CN218472082U - 一种浸没式液冷储能电池模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电化学储能领域，更具体地，涉及一种浸没式液冷储能电池模组。本实用新型的目的在于解决现有浸没式液冷电池模组使用过程中电芯与冷却液直接接触导致安全性差、电池单体更换步骤繁琐的问题。本实用新型具体包括电池箱以及收纳于电池箱内的电池组，电池箱内填充有用于冷却电池模组的冷却液，电池组包括若干电池单体，电池箱内设有若干与电池单体相匹配的导热槽，导热槽间隔分布，电池单体均容纳于所述导热槽内，冷却液填充于导热槽与电池箱之间。

Description

一种浸没式液冷储能电池模组

技术领域

本实用新型涉及电化学储能领域，更具体地，涉及一种浸没式液冷储能电池模组。

背景技术

目前双碳战略的背景下，新能源处于高速发展阶段，绿色电力覆盖面积大幅提升。锂电池储能将绿色电力储存，在用电高峰时进行放电，起到削峰填谷的作用，并且有效解决绿色发电的不稳定性和波动性；因此电化学储能在发电侧、配电侧和用电侧得到广泛的应用。

随着高密度储能要求的提升，锂电池的蓄能密度增加，在充放电过程中，产生了大量热量。锂电池的最佳运行温度为10～35℃，过高的温度会引起锂电池鼓包、自燃等现象，进而引起整个储能集装箱的自燃。因此锂电池的温控系统对其安全稳定运行至关重要。

目前电化学储能集装箱中的电池模组大多采用的是风冷散热。在集装箱中安置一台空调系统对集装箱内进行降温，再通过储能电池模组的风扇抽取室内冷风对电池模组内部的电池进行散热。随着电池模组储能密度提升，散热量大，风冷散热方式已无法满足需求，此时，电池模组内部可能形成局部热点，造成不同电池之间温差大于5℃，导致电池模组自燃的风险增大。为了进一步提高散热效率，现在部分高储能密度的电池模组开始采用浸没式液冷的方式对电池冷却，然而，现有浸没式液冷技术中，电池单体往往直接与冷却液直接接触，对冷却液与电池本体外壳的材料要求较高，且由于电池完全浸没冷却液中，还导致维护、更换时程序较为繁琐，不利于该技术的推广应用。

有鉴于此，有必要开发一种新的浸没式液冷电池模组，以解决实际应用存在的问题，促进浸没式液冷技术在电化学储能领域的应用。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种浸没式液冷储能电池模组，用于解决电池电芯与冷却液直接接触导致安全性差、电池芯更换步骤繁琐的问题。

本实用新型采取的技术方案是：提供一种浸没式液冷储能电池模组，包括电池箱以及收纳于所述电池箱内的电池组，所述电池箱内填充有用于冷却所述电池组的冷却液，所述电池组包括若干电池单体，所述电池箱内设有若干与所述电池单体相匹配的导热槽，所述导热槽间隔分布，所述电池单体均容纳于所述导热槽内，所述冷却液填充于导热槽与电池箱之间。

本方案通过在电池箱内部设置与电池单体相匹配的导热槽，使电池单体与冷却液分隔，避免冷却液长时间浸没电池造成电池损坏或短路风险。并且，当电池单体损坏时，操作人员无需排空冷却液，可直接取出损坏的电池进行更换，提高维护效率。同时，由于电池单体与导热槽相适配，因此电池单体能够通过导热槽与冷却液进行高效的热交换，从而维持良好的散热性能。进一步地，由于本方案的电池单体无需与冷却液直接接触，因此冷却液不需要采用绝缘液体，并且电池单体表面材料的可选择性提高，有助于降低浸没式储能电池模组的装机成本。

进一步地，所述电池单体与所述导热槽之间填充有导热剂层。

本方案中，电池单体与导热槽之间的缝隙采用导热剂层进行填充，确保电池单体与导热槽充分接触，减少电池单体与导热槽之间的接触热阻，使电池组类似于完全浸没在冷却液中，电池单体相当于被冷却液完全包裹，有助于提高电池组的冷却效率，且能降低不同电池单体之间的温差。

优选地，所述导热剂层为导热硅胶层。

本方案中，导热硅胶层为本领域中易获得的材料，通过常规的涂覆在电池单体外表面或是直接填充于电池单体与导热槽之间的缝隙，实现电池单体与导热槽充分接触。此方案操作简单、便捷，在确保电池组具有高效散热的同时，还有助于降低生产成本。

进一步地，所述电池单体包括电芯和设于电芯上部的正负极接头，所述电芯的最高点不低于所述冷却液的液面高度。

本方案可避免冷却液从电芯与正负极接头的连接部侵入电芯内部，有助于延长电池的使用寿命，降低维护成本。同时，通过将电池单体的正负极接头设于电芯上部，降低冷却液与电极接头分隔的难度，还便于进一步通过串联和/或并联的方式将电池单体组成电池组，降低生产难度，使成本可控。

进一步地，所述导热剂层涂布在电芯/导热槽的四周表面和底部。

本方案通过涂布方式，可便捷、高效地使导热剂层充分填充在电芯与导热槽之间的空隙。实际操作时，可分别对电芯的外表面和导热槽的内表面四周进行涂布，然后再将涂布好的电芯装入导热槽中，从而使电芯与导热槽的接触面上均具有导热剂层，有助于降低热阻，提高热传导效率。此外，在一些实施例中，为了降低涂布时的繁琐程度，也可以只对电芯的外表面或者导热槽的内表面四周涂布导热剂层。

进一步地，所述导热槽均匀设于所述电池箱内部。

通过对导热槽采用均匀的布置方式，使冷区液与各个导热槽外周的接触频率保持高度的一致性，使电池单体间的热交换效率基本相同，避免电池模组出现局部热点，造成安全隐患。同时，均匀布置导热槽还进一步提高电池箱内部空间利用率。

优选地，所述导热槽为金属凹槽。

由于金属材质具有良好的导热性能，因此本方案可以确保导热槽与电池单体、冷却液之间的热传导效率，从而促进电池模组的降温冷却。

进一步地，所述电池箱开口朝上，所述开口上设有与开口适配的盖板。

本方案的盖板用于隔离电池箱内部与外界的环境接触，一方面为电池模组提供防护，另一方面也能避免电池模组工作过程中产生的部分有害物质直接分散到外部环境中造成污染。

进一步地，所述盖板上开设有通讯接口以及所述电池组的正、负极接口。

本方案中的通讯接口可与外界的控制系统连接，比如连接于BMS保护系统上，提高电池模组的安全性和可靠性。正、负极接口用于与其他的电池模组串、并联或者接入用电设备的正负极。本方案通过将接口设于盖板上，提升了电池模组与外部装置连接的便捷度，降低线路布局的繁琐程度，避免设于电池箱上时，需要充分考虑冷却液液面高度的问题。

进一步地，所述电池箱上设有冷却液进液口和出液口，所述进液口和所述出液口分别用于外接冷却液收纳装置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

(1)通过设置导热槽，使电芯不与冷却液直接接触，避免电芯破损导致冷却液进入电芯内部引起短路；同时，当个别电芯损坏时，只需要将损坏的电芯从内部取出，不需要排空冷却液，极大提高了浸没式液冷电池组的维护便捷性，降低维护成本和时间。

(2)通过在电池单体与导热槽之间设置导热剂层，降低接触热阻，提高电池组与冷却液之间的热交换效率，从而快速降低电芯的工作温度，降低模组中电芯之间的温度差，提高储能电池模组的工作安全稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的结构示意图的左视图。

图3为本实用新型的结构示意图的正视图。

附图标记：电池箱1、电池单体2、电芯21、正负极接头22、电机连接板3、导热槽4、冷却液通道5、导热剂层6、盖板7、冷却液进液口8、冷却液出液口9。

具体实施方式

本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

现有的浸没式液冷储能电池模组一般包括电池组以及用于容纳电池组的电池箱，电池箱内充满浸没电池组的冷却液。由于现有的技术中，电池组与冷却液直接接触，因此对电池单体的表面材料和冷却液的理化性质有相对苛刻的要求，这无疑推高了电池模组的生产成本。同时，电池组长时间浸泡于液体环境中，还容易导致短路、电芯腐蚀等各方面的风险，推高了维护成本。当需要对损坏的电池进行更换时，通常还需要将冷却液完全排空，效率低下。

为了克服上述现有浸没式液冷储能电池模组存在的诸多缺陷，本实用新型提供一种新型的浸没式液冷储能电池模组结构。

如图1～3所示，本实施例一种浸没式液冷储能电池模组包括电池箱1以及收纳于电池箱1内的电池组，电池箱1内填充有用于冷却电池模组的冷却液，电池组包括若干电池单体2，电池箱1内设有若干与电池单体2相匹配的导热槽4，导热槽4间隔分布，电池单体2均容纳于所述导热槽4内，冷却液填充于导热槽4与电池箱1之间。

其中，电池单体2与导热槽4之间还填充有导热剂层6。优选地，导热剂层6为导热硅胶层，导热槽4则为具有良好传热性能的金属制成，并形成与电池单体2外形相匹配的金属凹槽结构。具体生产过程中，可以通过将电芯21的四周表面和底部涂满导热硅胶，再放置到金属凹槽中，使电芯21与金属凹槽紧密接触。

可以理解，本方案通过在电池箱1内部设置与电池单体2相匹配的具有导热性能的金属凹槽，使电池单体2与冷却液分隔，从而避免冷却液长时间浸没电池造成电池损坏或短路风险。当发现有个别电池单体2损坏时，只需要将损坏的电池单体2从内部取出，不需要排空冷却液，极大提高了浸没式液冷电池组的维护便捷性，降低维护成本和时间。同时，本方案的冷却液不需要采用绝缘液体，并且电池单体2表面材料的可选择性提高，有助于降低浸没式储能电池模组的装机成本。

进一步地，通过在电池单体2与导热槽4之间的缝隙填充导热剂层6，减少电池单体2与导热槽4之间的接触热阻。使电池单体2类似于浸没在冷却液之中，电芯21被冷却液包裹，换热效果极好，由于冷却液的流动和传导作用，降低了不同电芯21的之间的温差，因此在储能电池模组充放电的过程中，采用本方案能够将不同电芯21之间的最大温差控制在3℃以内。

如图1～3所示是一个具体的应用实例，在实例中，单个储能电池模组包含18个电池单体2，具体为锂电池，每个锂电池放置于大小相匹配的金属凹槽中，本实施例中，锂电池、金属凹槽均呈长方体结构但不限于此，在其他方案中也可设为圆柱形或正方体等结构。其中，金属凹槽均匀分布于电池箱1内，金属凹槽之间、金属凹槽与电池箱1之间具有均匀的间距，在电池箱1内通入冷却液后，所述间距形成冷却液通道5。

可以理解，通过对金属凹槽进行规则、均匀的排列，当冷却液在电池箱1内流动时，金属凹槽个体与冷却液的热交换频率保持高度的一致性，避免电池模组出现局部热点，造成安全隐患。同时，对金属凹槽进行均匀设置还能进一步提高电池箱1内部空间利用率，有助于提高电池模组的总体储能密度。

如图1～3所示，本实施例中，电池单体2包括电芯21和设在电芯21上部的正负极接头22，正负极接头22位于电池单体2上表面长度方向的两端，相邻的电池单体2之间通过电极连接板3将正负极串联起来，并采用激光焊接固定，增强连接的强度。当通入冷却液时，电芯21的最高点不低于冷却液的液面高度。

可以理解，通过使电芯21高于冷却液的液面高度，可避免冷却液从电芯21与正负极接头22的连接部侵入电芯21内部，降低电池发生短路的几率，延长电池模组使用寿命。

如图1～3所示，本实施例中，电池箱1具有向上的开口，开口上设有大小设配的盖板7。电池箱1的外周上开设有冷却液进液口8和冷却液出液口9，冷却液进液口8和冷却液出液口9分别接入一冷却液收容装置。当储能电池模组开始发热时，低温的冷却液通过冷却液进液口8进入电池箱1内，通过冷却液通道5与电池组充分接触,进行热交换后，通过冷却液出液口9流出电池箱1。

为了提高散热性能，本实施例的电池箱1和盖板7均采用金属钣金制造，其中，用于制造电池箱1体的钣金具备一定承压能力和抗腐蚀能力。

本实施例还在盖板7上设置了通讯接口和正负极接口，其中通讯接口连接BMS保护系统，以提高电池模组的可控性和安全性。正负极接口用于与其他的电池模组连接或者接入用电设备。

本实用新型能确保电池模组工作时，温度稳定在30℃左右，优于现有的技术方案。此外，储能电池模组在充放电过程中会出现局部热点，这可能导致整个模组温度失控引起爆炸，为了避免爆炸风险，通常要求储能电池模组内不同电芯的最高温差控制在5℃以内。本实用新型通过导热槽和导热剂层的设计将整个电池单体类似于浸没在冷却液之中，换热效果极好，大大减小不同电芯的之间的温差，使不同电芯之间的最大温差能够控制在3℃以内。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种浸没式液冷储能电池模组，包括电池箱(1)以及收纳于所述电池箱(1)内的电池组，所述电池箱(1)内填充有用于冷却所述电池组的冷却液，所述电池模组包括若干电池单体(2)，其特征在于，所述电池箱(1)内设有若干与所述电池单体(2)相匹配的导热槽(4)，所述电池单体(2)均容纳于所述导热槽(4)内，所述导热槽(4)间隔分布，所述冷却液填充于导热槽(4)与电池箱(1)之间。

2.根据权利要求1所述的浸没式液冷储能电池模组，其特征在于，所述电池单体(2)与所述导热槽(4)之间填充有导热剂层(6)。

3.根据权利要求2所述的浸没式液冷储能电池模组，其特征在于，所述导热剂层(6)为导热硅胶层。

4.根据权利要求2或3所述的浸没式液冷储能电池模组，其特征在于，所述电池单体(2)包括电芯(21)和设于电芯(21)上部的正负极接头(22)，所述电芯(21)的最高点不低于所述冷却液的液面高度。

5.根据权利要求4所述的浸没式液冷储能电池模组，其特征在于，所述导热剂层(6)涂布在电芯(21)/导热槽(4)的四周表面和底部。

6.根据权利要求1、2、3、5任一项所述的浸没式液冷储能电池模组，其特征在于，所述导热槽(4)均匀分布于所述电池箱(1)内部。

7.根据权利要求2、3、5任一项所述的浸没式液冷储能电池模组，其特征在于，所述导热槽(4)为金属凹槽。

8.根据权利要求1～5任一项所述的浸没式液冷储能电池模组，其特征在于，所述电池箱(1)开口朝上，所述开口上设有与开口适配的盖板(7)。

9.根据权利要求8所述的浸没式液冷储能电池模组，其特征在于，所述盖板(7)上开设有通讯接口以及所述电池模组的正、负极接口。

10.根据权利要求1～5任一项所述的浸没式液冷储能电池模组，其特征在于，所述电池箱(1)上设有冷却液进液口(8)和冷却液出液口(9)，所述冷却液进液口(8)和所述冷却液出液口(9)分别用于外接冷却液收纳装置。

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