CN117613453A - 一种水冷储能电池模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种水冷储能电池模块，包括水冷模块和多个柱状的电池，水冷模块包括合金体、进水总管、出水总管和多段换热管，合金体浇注凝固后包覆在换热管外，且合金体形成形成多个容纳槽，多个柱状的电池分别过盈配合地嵌在不同的容纳槽中，各段换热管呈螺旋状，且分别螺旋环绕在多个容纳槽的周侧；出水总管与各条换热管之间设置有出水阀门，当换热管内冷却水温度变化时，可以自动地调节出水口流量的大小，从而可以使电池在一个相对稳定的温度下使用，提高了电池的稳定性；通过调节阀片的位置，也可以达到设置不同的电池运行温度，从而适应不同的使用环境。

Description

一种水冷储能电池模块

技术领域

本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种水冷储能电池模块。

背景技术

随着以新能源为主体的新型电力系统的建设，储能设备得到越来越广泛的应用，储能电池模组充放电时，均会产生热量，若不及时散热，将会对电池模组及整个储能系统的运行产生影响，甚至造成事故。随着电力电子的发展，对设备的集成度要求越来越高，对于储能设备，要求功率密度越来越大，体积越来越小，水冷储能很好的解决这个问题，水冷储能由于其采用水作为冷却介质，冷却速度快，散热性能好，对电池的冷却效果好，因此水冷负载应用越来越广泛。

目前储能设备的散热多采用风冷的形式，采用风冷散热对风道的设计要求较高，当电池柜内电池包堆叠数量较多或相邻电池包间距较小时，容易造成电池包之间温度分布不均。而采用水冷散热系统时，水冷管路在电池柜内纵横交错，非常占用电池柜的内部空间。

因此出现了如公开号为CN217009385U的中国专利文献所公开的一种储能电池柜，包括：柜体，设有电池模组区和电气控制区；多组电池模组，设置于电池模组区内，每个电池模组的外侧均设有换热管道；PCS模组，设置于电气控制区内；簇控制箱，设置于电气控制区内；水冷系统，位于电池模组区内，包括设置于柜体内壁上的第一分水器、连接于第一分水器上的多个进水管、设置于柜体内壁上的第二分水器以及连接于第二分水器上的多个出水管，进水管分别与换热管道的进水端相连，出水管分别与换热管道的出水端相连；水冷机组，第一分水器连接水冷机组的出水口，第二分水器连接水冷机组的进水口。水冷系统的设置有效提高了柜体内部空间的利用率，同时在柜体内集成PCS模组，使得结构更为紧凑。储能电池柜工作时，水冷机组内的冷却介质进入第一分水器，接着冷却介质由第一分水器进入各个进水管，通过进水管进入各个电池模组的换热管道内，与电池模组进行热量交换，起到降温的作用，经过热量交换后的冷却介质再次汇聚至第二分水器内，最终由第二分水器回流至水冷机组内，实现热量的置换。

由上可知，其通过并列布置的进水管对电池模组供给冷却水，且需要在电池模组内设置单独的换热管道，一方面，电池模组单独的换热管道不便于拆开，在电池耗电完毕后闲置期间换热管道不便于重复利用；另一方面，现有的电池模组的换热管道一般直线布置在发热器件的旁侧，接触面积小，热交换效率低。

发明内容

针对现有技术存在上述技术问题，本发明提供一种水冷储能电池模块。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

提供一种水冷储能电池模块，包括水冷模块和多个柱状的电池，水冷模块包括合金体、进水总管、出水总管和多段换热管，合金体浇注凝固后包覆在换热管外，且合金体形成形成多个容纳槽，多个柱状的电池分别过盈配合地嵌在不同的容纳槽中，以使电池的外壁与容纳槽的槽壁相紧密贴合，各段换热管呈螺旋状，且分别螺旋环绕在多个容纳槽的周侧，多段换热管的两端分别连通进水总管和出水总管；

出水总管与各条换热管之间设置有出水阀门，出水阀门包括阀管体、阀片和阀杆，阀管体的两端分别连接出水总管和对应的换热管，阀片位于阀管体中，阀杆密封地穿过阀管体连接阀片，用以驱动阀片进而改变阀管体内的流通面积；阀杆的位于阀管体内的节段设置为受热膨胀段，以使其温度达到预设值后延长而驱动阀片扩大阀管体的流通面积。

具体的，进水总管和出水总管相并列布置，多段换热管并列布置在进水总管和出水总管的旁侧。

具体的，合金体为铝合金，和/或换热管为铜管。

具体的，受热膨胀段为锌合金段或锡合金段。

具体的，阀杆包括杆本体，杆本体分为上杆体和下杆体，上杆体穿过阀管体，上杆体、受热膨胀段和下杆体依次连接，阀片固定于下杆体，受热膨胀段的外侧套有陶瓷导向筒，陶瓷导向筒的内壁与受热膨胀段的外壁相紧密贴合，陶瓷导向筒的上端固定于上杆体。

具体的，合金体的中部留有让位槽，进水总管和出水总管贯穿让位槽布置，出水阀门位于让位槽中。

具体的，阀管体内还设置有用于感应阀片位移量的位移传感器。

具体的，换热管的螺旋直径沿水流方向缩小。

具体的，换热管的管径沿水流方向逐渐增大。

具体的，容纳槽的开口朝上，容纳槽的深度与电池高度相适配。

本发明的有益效果：

本发明的一种水冷储能电池模块，与现有技术相比，合金体设置的容纳槽供电池插入，这样使用时便于将电池与散热分离，便于重复利用，而且换热管螺旋布置在容纳槽的周侧，合金体结合换热管能够充分接触，电池的散热性能好，功率密度大，提高换热效率。

再者，利用创新的出水阀门，当换热管内冷却水温度变化时，可以自动地调节出水口流量的大小，从而可以使电池在一个相对稳定的温度下使用，提高了电池的稳定性；通过调节阀片的位置，也可以达到设置不同的电池运行温度，从而适应不同的使用环境。

附图说明

图1为实施例中的一种水冷储能电池模块的结构示意图。

图2为实施例中的一种水冷储能电池模块的分解图。

图3为实施例中的进水总管、出水总管、换热管和出水阀门的配合示意图。

图4为实施例中的出水阀门的剖视图。

图5为实施例中的换热管的示意图。

附图标记：

合金体1、容纳槽11、让位槽12；

进水总管2、出水总管3、换热管4；

出水阀门5、阀管体51、阀片52、阀杆53、杆本体531、上杆体5311、下杆体5312、陶瓷导向筒532、把手533、受热膨胀段54、位移传感器55；

电池6。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图对本发明进行详细说明。

本实施例的一种水冷储能电池模块，如图1至图5所示，包括合金体1、进水总管2、出水总管3和多段换热管4，合金体1浇注凝固后包覆在换热管4外，且合金体1形成多个容纳槽11，用于供多个柱状的电池6分别过盈配合地嵌在不同的容纳槽11中，以使电池6的外壁与容纳槽11的槽壁相紧密贴合，多个容纳槽11呈两排布置。各段换热管4呈螺旋状，且分别螺旋环绕在多个容纳槽11的周侧，多段换热管4的两端分别连通进水总管2和出水总管3。图中可以看出，换热管4的两头包括直管段，用于延伸连接进水总管2和出水总管3，出水总管3与各条换热管4之间设置有出水阀门5，用于单独控制每条换热管4的通断以及冷却液流量。进水总管2和出水总管3相并列布置，多段换热管4并列布置在进水总管2和出水总管3的旁侧，同理多个换热管4跟随多个容纳槽11呈两排布置，当然实际中可根据需要改为其它轨迹布置，目的在于节省空间，整体紧凑又不影响换热散热。

本实施例中，合金体1为铝合金，便于热熔凝固成型。具体的，换热管4为铜管，与合金体1换热效率高。

本实施例中，合金体1的中部留有让位槽12，进水总管2和出水总管3贯穿让位槽12布置，出水阀门5位于让位槽12中，便于安装。

本实施例中，换热管4的螺旋直径是均匀的，这样便于制造。实际中可以改为：换热管4的螺旋直径沿水流方向缩小，相当于一开始换热管4距离容纳槽11的内壁较远，越往下换热管4越靠近容纳槽11的内壁，因为冷却水刚进到换热管4时温度较低，换热效率高，这样距离远一点也能够保障换热效率，而越往下换热管4内的水温度越高，距离容纳槽11更近，这样更容易充分吸热。其次这样也可以令不同圈的换热管4错开布置，避免热量积聚。同理，实际也可以设置：换热管4的管径沿水流方向逐渐增大，同样流量的前提下，管径小则流速快，管径大泽流速小，一开始换热管4内的水温度低，换热效率高，便流动快一些；越往后水温升高，换热效率变低，流动慢一点延长换热时间。

本实施例中，容纳槽11的开口朝上，容纳槽11的深度与电池高度相适配，使用时储能电池插在容纳槽11中，电池基本嵌入容纳槽11中，而电池顶部的两个端子穿出容纳槽11外。

本实施例中，连接出水总管3的出水阀门5包括阀管体51、阀片52和阀杆53，阀管体51的两端分别连接出水总管3和对应的换热管4，阀片52位于阀管体51中，阀杆53密封地穿过阀管体51连接阀片52，用以驱动阀片52进而改变阀管体51内的流通面积；阀杆53的位于阀管体51内的节段设置为受热膨胀段54，以使其温度达到预设值后延长而驱动阀片52扩大阀管体51的流通面积。使用时，当换热管内冷却水温度上升到一定数值后，受热膨胀段54朝下热伸长，带动阀片52位移，可以自动地调节加大出水口流量，从而可以使电池在一个相对稳定的温度下使用，提高了电池的稳定性；通过调节阀片52的位置，也可以达到设置不同的电池运行温度，从而适应不同的使用环境。当换热管内的水温恢复至正常数值范围时，受热膨胀段54降温恢复，带动阀片52上升，减小流量。

本实施例中，受热膨胀段54为锌合金段或锡合金段，其膨胀系数大，便于温度达到一定数值后发生热伸长。

至于阀杆53与阀管体51之间的连接，可以是可滑动地且密封地穿过，这样直接下压或提升阀杆53即可手动调节阀片52的位置，但受热膨胀段54需要始终保持位于阀管体51的内部。也可以是阀杆53与阀管体51之间螺纹连接，阀杆53又与阀片52螺纹连接，而在阀管体51内设置导轨限制阀片52仅能直线运动，阀片52在阀管体51设置限位结构阻止阀杆53沿轴向运动，这样旋转阀杆53时，能够带动阀片52直线运动。

本实施例中，阀杆53包括杆本体531和位于杆本体531上端的把手533，杆本体531分为上杆体5311和下杆体5312，上杆体5311密封地穿过阀管体51，上杆体5311、受热膨胀段54和下杆体5312依次连接，阀片52固定于下杆体5312，受热膨胀段54的外侧套有陶瓷导向筒532，陶瓷导向筒532的内壁与受热膨胀段54的外壁相紧密贴合，陶瓷导向筒532的上端固定于上杆体5311，陶瓷导向筒532的作用是引导受热膨胀段54沿轴向形变，而限制径向形变。

本实施例中，阀管体51内还设置有用于感应阀片52位移量的位移传感器55，通过阀门内的位移传感器55，可以间接测量出电池的温度，可以方面地检测每个电池的温度情况，从而掌握每个电池的运行状态，使电池更安全温度的运行。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种水冷储能电池模块，其特征是：包括水冷模块和多个柱状的电池，水冷模块包括合金体、进水总管、出水总管和多段换热管，合金体浇注凝固后包覆在换热管外，且合金体形成形成多个容纳槽，多个柱状的电池分别过盈配合地嵌在不同的容纳槽中，以使电池的外壁与容纳槽的槽壁相紧密贴合，各段换热管呈螺旋状，且分别螺旋环绕在多个容纳槽的周侧，多段换热管的两端分别连通进水总管和出水总管；

出水总管与各条换热管之间设置有出水阀门，出水阀门包括阀管体、阀片和阀杆，阀管体的两端分别连接出水总管和对应的换热管，阀片位于阀管体中，阀杆密封地穿过阀管体连接阀片，用以驱动阀片进而改变阀管体内的流通面积；阀杆的位于阀管体内的节段设置为受热膨胀段，以使其温度达到预设值后延长而驱动阀片扩大阀管体的流通面积。

2.根据权利要求1所述的一种水冷储能电池模块，其特征是：进水总管和出水总管相并列布置，多段换热管并列布置在进水总管和出水总管的旁侧。

3.根据权利要求1所述的一种水冷储能电池模块，其特征是：合金体为铝合金，和/或换热管为铜管。

4.根据权利要求1所述的一种水冷储能电池模块，其特征是：受热膨胀段为锌合金段或锡合金段。

5.根据权利要求1或4所述的一种水冷储能电池模块，其特征是：阀杆包括杆本体，杆本体分为上杆体和下杆体，上杆体穿过阀管体，上杆体、受热膨胀段和下杆体依次连接，阀片固定于下杆体，受热膨胀段的外侧套有陶瓷导向筒，陶瓷导向筒的内壁与受热膨胀段的外壁相紧密贴合，陶瓷导向筒的上端固定于上杆体。

6.根据权利要求1所述的一种水冷储能电池模块，其特征是：合金体的中部留有让位槽，进水总管和出水总管贯穿让位槽布置，出水阀门位于让位槽中。

7.根据权利要求1所述的一种水冷储能电池模块，其特征是：阀管体内还设置有用于感应阀片位移量的位移传感器。

8.根据权利要求1所述的一种水冷储能电池模块，其特征是：换热管的螺旋直径沿水流方向缩小。

9.根据权利要求1所述的一种水冷储能电池模块，其特征是：换热管的管径沿水流方向逐渐增大。

10.根据权利要求1所述的一种水冷储能电池模块，其特征是：容纳槽的开口朝上，容纳槽的深度与电池高度相适配。