CN216054908U - 一种电池储能系统的浸没式换热系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种电池储能系统的浸没式换热系统，包括冷却液循环回路以及若干冷媒‑冷冻水换热单元，所述冷却液循环回路包括通过管道连接的电池箱、集液箱、第一冷却液泵和外部换热装置，所述冷却液循环回路内具有可循环流动的冷却液，若干所述冷媒‑冷冻水换热单元分别连接所述外部换热装置，所述换热系统正常工作时仅有一个冷媒‑冷冻水换热单元参与换热。本实用新型通过在外部换热装置上连接若干冷媒‑冷冻水换热单元，当参与换热的冷媒‑冷冻水换热单元出现故障时，可切换另一冷媒‑冷冻水换热单元参与换热并对出现故障的冷媒‑冷冻水换热单元进行检修，从而避免保证换热系统不因冷媒‑冷冻水换热单元发生单点故障而中断。

Description

一种电池储能系统的浸没式换热系统
技术领域
本实用新型涉及电池储能系统换热技术领域，尤其涉及一种电池储能系统的浸没式换热系统。
背景技术
电池储能系统是通过电池将电能转化为化学能的形式储存，需电时电池再将化学能转化为电能。电池储能系统的储能电池组在充放电过程中会产生热量，如果不及时将热量及时撤走，会造成热量的积累，会影响电池的寿命和性能。同时，储能电池组在使用过程中也容易因内部或外部原因导致热失控引起火灾和爆燃，造成财产损失和人身伤害。而当温度过低时，储能电池组的充放电效率会受到影响甚至是无法启动。因此，在电池储能系统的使用过程中，需要对储能电池组进行换热以使得其能够在合适的温度下进行工作。
目前，储能电池组的换热主要是采用空气强制对流冷却或采用导热管、导热板间接传热的方式进行的，前者由于空气的比热小，存在着散热效率低和额外功耗大的缺点，并且其对空气的洁净度有一定的要求，而后者由于电池与散热介质之间不接触，存在着热阻及冷却不均匀的问题，并且其冷却回路排布复杂，占用空间大。
另外，现有储能电池组的换热系统还存在着稳定性较差的问题，这使得储能电池组的安全性也相对较差。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：提供一种电池储能系统的浸没式换热系统，其采用液体工质与储能电池组进行换热，换热效率高且工作稳定可靠，能够有效提升储能电池组的安全性。
为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种电池储能系统的浸没式换热系统，包括冷却液循环回路以及若干冷媒-冷冻水换热单元，所述冷却液循环回路包括通过管道连接的电池箱、集液箱、第一冷却液泵和外部换热装置，所述冷却液循环回路内具有可循环流动的冷却液，所述冷却液绝缘且难燃或不燃，所述电池箱内安装有若干电池包，若干所述冷媒-冷冻水换热单元分别连接所述外部换热装置，所述浸没式换热系统正常工作时仅有一个所述冷媒-冷冻水换热单元参与工作；
所述冷媒-冷冻水换热单元包括冷媒循环回路和冷冻水循环回路，所述冷媒循环回路包括通过管道串联的压缩机、冷凝器和蒸发器，所述冷媒循环回路内具有可循环流动的冷媒，所述外部换热装置和所述蒸发器通过管道串联形成所述冷冻水循环回路，所述冷冻水循环回路上还具有冷冻水泵，所述冷冻水循环回路内具有可循环流动的冷冻水。
优选的，所述外部换热装置连接有两个冷媒-冷冻水换热单元。
优选的，所述电池箱为多个，多个所述电池箱并联接入所述冷却液循环回路。
优选的，所述外部换热装置包括水-液换热器和加热器，所述冷却液循环回路上具有连接所述水-液换热器和所述加热器的三通阀。
优选的，所述换热器至少具有两路独立的换热通道，其中一路所述换热通道接入所述冷却液循环回路，另一路所述换热通道接入所述冷冻水循环回路。
优选的，所述冷却液循环回路上还设置有过滤器。
优选的，所述冷凝器和所述蒸发器之间连接有膨胀阀。
优选的，所述冷却液循环回路上还具有与所述第一冷却液泵并联连接的第二冷却液泵。
优选的，所述电池箱包括具有进液口和出液口的箱体，所述箱体上还设置有泄压阀。
优选的，所述箱体内部还设置有均流板，所述均流板内部具有中空的内腔，所述均流板的侧壁上具有若干与所述内腔连通的分流孔，所述进液口连接所述均流板并与所述内腔连通。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
本实用新型充分发挥液体工质比热容大和流动循环传热的特点，一方面其能够有效地避免电池箱内出现局部热点，提升电池箱内电池芯的均温效果，使电池箱内电池芯的温差控制在合理范围内，进而提高电池芯的使用寿命，另一方面，其使得电池箱的电池芯能够紧凑、高密度排布，从而使得电池箱内能够容纳更多的电池芯，提高电池箱内的能量密度。
同时，本实用新型的外部换热装置连接有若干个相互独立的冷媒-冷冻水换热单元，正常使用时仅其中一个冷媒-冷冻水换热单元进参与换热，当工作状态下的冷媒-冷冻水换热单元出现故障时，可及时切换另一个冷媒-冷冻水换热单元代替出现故障的冷媒-冷冻水换热单元以维持整个换热系统的正常运行，从而防止换热系统因冷冻水循环回路或冷媒循环回路发生单点故障而中断工作，确保储能电池组能够安全正常地进行工作。
附图说明
下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
图1为本实用新型实施例所述电池储能系统的浸没式换热系统结构示意图；
图2为本实用新型实施例所述电池储能系统的浸没式换热系统的电池箱结构示意图；
图3为本实用新型另一实施例所述电池储能系统的浸没式换热系统的电池箱结构示意图；
图4为本实用新型实施例所述电池储能系统的浸没式换热系统的电池箱横向布置示意图；
图5为本实用新型实施例所述电池储能系统的浸没式换热系统的电池箱纵向布置示意图。
图中：
1、冷却液循环回路；11、电池箱；111、箱体；112、进液口；113、出液口；114、泄压阀；115、均流板；12、集液箱；13、第一冷却液泵；14、外部换热装置；141、水-液换热器；142、加热器；15、三通阀；16、过滤器；17、第二冷却液泵；2、冷媒-冷冻水换热单元；21、压缩机；22、冷凝器；23、蒸发器；24、冷冻水泵；25、膨胀阀。
具体实施方式
为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面对本实用新型技术方案的实施例作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1-图5所示，本实用新型实施例提供一种电池储能系统的浸没式换热系统，包括冷却液循环回路1以及若干冷媒-冷冻水换热单元2，冷却液循环回路1包括通过管道连接的电池箱11、集液箱12、第一冷却液泵13和外部换热装置14，冷却液循环回路1内具有可循环流动的冷却液，冷却液绝缘且难燃或不燃，电池箱11内安装有若干电池芯，若干冷媒-冷冻水换热单元2分别连接外部换热装置14，浸没式换热系统正常工作时仅有一个冷媒-冷冻水换热单元2参与工作；
冷媒-冷冻水换热单元2包括冷媒循环回路和冷冻水循环回路，冷媒循环回路包括通过管道串联的压缩机21、冷凝器22和蒸发器23，冷媒循环回路内具有可循环流动的冷媒，外部换热装置14和蒸发器23通过管道串联形成冷冻水循环回路，冷冻水循环回路上还具有冷冻水泵24，冷冻水循环回路内具有可循环流动的冷冻水。
需要说明的是，冷媒-冷冻水换热单元2的具体数量可以根据实际需要进行合理设置，其可以是两个、三个或更多个，本实施例在此以外部换热装置14连接有两个冷媒-冷冻水换热单元2为例进行说明。
本实用新型实施例通过冷却液浸没的方式实现与储能电池组的换热，其充分发挥了液体工质比热容大和流动循环传热的特点，一方面能够有效地避免电池箱11内出现局部热点，提升电池箱11内电池芯的均温效果，使电池箱11内电池芯的温差控制在合理范围内，进而提高电池芯的使用寿命，另一方面使得电池箱11的电池芯能够紧凑、高密度地进行排布，从而使得电池箱11内能够容纳更多的电池芯，进而提高电池箱11内的能量密度。
同时，本实用新型实施例的外部换热装置14连接有若干个相互独立的冷媒-冷冻水换热单元2，正常使用时仅其中一个冷媒-冷冻水换热单元2进参与换热，当工作状态下的冷媒-冷冻水换热单元2出现故障时，可及时切换另一个冷媒-冷冻水换热单元2代替出现故障的冷媒-冷冻水换热单元2以维持整个换热系统的正常运行，从而防止换热系统因冷冻水循环回路或冷媒循环回路发生单点故障而中断工作，确保储能电池组能够安全正常地进行工作。
可以理解的是，本实施例可以对单个电池箱11或多个电池箱11内的电池芯进行换热。当对单个电池箱11内的电池芯进行换热时，单个电池箱11直接接入冷却液循环回路1中；当对多个电池箱11内的电池芯进行换热，多个电池箱11并联接入冷却液循环回路1中。
参照图4和图5所示，当设置有多个电池箱11时，多个电池箱11可以横向或纵向摆放组合，然后再并联接入冷却液循环回路1中，实现模块化布置。
进一步的，外部换热装置14包括水-液换热器141和加热器142，冷却液循环回路1上具有连接水-液换热器141和加热器142的三通阀15，三通阀15可以控制水-液换热器141或加热器142接入冷却液循环回路1。
可以理解的是，水-液换热器141可以为板式换热器、管壳换热器或水浴式换热器等换热器，本实施例在此不作限制。
本实施例通过设置水-液换热器141和加热器142，可以根据电池芯的不同换热需求选择水-液换热器141或加热器142接入冷却液循环回路1参与换热，这使得本实施例具有更好的灵活性。
当需要对电池芯进行冷却时，本实施例可通过控制三通阀15使水-液换热器141接入冷却液循环回路1，冷却液循环回路1中的冷却液进入水-液换热器141进行冷却以降低其的温度，降温后的冷却液接着进入电池箱11内与电池芯进行热交换，带走电池芯工作产生的热量，从而降低电池芯的温度；当需要对电池芯进行升温时，本实施例可通过控制三通阀15使加热器142接入冷却液循环回路1，冷却液循环回路1中的冷却液流入加热器142进行加热以提高其温度，升温后的冷却液接着进入电池箱11内与电池芯进行热交换，将热量传递给电池芯，从而提高电池芯的温度。
具体的，水-液换热器141至少具有两路独立的换热通道，其中一路换热通道接入冷却液循环回路1，另一路换热通道接入冷冻水循环回路，使得冷却液和冷冻水能够在水-液换热器141中进行换热。
进一步的，冷却液循环回路1上还设置有过滤器16。过滤器16可以对冷却液循环回路1中的冷却液进行过滤，防止冷却液中的杂质进入电池箱11内对电池芯的正常工作造成影响。
优选的，过滤器16设置于电池箱11与外部换热装置14之间。将过滤器16设置于电池箱11与外部换热装置14之间，可以在进入电池箱11之前再对冷却液进行过滤，以防止过滤后的冷却液在进入电池箱11前因流经冷却液循环回路1中的其他部件时再次掺入杂质。
进一步的，冷凝器22和蒸发器23之间还连接有膨胀阀25。膨胀阀25可以对冷媒循环回路中冷媒的压力和流量进行控制，保证冷媒进入蒸发器23后能够在蒸发器23内充分换热。
进一步的，冷却液循环回路1上还具有与第一冷却液泵13并联连接的第二冷却液泵17。通过在冷却液循环回路1上设置第二冷却液泵17，当第一冷却液泵13出现故障时，可切换第二冷却液泵17接入冷却液循环回路1以保证冷却液循环回路1能够进行正常工作，然后再对第一冷却液泵13进行检修，大大提高了冷却液循环回路1工作的稳定性。
本实施例对储能电池组进行冷却时，冷却液循环回路1、冷冻水循环回路和冷媒循环回路均参与换热：
冷却液循环回路1：控制三通阀15使水-液换热器141接入冷却液循环回路1并启动冷却液泵，冷却液循环回路1中的冷却液会在第一冷却液泵13的作用下流进水-液换热器141内进行冷却，降温后的冷却液经过滤器16过滤后进入电池箱11内浸没电池芯并与电池芯进行换热以降低电池芯的温度，完成换热后的冷却液会回流至集液箱12内，集液箱12内的冷却液会在第一冷却液泵13的作用下重新回到水-液换热器141中换热并经过滤器16过滤后重新进入电池箱11参与换热，如此重复形成冷却液循环。
冷冻水循环回路：启动冷冻水泵24，回路中的冷冻水会在冷冻水泵24的作用下进入水-液换热器141中对冷却液进行冷却，完成换热后的冷冻水会流至蒸发器23中进行冷却，接着再在冷冻水泵24的作用下重新进入水-液换热器141对冷却液进行冷却，如此重复形成冷冻水循环。
冷媒循环回路：回路中的冷媒会在压缩机21的作用下变成高温高压的气态制冷剂，然后经冷凝器22冷却后进入膨胀阀25变成低温的气液态混合物，低温气液态制冷剂进入蒸发器23冷却冷冻水，完成对冷冻水冷却后，低温气液态制冷器会变成气态制冷剂并回到压缩机21中经升温加压后重新变成高温高压的气态制冷器继续参与对冷冻水的冷却，如此重复形成冷媒循环。
本实施例对储能电池组进行升温时，仅冷却液循环回路1参与换热，冷冻水循环回路和冷媒循环回路不参与换热：控制三通阀15使加热器142接入冷却液循环回路1并启动冷却液泵，冷却液循环回路1中的冷却液会在第一冷却液泵13的作用下流进加热器142内进行加热，升温后的冷却液接着经过滤器16过滤后进入电池箱11内浸没电池芯并与电池芯进行换热以提高电池芯的温度，完成换热后的冷却液会回流至集液箱12内，集液箱12内的冷却液会在第一冷却液泵13的作用下重新回到加热器142中加热并经过滤器16过滤后重新进入电池箱11参与换热，如此重复形成冷却液循环。
如图2和图3所示，在本实用新型的另一些实施例中，电池箱11包括具有进液口112和出液口113的箱体111，箱体111上还设置有泄压阀114，当电池箱11内部的压力过高时，泄压阀114可以自动将电池箱11内部的压力卸掉，避免箱体111由于内部压力过高而出现变形或爆裂。
本实施例将电池芯设置于电池箱11内部并通过难燃或不燃的冷却液进行浸没，其可以完全隔绝空气，当电池芯出现热失控时可以快速熄灭火焰，避免燃烧扩大。
进一步的，如图2和图3所示，箱体111内部还设置有均流板115，均流板115内部具有中空的内腔，均流板115的侧壁上具有若干与内腔连通的分流孔(图中未示出)，分流孔朝向箱体111内的电池芯，进液口112连接均流板115并与内腔连通。
本实施例使用时，冷却液首先通过进液口112流入均流板115的内腔，然后由均流板115上的分流孔流向箱体111内的电池芯并与电池芯进行换热。通过设置均流板115，均流板115能够保证冷却液能够均匀的流向箱体111内的电池芯，从而保证电池组整体冷却的均匀性。
需要说明的是，均流板115在箱体111内的具体位置可以根据箱体111大小、箱体111内的电池芯的布置位置等实际情况进行合理设置，本实施例在此不作限制。
例如，在一些实施例中，均流板115可以采用如图2所示的方式进行设置，将均流板115水平设置于箱体111底部，电池芯设置于均流板115上方，分流孔设置于均流板115顶端侧面上；在其他一些实施例中，也可以采用如图3所示的方式进行设置，将均流板115竖直居中设置于箱体111内，可以理解的是，采用该种方式设置均流板115，均流板115将箱体111内部一分为二，电池芯设置于均流板115两侧，分流孔设置于均流板115朝向电池芯的两个侧面上，由于均流板上具有更多的分流孔，因此其能够进一步提升均流板115的均流效果。
于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，同样将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池储能系统的浸没式换热系统，其特征在于，包括冷却液循环回路(1)以及若干冷媒-冷冻水换热单元(2)，所述冷却液循环回路(1)包括通过管道连接的电池箱(11)、集液箱(12)、第一冷却液泵(13)和外部换热装置(14)，所述冷却液循环回路(1)内具有可循环流动的冷却液，所述冷却液绝缘且难燃或不燃，所述电池箱(11)内安装有若干电池芯，若干所述冷媒-冷冻水换热单元(2)分别连接所述外部换热装置(14)，所述浸没式换热系统正常工作时仅有一个所述冷媒-冷冻水换热单元(2)参与工作；
所述冷媒-冷冻水换热单元(2)包括冷媒循环回路和冷冻水循环回路，所述冷媒循环回路包括通过管道串联的压缩机(21)、冷凝器(22)和蒸发器(23)，所述冷媒循环回路内具有可循环流动的冷媒，所述外部换热装置(14)和所述蒸发器(23)通过管道串联形成所述冷冻水循环回路，所述冷冻水循环回路上还具有冷冻水泵(24)，所述冷冻水循环回路内具有可循环流动的冷冻水。
2.根据权利要求1所述的电池储能系统的浸没式换热系统，其特征在于，所述外部换热装置(14)连接有两个冷媒-冷冻水换热单元(2)。
3.根据权利要求1所述的电池储能系统的浸没式换热系统，其特征在于，所述电池箱(11)为多个，多个所述电池箱(11)并联接入所述冷却液循环回路(1)。
4.根据权利要求1所述的电池储能系统的浸没式换热系统，其特征在于，所述外部换热装置(14)包括水-液换热器(141)和加热器(142)，所述冷却液循环回路(1)上具有连接所述水-液换热器(141)和所述加热器(142)的三通阀(15)。
5.根据权利要求4所述的电池储能系统的浸没式换热系统，其特征在于，所述水-液换热器(141)至少具有两路独立的换热通道，其中一路所述换热通道接入所述冷却液循环回路(1)，另一路所述换热通道接入所述冷冻水循环回路。
6.根据权利要求1所述的电池储能系统的浸没式换热系统，其特征在于，所述冷却液循环回路(1)上还设置有过滤器(16)。
7.根据权利要求1所述的电池储能系统的浸没式换热系统，其特征在于，所述冷凝器(22)和所述蒸发器(23)之间连接有膨胀阀(25)。
8.根据权利要求1所述的电池储能系统的浸没式换热系统，其特征在于，所述冷却液循环回路(1)上还具有与所述第一冷却液泵(13)并联连接的第二冷却液泵(17)。
9.根据权利要求1-8任一项所述的电池储能系统的浸没式换热系统，其特征在于，所述电池箱(11)包括具有进液口(112)和出液口(113)的箱体(111)，所述箱体(111)上还设置有泄压阀(114)。
10.根据权利要求9所述的电池储能系统的浸没式换热系统,其特征在于,所述箱体(111)内部还设置有均流板(115)，所述均流板(115)内部具有中空的内腔，所述均流板(115)的侧壁上具有若干与所述内腔连通的分流孔，所述进液口(112)连接所述均流板(115)并与所述内腔连通。
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