CN207993689U - 一种锂离子电容水冷循环系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂离子电容水冷循环系统，该系统包括水冷模组和制冷水机；所述水冷模组包括水冷板，水冷板呈蛇形来回绕行于锂离子电容之间，水冷模组还包括用于检测环境温度以及锂离子电容温度，并对制冷水机的供水温度进行调节控制的电池管理系统；水冷模组通过集水管连接到制冷水机的进水口，制冷水机的出水口通过分水管连接水冷模组；在集水管或分水管上且位于系统最高处还设置有膨胀水箱。系统结构简单，控制有效。

Description

一种锂离子电容水冷循环系统

技术领域

本实用新型涉及一种锂离子电容水冷循环系统，尤其适用于锂离子电容储能包。

背景技术

锂离子电容器是一种新型能量存储装置，其正极采用超级电容器正极材料，负极采用锂离子电池负极材料，兼具超级电容器的高功率输出(其功率密度远大于蓄电池)、长寿命特性和锂离子电池高能量密度的特性。因此，锂离子电容器在储能和能量回收领域被广泛运用。

锂离子电容目前在电网调峰储能及轨道交通启停能量回收领域应用广泛，现有的锂离子电容器储能系统采用风冷换热技术较多，随着人们对电力的需求不断加大，对储能系统的功率和能量也提出更高的要求，大功率和大电流随之而来的就是锂离子电容的大发热量的问题，风冷散热技术已经很难满足储能系统的温升和均温要求，因此高效的水冷方案被提上应用需求。

目前新能源电池包也有采用水冷方式的，但由于目前所用的新能源车用锂电池放电电流小，因此发热较小，其冷板结构较为简单，而由于其车用环境较为恶劣，整体电池包需满足IP67的防尘防水要求。目前大部分储能电池包使用环境为室内，无防水需求，因此电池包不需做密封设计。而对于非气密性系统，当电池包表面温度过低时，周围大气中的水蒸气就会源源不断在表面结露，由此产生凝露，引起电池包的安全问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种新的锂离子电容水冷循环系统，该系统结构简单，冷却效果好。

为解决以上技术问题，本实用新型公开了一种锂离子电容水冷循环系统，该系统包括水冷模组和制冷水机；所述水冷模组包括水冷板，水冷板呈蛇形来回绕行于锂离子电容之间，水冷模组还包括用于检测环境温度以及锂离子电容温度、并对制冷水机的供水温度进行调节控制的电池管理系统；水冷模组通过集水管连接到制冷水机的进水口，制冷水机的出水口通过分水管连接水冷模组；在集水管或分水管上且位于系统最高处还设置有膨胀水箱。膨胀水箱对整个系统起到补水排气定压的作用。

进一步地，所述水冷板为扁平状的管带，在管带的两端设置有带水嘴的端头，管带内部设有连通水嘴的冷却流道。

进一步地，所述集水管和分水管通过连接软管连接水嘴。

进一步地，每个所述端头上均设置有两个水嘴，所述冷却流道有两个，每个冷却流道均在各自的两端连通一个水嘴，每个端头上的水嘴一个连接集水管，冷水板流道内的水流经该集水管流入制冷水机，另一个连接分水管，制冷水机的出水经该分水管进入水冷板流道内。该连接方式使水冷板内的两路水流为逆流形式，水流通过管带会被锂离子电容逐渐加热，当水冷模组为单向水流时水冷模组水路下游的锂离子电容温度会比上游的温度高，水路上下游的锂离子电容之间存在温差，两路水逆流的方式可消除这种积温的影响，利于锂离子电容的温度均衡，延长锂离子电容的使用寿命和效率。

进一步地，所述管带内设置有若干条孔道，所述端头为中空结构，中部设置有隔板，将孔道分为两个独立的冷却流道。孔道的设置利于管带承受夹紧力及加强内部传热。

进一步地，所述集水管或分水管上且位于系统最低处设置有放水阀。该放水阀的设置便于检修的时候排水作用。

进一步地，所述水冷模组有若干个，进出制冷水机并经过每个水冷模组中的水冷板的水流路径长度相等。即分水管、集水管与个冷板的连接为同程式的连接方式，即从冷水机进出口经过冷板的每一路水流，其流过的路径是一样长度的，同程式的水路其有益效果在于,由于每一路水流的路程相同，因此其管路的阻力特性是一样的，由此可以保证每一路水的流量相等、冷却强度相同，从而保证可锂离子电容温升的一致性，保证均温效果。

进一步地，所述锂离子电容为方形锂离子电容，矩阵排列后至少有一个大面接触与水冷板接触。

本实用新型的锂离子电容水冷循环系统可通过电池管理系统的控制调节作用，实现如下控制调节过程：

a、开机启动制冷水机的循环泵，使系统中的冷却液循环流动，冷却锂离子电容并均衡温度；

b、当锂离子电容温度高于其适宜工作温度的最高值时，启动制冷水机的压缩机，对冷却液进行降温；

c、检测环境温度，当环境温度小于等于锂离子电容的适宜工作温度的最低值时，由电池管理系统控制压缩机和循环泵，调节制冷水机的供水温度为锂离子电容的适宜工作温度的最低值；可以使锂离子工作温度在适宜工作温度范围内，有较低的内阻和最大的容量，使其在效率最高的状态；

当环境温度大于锂离子电容的适宜工作温度的最低值时，冷却水温为环境温度，可避免系统结露，并同时限制其温升满足其冷却的需求；

以上锂离子电容温度、环境温度的检测，以及制冷水机的压缩机、循环泵的启动与关闭均由电池管理系统控制。

本实用新型的水冷循环系统结构合理，适用于非气密型的电池包，其优势在于在满足储能使用工况的条件下，相比气密型电池包，结构件相对简单，具有成本低廉的优势；通过BMS(电池管理系统)检测环境温度和电池温度，并对制冷水机进行调节控制，通过调节制冷机的供水温度，保证锂离子电容的工作温度在适宜的区间，同时避免PACK内部的结露风险，并维持锂离子电容事宜的工作温度。

附图说明

图1为本实用新型的水冷循环系统的原理图；

图2为水冷板的结构示意图；

图3为水冷板端部的透视结构示意图；

图4为水冷板切面结构示意图；

图5为水冷板绕行在锂离子电容之间的结构示意图；

图6为本实用新型的制冷水机设置于系统最低处时的结构示意图。

图中：1-制冷水机，2-膨胀水箱，3-集水管，4-连接软管，5-水冷板，50-端头，501-隔板，51、51’-进水水嘴，52、52’-出水水嘴，6-分水管，7-放水阀，8-锂离子电容，9-水冷模组。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

实施例1：

如图1所示，本实用新型的锂离子电容水冷循环系统，包括制冷水机1和若干个水冷模组9。每个水冷模组9均包括水冷板5、一组锂离子电容、电池管理系统(BMS)以及其它电路元器件，电池管理系统用于检测环境温度以及锂离子电容温度，并对制冷水机1的供水温度进行调节控制。水冷板5采用扁平状的管带，呈蛇形来回绕行，如图2所示。锂离子电容采用方形锂离子电容，呈规律排列成锂离子电容模组，水冷板5即绕行在锂离子电容之间，使每个锂离子电容至少有一个大面与水冷板5接触散热，如图5所示。方形的锂离子电容整体呈扁平状，面积最大的两个对面即为大面。

如图4所示，在水冷板5内设置有若干条孔道，多条孔道的设置利于管带承受夹紧力及加强内部传热。

在水冷板5的两端各设置有一个中空的端头50，端头50内设置有隔板501，将端头50内部隔成两个独立的空间，分别连通设置在该端头50上的进水水嘴和出水水嘴，进水水嘴和出水水嘴分别用于冷却水的进与出。隔板501的设置，同时也将孔道分割为两个独立的冷却流道，冷却流道、端头与水嘴相互连通。进水水嘴通过软管4连接分水管6，出水水嘴通过软管4连接集水管3。即制冷水机1中的冷却液经分水管6，再经连接的软管4分流，分别从进水水嘴51、51’进入流道内，然后从出水水嘴52、52’流出，由连接的软管4汇集到集水管3，回到制冷水机1。水冷板5中两路冷却液形成逆流形式，可消除积温的影响，利于锂离子电容的温度均衡，延长锂离子电容的使用寿命和效率。且本发明采用的是同程式的连接方式，即从制冷水机1进出口经过水冷板5的每一路水流，其流过的路径是一样长度的，同程式的水路其有益效果在于,由于每一路水流的路程相同，因此其管路的阻力特性是一样的，由此可以保证每一路水的流量相等、冷却强度相同，从而保证可锂离子电容温升的一致性，保证均温效果。

在系统的最高处，可位于分水管6或集水管3上，设置有膨胀水箱2，起到补水排气定压的作用。在系统的最低处，可位于分水管6或集水管3上，设置有放水阀7，便于检修的时候排水。

本实用新型的系统对于放水阀7、膨胀水箱2的具体连接可采用如下设置：

如图6所示，制冷水机1设置于系统的最低处，考虑漏水安全设计，便于实施水电分离的设计，排水阀7接制冷水机1的出水口，膨胀水箱2接于分水管3上，位于系统最顶端。

利用本实用新型所述的锂离子电容水冷循环系统，以30℃-45℃为锂离子电容的最适宜工作温度区间，可通过如下控制步骤实现对锂离子电容的冷却控温效果：

a、开机启动制冷水机1的循环泵，冷却液从制冷水机1的出水口流出，进入分水管6，并通过软管4分成两路从两端各自进入冷水板5，并各自从冷水板5的另一端流出，通过软管4汇集到集水管3内，最后进入制冷水机1的进水口，进入下一个循环，即使系统中的冷却液循环流动，冷却锂离子电容并均衡温度；锂离子电容在工作的时候充放电产生热量，通过锂离子电容的一个面与冷板接触传热，将其产生的热量传到冷却液，从而达到冷却的效果。

b、当锂离子电容温度高于45℃时，启动制冷水机1的压缩机，对冷却液进行降温；

c、检测环境温度，当环境温度≤30℃时，由电池管理系统控制压缩机和循环泵，调节制冷水机1的供水温度为30℃，可以使锂离子电容工作温度为30℃以上，有较低的内阻和最大的容量，处于效率最高的状态。

当环境温度大于30℃时，冷却水温为环境温度，即室温。可避免结露，并同时限制其温升满足其冷却的需求；

以上锂离子电容温度、环境温度的检测，以及制冷水机1的压缩机、循环泵的启动与关闭均由电池管理系统控制。

通过以上控制，可使电池包工作在安全、高效的温度段。

Claims (8)

1.一种锂离子电容水冷循环系统，其特征在于：该系统包括水冷模组和制冷水机；所述水冷模组包括水冷板，水冷板呈蛇形来回绕行于锂离子电容之间，水冷模组还包括用于检测环境温度以及锂离子电容温度、并对制冷水机的供水温度进行调节控制的电池管理系统；水冷模组通过集水管连接到制冷水机的进水口，制冷水机的出水口通过分水管连接水冷模组；在集水管或分水管上且位于系统最高处还设置有膨胀水箱。

2.根据权利要求1所述锂离子电容水冷循环系统，其特征在于：所述水冷板为扁平状的管带，在管带的两端设置有带水嘴的端头，管带内部设有两端连通水嘴的冷却流道。

3.根据权利要求2所述锂离子电容水冷循环系统，其特征在于：所述集水管和分水管通过连接软管连接水嘴。

4.根据权利要求2或3所述锂离子电容水冷循环系统，其特征在于：每个所述端头上均设置有两个水嘴，所述冷却流道有两个，每个冷却流道均在各自的两端连通一个水嘴，每个端头上的水嘴一个连接集水管，另一个连接分水管。

5.根据权利要求4所述锂离子电容水冷循环系统，其特征在于：所述管带内设置有若干条孔道，所述端头为中空结构，中部设置有隔板，将孔道分为两个独立的冷却流道。

6.根据权利要求1所述锂离子电容水冷循环系统，其特征在于：所述集水管或分水管上且位于系统最低处设置有放水阀。

7.根据权利要求1所述锂离子电容水冷循环系统，其特征在于：所述水冷模组有若干个，进出制冷水机并经过每个水冷模组中的水冷板的水流路径长度相等。

8.根据权利要求1所述锂离子电容水冷循环系统，其特征在于：所述锂离子电容为方形锂离子电容，矩阵排列后至少有一个大面接触与水冷板接触。