313，第一辅冷支管312与第二辅冷支管313之间贯穿浸没接触区301设有第三辅冷支管314，用于将辅冷介质导入浸没接触区301进行换热以便于辅助控温；

风冷进风管320与风冷出风管321之间在浸没接触区301两侧对称设有风冷支管322，用于和浸没接触区301换热。

如图8所示，电芯203被冷却液流道、辅冷介质流道和风冷通道环绕，形成三流道循环散热系统，确保电池工作高峰期时的散热强度。

如图6所示，当处于夜间用电低谷时段时，供电压力小，只需电池内少量的集流板3模块即可满足供电需求，若仍由整个电池箱2内的集流板3模块进行供电会造成浪费且损耗电池的使用寿命，为此冷却液进液管302与浸没接触区301连通处设有电控阀门304，冷却液出液管303与浸没接触区301连通处设有单向阀305，设置电控阀门304用以单独控制每一个集流板3的冷却液进液，在夜间时可通过电控阀门304控制停止供电的集流板3模块停止冷却液进液，使冷却液流入仍在工作的集流板3模块内，同时通过控制冷却液泵机的泵送速度来调控冷却液流速，使散热效率与电池发热量匹配，通过这种方式，在用电低谷时段，依次调控上一次未参与工作的集流板3进行工作，使所有集流板3工作时长均衡，以此延长集流板3内电芯203的使用寿命，避免在使用一定时长后，其中部分电芯203报废导致电池不能正常使用，延后了电池的报废时间。

在调配集流板3间隔工作时，为防止冷却液出液管303内的冷却液倒灌入停止工作的集流板3内，本实施例在冷却液出液管303与浸没接触区301连通处设置单向阀305。

如图2所示，冷却液进液管302和冷却液出液管303分别外接有冷却液泵送管道201。

如图4至图6所示，冷却液从冷却液进液管302通过电控阀门304进入浸没接触区301后，向冷却液出液管303流动，在流动过程中流速趋于平缓，冷却液与浸没接触区301侧壁接触区域会形成热边界层，使得散热效果降低，且冷却液吸收电芯203散发的热量后，容易出现热量分层现象，充分吸热的冷却液在上层流动，而没有吸热或吸热不充分的冷却液在下层流动，导致电芯203上半部分和下半部分产生较大温差，不仅降低了散热效率，还会损伤电芯203，降低电芯203使用寿命，甚至会引起爆炸等事故。

为此本实施例中设有多个呈线性阵列分布的第三辅冷支管314，在第三辅冷支管314上设有若干用于扰流的均流口315，且均流口315朝向交叉，第三辅冷支管314上半部分的均流口315朝向为倾斜向下，下半部分的均流口315朝向为倾斜向上，使得冷却液通过第三辅冷支管314时，上层吸收热量较多的冷却液和下层吸收热量较少的冷却液受均流口315引导混合，不仅能保证电芯203上下部分温度一致，且冷却液能够更充分吸收热量，提高散热效率。

不仅如此，辅冷介质流经第三辅冷支管314内的均流口315位置时，均流口315也能对辅冷介质起到扰流效果，避免辅冷介质流动时产生热边界层，提高辅冷介质的换热效率。

均流口315可以被加工成圆形，或是进端开口大、出端开口小的喇叭状，本实施例中考虑到加工难度以及第三辅冷支管314内辅冷介质的正常流通，选择将均流口315加工成矩形口，不仅加工难度地，且矩形口具有较大的接触表面积，可以提高辅冷介质与冷却液的热交换效率。

如图3所示，辅冷进液管310与辅冷出液管311外接有相变材料盒316，利用相变材料相变过程中吸热和放热原理进行辅助控温，不仅控温效果良好，而且节省能源。

相变材料发生相变时体积会出现变化，因此在本发明的一些实施例中相变材料盒316可以采用岩棉与橡塑的复合板材，其具有良好的保温性能和结构强度，相变材料填充相变材料盒316约80%的容积，使得相变材料盒316内留有充足空间以适应相变材料相变时体积的变化。

锂储能电池的正常工作温度区间是0℃至45℃，在本发明的一些实施例中相变材料可以采用相变温度为20℃的石蜡，以便于辅助调控温度，将浸没接触区301的温度控制在电池的工作温度区间内。

如图4和图7所示，风冷进风管320和风冷出风管321与风冷支管322连通处均设有引流片323，用于将气流引导入风冷支管322内，与浸没接触区301进行换热。

如图2所示，风冷进风管320和风冷出风管321分别外接有通风管道202，电池柜1外侧通过通风管道202外接有鼓风机（未示出）。

如图4所示，集流板3为多个，集流板3侧壁上的各个管口处均设有用于容纳密封圈的凹槽，为适应多个集流板3可以通过螺栓螺母紧固，集流板3上开设有供螺栓穿过的螺孔330，根据储能需求不同，可以自由组装，应用范围广，为了保证集流板3组装后不会漏液，在安装螺栓螺母时需要给集流板3施加足够的压力，集流板3内浸没接触区301呈中空状，容易产生凹陷导致集流板3破裂，而多个第三辅冷支管314恰好能够给浸没接触区301提供支撑防止集流板3变形，第三辅冷支管314的厚度为能够浸没接触区301提供足够的支撑的厚度，集流板3组装后，其上的冷却液进液口、冷却液出液口、辅冷进液管310、辅冷出液管311、风冷进风管320和风冷出风管321空置的连接处均通过螺钉配合密封板340密封，以防止漏液漏气。

在本发明的一些实施例中可以采用具有绝缘且不燃的惰性特点的液体作为冷却液，如氟化液，其可以与电芯203直接接触进行换热，散热效果极佳。

夜间用电低谷时段电池发热量低，冷却液循环散热过程中可能导致电池过冷导致损伤电池，本实施例通过辅冷介质的循环配合相变材料盒316可以使电池温度维持在正常工作温度区间内，现有的水冷技术大多采用成本较低的冷凝水循环散热，但其在低温环境下会冻结，导致辅冷管道堵塞，无法在电池过冷情况下提供有效恒温保护，为防止夜间电池过冷时辅冷介质冻结，在本发明的一些实施例中辅冷介质可以采用乙二醇溶液，其具有较高的沸点以及较低的凝固点，在对电池散热过程中不易受电池温度变化影响产生相变。

在本发明的一些实施例中，浸没接触区301被加工成横截面积均等的矩形立方体，且被第三辅冷支管314分隔成一个个容纳电芯203的小隔间，在本发明的另一些实施例中，如图9所示，浸没接触区301自冷却液进液管302一端向冷却液出液管303一端渐窄，使得冷却液在浸没接触区301内流动过程中，随着流通横截面积逐渐减小，流速逐渐增大，进一步促使上层充分吸热的冷却液与下层为充分吸热的冷却液混合，提高冷却液散热效果。

如图1所示，本发明提供一种包括上述浸没式储能电池箱的电池柜1，包括电池箱2，电池柜1底层设有冷却液换热区11，其内安装有换热盘管和冷却液泵机（未示出），换热盘管一端通过冷却液泵送管道201与冷却液出液管303连通，另一端与冷却液泵机输入端连通，冷却液泵机输出端通过冷却液泵送管道201与冷却液进液管302连通，多个电池箱2从上到下依次排列装配于电池柜1内。

在白天对工厂供电时，通过电池柜1内的冷却液泵机将冷却液通过冷却液泵送管道201送入冷却液进液管302内，冷却液通过电控阀门304进入浸没接触区301与电芯203直接接触，将电芯203散发的热量吸收，再从冷却液出液管303流出，经冷却液泵送管道201回到电池柜1内的冷却液换热区11进行散热，在冷却液循环的同时，相变材料盒316内的泵机将辅冷介质导入辅冷进液管310内，辅冷介质通过第一辅冷支管312进入第三辅冷支管314内，与流经的冷却液进行换热，并裹挟热量通过第二辅冷支管313和辅冷出液管311回到相变材料盒316内，利用相变材料液化吸热将热能吸收，同时鼓风机通过通风管道202向电池箱2内导入气流，气流通过风冷进风管320进入，经引流片323引导进入风冷支管322进行换热，随后经引流片323引导进入风冷出风管321并通过通风管道202流出。

在晚间对家庭用户供电时，可通过关闭风冷管道和调节冷却液泵机的泵送速度来调节散热功率，以适应电池的散热需求，使电池维持在适宜的工作温度。

在夜间用电低谷时段，冷却液散热速度大于电池发热量时，会导致电池温度不断降低，在电池温度降低至工作温度区间之下时，辅冷介质通过换热吸收冷却液中富裕的低温热量，并利用白天吸热液化的相变材料与换热后的低温辅冷介质接触固化放热来维持电池的温度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种浸没式储能电池箱，其特征在于：包括集流板（3），所述集流板（3）内设有用于安装电芯（203）的浸没接触区（301）以及设于浸没接触区（301）两侧的第一连接区和第二连接区，所述第一连接区设置有冷却液进液管（302）、辅冷进液管（310）和风冷进风管（320），所述第二连接区设置有冷却液出液管（303）、辅冷出液管（311）和风冷出风管（321）；

所述冷却液进液管（302）和冷却液出液管（303）分别与浸没接触区（301）连通，所述冷却液进液管（302）与浸没接触区（301）连通处设有电控阀门（304），所述冷却液出液管（303）与浸没接触区（301）连通处设有单向阀（305）；

所述集流板（3）上设有与辅冷进液管（310）连通的第一辅冷支管（312）以及与辅冷出液管（311）连通的第二辅冷支管（313），所述第一辅冷支管（312）与第二辅冷支管（313）之间贯穿浸没接触区（301）设有多个呈线性阵列分布的第三辅冷支管（314），在第三辅冷支管（314）上设有若干用于扰流的均流口（315），且均流口（315）朝向交叉，第三辅冷支管（314）上半部分的均流口（315）朝向为倾斜向下，下半部分的均流口（315）朝向为倾斜向上；

所述风冷进风管（320）与风冷出风管（321）之间在浸没接触区（301）两侧对称设有风冷支管（322）；

所述辅冷进液管（310）与辅冷出液管（311）外接有相变材料盒（316），利用相变材料相变过程中吸热和放热原理进行辅助控温。

2.根据权利要求1所述的一种浸没式储能电池箱，其特征在于：所述冷却液进液管（302）和冷却液出液管（303）分别外接有冷却液泵送管道（201）。

3.根据权利要求1所述的一种浸没式储能电池箱，其特征在于：所述相变材料盒（316）内填充有相变材料，所述相变材料可以为石蜡。

4.根据权利要求1所述的一种浸没式储能电池箱，其特征在于：所述风冷进风管（320）和风冷出风管（321）与风冷支管（322）连通处均设有引流片（323）。

5.根据权利要求4所述的一种浸没式储能电池箱，其特征在于：所述风冷进风管（320）和风冷出风管（321）分别外接有通风管道（202）。

6.根据权利要求1所述的一种浸没式储能电池箱，其特征在于：所述集流板（3）为多个，多个集流板（3）通过螺栓螺母紧固，所述集流板（3）上开设有供螺栓穿过的螺孔（330）。

7.一种电池柜，其特征在于：包括权利要求1-6任一项所述浸没式储能电池箱，还包括与所述浸没式储能电池箱连通的冷却液换热区（11），所述冷却液换热区（11）包括换热盘管和冷却液泵机。