CN116613418A - 一种储能电池隔热单元和热管理电池箱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种储能电池隔热单元和热管理电池箱，不仅通过隔板增加了电池之间的隔热效果，也能够因为与电池的大面积接触换热，同时通过热监测装置对相邻电池进行直接有效的热监测，同时进行模块化设计，便于加工和拼装，通过依次连通的液冷通道将热量及时带走防止积聚，还能够通过信号线路及时把温度、压力信号精准快速的传递给BMS或其他设备，对于电池模组内部防止热扩散、快速识别火灾风险具有积极作用。
Description
技术领域
本发明涉及储能电池热管理技术领域，尤其涉及一种储能电池隔热单元和热管理电池箱。
背景技术
在政策、市场等因素作用下，电化学储能越来越受到青睐。电化学储能电池种类繁多，目前应用较广的主要有铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池等。这其中，锂离子电池由于其能量密度大、配置方式灵活、多种应用场景等优势在新建的电化学储能装机量中占据绝大多数份额。而在锂离子电池储能已建和待建项目中，越来越偏向于容量大、体积大的磷酸铁锂电池，例如标称容量280Ah电芯。
如此大容量和比表面积的电芯，故障情况下有着极大的火灾危险性和燃爆危险性。再加上平时运维也需要换热和散热，所以必须配以性能优秀且安全可靠的热管理系统，目前市场上和前沿的技术端均倾向于液冷热管理方式。简单来说，液冷技术是通过对冷却液对流换热，可以实现对每一个电芯进行精准的温度管理，液冷技术是一个更高效、更安全的温度控制系统。
首先是安全性，液冷热管理它不是简单的系统散热，而是要通过冷却液对流直接对电芯散热，方式可控，不受外界条件影响，而且散热效率高，对温度的控制更加精确，可以极大程度的降低温度失控、起火爆炸的风险。
其次是经济性，储能系统的集成设计，除了安全还要考虑到全生命周期的运行维护，液冷储能系统可以通过管道和液体的流量设置，使电芯的温度更加均匀，与风冷系统相比，可以节省30％-50％的能耗，从而降低运营成本，并且提升系统寿命。
除其自身优势外，液冷储能系统的发展与当下市场的需求也密不可分。能综合利用风电、光伏、光热等多种能源和能应对各类极端天气的长时储能系统成为未来电化学储能装配的趋势。如果采用风冷散热技术，需要大面积的散热通道，严重影响储能电站的空间利用率，而液冷储能系统散热率高，相较于传统风冷储能系统，将节省40％以上的占地面积，更适合大规模和长时储能的场景应用。
储能电站在平时的运维过程中，要实时监测电芯的温度和电压，和采取可靠有效的方式对电池的温度进行控制，上面已经叙述液冷换热方式的优势和必要性。与此同时，要考虑电池本身高能量密度和复杂的有机材料体系蕴藏的危险性。在无法做到100％电池本体安全的前提下，一旦发生火情，要把故障电池的能量(主要是热量)阻隔住，防止对相邻电池的热扩散具有重要意义。同时，为防止热量过度积聚，应有散热措施。隔热与散热相互配合，才能在早期对故障电池的热量传播起到有效抑制作用。
储能系统中原有的液冷热管理技术，大多是将接有冷却液通道的液冷板布置在电池组底部，虽然节约成本、易于维护，但换热效果不佳，且在火情发生时无任何阻隔效果。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种储能电池隔热单元和热管理电池箱。
本发明提出的一种储能电池隔热单元，包括：隔板和连接板；
隔板和连接板一端连接形成L型结构，隔板内设有第一冷却通道和第一信号线路，连接板内设有与第一冷却通道连通的第二冷却通道和与第一信号线路连接的第二信号线路，隔板内侧设有热监测装置，热监测装置与第一信号线路连接。
优选地，所述第一冷却通道从隔板远离连接板一端向连接板方向延伸。
优选地，隔板内设有自上而下依次布置的多个第一冷却通道。
优选地，连接板内设有分别与多个第一冷却通道对应的多个第二冷却通道。
优选地，所述第二冷却通道远离所述第一冷却通道一端设有用于连接相邻隔板的第一冷却通道的快接接头，快接接头外壁设有密封圈。
优选地，快接接头外壁设有卡块，所述第一冷却通道内壁设有与卡块配合的卡槽。
优选地，隔板和连接板采用铝制板材制成。
优选地，热监测装置包括温度传感器和/或压力传感器。
本发明中，所提出的储能电池隔热单元，隔板和连接板一端连接形成L型结构，隔板内设有第一冷却通道和第一信号线路，连接板内设有与第一冷却通道连通的第二冷却通道和与第一信号线路连接的第二信号线路，隔板内侧设有热监测装置，热监测装置与第一信号线路连接。通过上述优化设计的储能电池隔热单元，进行模块化设计，不仅通过隔板增加了电池之间的隔热效果，也能够因为与电池的大面积接触换热，同时通过热监测装置对相邻电池进行直接有效的热监测，并且经由冷却通道将电池热量快速带走。
本发明还提出一种储能电池热管理电池箱，包括多个上述的储能电池隔热单元；
多个所述隔热单元的隔板依次平行间隔布置，在二者之间形成电池容纳位，每个隔热单元的连接板远离隔板一端与相邻隔热单元的隔板连接。
优选地，相邻两个隔热单元的隔板通过二者之间的连接板连接，且二者内的第一冷却通道通过连接板内的第二冷却通道连通。
优选地，每个隔热单元的第二信号线路与相邻隔热单元的第一信号线路连接。
本发明中，所提出的储能电池热管理电池箱，包括多个上述的储能电池隔热单元；多个所述隔热单元的隔板依次平行间隔布置，在二者之间形成电池容纳位，每个隔热单元的连接板远离隔板一端与相邻隔热单元的隔板连接。通过模块化的隔热单元搭建成整体的隔热换热模块，便于加工和拼装，通过依次连通的液冷通道将热量及时带走防止积聚，还能够通过信号线路及时把温度、压力信号精准快速的传递给BMS或其他设备，对于电池模组内部防止热扩散、快速识别火灾风险具有积极作用。
附图说明
图1为本发明提出的一种储能电池隔热单元的一种实施方式的结构示意图。
图2为本发明提出的一种储能电池隔热单元的一种实施方式的内部结构示意图。
图3为本发明提出的一种储能电池热管理电池箱的一种实施方式的结构示意图。
图4为本发明提出的一种储能电池隔热单元的另一种实施方式的结构示意图。
图5为本发明提出的一种储能电池隔热单元的另一种实施方式拼接示意图。
具体实施方式
如图1至5所示，图1为本发明提出的一种储能电池隔热单元的一种实施方式的结构示意图，图2为本发明提出的一种储能电池隔热单元的一种实施方式的内部结构示意图，图3为本发明提出的一种储能电池热管理电池箱的一种实施方式的结构示意图，图4为本发明提出的一种储能电池隔热单元的另一种实施方式的结构示意图，图5为本发明提出的一种储能电池隔热单元的另一种实施方式拼接示意图。
参照图1和2，本发明提出的一种储能电池隔热单元，包括：隔板1和连接板2；
隔板1和连接板2一端连接形成L型结构，隔板1内设有第一冷却通道11和第一信号线路12，连接板2内设有与第一冷却通道11连通的第二冷却通道21和与第一信号线路12连接的第二信号线路22，隔板1内侧设有热监测装置，热监测装置与第一信号线路12连接。
为了详细说明本实施例的储能电池隔热单元的具体工作方式，参照图3，本实施例还提出一种储能电池热管理电池箱，包括多个上述的储能电池隔热单元；
多个所述隔热单元的隔板1依次平行间隔布置，在二者之间形成电池容纳位，每个隔热单元的连接板2远离隔板1一端与相邻隔热单元的隔板1连接。
本实施例的储能电池热管理电池箱的具体工作过程中，将多个隔热单元依次首尾连接形成S型结构，在相邻两个隔板之间放置电池。隔板单元的L型结构与电池形成半包裹状态，增大了换热面积，也能部分抵抗故障电池产气对相邻电池带来的挤压影响。当一组电池发生热异常时，隔板有效隔绝相邻电池之间的热传递，同时由于隔板内的冷却通道的设计，将电池热失控快速导出。同时，每个隔热单元采用标准模块化设计，便于安装拼接。并且，热监测装置预先集成在隔板上，安装后，每个隔板上的热监测装置朝向同一侧，对其一侧的电池进行热监控，便于监测装置的布线和安装。
在本实施例中，所提出的储能电池隔热单元和热管理电池箱，不仅通过隔板增加了电池之间的隔热效果，也能够因为与电池的大面积接触换热，同时通过热监测装置对相邻电池进行直接有效的热监测，同时进行模块化设计，便于加工和拼装，通过依次连通的液冷通道将热量及时带走防止积聚，还能够通过信号线路及时把温度、压力信号精准快速的传递给BMS或其他设备，对于电池模组内部防止热扩散、快速识别火灾风险具有积极作用。
为了便于多个隔热单元拼接，在隔热单元的冷却通道具体实施方式中，所述第一冷却通道11从隔板1远离连接板2一端向连接板2方向延伸。具体地，隔板1内设有自上而下依次布置的多个第一冷却通道11。隔热单元的多个冷却通道在拼接时在对插连接的同时实现连通，连成模组时可与电池箱的出液口和进液口形成一个完整的流通通路。
相应地，在连接板的具体设计中，连接板2内设有分别与多个第一冷却通道11对应的多个第二冷却通道21；安装时，相邻两个隔热单元的隔板1通过二者之间的连接板2连接，且二者内的第一冷却通道11通过连接板2内的第二冷却通道21连通。形成围绕电池的冷却流路，增大换热面积。
参照图4和5，在实际加工时，可将隔板和连接板加工成L型标准件，根据应用的电池箱尺寸进行拼接扩展。在拼接结构的具体设计方式中，所述第二冷却通道21远离所述第一冷却通道11一端设有用于连接相邻隔板1的第一冷却通道11的快接接头4，快接接头4外壁设有密封圈41。通过快接插头实现相邻标准件的快速拼接，密封圈保证拼接时完成液体通道的连通。
进一步地，快接接头4外壁设有卡块42，所述第一冷却通道11内壁设有与卡块42配合的卡槽。
在隔热单元具体材料选择中，隔板1和连接板2采用铝制板材制成。铝材轻质导热性好。在冷却通道的液冷剂实际选择中，液冷剂可选择换热性能优秀且电气绝缘性高的氟化液(氢氟碳液体)，增加了导热和换热效果。氟化液还具有绝缘且不燃的惰性特点。
在热监测装置的具体实施方式中，热监测装置包括温度传感器31和/或压力传感器32。同时，每个隔热单元的第二信号线路22与相邻隔热单元的第一信号线路12连接。信号线路预埋在隔热单元内，隔热单元拼接时使得信号线路同时插接形成通路，从而实时将电池的温度和压力信号传输至BMS。
在实际设计设计时，具体结构和布局方面，L型隔热单元与所适配的电芯大小一致。例如280Ah电芯尺寸71.7mm×173.9mm×207.2mm，那么隔热单元紧贴电池正面L长边尺寸173.9mm×207.2mm，紧贴电池侧面的L短边尺寸71.7mm×207.2mm，厚度均为4mm。在隔热单元横向布置多个冷却通道，尺寸35mm×2mm，即通道左右两侧铝厚度1mm。在液冷板紧贴电池正面L长边中心处布置测量温度装置和测量压力装置，信号线与冷却线流通通道布置路径平行，横穿L型隔热单元两边面中心线。在与下一个隔热单元连接的同时，多个冷却通道和温度与压力的信号线路也同步对插连接，类似电气工程中紧密型母线槽的插接方式，即连接成冷却液和信号线的通路，以此类推，在电池组成模组的同时，液冷板也连通成回形结构。这种结构设计和布局方式，不仅在电池之间起到了热阻隔效果，也大大增加了冷却液和电池的接触面积，有利于提高换热效果。
在具体的热监测中，多参数(电气、温度、气体)耦合复合监测装置对电池箱内部的火情信息的捕捉等，可以看出BMS和复合探测器无法做到紧贴电芯和对故障电池的精准定位，且这样的布置方式会增加电气、安防设备成本。本方案在4mm厚的L型隔热单元中加装温度传感器和压力传感器，并在板横截面中性线位置埋设高温信号线缆，通过线缆将温度信号和临界压力信号传输至BMS等设备中，并通过BMS信号系统将信号及时传输至显控端，用于火情显示和人员处置。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种储能电池隔热单元，其特征在于，包括：隔板(1)和连接板(2)；
隔板(1)和连接板(2)一端连接形成L型结构，隔板(1)内设有第一冷却通道(11)和第一信号线路(12)，连接板(2)内设有与第一冷却通道(11)连通的第二冷却通道(21)和与第一信号线路(12)连接的第二信号线路(22)，隔板(1)内侧设有热监测装置，热监测装置与第一信号线路(12)连接。
2.根据权利要求1所述的储能电池隔热单元，其特征在于，所述第一冷却通道(11)从隔板(1)远离连接板(2)一端向连接板(2)方向延伸。
3.根据权利要求1或2所述的储能电池隔热单元，其特征在于，隔板(1)内设有自上而下依次布置的多个第一冷却通道(11)。
4.根据权利要求3所述的储能电池隔热单元，其特征在于，连接板(2)内设有分别与多个第一冷却通道(11)对应的多个第二冷却通道(21)。
5.根据权利要求4所述的储能电池隔热单元，其特征在于，所述第二冷却通道(21)远离所述第一冷却通道(11)一端设有用于连接相邻隔板(1)的第一冷却通道(11)的快接接头(4)，快接接头(4)外壁设有密封圈(41)。
6.根据权利要求5所述的储能电池隔热单元，其特征在于，快接接头(4)外壁设有卡块(42)，所述第一冷却通道(11)内壁设有与卡块(42)配合的卡槽。
7.根据权利要求1所述的储能电池隔热单元，其特征在于，隔板(1)和连接板(2)采用铝制板材制成。
8.根据权利要求1所述的储能电池隔热单元，其特征在于，热监测装置包括温度传感器(31)和/或压力传感器(32)。
9.一种储能电池热管理电池箱，其特征在于，包括多个根据权利要求1-8任一项所述的储能电池隔热单元；
多个所述隔热单元的隔板(1)依次平行间隔布置，在二者之间形成电池容纳位，每个隔热单元的连接板(2)远离隔板(1)一端与相邻隔热单元的隔板(1)连接。
10.根据权利要求9所述的储能电池热管理电池箱，其特征在于，相邻两个隔热单元的隔板(1)通过二者之间的连接板(2)连接，且二者内的第一冷却通道(11)通过连接板(2)内的第二冷却通道(21)连通；
优选地，每个隔热单元的第二信号线路(22)与相邻隔热单元的第一信号线路(12)连接。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20231020 Address after: No. 7, Shinan Road, Baiyan Science Park, High-tech Zone, Hefei City, Anhui Province, 230000 Applicant after: Anhui Zhongke Zhonghuan Intelligent Equipment Co.,Ltd. Applicant after: Energy Storage Research Institute of China Southern Power Grid Peak Regulation and Frequency Regulation Power Generation Co.,Ltd. Address before: No. 7, Shinan Road, Baiyan Science Park, High-tech Zone, Hefei City, Anhui Province, 230000 Applicant before: Anhui Zhongke Zhonghuan Intelligent Equipment Co.,Ltd. |
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