CN116565390A - 一种浸没式冷却储能电池包 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浸没式冷却储能电池包，涉及到电池电芯冷却技术领域，它包括浸没式电芯冷却装置、消防液系统、冷却液系统和控制器；浸没式电芯冷却装置上设置有温度传感元件；冷却液系统内的冷却介质为硅油。浸没式电芯冷却装置使得电芯直接与冷却液接触，在温度接近硅油的闪点时，温度传感元件检测到电池包系统温度异常或者个别电芯温度异常的时候，消防液体可以第一时间跟电芯接触，以达到快速降温灭火目的。本发明实现了将硅油应用于电芯冷却的领域，通过消防液系统克服了硅油闪点低存在的安全问题，硅油作为冷却介质相较于氟化液，比热高、导热率好、换热效率更高而且成本低。
Description
技术领域
本发明属于电池电芯冷却技术领域，具体涉及一种浸没式冷却储能电池包。
背景技术
现有的储能电池系统主要是用液冷板的形式进行冷却，即通过冷却液与金属板进行热量交换，金属板紧贴电池电芯从而实现对电池电芯的降温。
通过液冷板的冷却形式是一种间接的冷却方式，液体作为冷却介质在液冷板里面流动，通过金属液冷板进行热交换，冷却效率不高，且液冷板冷却的方式温度会随着距离热源的距离而降低，因此，存在冷却不均匀，电池系统温度均匀性差，存在温差等情况，电池系统温差大容易导致其寿命缩短，安全性降低。
同时现有浸没式电池系统主要用的冷却介质是氟化液，氟化液不环保，而且比热容和导热率都很低，传递热量的效率低且成本极高，价格达到300元/kg以上。而硅油相较于氟化液更加环保、同时对人体无毒性，能被体液分解，也不存在对环境的危害，且硅油的成本较低，价格在50元/kg以下，因此，硅油由于其成本低、无污染的特性广泛应用于脱模剂、消泡剂等。
但是，由于硅油的闪点较低，在温度达到240℃的时候会发生燃烧，因此，在现有的电芯冷却冷却领域，冷却液主要使用氟化液，而没有选择硅油。
发明内容
为了解决硅油无法应用于电芯冷却领域，本发明目的在于提供一种浸没式冷却储能电池包。
本发明所采用的技术方案为：
一种浸没式冷却储能电池包，包括浸没式电芯冷却装置、消防液系统、冷却液系统和控制器；浸没式电芯冷却装置的入口端与消防液系统的出口端或冷却液系统的出口端连接，浸没式电芯冷却装置的出口端与消防液系统的入口端或冷却液系统的入口端均连接；浸没式电芯冷却装置上设置有温度传感元件；温度传感元件、消防液系统、冷却液系统均与控制器电性连接；冷却液系统内的冷却介质为硅油。
作为可选的，浸没式电芯冷却装置包括安装底盘、隔离框、隔离板和若干密封胶条；安装底盘底部沿长度方向开设有冷却槽，冷却槽的两侧壁顶面设置有密封胶条；隔离框安装在安装底盘内，安装底盘和隔离框长度方向一端的侧壁之间设置进液管和出液管，进液管和冷却槽的一端连通；隔离框顶面设置有隔离板，隔离板开设有若干安装孔，若干安装孔沿隔离板的宽度方向等间距分布，安装孔内安装有若干电芯，若干电芯沿安装孔的长度方向紧密排列，安装孔的侧壁与电芯的侧壁之间通过密封胶条密封，电芯底部与冷却槽两侧的密封胶条紧密贴合；隔离板宽度方向上相邻的两个电芯之间具有间隙，冷却槽的另一端与相邻电芯之间的间隙连通，相邻电芯之间的间隙与出液管连通；冷却液依次流经进液管、冷却槽、电芯之间的间隙和出液管后，从出液管流出。
作为可选的，浸没式电芯冷却装置的入口端包括进液管和第一电磁三通阀，第一电磁三通阀的出口与进液管连通，第一电磁三通阀的两个入口分别与消防液系统和冷却液系统连通。
作为可选的，浸没式电芯冷却装置的出口端包括出液管和第二电磁三通阀，第二电磁三通阀的入口与出液管连通，第二电磁三通阀的两个出口分别与消防液系统和冷却液系统连通。
作为可选的，安装底盘和隔离框长度方向一端的侧壁之间设置有水平板，水平板覆盖在冷却槽的一端顶部，进液管贯穿水平板与冷却槽连通；
出液管贯穿隔离框的侧壁与电芯之间的间隙连通。
作为可选的，安装底盘上开设有若干冷却槽，若干冷却槽沿安装底盘的宽度方向上均匀分布，若干冷却槽长度方向的一端连通，若干冷却槽长度方向连通的一端位于进液管的正下方。
作为可选的，在隔离板长度方向上相邻的两个电芯之间设置有密封胶条。
作为可选的，在隔离板长度方向上相邻的两个电芯之间通过连接扣连接。
本发明的有益效果为：
本发明通过设置浸没式电芯冷却装置、消防液系统、冷却液系统和控制器；浸没式电芯冷却装置的入口端与消防液系统的出口端或冷却液系统的出口端连接，浸没式电芯冷却装置的出口端与消防液系统的入口端或冷却液系统的入口端均连接；浸没式电芯冷却装置上设置有温度传感元件；温度传感元件、消防液系统、冷却液系统均与控制器电性连接；冷却液系统内的冷却介质为硅油。浸没式电芯冷却装置使得电芯直接与冷却液接触，在温度接近硅油的闪点时，温度传感元件检测到电池包系统温度异常或者个别电芯温度异常的时候，把冷却液系统与浸没式电芯冷却装置的入口端断开，并且将消防液系统与浸没式电芯冷却装置的入口端连通，同时，浸没式电芯冷却装置的出口端与冷却液系统断开并与消防液系统连通，从而向浸没式电芯冷却装置内灌入灭火消防液体，消防液体和原本的冷却介质共用流道，因为采用的是浸没式电芯冷却装置，消防液体可以第一时间跟电芯接触，以达到快速降温灭火目的，并且将内部高温变质的硅油通过消防液系统排出，在温度恢复正常后，浸没式电芯冷却装置的入口端和出口端均切换至冷却液系统，转而继续进行正常工作。本发明实现了将硅油应用于电芯冷却的领域，通过消防液系统克服了硅油闪点低存在的安全问题，硅油作为冷却介质相较于氟化液，比热高、导热率好、换热效率更高而且成本低。
本发明的浸没式电芯冷却装置通过设置隔离框和隔离板，将电芯分为上下两个区域，电芯的上半部分位于安装孔之上，下半部分位于隔离板、隔离框和安装底盘形成的密封空间内，电芯的上半部分为干区，正常接线等，不影响电池的正常使用；下半部分位于冷却液中。在使用时，冷却液从进液管进入到冷却槽的一端，同时由于冷却槽的顶部被电芯的底壁和密封胶条密封，冷却液只能流向冷却槽的长度方向的另一端，并从冷却槽的另一端进入到电芯与隔离框长度方向另一端的侧壁之间，从而进入到电芯在宽度方向上的间隙以及电芯与隔离框侧壁之间的间隙内，最后与电芯底部侧壁充分换热的冷却液经由出液管输送到外部。与现有技术相比，本发明采用浸没式冷却技术方案，冷却液质直接接触电芯外壳进行热交换，可以大大的提高换热效率，且浸没式冷却技术方案可以使整个电池系统温度均匀性提高，温差降低，显著提高电池寿命以及电池系统安全性。
附图说明
图1是本发明的爆炸结构示意图，且图中省略了电芯。
图2是本发明安装有电芯的结构示意图，且图中省略了上盖。
图3是本发明安装有电芯的俯视构示意图，且图中省略了上盖。
图4是图3中A-A的剖视示意图。
图5是图4中B区域的放大示意图。
图6是图4中C区域的放大示意图。
图7是安装底盘、隔离框和隔离板的结构示意图。
图8是安装底盘的结构示意图。
图9是隔离框的结构示意图。
图10是隔离板的结构示意图。
图11是本发明的外部示意图。
图12是浸没式电芯冷却装置、消防液系统、冷却液系统、温度传感器和控制器的连接关系示意图。
图13是本发明的工作流程示意图。
图中：1-安装底盘。11-冷却槽，2-上盖，3-隔离框，31-进液管，32-出液管，33-密封胶条，4-隔离板，41-安装孔，5-电芯，51-连接扣。
具体实施方式
实施例一：
在本实施例中，如图12所示的一种浸没式冷却储能电池包，包括浸没式电芯冷却装置、消防液系统、冷却液系统和控制器；浸没式电芯冷却装置的入口端与消防液系统的出口端或冷却液系统的出口端连接，浸没式电芯冷却装置的出口端与消防液系统的入口端或冷却液系统的入口端均连接；浸没式电芯冷却装置上设置有温度传感元件；温度传感元件、消防液系统、冷却液系统均与控制器电性连接；冷却液系统内的冷却介质为硅油。
在本实施例中，消防液系统为循环水系统，消防液为水。
在本实施例中，冷却液系统包括输送泵和冷凝器，输送泵将冷凝器冷凝后的硅油输送至浸没式冷却装置入口端，同时将浸没式冷却装置出口端的硅油抽送到冷凝器内冷凝。
在本实施例中，冷凝器为翅片式换热器、管板式换热器或者其他适用的换热器。
在温度正常时，浸没式电芯冷却装置内部为冷却液循环，即浸没式电芯冷却装置的出口端和入口端均与冷却液系统连接。在温度传感元件检测到温度异常(即温度接近或者超过硅油的闪点)时，冷却液系统与浸没式电芯冷却装置的入口端断开，并且将消防液系统与浸没式电芯冷却装置的入口端连通，同时，浸没式电芯冷却装置的出口端与冷却液系统断开并与消防液系统连通，从而向浸没式电芯冷却装置内灌入灭火消防液体，同时抽出冷却液，消防液体和原本的冷却液共用流道。消防液体可以第一时间跟电芯接触，以达到快速降温灭火目的，并且将内部高温变质的硅油通过消防液系统排出，来抽出消防介质。在温度恢复正常后，浸没式电芯冷却装置的入口端切换至冷却液系统，使得冷却液(即硅油)将消防液排出，浸没式冷却装置的出口端检测不到消防液时，浸没式冷却装置的出口端也切换至冷却液系统，转而继续进行正常工作，实现。本发明实现了将硅油应用于电芯冷却的领域，通过消防液系统克服了硅油闪点低存在的安全问题，硅油作为冷却介质相较于氟化液，比热高、导热率好、换热效率更高而且成本低。
在实际应用过程中，电芯冷却液需要比热高、导热系数高、粘度低以及密度低，对于目前浸没式冷却广泛使用的氟化液，其优点是运动粘度低，但是氟化液的比热和导热率都很低，且换热效率很低。
在本实施例中，硅油选用型号为DCF-18的改性硅油。
下面表格为改性硅油与常用的氟化液的各项参数对比。
实施例二：
本实施例在实施例一的基础上，为浸没式电芯冷却装置的具体结构提供一种可选方案。
在本实施例中，如图1～10所示的一种浸没式冷却储能电池包，它包括安装底盘1、隔离框3、隔离板4和若干密封胶条33；安装底盘1底部沿长度方向开设有冷却槽11，冷却槽11的两侧壁顶面设置有密封胶条33；隔离框3安装在安装底盘1内，安装底盘1和隔离框3长度方向一端的侧壁之间设置进液管31和出液管32，进液管31和冷却槽11的一端连通；隔离框3顶面设置有隔离板4，隔离板4开设有若干安装孔41，若干安装孔41沿隔离板4的宽度方向等间距分布，安装孔41内安装有若干电芯5，若干电芯5沿安装孔41的长度方向紧密排列，安装孔41的侧壁与电芯5的侧壁之间通过密封胶条33密封，电芯5底部与冷却槽11两侧的密封胶条33紧密贴合；隔离板4宽度方向上相邻的两个电芯5之间具有间隙，冷却槽11的另一端与相邻电芯5之间的间隙连通，相邻电芯5之间的间隙与出液管32连通。
在本实施例中，隔离板4宽度方向上两端的电芯5与隔离框3的侧壁之间也存在间隙，即最两端的电芯5两侧也是具有间隙的，冷却液可以与所有电芯5进行充分接触以及热量交换，不会存在冷却死角。
冷却液从进液管31进入，经过冷却槽11，从冷却槽11远离进液管31的一端，同时进入到电芯5与电芯5之间的间隙以及电芯5与隔离框3的间隙内，随后冷却液从电芯5两侧和出液管32后，从出液管32流出。
在本实施例中，消防液的流入和流出方向与冷却液相同。
在本实施例中，浸没式电芯冷却装置的入口端包括进液管31和第一电磁三通阀(图中未示出)，第一电磁三通阀的出口与进液管31连通，第一电磁三通阀的两个入口分别与消防液系统和冷却液系统连通。浸没式电芯冷却装置的出口端包括出液管32和第二电磁三通阀(图中未示出)，第二电磁三通阀的入口与出液管连通，第二电磁三通阀的两个出口分别与消防液系统和冷却液系统连通。温度传感元件包括若干个温度传感器，电芯5的顶壁均设置有温度传感器。
在本实施例中，如图7所示，隔离框3将安装底盘1分为左侧区域和右侧区域两个区域，安装底盘1的左侧区域设置有进液管31和出液管32。隔离板4位于安装底盘1的右侧区域，电芯5安装在安装底盘1的右侧区域，在密封胶条33将电芯5与安装孔41之间密封后，将隔离板4的上方和下方分割成干区和湿区，湿区内流通有冷却液，隔离板4下方的冷却液与电芯5的侧壁进行直接的热量交换。
在本实施例中，如图1、图2、图7和图9所示，安装底盘1和隔离框3长度方向一端的侧壁之间设置有水平板，水平板覆盖在冷却槽11的一端顶部，进液管31贯穿水平板与冷却槽11连通；出液管32贯穿隔离框3的侧壁与电芯5之间的间隙连通。电芯5与隔离框3侧壁之间的间隙以及电芯5与电芯5之间的间隙也与出液管32连通。
在本实施例中，如图1和图10所示，安装底盘1上还安装有上盖2，上盖2包覆在安装底盘1上方，上盖2上开设有两个通孔，两个通孔分别用于安装进液管31和出液管32，进液管31和出液管32均与外部冷却系统连接，外部冷却系统向进液管31提供冷却液，出液管32输出的冷却液回到外部冷却系统，形成对冷却液的循环利用。
在本实施例中，如图1和图8所示，安装底盘1上开设有若干冷却槽11，若干冷却槽11沿安装底盘1的宽度方向上均匀分布，若干冷却槽11长度方向的一端连通，若干冷却槽11长度方向连通的一端位于进液管31的正下方。相邻冷却槽11之间的侧壁形成凸起，密封胶条33安装在相邻冷却槽11之间的凸起上，电芯5的底壁位于冷却槽11上方，且电芯5底壁的两侧分别放置在冷却槽11两侧的密封胶条33上，从而对冷却槽11的上方形成密封，使得冷却槽11内的冷却液只能从冷却槽11长度方向的一端流向另一端。
在本实施例中，在隔离板4长度方向上相邻的两个电芯5之间设置有密封胶条33，从而使得隔离板4长度方向相邻的两个电芯5之间的侧壁被密封，冷却液无法从隔离板4长度方向相邻的两个电芯5之间的侧壁底部流向侧壁顶部。
在本实施例中，如图2和图3所示，在隔离板4长度方向上相邻的两个电芯5之间通过连接扣51连接，连接扣51将相邻两个电芯5紧密锁紧在一起，使得相邻的两个电芯5压紧之间的密封胶条33，以保证良好的密封效果。
在另一些实施例中，同一安装孔41内相邻的两个电芯5之间通过设置PC板，在PC板两侧涂抹气凝胶，来将同一安装孔两个电芯5之间进行密封。
在使用时，冷却液从进液管31进入到冷却槽11的一端，同时由于冷却槽11的顶部被电芯5的底壁和密封胶条33密封，冷却液只能流向冷却槽11的长度方向的另一端，并从冷却槽11的另一端进入到电芯5与隔离框3长度方向另一端的侧壁之间，从而进入到电芯5在宽度方向上的间隙内，最后与电芯5底部侧壁充分换热的冷却液经由出液管32输送到外部。与现有技术相比，本发明采用浸没式冷却技术方案，冷却液质直接接触电芯5外壳(侧壁底部)进行热交换，可以大大的提高换热效率，且浸没式冷却技术方案可以使整个电池系统温度均匀性提高，温差降低，显著提高电池寿命以及电池系统安全性。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种浸没式冷却储能电池包，其特征在于，包括浸没式电芯冷却装置、消防液系统、冷却液系统和控制器；
所述浸没式电芯冷却装置的入口端与消防液系统的出口端或冷却液系统的出口端连接，所述浸没式电芯冷却装置的出口端与消防液系统的入口端或冷却液系统的入口端均连接；
所述浸没式电芯冷却装置上设置有温度传感元件；
所述温度传感元件、消防液系统、冷却液系统均与控制器电性连接；
所述冷却液系统内的冷却介质为硅油。
2.根据权利要求1所述的一种浸没式冷却储能电池包，其特征在于，其特征在于：所述浸没式电芯冷却装置包括安装底盘(1)、隔离框(3)、隔离板(4)和若干密封胶条(33)；
所述安装底盘(1)底部沿长度方向开设有冷却槽(11)，所述冷却槽(11)的两侧壁顶面设置有密封胶条(33)；
所述隔离框(3)安装在安装底盘(1)内，所述安装底盘(1)和隔离框(3)长度方向一端的侧壁之间设置进液管(31)和出液管(32)，所述进液管(31)和冷却槽(11)的一端连通；
所述隔离框(3)顶面设置有隔离板(4)，所述隔离板(4)开设有若干安装孔(41)，若干所述安装孔(41)沿隔离板(4)的宽度方向等间距分布，所述安装孔(41)内安装有若干电芯(5)，若干所述电芯(5)沿安装孔(41)的长度方向紧密排列，所述安装孔(41)的侧壁与电芯(5)的侧壁之间通过密封胶条(33)密封，所述电芯(5)底部与冷却槽(11)两侧的密封胶条(33)紧密贴合；
所述隔离板(4)宽度方向上相邻的两个电芯(5)之间具有间隙，所述冷却槽(11)的另一端与相邻电芯(5)之间的间隙连通，相邻所述电芯(5)之间的间隙与出液管(32)连通；
冷却液依次流经进液管(31)、冷却槽(11)、电芯(5)之间的间隙和出液管(32)后，从出液管(32)流出。
3.根据权利要求1所述的一种浸没式冷却储能电池包，其特征在于，所述浸没式电芯冷却装置的入口端包括进液管(31)和第一电磁三通阀，所述第一电磁三通阀的出口与进液管(31)连通，所述第一电磁三通阀的两个入口分别与消防液系统和冷却液系统连通。
4.根据权利要求1所述的一种浸没式冷却储能电池包，其特征在于，所述浸没式电芯冷却装置的出口端包括出液管(32)和第二电磁三通阀，所述第二电磁三通阀的入口与出液管(32)连通，所述第二电磁三通阀的两个出口分别与消防液系统和冷却液系统连通。
5.根据权利要求1所述的一种浸没式冷却储能电池包，其特征在于，所述安装底盘(1)和隔离框(3)长度方向一端的侧壁之间设置有水平板，所述水平板覆盖在冷却槽(11)的一端顶部，所述进液管(31)贯穿水平板与冷却槽(11)连通；
所述出液管(32)贯穿隔离框(3)的侧壁与电芯(5)之间的间隙连通。
6.根据权利要求1所述的一种浸没式冷却储能电池包，其特征在于，所述安装底盘(1)上开设有若干冷却槽(11)，若干所述冷却槽(11)沿安装底盘(1)的宽度方向上均匀分布，若干所述冷却槽(11)长度方向的一端连通，若干所述冷却槽(11)长度方向连通的一端位于进液管(31)的正下方。
7.根据权利要求1所述的一种浸没式冷却储能电池包，其特征在于，在所述隔离板(4)长度方向上相邻的两个电芯(5)之间设置有密封胶条(33)。
8.根据权利要求1所述的一种浸没式冷却储能电池包，其特征在于，在所述隔离板(4)长度方向上相邻的两个电芯(5)之间通过连接扣(51)连接。
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