CN215070116U - 用于储能电池的组合式冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于储能电池的组合式冷却装置，包括电池箱体、设置于电池箱体内的多个液冷式电池模组单元以及用于对多个液冷式电池模组单元进行风冷散热的风冷单元；液冷式电池模组单元包括由多个单体电池排列形成的电池模组、用于对各单体电池进行冷却的环绕式液冷管道组件以及分别设置于电池模组上下两侧的多孔板，环绕式液冷管道组件具有多个沿单体电池长度方向并排排列的液冷管道；风冷单元用于将电池箱体外界的冷却风引入并流经液冷式电池模组单元，对其进行风冷散热。与现有技术相比，本实用新型通过将高效的液冷系统与优化的风冷系统结合，实现储能电池的高效散热。

Description

用于储能电池的组合式冷却装置

技术领域

本实用新型涉及锂电池的热管理技术领域，尤其是涉及一种用于储能电池的组合式冷却装置。

背景技术

锂电池组使用过程中，各种电化学变化和物理变化导致产生大量的热量，而如果这些热量得不到很好的散发或形成局部挤压，会影响电池容量、电池内阻、电压平台以及影响电池使用寿命，更与电池系统的安全息息相关，特别是在温度超过使用范围极限后，电池内部会发生多种不可逆反应。比如：电解液的分解反应，正极的分解并与电解液反应，负极的分解并与电解液反应。这些反应会在短时间内制作大量热能，并产生一定量的气体，使得电池内压急剧上升，极端情况会发生爆炸、起火。所以加强储能电站中电池组的热管理非常重要，通过热管理我们可以准确测量单体电池或模块的温度。通常情况下，当单体电池或模块工作并产生热力时，利用各种传热介质进行有效散热。在低温环境下，还需要使用外部能量转换成热能使得单体电池或模组工作在合适的温度范围，这类情况在系统启动时尤为重要。通过热管理还可以营造均匀的工作环境温度场，避免外部因素或内部产热积压等形成区域不均衡，防止电池系统出现热失控现象。

但是，现有研究主要集中在动力电池系统上，驾驶工况中的电池热管理做得较为成熟，但在储能工况中，热管理的设计较为单一。空气冷却，也就是常说的风冷，是利用流动的空气来降低电池温度，主要有自然冷却和强制冷却两种途径。目前在储能工况中，主要还是以空调强制风冷为主，储能电站中空调已经成为标配，采用空气冷却的电池组结构相比于其它要简单很多，故成本比较低。但是，一方面空气的冷却系数较小，另外当电池的排列密度比较大时，电池组的散热性会变差，所以仅仅靠单一的强制风冷系统并不一定满足热安全性要求。相比于空冷，液冷技术使用得更加灵活，可以将电池直接浸没在冷液中，还可以在电池组内部设计冷却通道，在底部装以冷却板等。液体冷却的效率很高，还可以保持整个电池组温度的一致，所以目前热管理领域内在这一方面上的研究非常多。但是，液冷系统的结构设计比较复杂，既需要考虑电池的布置问题，即散热效果；还需要考虑系统的安全性问题，因为一旦冷却液发生泄漏等问题，轻则影响电池工作和寿命，重则引发严重的安全事故。因此，液冷系统的设计成本和经济成本都比较高。所以储能工况中液冷和相变材料冷却的研究较少，尤其后者。再进一步考虑到经济性以及安全性需要，相变材料冷却在现阶段应用较为困难，但在选取合适的冷却液基础上，设计出高效简洁的液冷系统，并和优化后的风冷系统相组合，是完全可行的。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于储能电池的组合式冷却装置。通过将高效的液冷系统与优化的风冷系统结合，实现储能电池的高效散热。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于储能电池的组合式冷却装置，其特征在于，包括：电池箱体、设置于电池箱体内的多个液冷式电池模组单元以及用于对多个液冷式电池模组单元进行风冷散热的风冷单元；

所述的液冷式电池模组单元包括由多个单体电池排列形成的电池模组、用于对各单体电池进行冷却的环绕式液冷管道组件以及分别设置于电池模组上下两侧的多孔板，所述的环绕式液冷管道组件具有多个沿单体电池长度方向并排排列的液冷管道，

所述的风冷单元用于将电池箱体外界的冷却风引入并流经液冷式电池模组单元，对其进行风冷散热。

作为本实用新型优选的技术方案，所述的电池模组包括多排呈叉排排布的单体电池，各单体电池间隔有空隙，所述的环绕式液冷管道组件呈S型走向沿相邻两排单体电池之间的空隙将各排单体电池包围。

作为本实用新型优选的技术方案，所述的环绕式液冷管道组件的走向与其所经过的单体电池的外侧形状相匹配，覆盖于单体电池外侧的部分表面。

作为本实用新型优选的技术方案，所述的多孔板具有与电池模组的单体电池端部形状相匹配的镂空孔，且每排单体电池相邻两个镂空孔之间设有用于通过冷却风的透风孔。

作为本实用新型优选的技术方案：

所述的环绕式液冷管道组件的两端分别连接有导流板，所述的导流板上设有冷却液进出口；

两个多孔板在电池模组的外侧设有支撑柱。

作为本实用新型优选的技术方案，所述的风冷单元包括设置于电池箱体上的散热风入口和散热风出口、以及分别用于承托各液冷式电池模组单元的散热底板件；

所述的散热风入口和散热风出口设置于电池箱体上两个相对布置的侧面上，所述的散热风出口处设有出口风扇；

多个液冷式电池模组单元在散热风入口和散热风出口之间依次排列，且相邻两个液冷式电池模组单元之间设有间隔，且各液冷式电池模组单元与电池箱体的底部和顶部之间均设有间隔。

作为本实用新型优选的技术方案，所述的散热底板件设有散热孔，用于冷却风的流通。

作为本实用新型优选的技术方案，所述的散热底板件的下方设有导风片。

作为本实用新型优选的技术方案，从散热风入口到散热风出口，液冷式电池模组单元的底部高度逐渐降低，并形成高度差；所述的散热底板件靠近散热风入口的一侧设有向上的延伸板，延伸板上设有通风孔。

作为本实用新型优选的技术方案，靠近散热风入口的液冷式电池模组单元与散热风入口之间设有挡板。

与现有技术相比，本实用新型具有有益效果：

本实用新型首先设计了一套管道环绕式液冷系统，通过环绕式液冷管道对单体电池进行冷却，单体电池按预定位置布置在多层管道中间，液冷管道外侧的支撑柱对管道起到固定作用。相比于直接将电池浸没于冷却液中，采用液冷管道环绕的方式进行冷却，安全性更高。而相比于直接使用冷却带，多层的管道布置可以更好的提高散热效果，同时流经各个电池单体的冷却液分布也更加均匀，保证电池模组内电池散热和温度分布的一致性。除此之外，由于多层管道同时泄漏的概率较小，所以安全性也更高。上下两块多孔板上开有楼空孔，方便冷却风流动。同时电池采用叉排排布的方式，进一步增加电池和冷却管道的接触，进一步提高散热效果。

同时，本实用新型对风冷系统进行了优化设计。常见的串行方式中气体从箱体的一侧流入，从另一侧流出，但是先后流经的模块接受的状态不一致，比如温度参数，所以温度一致性较差。本实用新型选用并行方式，将进入箱体的气体分成多个流量相近的支流，此时各个支流的状态一致，这些支流分别流经内部的电池模组单元，气体与电池模组单元之间保持相对一致的温度差，通过相同距离的冷却路径，可以达到散热均匀的目的。为此本实用新型增加一块底板(散热底板件，优选采用钣金件)来分割风道，并用以支撑电芯模块，散并切出多个散热孔(例如可以是矩形孔)，使得冷却风流经这些散热孔。同时避免在距离冷却风入口较近的模组一侧形成死角，形成温度堆积，本实用新型还在钣金件靠近散热风入口的一侧设有向上的延伸板，并在延伸板上设置通风孔。

通过以上的优化设置，在同一模组中的单体电芯温度比优化前更均匀，但不同电池模组之间的差异依然较大，所以本实用新型在入口风道增加挡板。除了在不同电池模组间设置高度差，由于电池模组的长度较长，还可以在钣金件上增加导风片，这样可以使得入口冷却空气可以分成多股支流分别流经电芯外侧表面。

附图说明

图1为本实用新型用于储能电池的组合式冷却装置的结构示意图。

图2为本实用新型液冷式电池模组单元的分解示意图。

图3为本实用新型环绕式液冷管道组件与电池模组的结构示意图。

图4为本实用新型环绕式液冷管道组件与电池模组的俯视结构示意图。

图5为本实用新型一种情况下多孔板的俯视结构示意图。

图6为本实用新型另一种情况下多孔板的俯视结构示意图。

图7为本实用新型散热底板件的结构示意图。

图中：

1为电池箱体；

2为液冷式电池模组单元，21为电池模组，211为单体电池，22为环绕式液冷管道组件，221为液冷管道，23为多孔板，231为镂空孔，232为透风孔，24为导流板，25为冷却液进出口，26为支撑柱；

31为散热风入口，32为散热风出口，33为散热底板件，331为散热孔，332 为延伸板，333为通风孔，34为挡板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例1

一种用于储能电池的组合式冷却装置，如图1～2所示，包括电池箱体1、设置于电池箱体1内的多个液冷式电池模组单元2以及用于对多个液冷式电池模组单元 2进行风冷散热的风冷单元；液冷式电池模组单元2包括由多个单体电池211排列形成的电池模组21、用于对各单体电池211进行冷却的环绕式液冷管道组件22以及分别设置于电池模组21上下两侧的多孔板23，环绕式液冷管道组件22具有多个沿单体电池211长度方向并排排列的液冷管道221；风冷单元用于将电池箱体1 外界的冷却风引入并流经液冷式电池模组单元2，对其进行风冷散热。

更具体地：

如图2～4所示，电池模组21优选包括多排呈叉排排布的单体电池211，如图3 所示，本实施例中，电池模组21优选包括10排单体电池211，每排具有6个单体电池。各单体电池211间隔有空隙，环绕式液冷管道组件22呈S型走向沿相邻两排单体电池211之间的空隙将各排单体电池211包围。如图3和4进一步优选环绕式液冷管道组件22的走向与其所经过的单体电池211的外侧形状相匹配，覆盖于单体电池211外侧的部分表面，提升了冷却效果。本实例中，进一步优选多孔板 23具有与电池模组21的单体电池211端部形状相匹配的镂空孔231，且每排单体电池211相邻两个镂空孔231之间设有用于通过冷却风的透风孔232。透风孔232 可以采用小孔的形式(如图5中示意出部分小孔)，也可以采用直接将两个镂空孔231相连通的形式(如图6所示的结构)更进一步优选环绕式液冷管道组件22的两端分别连接有导流板24，导流板24上设有冷却液进出口25，冷却液从冷却液进出口25进出环绕式液冷管道组件22，实现对单体电池的液冷。更进一步优选两个多孔板23在电池模组21的外侧设有起到支撑作用的支撑柱26。

如图1和图7所示，风冷单元包括设置于电池箱体上的散热风入口31和散热风出口32、以及分别用于承托各液冷式电池模组单元2的散热底板件33；散热风入口31和散热风出口32设置于电池箱体1上两个相对布置的侧面上，散热风出口 32处设有出口风扇；多个液冷式电池模组单元2在散热风入口31和散热风出口32 之间依次排列，且相邻两个液冷式电池模组单元2之间设有间隔，且各液冷式电池模组单元2与电池箱体1的底部和顶部之间均设有间隔(例如图1中，最靠近散热风入口31的一个液冷式电池模组单元2与电池箱体1底部之间具有高度为H的风通高度)。本实施例中，优选散热底板件33设有散热孔331，用于冷却风的流通。散热底板件33的下方设有导风片，这样可以使得入口冷却空气可以分成多股支流分别流经电芯模块外侧表面。从散热风入口31到散热风出口32，液冷式电池模组单元2的底部高度逐渐降低，并形成高度差；散热底板件33靠近散热风入口31 的一侧设有向上的延伸板332，延伸板332上设有通风孔333。靠近散热风入口31 的液冷式电池模组单元2与散热风入口31之间设有挡板34，以避免不同电池模组之间出现温度差异较大的情况。进一步优选冷却风经由散热风入口31进入电池箱体1后，再分别经由散热底板件33通过多个液冷式电池模组单元2，并经电池箱体1顶部通向散热风出口32，实现风冷散热。

本实施例将电池模组21放置于设计好的环绕式液冷管道组件22中，如图2 所示，单体电池211按预定位置布置在多层液冷管道221中间(单体电池211和液冷管道221的布置方式如图3所示)，液冷管道221外侧的支撑柱26对液冷管道 221起到固定作用。相比于冷却带，多层的液冷管道221布置可以更好的提高散热效果，同时流经各个电池单体211的冷却液分布也更加均匀，保证电池模组21内电池散热和温度分布的一致性。在使用时，冷却液通过冷却液进出口25进出冷却系统，在导流板24的作用下，均匀流至液冷管道221，电池模组21侧面的支撑柱 26为布置的液冷管道221提供支撑，起到固定作用。上下端的两块多孔板23进一步增强对电池模组21的固定。同时对电池模组21采用叉排排布的方式，其排布关系如图3和4所示，此举意在进一步增加电池模组21和液冷管道221的接触，提高散热效果。上下两块多孔板23上开有许多透风孔，如图5和图6所示，方便冷却风流经各单体电池211。出于安全性考虑，整个电池箱体1内的电池单体分成多个电池模组21，每个电池模组21按照上述液冷布置方式进行布置。在布置上述液冷系统的基础上，再对风冷系统进行优化。在各液冷式电池模组单元2底部增加一块散热底板件33(优选采用钣金件)，如图1所示，来分割风道，并用以支撑液冷式电池模组单元2。钣金件上切出了多块的矩形孔作为散热孔331，增加流经电池单体211的冷却风，还在钣金件朝向散热入风口332的一侧增加通风口333，以防止在距离散热风入口较近的电池模组一侧形成死角而造成温度堆积。由于冷热风的性质不一，故而散热风进风风道设置在低的位置，散热风排风风道设置在高的位置。此时的风冷系统可以按照图1来理解，正常空气或空调风从散热风入口31进入电池箱体1，布置于液冷式电池模组单元2中的各电池模组放置在电池箱体1内的散热底板件33上，散热底板件33为电池模组提供支撑，并与电池箱体1底部留有一定高度差，便于冷却风从开有的矩形孔流入电池模组。同时在散热底板件33上加装导风片，控制入口冷却空气分成多股支流分别流经电池模块外侧表面。风通高度 H要根据实际情况进行调整，保证电池模组和电池箱体1上部仍留有一定间隙。最后冷却风通过出口风扇排出电池箱体1。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于储能电池的组合式冷却装置，其特征在于，包括：电池箱体(1)、设置于电池箱体(1)内的多个液冷式电池模组单元(2)以及用于对多个液冷式电池模组单元(2)进行风冷散热的风冷单元；

所述的液冷式电池模组单元(2)包括由多个单体电池(211)排列形成的电池模组(21)、用于对各单体电池(211)进行冷却的环绕式液冷管道组件(22)以及分别设置于电池模组(21)上下两侧的多孔板(23)，所述的环绕式液冷管道组件(22)具有多个沿单体电池(211)长度方向并排排列的液冷管道(221)，

所述的风冷单元用于将电池箱体(1)外界的冷却风引入并流经液冷式电池模组单元(2)，对其进行风冷散热。

2.根据权利要求1所述的用于储能电池的组合式冷却装置，其特征在于，所述的电池模组(21)包括多排呈叉排排布的单体电池(211)，各单体电池(211)间隔有空隙，所述的环绕式液冷管道组件(22)呈S型走向沿相邻两排单体电池(211)之间的空隙将各排单体电池(211)包围。

3.根据权利要求2所述的用于储能电池的组合式冷却装置，其特征在于，所述的环绕式液冷管道组件(22)的走向与其所经过的单体电池(211)的外侧形状相匹配，覆盖于单体电池(211)外侧的部分表面。

4.根据权利要求2所述的用于储能电池的组合式冷却装置，其特征在于，所述的多孔板(23)具有与电池模组(21)的单体电池(211)端部形状相匹配的镂空孔(231)，且每排单体电池(211)相邻两个镂空孔(231)之间设有用于通过冷却风的透风孔(232)。

5.根据权利要求1所述的用于储能电池的组合式冷却装置，其特征在于：

所述的环绕式液冷管道组件(22)的两端分别连接有导流板(24)，所述的导流板(24)上设有冷却液进出口(25)；

两个多孔板(23)在电池模组(21)的外侧设有支撑柱(26)。

6.根据权利要求1所述的用于储能电池的组合式冷却装置，其特征在于，所述的风冷单元包括设置于电池箱体上的散热风入口(31)和散热风出口(32)、以及分别用于承托各液冷式电池模组单元(2)的散热底板件(33)；

所述的散热风入口(31)和散热风出口(32)设置于电池箱体(1)上两个相对布置的侧面上，所述的散热风出口(32)处设有出口风扇；

多个液冷式电池模组单元(2)在散热风入口(31)和散热风出口(32)之间依次排列，且相邻两个液冷式电池模组单元(2)之间设有间隔，且各液冷式电池模组单元(2)与电池箱体(1)的底部和顶部之间均设有间隔。

7.根据权利要求6所述的用于储能电池的组合式冷却装置，其特征在于，所述的散热底板件(33)设有散热孔(331)，用于冷却风的流通。

8.根据权利要求6或7所述的用于储能电池的组合式冷却装置，其特征在于，所述的散热底板件(33)的下方设有导风片。

9.根据权利要求6所述的用于储能电池的组合式冷却装置，其特征在于，从散热风入口(31)到散热风出口(32)，液冷式电池模组单元(2)的底部高度逐渐降低，并形成高度差；所述的散热底板件(33)靠近散热风入口(31)的一侧设有向上的延伸板(332)，延伸板(332)上设有通风孔(333)。

10.根据权利要求6所述的用于储能电池的组合式冷却装置，其特征在于，靠近散热风入口(31)的液冷式电池模组单元(2)与散热风入口(31)之间设有挡板(34)。

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