CN209626376U - 一种锂离子电池组的温度管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂离子电池组的温度管理系统，采用带有冷却板片的锂离子电池箱体并以超临界二氧化碳作为冷却介质，利用超临界二氧化碳在拟临界的相变特征实现对宽工况条件下锂离子电池组的冷却，冷却效果好且均匀；此外，还可以利用二氧化碳的惰性和将超临界二氧化碳节流到常压产生的低温气液两相流体对事故工况下的锂离子电池进行冷却和灭火。

Description

一种锂离子电池组的温度管理系统

技术领域

本实用新型属于锂离子电池的管理技术领域，具体涉及一种锂离子电池组的温度管理系统。

背景技术

化石能源是有限的，终将有枯竭的一天，而且化石能源在利用过程中会排放大量的污染物和温室气体，导致环境和气候的恶化。当前世界主要国家都在大力发展可再生能源，希望用可再生能源替代化石能源。我国政府也实施了各种政策促进可再生能源的发展，近几年来，我国风电和光伏的装机容量和发电量迅猛增长，在能源结构中的比重不断增加。以风能和光伏为代表的可再生能源间歇性和周期性强，无法持续提供能源输出，因此需要储能系统进行削峰填谷。

在现有的储能系统中，电化学储能系统是除了抽水蓄能以外最具发展前景的储能方式，而在电化学储能系统中最有活力的是锂离子电池，表现出了极强的市场竞争力。但是从锂离子电池在大规模储能系统中应用的表现来看，安全问题成为锂离子电池进一步推广应用的障碍。这是因为锂离子电池对工作温度和状态极为敏感，在超出一定的温度范围工作时容易发生着火甚至爆炸。

目前锂离子电池系统都配有电池温度管理系统，采用的控制电池温度的介质主要有：空气、水和相变材料。空气管理系统布置方便，成本低廉，缺点是传热效果相对较差，温度控制不均匀。水管理系统较为复杂，温度控制效果好，但是在寒冷环境中有凝固结冰的可能性，而且漏水也导致一些问题发生。相变材料系统，布置比较方便，但是相变材料导热系数低，且在持续使用中容易达到上限，例如在冷却电池过程中，当相变材料全部融化后，没有进一步的措施可以阻止电池温度继续升高。

发明内容

本实用新型的目的在于解决传统锂离子电池温度管理系统所存在的不足，提供一种新型的锂离子电池组的温度管理系统，实现锂离子电池组的高效、安全、灵活的温度管理。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种锂离子电池组的温度管理系统，包括锂离子电池箱体1、冷却工质回路6和散热工质回路3；

所述锂离子电池箱体1包括由底板12、背板13、前板和上盖围成的空腔，垂直于底板12、均匀设置在空腔内的多个冷却板片11；冷却板片11中有冷却工质的槽道14；背板13上有冷却工质进口集箱10和冷却工质出口集箱9，冷却工质进口集箱10和冷却工质出口集箱9与每个冷却板片11中的槽道14相连通；每个冷却板片11与锂离子电池组的每个锂离子电池单体紧密接触，以将锂离子发出的热量带走；

所述冷却工质回路6通过管道与冷却工质进口集箱10和冷却工质出口集箱9连通，管道上设置有工质冷却器4和压缩机5，管道连通工质冷却器4的冷却工质进口和出口；所述冷却工质回路6中所用的锂离子电池冷却工质为超临界二氧化碳；

所述散热工质回路3由管路、冷却装置2和工质冷却器4组成，冷却装置2的进口和出口分别连通工质冷却器4散热工质出口和进口。

所述冷却工质回路6中设置有冷却工质排放管路8，冷却工质排放管路8上设置有排放阀门7。

所述冷却板片11由两块板片合并而成，其中一块板片上用蚀刻的方法形成流体槽道14，然后与另一块未蚀刻流体槽道14的板片通过扩散连接的方法制成一体式板片。

所述散热工质回路3中的冷却装置2为冷却塔或制冷机。

所述的一种锂离子电池组的温度管理系统的工作方法，冷却工质回路6采用压缩机5控制冷却用超临界二氧化碳的压力保持在7.4～8MPa，控制工质冷却器4出口的超临界二氧化碳温度在15～35℃；工质冷却器4出口的超临界二氧化碳进入锂离子电池箱体1的冷却工质进口集箱10，然后通过冷却工质进口集箱10再流入各个冷却板片11；由于冷却板片11与锂离子电池组的每个锂离子电池单体紧密接触，这时锂离子电池组发出的热量就通过冷却板片11传递给冷却工质，吸收热量后的冷却工质汇集到冷却工质出口集箱9，然后通过管道流向压缩机5；当超临界二氧化碳的压力在7.4～8MPa时，拟临界温度的范围在30～40℃之间，超临界二氧化碳在拟临界点会表现出类似相变过程的特征，即比热变大，传热能力迅速增强；当锂离子电池组发生异常，释放过多的热量时，超临界二氧化碳流体因具有拟临界点的相变特征能够将热量全部带走，且保持锂离子电池组温度不继续升高；此外，压缩机5能够根据需要灵活调节冷却工质的流量，改变冷却工质的冷却能力；

锂离子电池箱体上设置有冷却工质排放管路8，冷却工质排放管路8上设置有排放阀门7，能够在紧急情况下将二氧化碳工质喷向锂离子电池组，起到隔绝氧气和强力冷却的作用；因为将高压的超临界二氧化碳释放到常压的空气中，二氧化碳在绝热膨胀的作用下会进入两相区，呈现低温气液两相状态，低温的液态二氧化碳喷到锂离子电池组上能够强力冷却锂离子电池组，且不会对锂离子电池组造成化学性伤害。

本实用新型具有以下有益效果：在锂离子电池箱中的每块电池之间设置一块冷却板，冷却板片中有超临界二氧化碳工质流过。通过调整超临界二氧化碳的压力，可以实现二氧化碳的拟临界温度与锂离子电池的最佳工作温度一致，且此状态下的超临界二氧化碳的传热性能极佳，因此能迅速将锂离子发出的热量带走。因此，无论电池在何种恶劣的工况下工作，本实用新型都可以使锂离子电池组处于最佳的工作温度范围内且实现锂离子电池组内部较为均匀的温度分布。此外，即使锂离子电池组发生超温、着火或爆炸事故，本实用新型可向锂离子电池组喷射二氧化碳工质，由于二氧化碳工质从超临界压力下膨胀到常压状态时，温度会大幅度降低，温度降低后的二氧化碳喷射到锂离子电池组上能够起到快速冷却锂离子电池组的功能。二氧化碳是惰性气体，锂离子电池组内充斥着二氧化碳能够隔绝电池内部可燃物质与氧气的接触，从而起到抑制燃烧的作用，防止事故的进一步扩大。

附图说明

图1为本实用新型锂离子电池组的温度管理系统的示意图。

图2为金属锂离子电池箱体结构的示意图。

图3为冷却板片的流道的示意图。

其中，1为锂离子电池箱体、2为冷却装置、3为散热工质回路、4为工质冷却器、5为压缩机、6为冷却工质回路、7为排气阀门、8为冷却工质排放管路、9为冷却工质出口集箱、10为冷却工质进口集箱、11为冷却板片、12为底板、13为背板、14为槽道。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

如图1所示，本实施例所述的一种锂离子电池组的温度管理系统，包括锂离子电池箱体1、冷却工质回路6和散热工质回路3。冷却工质回路6由工质冷却器4、压缩机5及管路组成，散热工质回路3由冷却塔2、冷却工质换热器4及管路组成。冷却工质排放管路8与冷却工质出口集箱9或冷却工质进口集箱10相连，冷却工质排放管路8上安装有排气阀门7。

如图2所示，锂离子电池箱体1内设置有冷却板片11，冷却板片11内设置有供冷却介质流通的槽道14，该槽道14与冷却工质进口集箱10和冷却工质出口集箱9相连。

如图3所示，冷却板片11由2块板片通过扩散焊接的方式一体化成形，其中一块板片上用化学蚀刻的方法刻出流体槽道14。

本实用新型的具体工作方法为：

锂离子电池适宜的工作温度大致在0～40℃，在超出这个温度范围工作时，锂离子电池的性能就会下降。本实用新型中，冷却工质回路6中采用超临界二氧化碳作为冷却工质。冷却工质回路6采用压缩机5控制冷却用超临界二氧化碳的压力保持在7.4～8MPa，控制工质冷却器4出口的超临界二氧化碳温度在15～35℃。工质冷却器4出口的超临界二氧化碳进入金属锂离子电池箱体1的冷却工质进口集箱10，然后通过冷却工质进口集箱10再流入各个冷却板片11。由于冷却板片11与锂离子电池组的每个锂离子电池单体紧密接触，这时锂离子电池组发出的热量就通过冷却板片11传递给冷却工质，吸收热量后的冷却工质汇集到冷却工质出口集箱9，然后通过管道流向压缩机5。当超临界二氧化碳的压力在7.4～8MPa时，拟临界温度的范围在30～40℃之间，超临界二氧化碳在拟临界点会表现出类似相变过程的特征，即比热变得非常大，传热能力迅速增强。当锂离子电池组发生异常，释放过多的热量时，超临界二氧化碳流体因具有拟临界点的相变特征能够将热量全部带走，且保持锂离子电池组温度不继续升高。此外，压缩机5能够根据需要灵活调节冷却工质的流量，改变冷却工质的冷却能力。

锂离子电池箱体上设置有冷却工质排放管路8，冷却工质排放管路8上设置有排放阀门7，能够在紧急情况下将二氧化碳工质喷向锂离子电池组，起到隔绝氧气和强力冷却的作用。因为将高压的超临界二氧化碳释放到常压的空气中，二氧化碳在绝热膨胀的作用下会进入两相区，呈现低温气液两相状态，低温的液态二氧化碳喷到锂离子电池组上能够强力冷却锂离子电池组，且不会对锂离子电池组造成化学性伤害。

Claims (4)

1.一种锂离子电池组的温度管理系统，其特征在于：包括锂离子电池箱体(1)、冷却工质回路(6)和散热工质回路(3)；

所述锂离子电池箱体(1)包括由底板(12)、背板(13)、前板和上盖围成的空腔，垂直于底板(12)、均匀设置在空腔内的多个冷却板片(11)；冷却板片(11)中有冷却工质的槽道(14)；背板(13)上有冷却工质进口集箱(10)和冷却工质出口集箱(9)，冷却工质进口集箱(10)和冷却工质出口集箱(9)与每个冷却板片(11)中的槽道(14)相连通；每个冷却板片(11)与锂离子电池组的每个锂离子电池单体紧密接触，以将锂离子发出的热量带走；

所述冷却工质回路(6)通过管道与冷却工质进口集箱(10)和冷却工质出口集箱(9)连通，管道上设置有工质冷却器(4)和压缩机(5)，管道连通工质冷却器(4)的冷却工质进口和出口；所述冷却工质回路(6)中所用的锂离子电池冷却工质为超临界二氧化碳；

所述散热工质回路(3)由管路、冷却装置(2)和工质冷却器(4)组成，冷却装置(2)的进口和出口分别连通工质冷却器(4)散热工质出口和进口。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池组的温度管理系统，其特征在于：所述冷却工质回路(6)中设置有冷却工质排放管路(8)，冷却工质排放管路(8)上设置有排放阀门(7)。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池组的温度管理系统，其特征在于：所述冷却板片(11)由两块板片合并而成，其中一块板片上用蚀刻的方法形成流体槽道(14)，然后与另一块未蚀刻流体槽道(14)的板片通过扩散连接的方法制成一体式板片。

4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池组的温度管理系统，其特征在于：所述散热工质回路(3)中的冷却装置(2)为冷却塔或制冷机。