CN219534658U - 一种液冷储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种液冷储能系统。该液冷储能系统包括：至少一个电池包，所述电池包包括箱体和设置于箱体上的第一冷却液循环口、第二冷却液循环口和蒸汽循环口；所述箱体内装载有电芯和冷却液，所述电芯部分浸没在所述冷却液中；冷却液泵循环管路，所述冷却液泵循环管路用于驱动冷却液由所述第一冷却液循环口进入所述箱体，由所述第二冷却液循环口流出所述箱体，以进行自然冷却；压缩机循环管路，所述压缩机循环管路用于驱动冷却液在所述第一冷却液循环口和所述蒸汽循环口之间进行相变，以进行压缩制冷或制热。本实用新型实施例有利于提升电芯的循环寿命及进一步提升散热效率，以及降低系统能耗。

Description

一种液冷储能系统

技术领域

本实用新型涉及储能技术领域，尤其涉及一种液冷储能系统。

背景技术

现有的液冷储能系统，采用冷却液在冷板内流动，冷板表面与电芯表面相接触，通过冷却液将电芯充放电过程中产生的热量带走。然而，冷板为多层热阻结构，即冷却液到冷板表面存在多层热阻，使得冷却液的冷却效率受影响。同时由于电芯自身的导热系数较低，其在传热路径上会形成温度梯度，造成电芯温度不均，影响电芯的循环寿命及效率。

实用新型内容

本实用新型提供了一种液冷储能系统，以提高电芯的散热效率、提升电芯温度的均匀性和循环寿命。

根据本实用新型提供的液冷储能系统，包括：

至少一个电池包，所述电池包包括箱体和设置于箱体上的第一冷却液循环口、第二冷却液循环口和蒸汽循环口；所述箱体内装载有电芯和冷却液，所述电芯部分浸没在所述冷却液中；

冷却液泵循环管路，所述冷却液泵循环管路用于驱动冷却液由所述第一冷却液循环口进入所述箱体，由所述第二冷却液循环口流出所述箱体，以进行自然冷却；

压缩机循环管路，所述压缩机循环管路用于驱动冷却液在所述第一冷却液循环口和所述蒸汽循环口之间进行相变，以进行压缩制冷或制热。

可选地，所述蒸汽循环口设置于所述箱体的顶部；

和/或，所述第一冷却液循环口低于所述冷却液液位；

和/或，所述第二冷却液循环口低于所述冷却液液位。

可选地，与所述蒸汽循环口连接的管路上设置有第一阀门；

与所述第二冷却液循环口连接的管路上设置有第二阀门。

可选地，所述箱体上还设置有泄压阀，所述泄压阀设置于所述箱体的顶部。

可选地，该液冷储能系统还包括：冷却液泵、冷凝器和压缩机；

其中，所述冷却液泵和所述冷凝器连接于所述冷却液泵循环管路中；所述冷凝器和所述压缩机连接于所述压缩机循环管路中。

可选地，所述冷却液泵、所述冷凝器和所述压缩机依次串联；

所述液冷储能系统还包括：第一支管路和第一三通阀；所述第一支管路通过所述第一三通阀绕过所述压缩机；

所述液冷储能系统还包括：第二支管路和第二三通阀；所述第二支管路通过所述第二三通阀绕过所述冷却液泵。

可选地，该液冷储能系统还包括：PTC模块，所述PTC模块设置于所述冷却液泵和所述冷凝器之间。

可选地，所述冷却液泵为氟泵。

可选地，该液冷储能系统还包括：至少一个节流器件；所述节流器件与所述第一冷却液循环口连接，用于调节所述冷却液的流量。

可选地，所述箱体内的电芯数量为多个。

本实用新型实施例设置的电池包包括箱体、第一冷却液循环口、第二冷却液循环口和蒸汽循环口，以及在箱体内浸没在冷却液中的电芯。与现有技术采用冷板相比，本实用新型实施例的电芯与冷却液直接接触，有利于提高电芯的散热效率。进一步地，即使电芯自身的导热系数较低，其与冷却液直接接触后，形成温度梯度可以忽略不计，有利于避免电芯温度不均，因此，本实用新型实施例有利于提升电芯的循环寿命及进一步提升散热效率，以及降低系统能耗。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种液冷储能系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种液冷储能系统的电池包的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种液冷储能系统的电池包的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的另一种液冷储能系统的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的又一种液冷储能系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实用新型提供了一种液冷储能系统。图1是本实用新型实施例提供的一种液冷储能系统的结构示意图。参照图1，该液冷储能系统包括：至少一个电池包110、冷却液泵循环管路120和压缩机循环管路130。

图2是本实用新型实施例提供的一种液冷储能系统的电池包的结构示意图。参照图2，电池包110包括箱体111和设置于箱体111上的第一冷却液循环口112、第二冷却液循环口113和蒸汽循环口114；箱体111内装载有电芯115和冷却液，电芯115部分浸没在冷却液中。

冷却液泵循环管路120用于驱动冷却液由第一冷却液循环口112进入箱体111，由第二冷却液循环口113流出箱体111，以进行自然冷却。压缩机循环管路130用于驱动冷却液在第一冷却液循环口112和蒸汽循环口114之间进行相变，以进行压缩制冷或制热。示例性地，图2示出了电芯115数量为多个，以有利于提升电池包110的容量。

其中，电芯115部分浸没在冷却液中，即冷却液并未填满整个箱体111，有利于冷却液在液态和气态之间进行相变，以进行压缩制冷或制热。

结合图1和图2，示例性地，本发明实施例提供的液冷储能系统的工作原理为，根据电池包110的温度和环境温度确定系统的工作模式。这是因为，电池包110的温度除与电芯115自身发热相关外，还与电芯115所处的环境温度相关。

具体地，在箱体111所处环境温度相对较低且电芯115过温的情况下，例如，环境温度小于30℃，电芯115温度大于30℃时，冷却液自身对外界环境所释放的热量即可满足电芯115的大部分散热需求。因此，电池包110依赖于液冷储能系统的需求相对较小。此时，液冷储能系统的自然冷却模式即可满足电芯115的散热需求。

在自然冷却模式中，冷却液泵循环管路120驱使系统中的冷却液循环，系统中的冷却液绕过压缩机循环管路130，仅流过压缩机循环管路130进行循环。由于电芯115的温度高于冷却液，位于箱体111中的电芯115浸没在冷却液中，电芯115所产生的热量可以直接传递给冷却液，使得电芯115的温度降低，冷却液的温度升高。温度升高后的冷却液在冷却液泵循环管路120作用下，由箱体111的第二冷却液循环口113中流出，冷却液在冷却液泵循环管路120中与外界进行热交换，以进行冷却。冷却后的冷却液经过箱体111的第一冷却液循环口112再次回到箱体111中。如此循环往复对电芯115进行自然冷却。这样设置，无需启动压缩机循环管路130，有利于降低系统功耗。

在箱体111所处环境温度相对较高且电芯115过温的情况下，例如，环境温度大于30℃，电芯115温度大于35℃时，冷却液自身对外界环境所释放的热量无法满足电芯115的散热需求。此时，液冷储能系统可以选用压缩冷却模式对电芯115进行散热。

在压缩制冷模式中，压缩机循环管路130驱使系统中的冷却液循环。由于电芯115的温度高于冷却液，位于箱体111中的电芯115浸没在冷却液中，电芯115所产生的热量可以直接传递给冷却液，部分冷却液发生相变，在箱体111中由液体蒸发为气体，并且该气体由箱体111的蒸汽循环口114流入压缩机循环管路130。压缩机循环管路130对该气体进行压缩，使其变为高压的气体。由于物质的沸点与压力呈正相关，冷却液蒸发形成的气体经过压缩后其沸点升高，此时冷却液蒸汽的温度低于其沸点。因此，在该高压气体进入冷却液泵循环管路120后对外放热冷凝为液体，并经过箱体111的第一冷却液循环口112再次回到箱体111中。

可以理解，当箱体111在低温环境中时，过低的温度同样会对电芯115的性能产生影响，因此，液冷储能系统还需在环境温度过低时对电芯115进行加热，以保证电芯115的储能可靠性。在箱体111所处环境温度和电芯115的温度均过低的情况下，例如，二者温度均低于10℃，液冷储能系统选用制热模式对电芯115进行加热，从而使电芯115处于适宜的工作温度中。

在制热模式中，同样由压缩机循环管路130驱使系统中的冷却液循环，但冷却液循环流动的方向与压缩制冷模式相反。在此模式中，冷却液进入到压缩机循环管路130中，冷却液吸收热量蒸发为气体，并且压缩机循环管路130对冷却液蒸汽进行压缩，使其变为高压气体并经蒸汽循环口114进入到箱体111。冷却液蒸汽在箱体111中与电芯115接触。由于此时电芯115的温度较低，冷却液蒸汽在与电芯115接触时将热量释放给电芯115，释放热量后的冷却液蒸汽冷凝为液态，并经箱体111上的第一冷却液循环口112重新进入到压缩机循环管路130中。

本实用新型实施例设置的电池包110包括箱体111、第一冷却液循环口112、第二冷却液循环口113和蒸汽循环口114，以及在箱体111内浸没在冷却液中的电芯115。与现有技术采用冷板相比，本实用新型实施例的电芯115与冷却液直接接触，有利于提高电芯115的散热效率。进一步地，即使电芯115自身的导热系数较低，其与冷却液直接接触后，形成温度梯度可以忽略不计，有利于避免电芯115温度不均，因此，本实用新型实施例有利于提升电芯115的循环寿命及进一步提升散热效率，以及降低系统能耗。

另外，本实用新型实施例在液冷储能系统中设置冷却液循环管路120和压缩机循环管路130，能够根据不同的电芯115温度和环境温度采用不同的工作模式。在不同的工作模式中，通过箱体111上的第一冷却液循环口112、第二冷却液循环口113和蒸汽循环口114，实现冷却液的循环路径，这样的设计构思巧妙，结构简单，易于实现，且有利于降低功耗。具体地，当环境温度较低且电芯115过温时选择自然冷却模式对电芯115进行单相冷却散热，冷却液通过第一冷却液循环口112、第二冷却液循环口113和冷却液泵循环管路120进行循环；当环境温度较高且电芯115过温时选择压缩冷却模式对电芯115进行相变冷却散热，冷却液通过第一冷却液循环口112、蒸汽循环口113和压缩机循环管路130进行正向循环；当环境温度和电芯115的温度均过低时选择制热模式对电芯115进行加热，冷却液通过第一冷却液循环口112、蒸汽循环口114和压缩机循环管路130进行反向循环。

由上述分析可知，对于电芯115数量较多的情况，本实用新型还能在单个电芯115发生热失控时，借助箱体111内的冷却液阻断热蔓延，从而降低安全事故发生的风险。因此，无需针对电池包110额外配置灭火设备，从而减少了空间的占用，提高了储能系统的能量密度。

可选地，在上述各实施例的基础上，继续参照图2，蒸汽循环口114设置于箱体111的顶部；第一冷却液循环口112低于冷却液液位；第二冷却液循环口113低于冷却液液位。

不难理解，第一冷却液循环口112和第二冷却液循环口113均低于箱体111内冷却液的液位，有利于冷却液通过第一冷却液循环口112和第二冷却液循环口113在液冷储能系统中循环。而当冷却液蒸发时，由于气体密度相较于冷却液的密度降低，气体会在冷却液上方空间聚集，因此将蒸汽循环口114设置于箱体111的顶部，从而有利于发生相变的冷却液通过第一冷却液循环口112和蒸汽循环口114在液冷储能系统中的循环。

图3是本实用新型实施例提供的另一种液冷储能系统的电池包的结构示意图。可选地，在上述各实施例的基础上，参照图3，与蒸汽循环口114连接的管路上设置有第一阀门116；与第二冷却液循环口113连接的管路上设置有第二阀门117。

具体地，当液冷储能系统处于自然冷却模式时，与蒸汽循环口114连接的管路上的第一阀门116关闭，与第二冷却液循环口113连接的管路上的第二阀门117开启，以有利于冷却液通过第一冷却液循环口112和第二冷却液循环口113在液冷储能系统中循环。

当液冷储能系统处于压缩冷却模式时，与蒸汽循环口114连接的管路上设置的第一阀门116开启，与第二冷却液循环口113连接的管路上设置的第二阀门117关闭，以有利于冷却液蒸汽通过第一冷却液循环口112和蒸汽循环口114在液冷储能系统中循环。

可选地，在上述各实施例的基础上，继续参照图3，箱体111上还设置有泄压阀118，泄压阀118设置于箱体111的顶部。

具体地，当电芯115的温度过高时，冷却液的蒸发速度也相对较快，也就是说箱体111内的压力上升速率也相对较快，但由于液冷储能系统为密闭系统，且箱体111的蒸汽循环口114的大小以及液冷储能系统的循环管路的大小固定，冷却液蒸汽无法及时输出。因此，在箱体111的顶部设置泄压阀118，当箱体111内冷却液蒸汽的压力超过泄压阀118的压力阈值时，泄压阀118打开，对箱体111进行泄压，以确保箱体111内冷却液蒸汽的压力处于安全范围内。

图4是本实用新型实施例提供的另一种液冷储能系统的结构示意图。可选地，在上述各实施例的基础上，参照图4，液冷储能系统还包括：冷却液泵121、冷凝器140和压缩机131；其中，冷却液泵121和冷凝器140连接于冷却液泵循环管路120中；冷凝器140和压缩机131连接于压缩机循环管路131中。

具体地，由前述液冷储能系统的工作模式可知，无论是自然冷却模式还是压缩机冷却模式，均需要冷却液与外界进行热交换，这一过程通过冷凝器140实现。因此，冷凝器140既属于冷却液泵循环管路120，又属于压缩机循环管路130。

可选地，在上述各实施例的基础上，继续参照图4，冷却液泵121、冷凝器140和压缩机131依次串联；液冷储能系统还包括：第一支管路133和第一三通阀132；第一支管路133通过第一三通阀132绕过压缩机131。液冷储能系统还包括：第二支管路123和第二三通阀122；第二支管路123通过第二三通阀122绕过冷却液泵121。

具体地，在箱体111所处环境温度相对较低且电芯115过温的情况下，例如，环境温度小于30℃，电芯115温度大于30℃时，冷却液自身对外界环境所释放的热量即可满足电芯115的大部分散热需求。因此，电池包110依赖于液冷储能系统的需求相对较小。此时，液冷储能系统的自然冷却模式即可满足电芯115的散热需求。

在自然冷却模式中，冷却液泵121带动液冷储能系统中的冷却液流动，系统中的冷却液通过第一三通阀132进入到第一支管路132中，并通过第一支管路132绕过压缩机131。由于电芯115的温度高于冷却液，位于箱体111中的电芯115浸没在冷却液中，电芯115所产生的热量可以直接传递给冷却液，使得电芯115的温度降低，冷却液的温度升高。温度升高后的冷却液在冷却液泵121作用下，由箱体111的第二冷却液循环口113中流出，冷却液在冷凝器140中与外界进行热交换，以进行冷却。冷却后的冷却液经过箱体111的第一冷却液循环口112再次回到箱体111中。如此循环往复对电芯115进行自然冷却。在此模式中，冷凝器140充当散热器，冷却液进入到冷凝器140后进行热交换，将电芯115所产生的热量交换至外界，以对电芯115进行降温。

在箱体111所处环境温度相对较高且电芯115过温的情况下，例如，环境温度大于30℃，电芯115温度大于35℃时，冷却液自身对外界环境所释放的热量无法满足电芯115的散热需求。此时，液冷储能系统可以选用压缩冷却模式对电芯115进行散热。

在压缩冷却模式中，压缩机131带动液冷储能系统中的冷却液流动。由于电芯115的温度高于冷却液，位于箱体111中的电芯115浸没在冷却液中，电芯115所产生的热量可以直接传递给冷却液，部分冷却液发生相变，在箱体111中由液体蒸发为气体，并且该气体由箱体111的蒸汽循环口114流入压缩机131。压缩机131对该气体进行压缩，使其变为高压的气体。由于物质的沸点与压力呈正相关，冷却液蒸发形成的气体经过压缩后其沸点升高，此时冷却液蒸汽的温度低于其沸点。因此，在该高压气体进入冷凝器150后对外放热冷凝为液体，并通过第二三通阀122进入到第二支管路123中，并通过第二支管路123绕过冷却液泵进入到节流器件150中，最终回到箱体111中。需要说明的是，在压缩冷却模式中，节流器件150的开度与电芯115的散热效果有关，在实际应用时应根据电芯115的散热效果对节流器件150的开度进行调节。

可选地，在上述各实施例的基础上，继续参照图4，液冷储能系统还包括：PTC模块160，PTC模块160设置于冷却液泵121和冷凝器140之间。

具体地，PTC模块的全称为PTC辅助加热模块，其中PTC为Positive TemperatureCoefficient的简称，其意为正温度系数。PTC模块用于辅助加热冷却液，在箱体111所处环境温度过低时，冷却液存在发生冻结的可能。因此，在制热模式中，PTC模块首先对冷却液进行加热，从而使冷却液可以顺利进入到冷凝器140中，以确保液冷储能系统的正常运行。

可以理解，当箱体111在低温环境中时，过低的温度同样会对电芯115的性能产生影响，因此，液冷储能系统还需在环境温度过低时对电芯115进行加热，以保证电芯115的储能可靠性。

在箱体111所处环境温度和电芯115的温度均过低的情况下，例如，二者温度均低于10℃，液冷储能系统选用制热模式对电芯115进行加热，从而使电芯115处于适宜的工作温度中。

示例性地，在制热模式中，同样由压缩机131带动液冷储能系统中的冷却液流动。在此模式中，冷却液的循环方向与冷却模式的循环方向相反，箱体111中的冷却液经过节流器件150进入到冷凝器140中，冷却液在冷凝器140中发生相变，蒸发为气体，压缩机131将冷却液蒸汽压缩为高压气体后输出至箱体111中。冷却液蒸汽在箱体111中与电芯115接触。由于此时电芯115的温度较低，冷却液蒸汽在与电芯115接触时将热量释放给电芯115，释放热量后的冷却液蒸汽冷凝为液态，并经箱体111上的第一冷却液循环口112重新进入到冷凝器150中。

图5是本实用新型实施例提供的又一种液冷储能系统的结构示意图。可选地，在上述各实施例的基础上，结合图2和图5液冷储能系统还包括：至少一个节流器件150；节流器件与第一冷却液循环口112连接，用于调节冷却液的流量。由于在自然冷却模式中，冷却液不发生相变，冷却液的热交换效率较低，因此，可以节流器件的开度调到最大，以减小流阻，确保电芯115的散热效果。在压缩制冷模式或制热模式中，可以根据制冷或制热效果进对节流器件150的开度进行调节，以使电芯115的温度达到最佳。

可选地，在上述各实施例的基础上，冷却液泵121为氟泵，相应地，冷却液为氟。具体地，氟泵为内衬氟塑料的泵，其工作温度宽泛，可以在-20℃～150℃温度条件下长期工作，并且具有良好的抗腐蚀性能。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本实用新型中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本实用新型的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液冷储能系统，其特征在于，包括：

至少一个电池包，所述电池包包括箱体和设置于箱体上的第一冷却液循环口、第二冷却液循环口和蒸汽循环口；所述箱体内装载有电芯和冷却液，所述电芯部分浸没在所述冷却液中；

冷却液泵循环管路，所述冷却液泵循环管路用于驱动冷却液由所述第一冷却液循环口进入所述箱体，由所述第二冷却液循环口流出所述箱体，以进行自然冷却；

压缩机循环管路，所述压缩机循环管路用于驱动冷却液在所述第一冷却液循环口和所述蒸汽循环口之间进行相变，以进行压缩制冷或制热。

2.根据权利要求1所述的液冷储能系统，其特征在于，所述蒸汽循环口设置于所述箱体的顶部；

和/或，所述第一冷却液循环口低于所述冷却液液位；

和/或，所述第二冷却液循环口低于所述冷却液液位。

3.根据权利要求1所述的液冷储能系统，其特征在于，与所述蒸汽循环口连接的管路上设置有第一阀门；

与所述第二冷却液循环口连接的管路上设置有第二阀门。

4.根据权利要求1所述的液冷储能系统，其特征在于，所述箱体上还设置有泄压阀，所述泄压阀设置于所述箱体的顶部。

5.根据权利要求1所述的液冷储能系统，其特征在于，还包括：冷却液泵、冷凝器和压缩机；

其中，所述冷却液泵和所述冷凝器连接于所述冷却液泵循环管路中；所述冷凝器和所述压缩机连接于所述压缩机循环管路中。

6.根据权利要求5所述的液冷储能系统，其特征在于，所述冷却液泵、所述冷凝器和所述压缩机依次串联；

所述液冷储能系统还包括：第一支管路和第一三通阀；所述第一支管路通过所述第一三通阀绕过所述压缩机；

所述液冷储能系统还包括：第二支管路和第二三通阀；所述第二支管路通过所述第二三通阀绕过所述冷却液泵。

7.根据权利要求5所述的液冷储能系统，其特征在于，还包括：PTC模块，所述PTC模块设置于所述冷却液泵和所述冷凝器之间。

8.根据权利要求5所述的液冷储能系统，其特征在于，所述冷却液泵为氟泵。

9.根据权利要求1所述的液冷储能系统，其特征在于，还包括：至少一个节流器件；所述节流器件与所述第一冷却液循环口连接，用于调节所述冷却液的流量。

10.根据权利要求1所述的液冷储能系统，其特征在于，所述箱体内的电芯数量为多个。