CN216624401U - 液冷储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种液冷储能系统，包括电池室和制冷装置。其中，电池室中排布有多个电池包，且电池室中设有供液管路和回液管路；供液管路和回液管路均填充有冷却液并与制冷装置连通，而且，各电池包中均配置有液冷单元。由回液管路回流至制冷装置中的冷却液经制冷装置降温后由供液管路供出，并流经液冷单元后进入回液管路；液冷单元设于电池包的壳体中，与电芯进行热交换。本实用新型的液冷储能系统，通过在电池室中设置的制冷装置和在电气室中设置的液冷单元，在电芯出现热失控时，制冷装置和液冷单元能够及时为电芯进行冷却降温，使电芯在热失控刚出现时就被冷却阻滞，从而可大为减缓热失控在不同电芯或电池包之间的扩散速度。

Description

液冷储能系统

技术领域

本实用新型涉及动力电池技术领域，特别涉及一种液冷储能系统。

背景技术

储能系统是将大量储能锂电池存放在集装箱或机柜内，进行削峰填谷、调频等功能的新能源设备；具有易安装、易运输、模块化等优点。储能系统内部大量的锂电池潜在巨大的安全隐患，其中一种最严重的问题是热失控扩散。

首先，热失控的定义是：电化学电池以不可控制的方式通过自加热升高其温度的事故即为热失控。当电芯发生热失控时，其能量释放、有毒有害物质释放且不可控，甚至起火、爆炸，此时即可判定电芯发生了安全事故。

再来看下热失控扩散的定义：热失控电池产生的热量高于它可以消散的热量时，热量进一步积累，可能导致火灾，爆炸和气体释放。如果电池系统中，由于一个电芯产生热失控而引发其他电芯热失控，即为热失控扩散。

单体电芯的热失控以目前技术无法避免，但单体电芯热失控放出来的能量有限，很难会产生破坏性的影响，所以，如何不热失控扩散，是行业内有关技术人员的主攻方向。现有的防止热失控扩散的方法大多为：在电池包的层级中，于电芯间、模组间添加耐火隔热材料，防止电芯热失控产生能量危害其他电芯；系统层级通过消防手段防止热失控的能量危害其他电池包，以上两种手段均是通过“堵”的方式，指标不治本，效果差，风险较大，要达到效果需要大量的绝热材料、消防设备，成本很高。

实用新型内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种液冷储能系统，以改善因单个电芯热失控所引起的热失控扩散问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种液冷储能系统，包括电池室和制冷装置，所述电池室中排布有多个电池包；

所述电池室中设有供液管路和回液管路，所述供液管路和所述回液管路均填充有冷却液并与所述制冷装置连通，且各所述电池包中均配置有连通于所述供液管路和所述回液管路之间的液冷单元；由所述回液管路回流至所述制冷装置中的所述冷却液经所述制冷装置降温后由所述供液管路供出，并流经所述液冷单元后进入所述回液管路；

所述液冷单元设于所述电池包的壳体中，因与所述壳体中的电芯的热交换而形成对所述电芯的降温。

进一步的，所述液冷单元包括并联设置于所述供液管路和所述回液管路之间的第一液冷单元和第二液冷单元；所述第一液冷单元设于所述壳体的底部，所述第二液冷单元位于所述壳体中。

进一步的，所述第一液冷单元为垫设于所述电芯底部的液冷板；所述液冷板中构造有供所述冷却液流经的通道。

进一步的，所述液冷板采用可受热破裂或熔化的热敏感材料制成。

进一步的，所述第二液冷单元为布设于所述壳体内壁上的吸热管，且所述吸热管的至少部分被配置为火探管。

进一步的，所述第二液冷单元包括开设于所述壳体上的进液口和出液口，所述进液口经第二进液支路与所述供液管路连通，所述出液口经第二回液支路与所述回液管路连通；所述第二进液支路和所述第二回液支路上均设有控制阀，所述控制阀能够响应所述电池包内所述电芯的热失控或温度变化情况而通断。

进一步的，所述控制阀采用自力式温控阀，所述控制阀的感温元件设于所述壳体内。

进一步的，所述液冷储能系统配置有控制单元，所述电池包中配置有与所述控制单元连接的检测装置；所述检测装置构成对所述壳体内可燃气体含量、所述电芯的温度和所述电池包的电压中至少其一的检测；所述控制阀与所述控制单元连接，并接受所述控制单元的控制而通断。

进一步的，所述制冷装置包括换热器、以及用于对所述换热器降温的制冷单元；所述供液管路和所述回液管路均连通于所述换热器上，且所述供液管路或所述回液管路上安装有循环泵。

进一步的，所述制冷单元包括连通所述换热器的冷媒循环管路，以及设于所述冷媒循环管路上的压缩机和冷凝器；所述冷媒循环管路中填充有冷媒。

相较于现有技术，本实用新型具有以下优势：

本实用新型的液冷储能系统，通过在电池室中设置的制冷装置和在电气室中设置的液冷单元，在电芯出现热失控时，制冷装置和液冷单元能够及时为电芯进行冷却降温，使电芯在热失控刚出现时就被冷却阻滞，从而可大为减缓热失控在不同电芯或电池包之间的扩散速度。

同时，通过在液冷单元中设置的第一液冷单元和第二液冷单元，可在壳体内的电芯出现热失控时为电芯进行降温；并且，通过将第一液冷单元设为垫设于电芯底部的液冷板，且采用可受热破裂或熔化的热敏感材料制成液冷板，可在电芯发生热失控时，第一时间为电芯进行冷却降温，尽可能的避免电芯热失控的扩散。

此外，通过在壳体上设置的第二进液支路，以及对第一进液支路结构的进一步优化，可在第一液冷单元出现问题的情况下，将冷却液灌进电池包内，使电芯全淹在冷却液之内，从而提高了该液冷储能系统的安全性，可进一步改善因单个电芯热失控所引起的热失控扩散的问题。

另外，通过在液冷储能系统中设置的控制单元，以及在供液管路上安装的循环泵，和与换热器联通的制冷单元，可在电芯出现热失控现象时，以增大循环泵循环工率的方式来增加供液管路和回液管路内冷却液的循环效率，为电芯进行冷却降温；在电芯正常工作时，也能够使电芯保持在一个较为合适的工作温度，增长电芯的使用寿命。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图，是用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明是用于解释本实用新型，其中涉及到的前后、上下等方位词语仅用于表示相对的位置关系，均不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例一所述的液冷储能系统的整体布置示意图；

图2为本实用新型实施例一所述的液冷储能系统的原理示意图；

图3为本实用新型实施例一所述的液冷储能系统的液冷单元和壳体的布置图；

图4为本实用新型实施例一所述的液冷储能系统的第一液冷单元和壳体的布置图；

图5为本实用新型实施例一所述的液冷储能系统的第二液冷单元和壳体的布置图；

附图标记说明：

1、电池室；

2、电气室；

3、空调室；

4、电池包；40、壳体；400、电芯；

502、第一进液支路；503、第一回液支路；504、液冷板；506、第二进液支路；507、第二回液支路；508、吸热管；51、控制阀；54、供液管路；55、回液管路；56、制冷装置；

600、压缩机；601、换热器；602、冷凝器；603、循环泵。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现“上”、“下”、“内”、“背”等指示方位或位置关系的术语，其为基于附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本实用新型的限制；若出现“第一”、“第二”等术语，其也仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“连接件”应做广义理解。例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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，亦或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本实用新型涉及一种液冷储能系统，其一种示例性结构如图1和图2所示。

整体而言，该液冷储能系统包括电池室1和制冷装置56，电池室1中排布有多个电池包4；电池室1中设有供液管路54和回液管路55，供液管路54和回液管路55均填充有冷却液并与制冷装置56连通，且各电池包4中均配置有连通于供液管路54和回液管路55之间的液冷单元；由回液管路55回流至制冷装置56中的冷却液经制冷装置56降温后由供液管路54供出，并流经液冷单元后进入回液管路55；液冷单元设于电池包4的壳体40中，因与壳体40中的电芯400的热交换而形成对电芯400的降温。

具体来讲，如图3并结合图4和图5所示；为防止热失控的扩散，液冷单元包括并联设置于供液管路54和回液管路55之间的第一液冷单元和第二液冷单元；第一液冷单元设于壳体40的底部，第二液冷单元位于壳体40中。进而，液冷单元可与壳体40中的电芯400的热交换而形成对电芯400热失控反应过程的降温和阻滞；并且，电芯400的热失控也被局限在壳体40以内，从而避免因单个电芯400的热失控而影响到储能系统中的其他电池包4。

对于第一液冷单元的具体布置形式，有多种选择；本实施例中，如图3所示，第一液冷单元为垫设于电芯400底部的液冷板504，其被设置在壳体40的底部。液冷板504中构造有供冷却液流经的通道；冷却液经第一进液支路502 流入，并通过第一回液支路503流出；此种布置方式，不仅平时可为电芯400 降温，且可在电芯400发生热失控时，及时为电芯400进行冷却降温，尽可能的避免电芯400热失控的扩散。

不仅如此，优选液冷板504采用可受热破裂或熔化的热敏感材料制成。这样一来，当壳体40内的电芯400在发生热失控时，其产生的高温会使液冷板 504中含有冷却液的通道破裂，进而使冷却液将电芯400全淹在壳体40内，阻滞该电芯400的热失控的反应过程。

需要说明的是，本实施例中的冷却液需符合绝缘、比热容高、腐蚀性低、安全无毒的特点；例如，可选用电子氟化液，其具备上述的绝缘、比热容高、腐蚀性低、安全无毒等性能优势。

为了在第一液冷单元出现问题的情况下，仍可将冷却液灌进电池包4内；在本实施例中，如图5所示；第二液冷单元可选用为吸热管508，将其布设在壳体40内壁上，而且吸热管508应至少有一小段被配置为火探管；在电芯400 出现热失控，即使上述的第一液冷单元出现故障，火探管在受到高温刺激之后，管壁会破裂而使内部的冷却液流出，进而冷却液全淹电芯400，阻滞热失控反应过程的进行。

此外，第二液冷单元也可采用下述的形式。其包括开设于壳体40上的进液口和出液口，进液口经第二进液支路506与供液管路54连通，出液口经第二回液支路507与回液管路55连通；第二进液支路506和第二回液支路507上均设有控制阀51，控制阀51能够响应电池包4内电芯400的热失控或温度变化情况而通断。

上述的控制阀51可采用电控阀，或采用自力式温控阀。采用自力式温控阀时，控制阀51的感温元件设于壳体40内这样，控制阀51即可通过感温元件的反馈来使冷却液进入壳体40内；这样可节省控制阀51的配置和控制成本。

在本实施例中，上述液冷板504的作用不止对电芯400热失控反应过程中的阻滞，其还可以在电芯400日常工作的过程中对电芯400进行降温；当然，第二液冷单元选用吸热管508时也有同样的作用。

此外，本实施例的液冷储能系统还配置有控制单元，电池包4中配置有与控制单元连接的检测装置；该检测装置可以是气体成分分析检测仪器、温度传感器或者电池包4的电压检测单元，以构成对壳体40内可燃气体含量、电芯 400的温度和电池包4的电压中至少其一的检测。此刻，当第二液冷单元为进液口和出液口形式时，控制阀51与控制单元连接，并接受控制单元的控制而通断；从而可在检测到电池包4内电芯400热失控时开通控制阀51而将冷却液注入电池包4内。

同时，通过在液冷储能系统中设置的控制单元，以及在供液管路54上安装的循环泵603，和与换热器601联通的制冷单元，可在电芯400出现热失控现象，检测装置检测到壳体40中温度、可燃气体含量、电压三者中有超过安全范围上限时，即可增大循环泵603循环的功率，来增加供液管路54和回液管路 55内冷却液的循环流量，供液管路54和回液管路55均连通于换热器601上，进而可提升对电芯400冷却降温的效能；在电芯400正常工作时，也能够使电芯400保持在一个较为合适的工作温度，增长电芯400的使用寿命。

在本实施例中，需要有制冷单元来与换热器601进行热量交换，该制冷单元装设在空调室3中，其包括连通换热器601的冷媒循环管路，以及设于冷媒循环管路上的压缩机600和冷凝器602；冷媒循环管路中填充有冷媒。

具体来说，该制冷单元中的冷媒可采用氟利昂，其通过压缩机600来进行压缩，并在通过换热器601时蒸发吸热，与冷却液进行热交换，降低冷却液的温度；氟利昂在经过冷凝器602时，再被降温，进而被压缩机600压缩，并进行上述的循环过程。

综上所述，本实施例的液冷储能系统，通过在电池室1中设置的制冷装置 56和在电气室2中设置的液冷单元，在电芯400出现热失控时，制冷装置56 和液冷单元能够及时为电芯400进行冷却降温，使电芯400在热失控刚出现时就被冷却阻滞，从而防止热失控在电池储能系统中的扩散。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液冷储能系统，包括电池室(1)和制冷装置(56)，所述电池室(1)中排布有多个电池包(4)；其特征在于：

所述电池室(1)中设有供液管路(54)和回液管路(55)，所述供液管路(54)和所述回液管路(55)均填充有冷却液并与所述制冷装置(56)连通，且各所述电池包(4)中均配置有连通于所述供液管路(54)和所述回液管路(55)之间的液冷单元；由所述回液管路(55)回流至所述制冷装置(56)中的所述冷却液经所述制冷装置(56)降温后由所述供液管路(54)供出，并流经所述液冷单元后进入所述回液管路(55)；

所述液冷单元设于所述电池包(4)的壳体(40)中，因与所述壳体(40)中的电芯(400)的热交换而形成对所述电芯(400)的降温。

2.根据权利要求1所述的液冷储能系统，其特征在于：

所述液冷单元包括并联设置于所述供液管路(54)和所述回液管路(55)之间的第一液冷单元和第二液冷单元；所述第一液冷单元设于所述壳体(40)的底部，所述第二液冷单元位于所述壳体(40)中。

3.根据权利要求2所述的液冷储能系统，其特征在于：

所述第一液冷单元为垫设于所述电芯(400)底部的液冷板(504)；所述液冷板(504)中构造有供所述冷却液流经的通道。

4.根据权利要求3所述的液冷储能系统，其特征在于：

所述液冷板(504)采用可受热破裂或熔化的热敏感材料制成。

5.根据权利要求2所述的液冷储能系统，其特征在于：

所述第二液冷单元为布设于所述壳体(40)内壁上的吸热管(508)，且所述吸热管(508)的至少部分被配置为火探管。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的液冷储能系统，其特征在于：

所述第二液冷单元包括开设于所述壳体(40)上的进液口和出液口，所述进液口经第二进液支路(506)与所述供液管路(54)连通，所述出液口经第二回液支路(507)与所述回液管路(55)连通；所述第二进液支路(506)和所述第二回液支路(507)上均设有控制阀(51)，所述控制阀(51)能够响应所述电池包(4)内所述电芯(400)的热失控或温度变化情况而通断。

7.根据权利要求6所述的液冷储能系统，其特征在于：

所述控制阀(51)采用自力式温控阀，所述控制阀(51)的感温元件设于所述壳体(40)内。

8.根据权利要求6所述的液冷储能系统，其特征在于：

所述液冷储能系统配置有控制单元，所述电池包(4)中配置有与所述控制单元连接的检测装置；所述检测装置构成对所述壳体(40)内可燃气体含量、所述电芯(400)的温度和所述电池包(4)的电压中至少其一的检测；所述控制阀(51)与所述控制单元连接，并接受所述控制单元的控制而通断。

9.根据权利要求6所述的液冷储能系统，其特征在于：

所述制冷装置(56)包括换热器(601)、以及用于对所述换热器(601)降温的制冷单元；所述供液管路(54)和所述回液管路(55)均连通于所述换热器(601)上，且所述供液管路(54)或所述回液管路(55)上安装有循环泵(603)。

10.根据权利要求9所述的液冷储能系统，其特征在于：

所述制冷单元连通所述换热器(601)的冷媒循环管路，以及设于所述冷媒循环管路上的压缩机(600)和冷凝器(602)。

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