CN116505126B - 一种储能装置的冷却板和冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能装置的冷却板和冷却系统，冷却板内设置空腔，冷却板的侧面设置与空腔连通的进风口；所述空腔的侧面上设置若干导流板，所述空腔与导流板相对的另一个侧面上开设若干第二通孔，冷却风经进风口进入空腔中，并经第二通孔吹出。冷却系统包括风冷系统、管道和多个冷却板；管道一端连接风冷系统，另一端与每个冷却板的进风口连接；冷却板从上至下间隔设置，每相邻两个冷却板之间形成用于容纳电池模组的空间，而且电池模组堆放在下一冷却板上，上一冷却板的第二通孔朝向电池模组。本发明的主要用途是冷却板的两个侧面充分利用冷却风的冷量，实现全方位的对电芯进行冷却，并优化电芯冷却的一致性。

Description

一种储能装置的冷却板和冷却系统

技术领域

本发明涉及储能电池系统冷却技术领域，更具体地说，涉及一种储能装置的冷却板和冷却系统。

背景技术

风和电等新能源发电规模的不断扩大及电网侧调峰调频需求的增长，锂电池储能作为其配套的电能储备和调节系统，锂电池储能建设规模也不断扩大。目前锂电池储能电站作为新型储能技术已在新能源发电侧、电网侧系统以及用户侧广泛推广运用。而锂电池储能是由诸多单体电池组成的直流系统，其在充电和放电的过程中均会产生大量的热。若使得热量无限制的传导，则极易导致电池单体发生热失控反应，从而引爆单体电池，产生严重的火灾，造成安全事故，因此储能电池的冷却是运行储能系统的重中之重。同时电池具有木桶效应，若单体电池之间的温差过大，则使得不同单体电池之间的性能表现差异增大，严重影响储能系统的使用寿命和性能，因此电池单体的温度一致性也是储能电池冷却中非常重要的环节。

经检索，中国专利CN114421056A，公开了一种储能风冷电池包，包括曲柄滑板机构及翻转门机构，通翻转门机构和曲柄滑板机构二者的机械运动周期性变换电池包内的风道，使流经电池模组中各电芯的气流正反流向流动往复式改变，从而减小电芯温差，提高电池包的温度均匀性，以实现电池包的高倍率运行。但是此种方式只能对电池的温差进行改善，冷却风从电池模组的一侧进入，从另一次出，其入口处的冷却效果要明显高于出口侧，依然无法改变不同位置单体电池受热不均，温差大的问题，且此种冷却方式无法冷却电池模组的底面。

中国专利CN218769738U，公开了一种强化风冷的电池包，该方案中冷却风从壳体腔的顶部单侧进入，然后对内部电芯的外壁进行冷却，最后通过冷却风将冷量传递至散热片，由散热片传导至壳体腔下部，再通过导热胶实现对电芯底面的冷却，此种工作模式存在很大的弊端，电芯底面冷却效果差且冷却一致性效果差，其原因在于冷却风在对电芯外壁进行冷却后，不但冷量降低且风道受电芯的阻碍发生变化，致使冷却风对下壳体的冷却效果差且不均匀，同时此种方法电芯的底面冷却链路过长（散热片-下壳体-导热胶-电芯底面），因此电芯底面的冷却效果极差；同时大量的冷量虽冷却风带出电池包外，能量利用率低。

发明内容

针对现有技术对电池冷却均温性差以及能量利用率低的问题，本发明提供一种储能装置的冷却板和冷却系统，冷却板的两个侧面充分利用冷却风的冷量，实现全方位的对电芯进行冷却，并优化对电芯冷却的一致性。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种储能装置的冷却板，冷却板内设置至少一个空腔，冷却板的侧面设置与空腔连通的进风口；所述空腔的侧面上设置若干导流板，所述空腔与导流板相对的另一个侧面上开设若干第二通孔；所述导流板折弯形成弯曲的气流通道，冷却风经进风口进入空腔中，冷却风经过所述气流通道对冷却板设置导流板的侧面进行冷却；而且所述气流通道会形成气流漩涡，使冷却风冷量在空腔内均匀分布，从第二通孔吹出，从而使冷却板能够对其两侧的电池模组进行冷却。

本方案在冷却板中设置空腔，冷却风在空腔内通过导流板实现对上和对下冷量的分配，对上冷却位于其上的电池模组，对下通过第二通孔吹出冷却风冷却位于下方的电池模组。同时导流板一方面对冷却板的冷却效果更好，而且能够使冷却冷却板侧面后剩余冷量与其他冷却风混合搅拌均匀，冷却风再从第二通孔吹出，冷却风混合均匀从第二通孔同时吹出，同时对电池模组内的每个电芯进行冷却，从而做到每个电芯冷却无先后顺序的差异，可避免因冷却先后顺序造成的电芯之间温差大的问题。

进一步，所述导流板设置为一条，并沿进风口向空腔内延伸，延伸的过程中多次折弯使所述气流通道呈螺旋状布置。导流板的用量少，冷却风在导流板的导向下在空腔的侧面形成环形的循环流动，同时能够形成气流漩涡，可提高冷量分布的一致性，冷却的均温性更好，使冷却风的冷量均匀分布。

进一步，所述导流板设置为多条，均沿进风口向空腔内延伸，每条导流板延伸的过程中折弯两次使所述气流通道呈“门”型布置。多条导流板将冷却风分流多条通道，冷却风循环一次流出，由于导流板设置数量多，而且冷却风只循环一次，不多次循环，冷却风携带的冷量流失少，冷却的效果更好。

进一步，所述冷却板包括上支撑板和下底板，上支撑板和下底板盖合在一起，空腔位于上支撑板和下底板之间；所述导流板设置在上支撑板上，所述第二通孔设置在下底板上。

进一步，所述上支撑板和下底板之间设置夹层板，所述夹层板上开设若干第一通孔；所述夹层板将空腔分割为上空腔和下空腔；所述夹层板靠近进风口处设置斜坡，用于导向冷却风先进入上空腔，再经第一通孔进入下空腔，使冷却风在空腔中充分混合后吹出。

进一步，所述第一通孔靠近上空腔一侧的孔径小于靠近下空腔一侧的孔径；所述第二通孔靠近下空腔一侧的孔径大于靠近下底板外侧的孔径。进一步使冷却风在空腔中充分混合后吹出，并且便于冷却风吹出。

进一步，所述导流板与夹层板之间设置有间隙。便于冷却风在间隙处形成气流漩涡并将冷量混合均匀。

进一步，所述上支撑板和导流板采用铝材制成，所述下底板和夹层板采用塑料制成。铝材能够使冷量传递的效果更好，塑料材质可降低材料对冷量的吸收，减少冷量的流失，同时降低成本和降低冷却板的重量。

本发明还提供一种储能装置的冷却系统，包括风冷系统、管道和多个所述的一种储能装置的冷却板；所述管道一端连接风冷系统，另一端分支为多个出口，均分别与每个冷却板的进风口连接；多个所述冷却板从上至下间隔设置，每相邻两个冷却板之间形成用于容纳电池模组的空间，而且电池模组堆放在下一冷却板上，上一冷却板中的第二通孔朝向电池模组，冷却风进入冷却板，冷却板既对堆放在其上的电池模组底面进行冷却，又通过第二通孔吹出冷却风对位于其下方的电池模组进行冷却。

本方案可全方位对电池模组进行冷却，通过冷却板对位于其上的电池模组的底面进行冷却，并通过第二通孔吹出的冷却风对其下方的电池模组进行冷却，可以实现对电池模组中电芯六个面全方位的冷却。而且提高每个电芯冷却一致性，导流板可使冷却板的侧面均匀受热冷却，提高每个电芯底面冷却的一致性，而且能够使冷却风混合搅拌均匀，让冷量均匀分布后从空腔吹出，对下方电芯进行冷却，进一步提高电芯另外五个面冷却受热的一致性。同时冷却效率高，冷量利用率更高，冷却风在空腔中立刻被导流板和冷却板吸收冷量，将冷量传递至电池模组的底面对其进行冷却，冷量传递路径短，可达到液冷接触式的冷却效果。同时冷却风从第二通孔流出对下方电芯进行冷却，进一步提高冷量的利用效率。

进一步，下一所述冷却板位于上一所述冷却板的正下方，相邻两个冷却板之间设置围板，所述围板设置在电池模组的四周；而且围板靠近电池模组底面的一端开设若干出风孔。冷却板的位置设计巧妙，冷却板同时起到了电池模组下壳体和电池模组上壳体的作用，可以有效压缩储能系统的占地空间，提高空间能量比，并取消了顶部壳体，降低了物料成本。

进一步，多个所述第二通孔朝向电池模组中电芯顶端以及电芯之间的间隔。冷却板对电芯底面和对电芯另外五个面的冷却过程互不干扰，避免了冷却风在对电芯外壁冷却后风道发生变化，确保每个电芯的冷却顺序没有先后之分。

进一步，堆放电池模组的冷却板的侧面上涂设胶体。胶体为导热结构胶，既可固定电池模组，又可提高上支撑板对电池模组底面的冷却效果。

进一步，所述冷却板与电池模组之间设置有间隙。为朝向电芯顶面的第二通孔流出吹气的空间，提高对电芯顶面的冷却效果。

附图说明

图1为本发明整体原理示意图；

图2为本发明每一层中电池模组设置状态示意图；

图3为电池模组位于冷却板上结构示意图；

图4为冷却板结构爆炸示意图；

图5为冷却板局部剖视正面图；

图6为下底板局部放大示意图；

图7为第二通孔与电池模组位置状态示意图；

图8为导流板布置示意图；

图9为另一实施例导流板布置示意图。

示意图中的标号说明：

1、风冷系统；2、管道；

3、围板；30、出风孔；

4、电池模组；

5、冷却板；50、围板槽；51、上支撑板；510、上凹陷槽；52、下底板；520、下凹陷槽；521、第二通孔；522、空腔；

6、胶体；7、导流板；

8、夹层板；80、斜坡；81、第一通孔；

9、进风口。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

本实施例提供一种储能装置的冷却板，冷却板5内设置两个空腔522，冷却板5的侧面还设置与空腔522连通的进风口9，进风口9同样设置两个，分别与每个空腔522连通。空腔522的侧面上设置若干导流板7，空腔522与导流板7相对的另一个侧面上开设若干第二通孔521。导流板7折弯形成弯曲的气流通道，冷却风经进风口9进入空腔522中，冷却风经过气流通道对冷却板5设置导流板7的侧面进行冷却。而且气流通道会形成气流漩涡，使冷却风冷量在空腔522内均匀分布，从第二通孔521吹出，从而使冷却板5能够对其两侧的电池模组进行冷却。

本实施例中，导流板7的设置可以为多种形式。一种情况下，如图8所示，导流板7设置为一条，并沿进风口9向空腔522内延伸，延伸的过程中多次折弯使气流通道呈螺旋状布置。导流板7此种设置方式，能够减少导流板的用量，冷却风在导流板7的导向下形成环形的循环流动，同时螺旋的环形结构可在空腔522内形成气流漩涡，可提高冷量分布的一致性，使冷却的均温性更好，冷却风的冷量均匀分布。

另一种情况下，如图9所示，导流板7设置为多条。具体地，如导流板7设置四条，均沿进风口9向空腔522内延伸，每条导流板7延伸的过程中折弯两次使气流通道呈“门”型布置。冷却风经进风口9进入空腔522，在设置导流板7的侧面上，多条导流板7将冷却风分流多条通道，冷却风循环一次流出，由于导流板7设置数量多，而且冷却风只循环一次，不多次循环，冷却风携带的冷量流失少，对冷却板5的冷却效果更好。

具体在本实施例中，如图4所示，冷却板5包括上支撑板51和下底板52，上支撑板51和下底板52盖合在一起，可通过螺栓紧固连接，空腔522位于上支撑板51和下底板52之间。上支撑板51上靠近空腔522的侧面上设置若干导流板7，下底板52靠近空腔522的侧面上设置若干第二通孔521，冷却风经进风口9进入空腔522中，并经第二通孔521吹出。

本实施例中，上支撑板51的侧面向内凹陷设置两个上凹陷槽510，下底板52的侧面向内凹陷设置两个下凹陷槽520。上支撑板51和下底板52盖合在一起后，上凹陷槽510和下凹陷槽520相配合形成两个空腔522。上凹陷槽510的底面上设置导流板7，下凹陷槽520的底面上设置第二通孔521。设置凹陷槽可减少冷却板5壁厚，尤其是上支撑板51，设置上凹陷槽510减少上支撑板51的壁厚，提高冷却效果。本实施例中，导流板7采用铝材制成，由于铝材的导热系数高，可以在冷却风空腔522便立刻吸收冷量并将冷量传递给上支撑板51。某些情况下，空腔522也可以设置一个，三个或其他数量，根据冷却板5的大小以及其上设置电池模组4的数量而定。

再结合图5和图6所示，本实施例中，所述上支撑板51和下底板52之间设置夹层板8，夹层板8上开设若干第一通孔81。夹层板8位于每个空腔522中，而且夹层板8将空腔522分割为上空腔和下空腔。如图中所示，夹层板8靠近进风口9处设置斜坡80，用于导向冷却风先进入上空腔，再经第一通孔81进入下空腔。进行设置时，夹层板8与导流板7顶端之间留有间隙，便于冷却风在上空腔中混合。夹层板8将空腔522分割为上空腔和下空腔，使冷却风先进入上空腔，一部分冷却风能够快速对上支撑板51进行冷却。另外，第一通孔81靠近上空腔一侧的孔径小于靠近下空腔一侧的孔径，第二通孔521靠近下空腔一侧的孔径大于靠近下底板52外侧的孔径，能够使冷却风在下空腔中进一步混合搅拌。

本实施例中，上支撑板51同样采用铝材制成，能够使冷量传递的效果更好。而下底板52和夹层板8采用塑料制成，下底板52和夹层板8主要起到对冷却风进行导向的作用，塑料材质可降低材料对冷量的吸收，减少冷量的流失，同时降低成本和降低冷却板的重量。

如图1和图2所示，本发明另一种实施例中提供一种储能装置的冷却系统，包括风冷系统1、管道2和多个上述实施例中的一种储能装置的冷却板5。所述管道2一端连接风冷系统1，另一端分支为多个出口，均分别与每个冷却板5的进风口9连接。本实施例中，风冷系统1连接两条管道2，每条管道2设置多个分支与冷却板5连接，由于每个冷却板5上设置两个进风口9，每个管道2的每个分支再次设置两个分支分别与进风口9连接。

本实施例中，多个冷却板5从上至下间隔设置，每相邻两个冷却板5之间形成用于容纳电池模组4的空间，而且电池模组4堆放在下一冷却板5上，上一冷却板5中的第二通孔521朝向电池模组4，冷却风进入冷却板5，冷却板5既对堆放在其上的电池模组4底面进行冷却，又通过第二通孔521吹出冷却风对位于其下方的电池模组4进行冷却。更为具体地，电池模组4堆放在下一冷却板5的上支撑板51上，使上一冷却板5中的下底板52上的第二通孔521朝向电池模组4。

更为具体地，下一冷却板5位于上一冷却板5的正下方，相邻两个冷却板5之间设置围板3，围板3设置在电池模组4的四周，上下冷却板5和围板3形成容纳电池模组4的空间。为了安装围板3，相邻冷却板5的上支撑板51和下底板52均设有槽位，用于安装固定围板3。围板3靠近电池模组4底面的一端开设若干出风孔30。冷却风经进风口9进入空腔522，再经第二通孔521吹出冷却电池模组4，后经出风孔30通向外界。

本实施例中，如图3所示，电池模组4中的电芯间隔设置两排，每排电芯均设置在空腔522的上方，每排电芯间隔排列，电芯与电芯之间均不接触。堆放电池模组4的冷却板5的上支撑板51上涂设胶体6，胶体6为导热结构胶，既可固定电池模组，又可提高上支撑板51对电池模组4底面的冷却效果。

本实施例中，电池模组4的顶部与冷却板5之间留有一定的间隙，便于冷却风流通，提高冷却效果。多个第二通孔521朝向电池模组4中电芯顶端以及电芯与之间的间隔，具体地，有的第二通孔521朝向电芯，有的第二通孔521朝向电芯与电芯之间的间隔吹冷却风。如图7所示，本实施例提供一种具体的第二通孔521与电芯之间位置设置情况。第二通孔521规则设置多排多列，为了便于描述，图7中左右方向描述为横向，上下方向描述为纵向。位于下底板52边缘的两排横向的第二通孔521以及两列纵向的第二通孔521分别朝向电池模组4与围板3之间的间隔，再设置一排横向的第二通孔521朝向两排电芯之间的间隔。纵向上，一列第二通孔521朝向电芯的顶部吹冷却风，一列朝向电芯与电芯之间的间隙吹冷却风。使冷却风可以同时对电芯的五个面进行冷却。

本实施例中，冷却风经进风口9进入空腔522，首先对上支撑板51进行冷却，从而冷却电池模组4的底面，通过风冷的方式实现液冷式的接触式冷却，提高对电池模组4的冷却效果。冷却风经过空腔522从第二通孔521吹出对电芯的五个面进行冷却。对上支撑板51进行冷却时，由于导流板7的设置使上支撑板51均匀冷却，从而提高电芯底面冷却的一致性，同时导流板7能够形成气流漩涡，让剩余冷量混合搅拌均匀分布后从从第二通孔521流出，对下方电芯进行冷却，进一步提高电芯另外五个面受热的一致性。而且冷却板5同时起到了电池模组4下壳体和电池模组4上壳体的作用，可以有效压缩储能系统的占地空间，提高空间能量比，并取消了顶部壳体，降低了物料成本；总之，本发明的冷却速度快、冷却效率高，且提高电芯冷却一致性。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种储能装置的冷却板，其特征在于：冷却板（5）内设置至少一个空腔（522），冷却板（5）的侧面设置与空腔（522）连通的进风口（9）；

所述空腔（522）的侧面上设置若干导流板（7），所述空腔（522）与导流板（7）相对的另一个侧面上开设若干第二通孔（521）；所述导流板（7）折弯形成弯曲的气流通道，冷却风经进风口（9）进入空腔（522）中，冷却风经过所述气流通道对冷却板（5）设置导流板（7）的侧面进行冷却；而且所述气流通道会形成气流漩涡，使冷却风冷量在空腔（522）内均匀分布，从第二通孔（521）吹出，从而使冷却板（5）能够对其两侧的电池模组进行冷却；

所述导流板（7）设置为一条，并沿进风口（9）向空腔（522）内延伸，延伸的过程中多次折弯使所述气流通道呈螺旋状布置；

或者，所述导流板（7）设置为多条，均沿进风口（9）向空腔（522）内延伸，每条导流板（7）延伸的过程中折弯两次使所述气流通道呈“门”型布置。

2.根据权利要求1所述的一种储能装置的冷却板，其特征在于：所述冷却板（5）包括上支撑板（51）和下底板（52），上支撑板（51）和下底板（52）盖合在一起，空腔（522）位于上支撑板（51）和下底板（52）之间；所述导流板（7）设置在上支撑板（51）上，所述第二通孔（521）设置在下底板（52）上。

3.根据权利要求2所述的一种储能装置的冷却板，其特征在于：所述上支撑板（51）和下底板（52）之间设置夹层板（8），所述夹层板（8）上开设若干第一通孔（81）；所述夹层板（8）将空腔（522）分割为上空腔和下空腔；所述夹层板（8）靠近进风口（9）处设置斜坡（80），用于导向冷却风先进入上空腔，再经第一通孔（81）进入下空腔。

4.根据权利要求3所述的一种储能装置的冷却板，其特征在于：所述第一通孔（81）靠近上空腔一侧的孔径小于靠近下空腔一侧的孔径；所述第二通孔（521）靠近下空腔一侧的孔径大于靠近下底板（52）外侧的孔径。

5.根据权利要求3所述的一种储能装置的冷却板，其特征在于：所述导流板（7）与夹层板（8）之间设置有间隙。

6.根据权利要求3所述的一种储能装置的冷却板，其特征在于：所述上支撑板（51）和导流板（7）采用铝材制成，所述下底板（52）和夹层板（8）采用塑料制成。

7.一种储能装置的冷却系统，其特征在于：包括风冷系统（1）、管道（2）和多个权利要求1-6任一项所述的一种储能装置的冷却板（5）；所述管道（2）一端连接风冷系统（1），另一端分支为多个出口，均分别与每个冷却板（5）的进风口（9）连接；

多个所述冷却板（5）从上至下间隔设置，每相邻两个冷却板（5）之间形成用于容纳电池模组（4）的空间，而且电池模组（4）堆放在下一冷却板（5）上，上一冷却板（5）中的第二通孔（521）朝向电池模组（4），冷却风进入冷却板（5），冷却板（5）既对堆放在其上的电池模组（4）底面进行冷却，又通过第二通孔（521）吹出冷却风对位于其下方的电池模组（4）进行冷却。

8.根据权利要求7所述的一种储能装置的冷却系统，其特征在于：下一所述冷却板（5）位于上一所述冷却板（5）的正下方，相邻两个冷却板（5）之间设置围板（3），所述围板（3）设置在电池模组（4）的四周；而且围板（3）靠近电池模组（4）底面的一端开设若干出风孔（30）。

9.根据权利要求8所述的一种储能装置的冷却系统，其特征在于：多个所述第二通孔（521）朝向电池模组（4）中电芯顶端以及电芯之间的间隔。

10.根据权利要求7-9任一项所述的一种储能装置的冷却系统，其特征在于：堆放电池模组（4）的冷却板（5）的侧面上涂设胶体（6）。

11.根据权利要求10所述的一种储能装置的冷却系统，其特征在于：所述冷却板（5）与电池模组（4）之间设置有间隙。