CN212230578U - 内均温外散热的储能模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种内均温外散热的储能模组，包括电池模组，内均温外散热的储能模组包括内循环系统和外循环系统。内循环系统包括覆盖于电池模组的至少其中一侧的热端均温板以吸收电池模组的热量，外循环系统包括冷却装置，外循环系统设于内循环系统的一侧以将内循环系统从电池模组吸收的热量吸收，并且通过冷却装置散发出去。

Description

内均温外散热的储能模组

技术领域

本实用新型涉及电池储能技术领域，尤其是一种内均温外散热的储能模组。

背景技术

电池储能技术具有调峰调频、改善配电质量、平滑可再生能源发电波动等功能，对完善传统电网和高效利用新能源都具有非常重要的作用，应用越来越广泛。

在电池储能系统中，大量的电池紧密排列在一个空间内，并且运行工况复杂多变，时而高倍率，时而低倍率，这容易造成产热不均匀、温度分布不均匀、电池间温差较大等问题。而温度对电池各方面性能都有很大的影响，温度过高和温差过大都不利于电池性能的发挥，长此以往，必然会导致部分电池的充放电性能、容量和寿命等下降，从而影响整个电池储能系统的性能，严重时会发生热失控，造成事故。

并且近年来，为适应商业化储能的需求，电池储能系统正在向大容量化、高倍率化以及梯次利用等方向发展，电池储能系统的发热量也越来越大。当前电池储能系统的一大技术难点就是让在一定空间内的大量电池工作在合适的温度区间内，并且温度分布较为均匀。而现有的电池储能系统大多利用空调调节过道内的空气温度，从而电池模组和过道内的空气进行热交换，即由过道内的空气冷却电池模组。但是由于过道内的空气无法及时冷却远离过道的电池，易造成温度分布不均匀、电池模组间温差较大等问题，严重影响储能系统的性能和寿命。此外，空气的冷却速度慢，当部分电池模组温度快速升高有热失控风险时，空气无法快速及时冷却电池模组。因此，现有的解决方案已无法满足未来电池储能系统的热管理需求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种让电池内均温外散热的储能模组，以解决温度分布不均匀、电池间温差较大的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供的一种内均温外散热的储能模组，包括电池模组，内均温外散热的储能模组包括内循环系统和外循环系统。内循环系统包括覆盖于电池模组的至少其中一侧的热端均温板以吸收并且均匀电池模组的热量，外循环系统包括冷却装置，外循环系统设于内循环系统的一侧以将内循环系统从电池模组吸收的热量吸收，并且通过冷却装置散发出去。

可选的，内均温外散热的储能模组还包括冷端散热板，外循环系统设于内循环系统的一侧并且外循环系统和内循环系统通过冷端散热板连接。

可选的，内循环系统包括内侧流道，外循环系统包括外侧流道，内侧流道和外侧流道均设于冷端散热板内部，内侧流道和外侧流道均成斜网格布置。

可选的，内侧流道和外侧流道均倾斜设置。

可选的，内循环系统还包括出气管、出液管、集液器及蛇形管，集液器的入口通过出液管和冷端散热板的内侧流道连通，集液器的出口通过蛇形管和热端均温板连通。

可选的，热端均温板内部设有至少一个流道，每一个流道内均填充有冷媒，流道的两端分别和内侧流道的两端连通。

可选的，每一个流道包括至少一个冷媒吸热相变池，至少一个冷媒吸热相变池具有一个高位端口和一个低位端口，高位端口和低位端口分别和内侧流道的两端连通。

可选的，每一个流道还包括分液腔、至少一条分液支路、至少一条出气支路以及集气腔，分液腔的入口和内侧流道的一端连通，分液腔的出口和每一条分液支路连通，每一个冷媒吸热相变池的低位端口和其中一条分液支路连通，每一个冷媒吸热相变池的高位端口和其中一条出气支路连通，每一条出气支路和集气腔均相连通，集气腔的出口和内侧流道的另一端连通。

可选的，出气支路和分液支路相互垂直设置。

可选的，每一条分液支路和多个低位端口连通，每一条出气支路上和多个高位端口连通。

综上，本实用新型的内均温外散热的模块化储能模组通过设置内循环系统，使电池模组的热量均匀分布并且通过设置外循环系统从而将热量散发出去，以解决电池模组的温度分布不均匀、电池间温差较大的问题。

附图说明

图1是本实用新型中的实施例提供的内均温外散热的模块化储能模组的示意图；

图2是本实用新型中的实施例提供的热端均温板内部流道示意图及局部放大图；

图3依次是本实用新型中的实施例提供的冷端散热板内部流道的正视图，内侧流道的俯视图及外侧流道的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型中附图中所示的方向均代表了流动方向。

请参考图1和图3。本实用新型的实施例提供了一种内均温外散热的模块化储能模组，模块化储能模组包括电池模组，内均温外散热的储能模组包括内循环系统20和外循环系统10。内循环系统20包括覆盖于电池模组的至少其中一侧的热端均温板以吸收并且均分电池模组的热量，外循环系统10包括冷却装置，外循环系统10设于内循环系统20的一侧以将内循环系统20从电池模组吸收的热量吸收，并且通过冷却装置散发出去。

本实用新型中的内均温外散热的模块化储能模组通过设置内循环系统20，使电池模组的热量均匀分布并且通过设置外循环系统10从而将热量散发出去，以解决电池模组的温度分布不均匀、电池间温差较大的问题。

本实用新型中的电池模组的侧面指的是电池模组的表面积最大的一侧，于本实施例中，电池模组由单排的多个单体电芯排列组成，热端均温板设于电池模组的两侧，热端均温板的宽度方向大于或等于所有单体电芯的宽度之和以保证热端均温板覆盖了每一个单体电芯，更为优选的，本实施例中的热端均温板的宽度比电池模组800宽3mm，于其他实施例中，还可以是2mm、5mm、4mm等任意位于2～5mm范围内的数字。热端均温板的高度大小设置至少能使热端均温板覆盖住电芯的主要反应发热区域，更为优选的，热端均温板的高度大小约等于单体电芯的高度大小，本实施例中的热端均温板的高度比电池模组800少3mm，于其他实施例中，还可以是2mm、5mm、4mm等任意位于2～5mm范围内的数字。

于其他实施例中，单体电芯还可以是多排组合，热端均温板不仅设于电池模组的最外的两侧，还设于排列的相邻的两排单体电芯之间。较为优选的，电池模组800的侧面通过导热材料700和热端均温板600建立热传递途径，通过导热材料700和热端均温板600向外部传导热量；电池模组800底部也设有导热垫900，向箱体100传导一部分热量。热端均温板的600厚度为2～5mm，长度比电池模组800高2～5mm，高度比电芯201少2～5mm。

本实例中的热端均温板厚度为3mm，于其他实施例中，还可以是2mm、5mm、4mm等任意位于2～5mm范围内的数字。

更进一步的，内均温外散热的模块化储能模组还包括箱体100，热端均温板600、出气管1000、冷端散热板1100、出液管200、集液器400以及蛇形管500。热端均温板600、出气管1000、冷端散热板1100、出液管200、集液器400以及蛇形管500组成一个完整的均温散热回路，回路内填充有冷媒300。热端均温板600通过导热材料700从电池模组800吸收热量，热端均温板600内部的液态冷媒吸热蒸发，气态冷媒通过出气管进入冷端散热板，被外部冷却装置冷却液化，液化的冷媒汇集于集液器400，当冷媒液面超过蛇形管500的液面一定值时，发生虹吸式排液，液态冷媒300快速重新回到热端均温板600。由于冷媒300相变吸热量大、相变温度波动小，如此循环往复，既可以将电池模组800各处产生的热量快速传递到外界，又能保证电池模组800各处温度均匀。此外，蛇形管500内留存的液态冷媒300能起到封闭功能，防止气相冷媒300回流。

热端均温板600内部设有流道，流道由分液腔601、分液支路602、U型冷媒吸热相变池603、出气支路604以及集气腔605组成，如图2所示。分液腔601的入口与蛇形管500相连，接收来自集液器400的液态冷媒300，出口与多条分液支路602相连；每条分液支路602的水平段设有多个U型冷媒吸热相变池；U型冷媒吸热相变池603低位端口与分液支路602相连，高位端口与垂直分布的出气支路604相连，各出气支路604于集气腔605下端相连；集气腔体605出口与外部的出气管1000相连，向外排出气相冷媒300。

外部液态冷媒300从集液器400流入分液腔601，经分液支路602流入每个U型冷媒吸热相变池603；液态冷媒在U型冷媒吸热相变池603中吸收来自电池模组800的热量发生相变，由液变气；气态冷媒300经出气支路604，汇集于集气腔605，最后通过出气管1000排出。

U型冷媒吸热相变池603均匀分布于热端均温板600各处，更为优选的，U型冷媒吸热相变池603的U形的中心轴线和单体电芯的中心轴线重合，进一步提高了均温板的均温性能。每处U型冷媒吸热相变池603内液态冷媒300的吸热蒸发量主要和对应点温度高低有关，温度高处，吸热大、蒸发快、降温快，温度低处，吸热小、蒸发慢、降温慢，再者冷媒300吸热相变温度波动小，从而保证整个热端均温板600以及电池模组800各处温度均匀。此外，每个U型冷媒吸热相变池603能存的液态冷媒300量是一样的，这样从分液支路602流入的液态冷媒能够均匀地分配给每一个U型支路603。

随着时间的增加，冷媒可能会逐渐失效，为了解决这一问题，更进一步的，本实用新型中的内均温外散热的模块化储能模组内的冷媒可以更换或补充，集液器400的出口处设有阀门，集液器400还设有排液口和加液口，蛇形管500的靠近热端均温板的一端设有动力源，当需要更换冷媒时，关闭集液器400的出口处的阀门，并且打开排液口，打开动力源给冷媒一个动力使所有的冷媒流向集液器从而从排液口流出。当需要添加冷媒时，打开加液口补充冷媒即可。

冷端散热板1100内部设有内侧流道1101和外侧流道1102，如图3所示。内侧流道1101为斜网格布置，便于均匀分配和冷却气相冷媒300，外侧流道和内侧流道均带有一定的斜度α，并且外侧流道和内侧流道平行。作为优选的，tanα≈高度(H)/宽度(L)，当α的值越接近满足于tanα＝H/L时，才可以保证外侧流道和内侧流道在具有最大的接触面积的情况下，还可以保持一定的倾斜度，便于冷凝的冷媒液滴快速流出，避免让液滴阻碍了气相冷媒和流道壁的换热，换热效率最高；外侧流道1102也成斜网格布置，便于增加内侧流道和外代流道的接触面积，外侧流道的流动方向与内侧流道1101相反，和内侧流道1102形成逆流式换热，换热效率高、均温效果好。

本实施例中的出液管200，集液器400，蛇形管500，热端均温板600，导热材料700，电池模组800，隔热垫890和出气管1000设置在箱体100内部。

本实施例中的热端均温板600为吹胀板，在一种可选的方式中，热端均温板600还可以为埋管式冷板、真空钎焊式冷板、搅拌摩擦焊式冷板、腔体式冷板中的任意一种。

本实施例中的冷端散热板1100为吹胀板，在一种可选的方式中，冷端散热板1100还可以为埋管式冷板、真空钎焊式冷板、搅拌摩擦焊式冷板、腔体式冷板等中的一种。本实例中的冷端散热板1100厚度为3mm，于其他实施例中，还可以是2mm、5mm、4mm等任意位于2～5mm范围内的数字，本实施例中的冷端散热板的宽度比电池模组800宽3mm，于其他实施例中，还可以是2mm、5mm、4mm等任意位于2～5mm范围内的数字，本实施例中的冷端散热板的高度比电池模组800少3mm，于其他实施例中，还可以是2mm、5mm、4mm等任意位于2～5mm范围内的数字。

在一种可选的方式中，电池模组200为锂离子电池模组、铅酸电池模组、镍氢电池模组、超级电容器模组以及燃料电池模组等中的任意一种。

本实施例中的冷媒300为全氟己酮，在一种可选的方式中，冷媒300还可以为R134a、R245fa、R402A、R404A、R405A、R407C、七氟丙烷、全氟己酮、丙酮、乙醇、甲醇等中的一种或多种的组合。冷却媒介均是绝缘的、常压下易挥发的介质，不会造成泄露短路问题，避免了水冷的凝结水问题。另一方面，外部冷却装置只需通过储能模组的冷端散热板就能将电池模组产生的热量带走，无需将风、水、乙二醇水溶液或制冷剂等冷却媒介通入储能模组，这样储能模组就能成为一个封闭的独立模块，外部空气不易进入模组，避免了风冷的积灰问题。在大型储能系统中，本实用新型提供的这种模块化储能模组能以模组为单位与外部冷却装置、电回路等进行快速连接和分离，维护安装非常方便。

在一种可选的方式中，外部冷却装置1200为空调、蒸汽压缩式制冷组、吸收式制冷组、吸附式制冷组、喷射式制冷组以及二氧化碳制冷机组中的一种或多种。

在一种可选的方式中，导热材料700为导热灌封胶、导热垫片、导热硅脂以及导热凝胶中的一种或多种的组合。

在一种可选的方式中，导热垫900为导热灌封胶、导热垫片、导热硅脂以及导热凝胶中的一种或多种的组合。

在一个可选的方式中，热端均温板上还均匀设有多个温度报警点，当温度超过某个阈值时，发生报警，可用于实时监测电池模组的温度变化，增加安全性。

本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的揭露中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对实用新型的限制。

虽然本实用新型已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟知此技艺者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。

Claims (10)

1.一种内均温外散热的储能模组，包括电池模组，其特征在于，所述内均温外散热的储能模组包括：

内循环系统，包括覆盖于所述电池模组的至少其中一侧的热端均温板以吸收并均匀所述电池模组的热量，

外循环系统，包括冷却装置，所述外循环系统设于所述内循环系统的一侧以将所述内循环系统从所述电池模组吸收的热量吸收，并且通过所述冷却装置散发出去。

2.如权利要求1所述的内均温外散热的储能模组，其特征在于，所述内均温外散热的储能模组还包括冷端散热板，所述外循环系统设于所述内循环系统的一侧并且所述外循环系统和所述内循环系统通过所述冷端散热板连接。

3.如权利要求2所述的内均温外散热的储能模组，其特征在于，所述内循环系统包括内侧流道，所述外循环系统包括外侧流道，所述内侧流道和所述外侧流道均设于所述冷端散热板内部，所述内侧流道和所述外侧流道均成斜网格布置。

4.如权利要求3所述的内均温外散热的储能模组，其特征在于，所述内侧流道和所述外侧流道均倾斜设置。

5.如权利要求3所述的内均温外散热的储能模组，其特征在于，所述内循环系统还包括出气管、出液管、集液器及蛇形管，所述集液器的入口通过所述出液管和所述冷端散热板的内侧流道连通，所述集液器的出口通过所述蛇形管和所述热端均温板连通。

6.如权利要求3至5中任一所述的内均温外散热的储能模组，其特征在于，所述热端均温板内部设有至少一个流道，每一个流道内均填充有冷媒，流道的两端分别和所述内侧流道的两端连通。

7.如权利要求6所述的内均温外散热的储能模组，其特征在于，每一个流道包括至少一个冷媒吸热相变池，所述至少一个冷媒吸热相变池具有一个高位端口和一个低位端口，所述高位端口和所述低位端口分别和所述内侧流道的两端连通。

8.如权利要求7所述的内均温外散热的储能模组，其特征在于，每一个流道还包括分液腔、至少一条分液支路、至少一条出气支路以及集气腔，所述分液腔的入口和所述内侧流道的一端连通，所述分液腔的出口和每一条分液支路连通，每一个冷媒吸热相变池的所述低位端口和其中一条分液支路连通，每一个冷媒吸热相变池的所述高位端口和其中一条出气支路连通，每一条出气支路和所述集气腔均相连通，所述集气腔的出口和所述内侧流道的另一端连通。

9.如权利要求8所述的内均温外散热的储能模组，其特征在于，所述出气支路和分液支路相互垂直设置。

10.如权利要求9所述的内均温外散热的储能模组，其特征在于，所述每一条分液支路和多个低位端口连通，所述每一条出气支路上和多个高位端口连通。

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