CN117790983A - 一种液冷电池箱 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液冷电池箱包括：电芯，设置有顶部、在竖直方向上与所述顶部相对的底部以及在所述顶部与所述底部之间的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面的面积大于所述第二侧面的面积；箱体，可用于容纳所述电芯；液冷板，所述液冷板与所述电芯的所述第一侧面相对；液冷管，用于向所述液冷板输送冷却液，所述液冷管设置在所述箱体的底部。本发明的液冷电池箱中的液冷板与电芯的大面面对，冷却效果佳，液冷管设置在电池箱底部，液冷板垂直于液冷管设置，并在电池箱底部与液冷管进行连接，合理布置地布置了液冷管与液冷板，使得电池箱结构更加紧凑和小型化，电池箱可以具有更大的能量密度。

Description

一种液冷电池箱

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种液冷电池箱。

背景技术

随着国内储能市场的不断发展壮大，我国累计储能装机规模已经跃居全球第一，储能项目的应用越来越广泛，并且形成了完整的产业体系，我国的锂电池储能已经步入了产业规模化发展。一般而言，白天和晚上对电量的需求是不一样的，不同季节的用电量也是不一样的，用于电网的调峰，调频的配套储能电站将越来越多，由于这些电站所处环境都是日夜温差比较大的区域，那么对储能电站的温度控制的要求越来越高，带液冷方式的储能柜在市场上越来越受欢迎。但是目前市场主流的液冷电池箱采用的是模组电芯底部小面与冲压液冷板接触的型式，此种型式的液冷电池箱因为电芯接触的面积比较小，而且仅仅是从电芯底部面将热量带走，但是由于电芯发热量大的部位在电芯上端极柱位置，所以散热的效果非常有限，对电池箱内的温度调节也很有限。随着市场对高倍率充放电储能柜的需求越来越大，电池在高倍率充放电时，短时间产生的温度会越来越高，如何提高电池箱温度转换的速度和效率将成为整个储能电池行业的痛点以及急需解决的问题。

发明内容

为了提高电池箱温度转换的速度和效率，实现快速对电池箱快速散热的技术效果，本发明提供了一种液冷电池箱，包括：电芯，设置有顶部、在竖直方向上与所述顶部相对的底部以及在所述顶部与所述底部之间的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面的面积大于所述第二侧面的面积；箱体，可用于容纳所述电芯；液冷板，所述液冷板与所述电芯的所述第一侧面相对； 液冷管，用于向所述液冷板输送冷却液，所述液冷管设置在所述箱体的底部。

进一步地，所述电芯设置有多个，所述多个电芯组成一个模组，所述模组内每隔两个电芯之间设置有一个所述液冷板。

进一步地，所述液冷板由铝合金挤出成型。

进一步地，所述液冷板上设置有流进接头和流出接头，所述流进接头和所述流出接头都设置在所述箱体的底部。

进一步地，所述液冷管包括有输入主管道、输出主管道、输入连接管、输出连接管以及桥接管，所述输入连接管的连接所述输入主管道和所述液冷板，所述桥接管连接所述液冷板和所述输出连接管，所述输出连接管与所述输出管道连接。

进一步地，两个所述电芯之间还设置有导热垫，所述导热垫由硅胶制成。

进一步地，所述一个模组内具有多个液冷板，所述多个液冷板与所述输入主管道并联。

进一步地，所述模组设置有多个，所述多个模组间的液冷板通过所述桥接管串联。

进一步地，所述箱体的底部还设置有加强梁，所述加强梁可支撑所述液冷管。

进一步地，所述相邻两个电池之间还设置有导热凝胶。

本发明的液冷电池箱中的液冷板与电芯的大面面对，冷却效果佳，液冷管设置在电池箱底部，液冷板垂直于液冷管设置，并在电池箱底部与液冷管进行连接，合理布置地布置了液冷管与液冷板，使得电池箱结构更加紧凑和小型化，电池箱可以具有更大的能量密度。

附图说明

图1为本发明液冷电池箱的示意图；

图2为本发明液冷电池箱内的一电池模组的示意图；

图3为本发明液冷电池箱内的电芯的示意图；

图4为本发明本发明液冷电池箱内的电芯与液冷板的示意图；

图5为本发明液冷电池箱内的液冷板的结构示意图；

图6为本发明液冷电池箱内的导热硅胶垫的示意图；

图7为本发明液冷电池箱的部分分解示意图；

图8为本发明液冷电池箱内的电池箱体的示意图；

图9为本发明液冷电池箱内的液冷管的示意图；

图10为本发明液冷电池箱内的液冷管与液冷板之间的装配示意图。

实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明将竖直方向定义为上下方向，且液冷板整体沿上下方向放置；与上下方向垂直的方向定义为左右方向，电池箱内各电池模组沿左右方向平行设置；分别垂直于上下方向和左右方向的第三方向为前后方向。

如图1所示，本发明的液冷电池箱包括有电池箱体50、设置在电池箱体50内的多个电池模组100以及集成有数据采集线、温度采集线和模组串接铝排等部件为一体的CCS模块110。电池箱体的下端还设置有液冷管系统40、加强梁60以及箱体底板70。电池箱体50外设置有液冷管流入外接头51以及液冷管流出外接头52。

本发明电池箱内集成设置有4个电池模组100，每个电池模组100设置11个单体电芯10，各个电芯为大功率电芯，且模组内电芯10沿着前后方向依次排列，4个电池模组沿左右方向上依次排列，各个电池模组可根据电池箱的实际工作场合而设计成串联或者并联的方式进行连接，同时同一电池模组100内的各个电芯也可以根据实际需要进行串联或者并联的连接。虽然本发明实施例中电池箱体设置有四个电池模组，每个电池模组内设置有11个电芯，但是本发明电池箱内电池模组的数量、电池模组内电芯的数量可以根据电池箱的具体应用场合进行变化和更改。

在本实施例中，每个电池模组100包括有沿前后方向依次放置的11个电芯10，电芯10构造为硬壳电芯，呈长方体结构，外壳由铝壳制成，顶面103设置在电芯的上端，顶面103上设置有正极极柱104，负极极柱105，与顶面103在上下方向上相对设置的为底面；顶面103和底面的面积相等；在顶面103和底面之间还设置有第一侧面101以及第二侧面102，第一侧面101和第二侧面102相邻设置，第一侧面101的面积大于顶面103/或底面的，第一侧面的面积也大于第二侧面102的面积，具体地为第一侧面101的面积相当于顶面103或底面的2倍左右，第一侧面101的面积为第二侧面102的3倍左右，所以第一侧面101是电芯10中面积最大的一个面。电芯10在前后方向上相对设置有两个第一侧面101，同时在左右方向上设置有彼此相对的两个第二侧面102，为了方便，一般只描述一个第一侧面101，但是应该理解的是，另一个第一侧面101也具有相同的结构和功能。

本实施例的电池模组100结构及其组装方式为：端板90置于特定的工装上，第一电芯10的第一侧面101与端板90贴合，液冷板20与第一电芯10的另一第一侧面101贴合，并在二者之间涂覆有导热凝胶从而使得第一电芯10与液冷板20形成紧密结合，然后再依次每两个电芯10之间放入一个液冷板20，同时紧密连接的两个电芯10之间设置一个导热硅胶垫30，当全部电芯10、液冷板20、导热硅胶垫30按顺序堆叠完成之后，再将一个钢扎带80套入电芯模组的外侧进行固定，为了更稳固地将电芯模组内各个零部件固定，一个模组在上下方向上内套用有两个钢扎带80，用钢扎带固定模组100可以很好地解决了电芯大面膨胀力的问题。最后将CCS模组110焊接至各个电芯的顶部，则组成一个完整的电芯模组。

在本实施例中，导热垫30构造为大致中空矩形，当导热垫30夹设在两个相邻的电芯10之间时，与电芯的第一侧面101相对的中空部分302可以填充涂覆导热凝胶以增大相邻两个电芯10之间的热量传导，提升散热效率。在本实施例中，导热垫30由可发生形变的硅胶制成，从而当相邻的两个电芯10因受热膨胀时，导热垫30不仅可以快速将两个电芯10之间的热量快速传导出去，而且可以压缩变形以腾出部分空间来吸收电芯的膨胀变形，避免两个电芯膨胀后被相互挤压而发生损坏的问题。所以本发明的导热垫30采用可变形的硅胶制成，相比于一般的硬质导热垫而言，不仅热传导效果更好，而且可以防止相邻两电芯受热膨胀而发生挤压的问题发生。

下面将结合附图，详细描述本发明电池箱内的液冷系统的组成以及工作原理。本发明电池箱的液冷系统包括有与电池面积最大的第一侧面101相对的液冷板20、设置在电池箱50底部与液冷板20连接并向液冷板20输送冷却液的液冷管40以及对液冷管起支撑作用的加强梁60等部件。

本发明电池箱的液冷板20呈大致矩形状，由铝合金型材挤出制成，设置有流进接头201，流出接头202，流进管道203以及流出管道204，以及连接流进管道203以及液流出管道204的中间连接管道205。当流进接头201与液冷管40连接以接收来自液冷管40输送的冷却液时，冷却液可通过流进管道203进入液冷板并蔓延至整个液冷板平面，从而达到带走电芯上的产生的热量。同时冷却液通过流出管道204流出至流出接头202并向外排出。

具体地，本发明的液冷板的顶端距离电芯10顶部的极柱大致有25mm，液冷板20与电芯顶部具有一定的间隙可以减少电池箱的整体重量以及节省液冷板的成本，而且液冷板20可以覆盖了极柱与极片连接处，能更高效、快速地将电芯在充放电时极柱与极片接触处产生的热量带走，液冷效果好。由于整个液冷板20与电芯上面积最大的第一侧面101相对，热传导的面积最大，从而可以最大程度的对电芯进行冷却，相比于现有技术，液冷效率是现有技术中将液冷板设置在电芯的底面103或者第二侧面102相对时的两倍至三倍，所以本发明的液冷板大大提升了液冷板对的冷却效果。同时，由于本发明的液冷板采用铝合金型材制作，可以承受较大的电芯膨胀，解决了电芯受热膨胀对于液冷板挤压的问题，提升了电池箱的安全性能。

液冷管40设置在电池箱的底部，由软管组成，包括有输入主管道401、输出主管道402、输入连接管4011、输出连接管4021以及桥接管403，输入主管道401平行于电池箱体左右方向上设置，其一端连接有液冷管流入外接头51以接收来自外部输入的冷却液，并在前后方向上等距离间隔地连接有多个输入连接管4011，从而各冷却液输入连接管4011的一端与输入主管道401直接连接，另一端与冷却板20的流进接头201直接连接，桥接管403的一端与第一冷却板20的流出接头202连接，另一端与第二冷却板20的流进接头201连接，从而实现将第一冷却板20中输出的冷却液经桥接管403输入至第第二冷却板20中，本发明中设置有四个电芯模组100，所以在左右方向并排设置的4个电芯模组中设置有3个桥接管403将各个电芯模组内的冷却板20串联连接。在前后方向上，则设置有6排桥接管403，将统一电芯模组内的各个冷却液20与输入冷却液输入主管道401并联连接，同一模组内各个冷却板都可以从输入主管道401获取新的冷却液，从而在电池箱体底部的液冷管道实现了六排三列串并联连接的方式，同时向各个冷却板20输送冷却液，最后各个冷却板中的冷却液通过输出连接管4021汇入输出主管道402而将冷却液排出，最后通过箱体上的冷却液流出外接头52排出至电池箱体外。本发明的冷却板主体呈上下方向上设置，流进接头201，流出接头202设置在箱体底部，多个液冷板20形成矩阵排列均匀设置各个电芯之间，液冷管40设置在箱体底部，液冷管40与液冷板20在电池箱底部进行连接，液冷管40与液冷板20采用自密封快插接头方式连接，安装及维护方便。即使液冷管在电池箱体寿命后期老化，出现漏液的情况，所漏冷却液体会留在电池箱底部通过透液阀排出电池箱体外，而不会污染电芯以及电池箱体内的其他零部件，从而电池箱安全可靠。前后方向并排设置的各液冷板之间通过并联方式连接，各排液冷板中的冷却液互不干扰，都能从输送主管中获取新鲜的未经冷却的冷却液，从而可以达到最佳的冷却效果，而左右方向上同排设置的各冷却板通过串联形式连接，可以节省桥接管的数量以及长度，串联的液冷板数量不多，液冷效果依然效果好，电池箱可以节省空间和用料的情况，实现最佳的冷却效果。

同时为了提高电池箱冷却系统的稳定性，在电池箱体的底部还设置有加强梁60，加强梁60构造为钢构式横梁结构，具有沿前后方向上延伸，平行设置的第一横梁601和第二横梁602，以及连接第一横梁601和第二横梁602的多个纵梁603，本发明的加强梁60安装在电池箱体50的底部，具体构造为箱体底部设置有第一安装卡槽501, 第二安装卡槽502, 第三安装卡槽503，第四安装卡槽504，用于分别与第一横梁601和第二横梁602的末端进行卡接以固定第一横梁601和第二横梁的602的两个末端，同时电池箱体底部还设置有多个中间支撑部505以支撑和固定第一横梁601和第二横梁602防止加强梁60的变形。同时电池箱底部还设置有多个纵梁603的支撑部506以支撑和固定纵梁603，通过在电池箱体的底部设置的各个支撑和固定结构，加强梁60设置在液冷管40的底部，可以到对液冷管40底部进行支撑，防止液冷管系统的向箱体底部变形，同时在电池箱体的底部还设置有箱体底板70，箱体底板70将液冷系统的底部密封在整个电池箱体内，可以防止外部物质通过电池箱体底部干扰电池箱体内的冷却系统以及电芯等部件。

本发明的电池箱中的液冷板与电芯的大面面对，冷却效果佳，液冷管设置在电池箱底部，液冷板垂直于液冷管设置，并在电池箱底部与液冷管进行连接，合理布置地布置了液冷管与液冷板，使得电池箱结构更加紧凑和小型化，电池箱可以具有更大的能量密度。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种液冷电池箱，其特征在于，包括：

电芯，设置有顶部、在竖直方向上与所述顶部相对的底部以及在所述顶部与所述底部之间的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面的面积大于所述第二侧面的面积；

箱体，可用于容纳所述电芯；

液冷板，所述液冷板与所述电芯的所述第一侧面相对；

液冷管，用于向所述液冷板输送冷却液，所述液冷管设置在所述箱体的底部。

2.如权利要求1所述的液冷电池箱，其特征在于，所述电芯设置有多个，所述多个电芯组成一个模组，所述模组内每隔两个电芯之间设置有一个所述液冷板。

3.如权利要求1所述的液冷电池箱，其特征在于，所述液冷板由铝合金挤出成型。

4.如权利要求1所述的液冷电池箱，其特征在于，所述液冷板上设置有流进接头和流出接头，所述流进接头和所述流出接头都设置在所述箱体的底部。

5.如权利要求3所述的液冷电池箱，其特征在于，所述液冷管包括有输入主管道、输出主管道、输入连接管、输出连接管以及桥接管，所述输入连接管的连接所述输入主管道和所述液冷板，所述桥接管连接所述液冷板和所述输出连接管，所述输出连接管与所述输出管道连接。

6.如权利要求1所述的液冷电池箱，其特征在于，两个所述电芯之间还设置有导热垫，所述导热垫由硅胶制成。

7.如权利要求2所述的液冷电池箱，其特征在于，所述一个模组内具有多个液冷板，所述多个液冷板与所述输入主管道并联。

8.如权利要求7所述的液冷电池箱，其特征在于，所述模组设置有多个，所述多个模组间的液冷板通过所述桥接管串联。

9.如权利要求1所述的液冷电池箱，其特征在于，所述箱体的底部还设置有加强梁，所述加强梁可支撑所述液冷管。

10.如权利要求1所述的液冷电池箱，其特征在于，所述相邻两个电池之间还设置有导热凝胶。