CN219350372U - 一种具有多重热管理功能的电池设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及储能设备技术领域，尤其涉及一种具有多重热管理功能的电池设备。一种具有多重热管理功能的电池设备包括电池组和热量控制装置。若干个电池模组通过串并联连接形成电池组。热量控制装置包括：检测机构、热量调节机构和控制单元。检测机构设置于每个电池模组。热量调节机构包括：限温器和均衡器，用于限制温度，通过水冷和风冷的方式均衡热量。控制单元根据热量信息向热量调节机构发送调节指令。一种具有多重热管理功能的电池设备，具有以下优势：采用多种散热形式实现有效的热量控制。降低功耗，缩小电芯间温差，均匀进行温度控制，降低噪声；减少凝露现象，以及受外界环境的影响；能及时消除温差异常的电芯，避免热失控的隐患。

Description

一种具有多重热管理功能的电池设备

技术领域

本实用新型涉及储能设备技术领域，具体而言，涉及一种具有多重热管理功能的电池设备。

背景技术

储能系统是调节新能源发电与电力系统的供需不平衡的问题最佳解决方案，储能系统同时具备电源特征和负荷特性的双重特性，可在用电高峰期作为电源调节电力系统供电压力，同时在用电低谷期作为负荷吸收新能源发电多余电量，同时还可优化电力系统的电压脉冲、涌流、电压跌落和瞬时供电中断等动态电能质量问题。目前商业化前景最好的储能系统是电化学储能，以其不受环境和地理条件的限制、预装式结构设计、随需扩容、部署快捷方便等特点，受到用户的青睐。电化学储能系统中电池是系统的最主要组成部分，电池单元的使用寿命直接影响到储能系统的经济性和可用性。而电芯工作环境将直接影响电芯的使用寿命，如磷酸铁锂电芯最佳工作环境-10℃～+30℃，温度低于0度将直接影响电池的使用寿命，且不可逆；温度过高将加速电芯的老化。因此保证电芯合适的工作环境，是提供储能系统经济性和可用性的重要途径之一。

传统储能系统大多通过空调热对流(以下称风冷)或液冷热交换(以下称液冷)的热管理方式实现。例如，公开号为CN115498326A中国发明专利，涉及一种基于锂电池风冷储能系统的散热均衡控制方法与装置，通过配置风道出口传感器的地址库，风道出口传感器的地址库对应M个风道口温度传感器，M个风道口温度传感器对应分布在锂电池风冷储能系统的N个风道出口，再通过在锂电池风冷储能系统运行时，获取每个风道出口的热量输出数值对应存储至风道出口传感器的地址库，根据热量输出数值对锂电池风冷储能系统的风机进行控制，以调整锂电池风冷储能系统的散热均衡，实现通过风道温度对每个风道对应的多个锂电池模组进行统一温度调控，达到锂电池风冷储能系统的散热整体均衡的技术效果。虽然通过风冷的方式对储能系统实现了有效地温控，并且，也在均衡散热上获得了一定的技术效果，但是其散热形式单一，并且，这种两种热管理方式存在以下缺点：1.风冷式为粗狂型热管理方式，具有功耗大，电芯间温差大，温度控制不均匀、噪声大等缺点；2.液冷比风冷效果相对好，具备功耗相对较低、电池温差控制均匀等特点，但也存在凝露、受外界环境影响大等缺点；3.不能及时消除温差异常的电芯，存在热失控隐患。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提供一种具有多重热管理功能的电池设备，对每个电池模组设置一个检测机构，接收每个电池模组或电池单体的热量信息，控制单元通过接受到的热量信息，控制限温器对每个电池模组或电池单体进行温度控制，控制均衡器对电池模组的热量调节水冷和风冷，解决了散热形式单一，风冷式为粗狂型热管理方式，具有功耗大，电芯间温差大，温度控制不均匀、噪声大等缺点；液冷比风冷效果相对好，具备功耗相对较低、电池温差控制均匀等特点，但也存在凝露、受外界环境影响大等缺点；不能及时消除温差异常的电芯，存在热失控隐患等的问题。

为解决上述问题，本实用新型提供一种具有多重热管理功能的电池设备，包括：

电池组，若干个电池模组通过串联和并联的至少一种连接方式连接形成；

热量控制装置，包括：

检测机构，设置于每个所述电池模组，检测所述电池模组的热量信息；

热量调节机构，根据所述检测机构检测的所述热量信息，调节所述电池模组的热量，所述热量调节机构包括：

限温器，设有开关，根据所述检测机构检测的所述热量信息控制所述电池模组的通断；

均衡器，包括：

热量调控组件，靠近所述电池模组设置，与所述电池模组进行热交换；

散热风扇，设置于所述电池组周围。

进一步的，每个所述电池模组通过一个电池模块串联一个限温器形成；

每个所述电池模块通过若干个电池单体通过串联和并联的至少一种连接方式连接形成。

进一步的，所述电池模块的容量小于等于所述开关的额定容量。

进一步的，所述检测机构包括：

传感器，设置于每个所述电池单体，并且，所述传感器与所述限温器电连接。

进一步的，所述热量调控组件包括：

输液管道，靠近所述电池模组设置，并且，所述输液管道与液冷源连接；

加热片，设置于每个所述电池模组。

进一步的，所述输液管道包括：送液管道和回液管道，所述输液管道与所述液冷源形成循环液流通道。

进一步的，在所述输液管道上设有微型动力泵。

进一步的，所述电池模组通过并联方式连接成所述电池组时，电池模组的数量为两个或三个；

所述电池模组通过串联方式连接成所述电池组时，所述电池模组的数量为2n个，其中，n为4≤n≤12的整数。

进一步的，所述的具有多重热管理功能的电池设备，还包括：

控制单元，接收所述检测机构检测的所述热量信息，根据所述热量信息向所述热量调节机构发送调节指令。

进一步的，所述的具有多重热管理功能的电池设备，还包括：

机箱，电池组设置在所述机箱内，所述电池组的两端分别与所述机箱上设置的两个输出端子连接；

控制单元和散热风扇设置在所述机箱的壁板上。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种具有多重热管理功能的电池设备，具有以下优势：

本技术方案优点在于对每个电池模组设置一个检测机构，接收每个电池模组或电池单体的热量信息，控制单元通过接受到的热量信息，控制限温器对每个电池模组或电池单体进行温度控制，控制均衡器对电池模组的热量调节水冷和风冷，采用多种散热形式实现有效的热量控制。降低了功耗，缩小了电芯间温差，均匀进行温度控制，降低了噪声；减少了凝露现象，以及受外界环境的影响；能及时消除温差异常的电芯，避免热失控的隐患。

附图说明

图1为本实用新型的实施例提出的具有多重热管理功能的电池设备的结构示意图；

图2为本实用新型的实施例提出的具有多重热管理功能的电池设备的结构示意图；

图3为本实用新型的实施例提出的具有多重热管理功能的电池设备的工作原理的流程图。

附图标记说明：

1-机箱，2-电池组，21-电池模块，211-电池单体，3-输出端子，4-热量调节机构,41-限温器,42-均衡器,421-散热风扇，422-热量调控组件，4221-输液管道，42211-送液管道，42212-回液管道，4222-微型动力泵，5-控制单元，6-检测机构。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

在本实用新型中涉及“第一”、“第二”、“上”、“下”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“上”、“下”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当实施例之间的技术方案能够实现结合的，均在本实用新型要求的保护范围之内。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1和图2所示，一种具有多重热管理功能的电池设备，包括：电池组2和热量控制装置。若干个电池模组通过串联和并联的至少一种连接方式连接形成。热量控制装置包括：检测机构6、热量调节机构4和控制单元5。检测机构6设置于每个所述电池模组，检测所述电池模组的热量信息。热量调节机构4根据所述检测机构6检测的所述热量信息，调节所述电池模组的热量，所述热量调节机构4包括：限温器41和均衡器42。限温器41设有开关，根据所述检测机构6检测的所述热量信息控制所述电池模组的通断。均衡器42包括：热量调控组件422和散热风扇421。热量调控组件422靠近所述电池模组设置，与所述电池模组进行热交换。散热风扇421设置于所述电池组2周围。控制单元5接收所述检测机构6检测的所述热量信息，根据所述热量信息向所述热量调节机构4发送调节指令。

对每个电池模组设置一个检测机构6，接收每个电池模组或电池单体211的热量信息，控制单元5通过接收到的热量信息，控制限温器41对每个电池模组或电池单体211进行温度控制，限温器41为设有开关的元件，通过开关的开合控制电池模组在电路中的通断，从而控制电池模组的发热量。所述的限位器41由N个基于电力电子开关或机械的开关组成，主要实现电池模块极端温差下的快速隔离，消除热失控隐患。

通过控制均衡器42对电池模组的热量调节液冷和风冷，采用多种散热形式实现有效的热量控制。其中，通过热量调控组件422利用液体的换热调节电池模组的热量，通过散热风扇421散发电池模组发出的热量，散热风扇421优选采用散热风扇，所述的散热风扇采用低功耗、静音散热风扇，为实现模组内部与外界空气热对流的散热装置，降低了功耗，缩小了电芯间温差，均匀进行温度控制，降低了噪声；减少了凝露现象，以及受外界环境的影响；能及时消除温差异常的电芯，避免热失控的隐患。

具体的，每个所述电池模组通过一个电池模块21串联一个限温器41形成。每个所述电池模块21通过若干个电池单体211通过串联和并联的至少一种连接方式连接形成。

所述的电池模块21为采用磷酸铁锂电芯、锂离子电芯、镍镉电芯、镍氢电芯等各种类型电芯的电池单体211通过串并连结构焊接在一起。

进一步的，所述电池模块21的容量小于等于所述开关的额定容量。

电池模块21的容量不超过能量均衡阵列中每个开关的额定载流量。

进一步的，所述检测机构6包括：传感器(图中未示)，设置于每个所述电池单体211，并且，所述传感器与所述限温器41电连接。

通过传感器采集电芯或待测电池单体21的温度等状态信息，并通过电缆连接限温器41的开关。传感器采用温度传感器，优选的，采用NTC电阻、热电偶等形式。

进一步的，所述热量调控组件包括输液管道4221和加热片(图中未示)。输液管道4221靠近所述电池模组21设置，并且，所述输液管道与液冷源连接。加热片设置于每个所述电池模组。

通过输液管道4221从外部液冷源引入液体冷却液，对发热的电池模块21或者电池单体211进行降温。通过加热片可以对温度较低的电池模组或电池单体211进行加热，实现冷热均衡。

进一步的，所述输液管道4221包括：送液管道42211和回液管道42212，所述输液管道4221与所述液冷源形成循环液流通道。

进一步的，在所述输液管道4221上设有微型动力泵4222。

在送液管道42211和回液管道42212之间通过微型动力泵4222连接，促进冷却液在输液管道4221中流动。

进一步的，所述电池模组通过并联方式连接成所述电池组时，电池模组的数量为两个或三个。所述电池模组通过串联方式连接成所述电池组时，所述电池模组的数量为2n个，其中，n为4≤n≤12的整数。

电池模块21的电芯的数量根据所设计模组额定电压决定，并联数量宜不超过3个，串联数量优选8串、10串、12串、14串、16串、18串、20串、24串等。

进一步的，所述的具有多重热管理功能的电池设备，还包括：机箱1，电池组2设置在所述机箱1内，所述电池组2的两端分别与所述机箱1上设置的两个输出端子3连接。控制单元5和散热风扇421设置在所述机箱1的壁板上。

所述的机箱1材料为不锈钢、碳素钢、铝合金型材等材质的安装壳体，用于支撑、保护电池模组各组成部件，且机箱1采用机架式设计，机箱1内部设计有固定各部件的安装螺丝、定位孔等。

以下说明上述实施例提出的一种具有多重热管理功能的电池设备的工作原理。

如图3所示，本实施例的电池设备采用三级热管理的方式，电池模组接入系统后，控制单元5通过限温器41上传的模组内各测点的温度信息汇总、分析，计算当前温度的平均值。同时接受来自BMS发送的本簇其他模组平均温度值，当温度超过或低于整簇的平均值时，对电池设备进行温度调控。

1、电池设备散热均衡

(1)当发现某个电池单体211测点温度大于本模组内所有测点平均温度△T时，控制单元5控制散热风扇调速转动进行低功耗散热；

(2)当测点温度与本模组内所有测点平均温度一致后调速延迟停止散热；

(3)当散热风扇转速达到最大转速维持一段时间且测点温度与模组内所有测点平均温度△T持续上升时，控制单元5控制均衡器42启动微型动力泵4222，同时进行水冷散热和风冷散热；

(4)当测点温度与本模组内所有测点平均温度差小于△T’时，控制单元5控制均衡器42停止微型动力泵4222转动；

(5)当测点温度与本模组内所有测点平均温度温差达到设定极限值△Tu时，控制单元5控制限温器42将改电池模块21与主回路迅速切除，并将故障信息上传至BMS，提醒运维人员进行处置。

2、模组加热均衡

当控制单元5发现本模组内某个测点温度低于设定温度最低值时，执行模组加热管理。

控制单元5控制均衡器42启动该测点对应的电池模块21下的加热片对该组电池模块进行加热处理。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种具有多重热管理功能的电池设备，其特征在于，包括：

电池组(2)，若干个电池模组通过串联和并联的至少一种连接方式连接形成；

热量控制装置，包括：

检测机构(6)，设置于每个所述电池模组，检测所述电池模组的热量信息；

热量调节机构，根据所述检测机构(6)检测的所述热量信息，调节所述电池模组的热量，所述热量调节机构包括：

限温器(41)，设有开关，根据所述检测机构(6)检测的所述热量信息控制所述电池模组的通断；

均衡器(42)，包括：

热量调控组件(422)，靠近所述电池模组设置，与所述电池模组进行热交换；

散热风扇(421)，设置于所述电池组周围。

2.根据权利要求1所述的具有多重热管理功能的电池设备，其特征在于，

每个所述电池模组通过一个电池模块(21)串联一个限温器(41)形成；

每个所述电池模块(21)通过若干个电池单体(211)通过串联和并联的至少一种连接方式连接形成。

3.根据权利要求2所述的具有多重热管理功能的电池设备，其特征在于，所述电池模块(21)的容量小于等于所述开关的额定容量。

4.根据权利要求3所述的具有多重热管理功能的电池设备，其特征在于，所述检测机构(6)包括：

传感器，设置于每个所述电池单体(211)，并且，所述传感器与所述限温器(41)电连接。

5.根据权利要求1所述的具有多重热管理功能的电池设备，其特征在于，所述热量调控组件(422)包括：

输液管道(4221)，靠近所述电池模组设置，并且，所述输液管道(4221)与液冷源连接；

加热片，设置于每个所述电池模组。

6.根据权利要求5所述的具有多重热管理功能的电池设备，其特征在于，

所述输液管道(4221)包括：送液管道(42211)和回液管道(42212)，所述输液管道(4221)与所述液冷源形成循环液流通道。

7.根据权利要求6所述的具有多重热管理功能的电池设备，其特征在于，在所述输液管道(4221)上设有微型动力泵(4222)。

8.根据权利要求1所述的具有多重热管理功能的电池设备，其特征在于，

所述电池模组通过并联方式连接成所述电池组(2)时，电池模组的数量为两个或三个；

所述电池模组通过串联方式连接成所述电池组(2)时，所述电池模组的数量为2n个，其中，n为4≤n≤12的整数。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的具有多重热管理功能的电池设备，其特征在于，还包括：

控制单元(5)，接收检测机构(6)检测的热量信息，根据所述热量信息向热量调节机构发送调节指令。

10.根据权利要求9所述的具有多重热管理功能的电池设备，其特征在于，还包括：

机箱(1)，电池组(2)设置在所述机箱(1)内，所述电池组(2)的两端分别与所述机箱(1)上设置的两个输出端子(3)连接；

控制单元(5)和散热风扇(421)设置在所述机箱(1)的壁板上。

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