CN223347852U - 集成冷却与消防的电池编组及储能箱 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种集成冷却与消防的电池编组及储能箱，所述电池编组包括若干电芯，所述电芯的顶部设有围挡以及第一积液腔；相邻电芯之间设有容纳间隙，所述容纳间隙内设有散热流道，所述散热流道包括流道入口、流道出口以及至少一个积液流道，冷媒经流道入口流入积液流道内，积液流道内溢出的冷媒由流道出口流出，位于积液流道的冷媒直接对电芯侧表面进行冷却降温；通过围挡与散热流道可使电芯顶部及侧面均匀覆盖冷媒进行溢流换热，且箱体底部仅需存储少量冷媒，即可实现电芯整体散热，既提高了浸没液体换热效率，同时大幅度降低了液体用量，大幅度降低了整个系统的造价成本。

Description

集成冷却与消防的电池编组及储能箱

技术领域

本申请涉及电池储能技术领域，具体涉及一种集成冷却与消防的电池编组及储能箱。

背景技术

随着新能源储能需求迅速发展，储能安全成为储能项目中举足轻重的一环。尤其是热管理技术是储能安全防控的重中之重。目前储能热管理多采用风冷和液冷两种方式，随着储能产品充放电速率逐渐提高，风冷方案已经无法满足电芯的散热需求。而浸没式液冷成为储能行业电池热管理需求重点研究方向，也称直接液冷式，浸没式液冷指的是把电芯直接泡在一种绝缘、无毒、可散热的冷媒体中，通过液体把热量带走，以此实现更高级别热管理，其具有降温迅速、均温性能好优势；并且冷媒体除作为温度控制的介质外，还可以作为储能系统消防液使用，使得温度控制与消防合二为一，实现储能系统长期安全运行。

目前浸没式液冷主要有TANK缸式全浸没和PACK包全浸没两种，其中TANK缸式全浸没方式，对密封结构设计要求高，极易出现泄露问题，并且液体需求量大，系统造价极高；此外后期电芯故障维护时，需整体排液后开缸维修，维护方面要求高且繁杂。PACK包级浸没方式，维护相对便捷，密封设计难度降低，但易出现局部热点，且PACK包需要承压，制造成本高，仍存在大量液体需求。

实用新型内容

为克服上述现有技术的不足，本申请提供了一种集成冷却与消防的电池编组及储能箱，具体采用如下技术方案：

一种集成冷却与消防的电池编组，其中所述电池编组包括若干电芯；

所述电芯的顶部设有围挡，所述围挡内部形成覆盖爆破阀和极耳的第一积液腔；

相邻电芯之间设有容纳间隙，所述容纳间隙内设有散热流道，所述散热流道包括流道入口、流道出口以及至少一个积液流道，所述流道入口位于电芯顶部的边缘，所述流道出口位于电芯的侧沿或底部，所述积液流道紧贴所述电芯侧表面，且所述流道入口与流道出口之间连通至少一个所述积液流道，冷媒经流道入口流入积液流道内，积液流道内溢出的冷媒由流道出口流出，其中位于积液流道的冷媒直接对电芯侧表面进行冷却降温。

可选的：所述围挡环绕电芯的顶部边缘位置，所述围挡形成的第一积液腔覆盖电芯的整体顶部表面，且所述第一积液腔连通所述散热流道的流道入口。

可选的：所述围挡设置于电芯的顶部中间位置，所述围挡分别绕爆破阀和极耳的最小边沿设置，所述围挡形成的第一积液腔仅覆盖爆破阀和极耳。

可选的：所述围挡环绕电池编组的顶部边缘位置，所述围挡形成的第一积液腔覆盖电池编组的整体顶部表面。

可选的：所述电池编组的两端还包括端板，所述散热流道位于所述端板与电芯之间。

可选的：所述容纳间隙内还设有第一隔板，所述散热流道位于第一隔板与电芯侧表面之间。

可选的：相邻电芯之间设有第一隔板，且位于相邻电芯之间的第一隔板的顶沿向上延伸形成延伸部，每个电芯顶部位置的延伸部和围挡共同形成第一积液腔单元，所述第一积液腔单元覆盖单个电芯顶部表面。

可选的：所述散热流道采用交替间隔设置的第一导流条和第二导流条，其中第一导流条的靠近电芯顶部的一端相互连接，所述第二导流条的靠近电芯底部的一端相互连接，所述第一导流条和第二导流条的另一端交错设置，通过所述第一导流条和第二导流条围合形成所述散热流道。

可选的：所述积液流道的覆盖面积为所述电芯侧表面面积的50％及以上。

此外本申请还公开有一种集成冷却与消防的储能箱，其中所述储能箱内包括如上述的电池编组。

有益效果

本申请的技术方案获得了下列有益效果：

(1)本申请的电池编组通过围挡与散热流道可使电芯顶部及侧面均匀覆盖冷媒，以进行溢流换热，进而散热阶段仅需少量冷媒，即可实现电芯整体散热，其既提高了电芯散热效率，同时大幅度降低了液体用量，其在保持浸没冷却方式的极致散热性能前提下，大幅度降低了整个系统的造价成本；并通过顶部液体均匀分配，避免电芯局部热点，进而避免影响系统正常运行。

(2)本申请的电池编组通过在电芯顶部设置围挡，使电芯的爆破阀或极耳始终处于冷媒浸没状态，并且相邻电芯之间通过散热流道中持续储液的积液流道进行热量隔绝，在电芯温度升高时，积液流道内的冷媒部分蒸发吸热，进而避免温度过度升高，可有效抑制电芯热失控后的热蔓延，满足电芯安全可靠的运行。

(3)本申请的电池编组在电芯热失控时，电芯内部的热量可由积液流道所存储的冷媒吸收，利用液体吸热升温至其沸点气化，阻止热蔓延导致相邻电芯热失控；此外电芯热失控导致顶部泄压阀爆开后，喷出的高温气体经电芯顶部围挡的积液腔内液体冷却后进入电芯内，降温后的气体难以与氧气反应，有效避免二次燃烧失控；同时热失控的电芯顶部泄压阀泄压后，泄压阀被围挡中积液腔的绝缘冷流体浸没水封，杜绝电芯内的氧气进入电芯内部进行化学反应，进一步抑制了电芯热失控蔓延。

(4)本申请的电池编组由于大幅度降低液体用量，可有效控制装置整体的运行重量，以降低部署安装要求。

附图说明

图1为本申请实施例中电池编组位于储能箱箱体内部的安装结构示意图。

图2为本申请实施例中一种围挡的结构示意图。

图3为图2中围挡结构的侧面剖视结构示意图。

图4为本申请实施例中另一种围挡的结构示意图。

图5为图4中围挡结构的侧面剖视结构示意图。

图6为本申请实施例中另一种围挡的结构示意图。

图7为图6中围挡结构的侧面剖视结构示意图。

图8为本申请实施例中散热流道的结构示意图。

图9为本申请实施例中位于第一隔板的一种散热流道结构示意图。

图10为本申请实施例中位于第一隔板的另一种散热流道结构示意图。

图11为本申请实施例中位于第一隔板的另一种散热流道结构示意图。

附图中附图标记的具体含义为:

1-箱体；101-箱体顶部；102-箱体底部；2-电芯；201-电芯的顶部；202-电芯的底部；203-电芯顶部的边缘；204-爆破阀；205-极耳；3-第一隔板；31-散热流道；301-流道入口；302-积液流道；303-流道出口；304-第一导流条；305-第二导流条；306-延伸部；4-端板；5-围挡；501-第一积液腔；5011-第一积液腔单元；502-围挡顶部；503-围挡底部；504-流通间隙；505-围挡间隙；6-容纳间隙。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。

结合图1所示，本申请实施例具体公开一种集成冷却与消防的电池编组，所述电池编组均包括若干并排分布的电芯2，每个电芯正负极的极耳205依次串联。所述电池编组置于储能箱的箱体1内部，并通过箱体1内部循环流动的冷媒进行散热，所述冷媒由箱体顶部101均匀分布于电池编组顶部，并经重力势能沿电芯侧面向下流动至箱体底部102，冷媒流动过程带走电芯热量，随后排出箱体1内部，经降温处理后再次回流至箱体1。

具体的，结合图2-7所示，本申请中在所述电芯2的顶部设有围挡5，所述围挡5内部形成覆盖爆破阀204和极耳205的第一积液腔501，优选的，本申请中所述围挡5的顶沿高于电芯2的顶部201的最大高度；本申请中利用所述电芯2上的围挡5可将冷媒积聚于围挡5内的第一积液腔501，一方面由于第一积液腔501覆盖爆破阀204和极耳205，因此围挡5内的冷媒可对爆破阀204和极耳205位置进行散热冷却，另一方面通过冷媒可封堵爆破阀204或极耳205，避免爆破阀204或极耳205接触箱体1内的氧气，既提高了极耳205寿命，同时可在电芯2热失控时封堵爆破阀204，避免电芯2内部与外界氧气接触，避免热失控加剧。需说明的是，本申请可在第一积液腔501内设置液位计，基于第一积液腔501的液位数据可控制电池编组顶部的冷媒流量，通过对比第一积液腔501的实际液位与预设液位阈值，可控制第一积液腔501的冷媒始终保持在固定液位，以保持爆破阀204封堵，并避免降低电芯2的散热效果。

进一步的，本申请为避免相邻电芯2之间热量传递以及由于自身降温需求，在所述电芯2的两侧分别设有散热流道31，如图8所示，所述散热流道31包括流道入口301、流道出口303以及至少一个积液流道302，所述流道入口301位于电芯顶部201的边缘203，所述流道出口303位于电芯2的侧沿或底部202，所述积液流道302紧贴所述电芯2侧表面，且所述流道入口301与流道出口303之间连通至少一个所述积液流道302，冷媒经流道入口301流入积液流道302内，积液流道302内溢出的冷媒由流道出口303流出，其中位于积液流道302的冷媒直接对电芯2侧表面进行冷却降温。需理解的是，由于所述电池编组包括多个电芯2，因此相邻电芯2之间设有容纳间隙6，所述散热流道31则位于所述容纳间隙6内，需说明的是，本申请中散热流道31可采用容纳间隙6直接形成，也可通过第一隔板3与电芯2的贴合面共同形成。

需说明的是，本申请中散热流道31的冷媒直接对电芯2侧表面进行散热，相比传统液冷板方式，散热效率大幅升高。此外本申请中积液流道302可积存部分冷媒，在储能箱正常工作时，冷媒在储能箱内部由上至下循环流动，可实现对电芯2顶部及侧面的散热并隔绝相邻电芯2之间热量传递。而储能箱停止工作时(一般冷媒不再循环流动)，此时由于积液流道302内积存有部分冷媒，位于积液流道302的冷媒可隔绝相邻电芯2的热传递，因此本申请中储能箱不仅实现正常工作阶段的散热冷却，还可对停止工作后储能箱的电芯2实现热量隔绝，进而确保电芯2热失控蔓延至相邻电芯2，提高了储能箱安全性。

可选的，作为围挡5结构的一种实施方式，结合图6和图7所示，本申请中所述围挡5可设置于电池编组的顶部边缘，即所述围挡5仅需环绕电池编组一圈即可，通过所述围挡5形成的第一积液腔501可覆盖电池编组的整体顶部表面，其中当相邻电芯2之间的容纳间隙6中设有第一隔板3时，可将第一隔板3的顶沿向上延伸形成延伸部306，通过第一隔板3的延伸部306可将所述围挡5构成的第一积液腔501划分为多个覆盖单个电芯2的爆破阀204和极耳205的第一积液腔单元5011，每个所述第一积液腔单元5011均分别连通电芯2两侧散热流道31的流道入口301。由箱体顶部101流下的冷媒将优先积聚于第一积液腔501，此时第一积液腔501的冷媒可对电池编组中各电芯的顶部201表面进行散热，并隔绝爆破阀204或极耳205接触氧气。随着第一积液腔501的冷媒积聚，冷媒将流向相邻电芯2之间的散热流道31，通过流道入口301进入散热流道31的积液流道302内，实现对电芯2侧表面散热和热量隔绝。需解释的是，本实施例中围挡底部503与电芯2之间可设置有流通间隙504，当第一积液腔501内液体积聚到一定液位高度时，部分冷媒可通过流通间隙504流向位于电池编组端部的散热流道31，此外当第一积液腔501内液位超过围挡顶部502时，部分冷媒将沿围挡顶部502溢出，并沿围挡表面向下流动至散热流道31内，以实现端部电芯散热冷却。

可选的，作为围挡5结构的一种实施方式，结合图2和图3所示，本申请中所述围挡5可设置于电芯顶部201的边缘203，所述围挡5环绕电芯顶部201边缘一周，所述围挡5形成的第一积液腔501覆盖电芯2的整体顶部表面，且所述第一积液腔501连通所述散热流道31的流道入口301。如图3所示，位于电芯顶部201四周的围挡顶部502均高于电芯顶部201高度，使所述第一积液腔501覆盖电芯2整个顶部表面，箱体顶部101的冷媒将优先积聚于第一积液腔501，此时第一积液腔501的冷媒可对电芯顶部201整体表面进行散热，并隔绝爆破阀204或极耳205接触氧气，当第一积液腔501的冷媒积聚超过围挡顶部502时，溢出的冷媒将流至围挡间隙505内，并经围挡间隙505底部通过流道入口301进入散热流道31的积液流道302内，实现对电芯2侧表面散热和热量隔绝。

可选的，作为围挡5结构的另一种实施方式，如图4和图5所示，本申请中所述围挡5还可设置于电芯顶部201的中间位置，且所述围挡5分别绕爆破阀204或极耳205的最小边沿设置，使得所述围挡5形成的第一积液腔501仅覆盖爆破阀204和极耳205。由于电芯工作时，电芯极耳位置的热量最为集中，因此极耳位置的散热需求最高，此时将冷媒集中于极耳位置，可提高此位置的散热效果。如图5所示，所述围挡5形成的第一积液腔501仅覆盖爆破阀204和极耳205位置，随着第一积液腔501内冷媒积聚，位于第一积液腔501的冷媒可隔绝爆破阀204或极耳205接触氧气。当第一积液腔501的冷媒积聚充满腔体后，冷媒将由围挡顶部502溢出，并流动覆盖至电芯顶部201除爆破阀204或极耳205的其他位置，此时溢出的冷媒对电芯顶部201进行散热。需注意的是，本申请中为确保电芯顶部201表面各位置散热均匀，因此可在所述电芯顶部201设有若干交错分布的第一毛细流道和第二毛细流道，其中第一毛细流道平行于电芯2长度方向，所述第二毛细流道平行于电芯2宽度方向，且所述第一毛细流道宽度大于第二毛细流道宽度。由于第一毛细流道的宽度大于第二毛细流道宽度，因此第一毛细流道中冷媒流动速率快于第二毛细流道的冷媒流动速率，当冷媒溢出并覆盖电芯顶部201表面时，更多冷媒偏向电芯2长度方向流动，进而使电芯顶部201长宽反向散热速率一致，提高散热效果。

需解释的是，本申请中针对位于电池编组两端的电芯侧表面，其同样设有散热流道31，其中位于电池编组两端分别设有端板4，所述端板4与电芯2之间设有容纳间隙6，所述散热流道31位于容纳间隙6内。同理，所述端板4与电芯2之间的容纳间隙6还可设置第一隔板3，所述散热流道31位于第一隔板6与电芯2侧表面之间。

更详细的，本申请中散热流道可采用相邻电芯2之间所设置的第一导流条304和第二导流条305构成，结合图8所示，本申请的第一导流条304和第二导流条305交替间隔设置，其中第一导流条304的靠近电芯顶部201的一端相互连接，第二导流条305的靠近电芯底部202的一端也相互连接，且所述第一导流条304和第二导流条305的另一端不平齐，呈两者交错设置。当两个电芯2组装时，所述第一导流条304和第二导流条305将紧贴两个电芯2的侧表面，通过电芯2侧表面、第一导流条304和第二导流条305围合构成位于相邻电芯2之间的散热流道31。需理解的是，采用此结构所形成的散热流道31直接以电芯2侧表面作为内壁，使得流经散热流道31的冷媒直接对电芯2侧表面进行散热冷却，提高了散热效率。进一步，作为此散热流道的一种连接结构，本申请中第一导流条304、第二导流条305与所述电芯2的侧表面可采用一体成型连接方式，例如在电芯2壳体的注塑模具上开设导流条的注塑结构，使电芯2壳体注塑成型时在侧表面直接形成导流条，又或者第一导流条304和第二导流条305分体制造，在组装时将第一导流条304和第二导流条305通过粘接、熔接或扣合等方式固定于电芯2侧表面。

作为散热流道的另一种实施方式，本申请还可在相邻电芯2之间设置第一隔板3，一般第一隔板3可采用绝热、绝缘材料制成，进而在所述第一隔板3的两侧均设有第一导流条304和第二导流条305。如图9-11所示，本申请的第一导流条304和第二导流条305交替间隔设置，且所述第一导流条304和第二导流条305端部不平齐且两者交错设置，其中第一导流条304靠近电芯顶部201(或第一隔板顶部)的一端相互连接，第二导流条305靠近电芯底部23(或第一隔板底部)的一端也相互连接。当两个电芯2组装时，相邻电芯2之间夹紧第一隔板3，此时所述第一导流条304和第二导流条305将分别紧贴电芯2和第一隔板3的侧表面，通过电芯2侧表面、第一隔板3侧表面、第一导流条304和第二导流条305围合构成位于相邻电芯2之间的散热流道31。需说明的是，采用此结构所形成的散热流道31直接以其中一个电芯2的侧表面作为内壁，使得流经散热流道31的冷媒直接对电芯2侧表面进行散热冷却，提高了散热效率。此外作为此散热流道的一种连接结构，本申请中第一导流条304和第二导流条305可分别与所述第一隔板3的侧表面一体成型连接，例如在第一隔板3的注塑模具上开设导流条的注塑结构，使第一隔板3注塑成型时在两侧表面直接形成导流条。又或者第一导流条304和第二导流条305分体制造，在组装时将第一导流条304和第二导流条305通过粘接、熔接或扣合等方式固定于第一隔板3的侧表面。

需说明的是，本申请中积液流道302的覆盖面积一般为所述电芯2侧表面面积的50％及以上，所述积液流道302用于积存部分冷媒，所述积液流道302内积聚的冷媒主要用于对电芯2侧面散热以及防止相邻电芯2热蔓延。一方面利用积存的冷媒可对电芯2进行散热，为提高效果，一般积液流道302的覆盖面积越大越好。另一方面在能箱处于未工作状态时，即使电芯2出现热失控，电芯2内部产生的热量将优先加热积液流道302的冷媒，液体吸热升温至其沸点气化，进而阻止热蔓延将相邻的电芯2热失控。

作为散热流道结构的一种具体实施方式，以图9所示结构为例，该散热流道位于电芯与第一隔板之间。该实施例中所述散热流道31设有两个积液流道302，流道入口301位于电芯顶部201(对应第一隔板顶部)的中部位置，电芯底部202(对应第一隔板底部)两侧分别设有一个流道出口303，每个流道出口303连通一个积液流道302，冷媒通过重力势能经流道入口301分别进入两个积液流道302，当两个积液流道302的冷媒积聚溢出时，溢出的冷媒分别经电芯2两侧的流道出口303流至箱体1底部。当冷媒停止流动时，两个积液流道302内始终留存有冷媒，通过冷媒可隔绝电芯2之间热量传递，以避免电芯2热失控蔓延。

作为散热流道结构的另一种具体实施方式，以图10所示结构为例，该实施例中所述散热流道设有两个积液流道302，流道入口301位于电芯顶部201(对应第一隔板顶部)的中部位置，电芯两侧(对应第一隔板两侧)的上部位置分别设有一个流道出口303，每个流道出口303连通一个积液流道302，冷媒经流道入口301分别进入两个积液流道302，积液流道302内溢出的冷媒经每个积液流道302所连通的流道出口303流出。当冷媒停止流动时，两个积液流道302内始终留存有冷媒，通过冷媒可隔绝电芯2之间热量传递，以避免电芯2热失控蔓延。

作为散热流道结构的另一种具体实施方式，以图11所示结构为例，该实施例中所述散热流道设有两个积液流道302，流道入口301位于电芯顶部201(对应第一隔板顶部)中间位置，其中电芯一侧(对应第一隔板的一侧边)的上部位置设有一个流道出口303，两个积液流道302的上部开口保持连通，冷媒经流道入口301依次进入两个积液流道302，积液流道302内溢出的冷媒经第一隔板3侧沿的流道出口303流出。当冷媒停止流动时，两个积液流道302内始终留存有冷媒，通过冷媒可隔绝电芯2之间热量传递，以避免电芯2热失控蔓延。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种集成冷却与消防的电池编组，其特征在于，所述电池编组包括若干电芯；

所述电芯的顶部设有围挡，所述围挡内部形成覆盖爆破阀和极耳的第一积液腔；

相邻电芯之间设有容纳间隙，所述容纳间隙内设有散热流道，所述散热流道包括流道入口、流道出口以及至少一个积液流道，所述流道入口位于电芯顶部的边缘，所述流道出口位于电芯的侧沿或底部，所述积液流道紧贴所述电芯侧表面，且所述流道入口与流道出口之间连通至少一个所述积液流道，冷媒经流道入口流入积液流道内，积液流道内溢出的冷媒由流道出口流出，其中位于积液流道的冷媒直接对电芯侧表面进行冷却降温。

2.根据权利要求1所述的电池编组，其特征在于，所述围挡环绕电芯的顶部边缘位置，所述围挡形成的第一积液腔覆盖电芯的整体顶部表面，且所述第一积液腔连通所述散热流道的流道入口。

3.根据权利要求1所述的电池编组，其特征在于，所述围挡设置于电芯的顶部中间位置，所述围挡分别绕爆破阀和极耳的最小边沿设置，所述围挡形成的第一积液腔仅覆盖爆破阀和极耳。

4.根据权利要求1所述的电池编组，其特征在于，所述围挡环绕电池编组的顶部边缘位置，所述围挡形成的第一积液腔覆盖电池编组的整体顶部表面。

5.根据权利要求1所述的电池编组，其特征在于，所述电池编组的两端还包括端板，所述散热流道位于所述端板与电芯之间。

6.根据权利要求1-4任一项所述的电池编组，其特征在于，所述容纳间隙内还设有第一隔板，所述散热流道位于第一隔板与电芯侧表面之间。

7.根据权利要求4所述的电池编组，其特征在于，相邻电芯之间设有第一隔板，且位于相邻电芯之间的第一隔板的顶沿向上延伸形成延伸部，每个电芯顶部位置的延伸部和围挡共同形成第一积液腔单元，所述第一积液腔单元覆盖单个电芯顶部表面。

8.根据权利要求1所述的电池编组，其特征在于，所述散热流道采用交替间隔设置的第一导流条和第二导流条，其中第一导流条的靠近电芯顶部的一端相互连接，所述第二导流条的靠近电芯底部的一端相互连接，所述第一导流条和第二导流条的另一端交错设置，通过所述第一导流条和第二导流条围合形成所述散热流道。

9.根据权利要求1所述的电池编组，其特征在于，所述积液流道的覆盖面积为所述电芯侧表面面积的50％及以上。

10.一种集成冷却与消防的储能箱，其特征在于，所述储能箱内包括如权利要求1-9任一项所述的电池编组。