KR20230062347A - 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템 - Google Patents

배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20230062347A
KR20230062347A KR1020220058904A KR20220058904A KR20230062347A KR 20230062347 A KR20230062347 A KR 20230062347A KR 1020220058904 A KR1020220058904 A KR 1020220058904A KR 20220058904 A KR20220058904 A KR 20220058904A KR 20230062347 A KR20230062347 A KR 20230062347A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat exchange
refrigerant
circulation circuit
cooling liquid
water
Prior art date
Application number
KR1020220058904A
Other languages
English (en)
Inventor
웨이 왕
지치앙 왕
셩 완
방진 리우
디 샤오
만 첸
위민 펑
Original Assignee
광동 하이-1 뉴 머티리얼즈 리서치 인스티튜트 씨오., 엘티디
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 광동 하이-1 뉴 머티리얼즈 리서치 인스티튜트 씨오., 엘티디 filed Critical 광동 하이-1 뉴 머티리얼즈 리서치 인스티튜트 씨오., 엘티디
Publication of KR20230062347A publication Critical patent/KR20230062347A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/615—Heating or keeping warm
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H01M10/6568—Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6569—Fluids undergoing a liquid-gas phase change or transition, e.g. evaporation or condensation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/10—Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 출원은 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템을 공개하였는 바, 냉각액 순환회로 및 약간의 냉매-냉동수 열교환 유닛을 포함하고, 상기 냉각액 순환회로는 파이프에 의해 연결되는 배터리 박스, 액체 수용체, 제1 냉각액 펌프와 외부 열교환 장치를 포함하고, 상기 냉각액 순환회로 내에 순환 유동가능한 냉각액을 구비하고, 약간의 상기 냉매-냉동수 열교환 유닛은 상기 외부 열교환 장치와 각각 연결되고, 상기 열교환 시스템이 정상적으로 작동할 때 단지 하나의 냉매-냉동수 열교환 유닛만 열교환에 참여한다. 본 출원은 외부 열교환 장치에 약간의 냉매-냉동수 열교환 유닛을 연결하여, 열교환에 참여하는 냉매-냉동수 열교환 유닛이 고장났을 때, 또 다른 냉매-냉동수 열교환 유닛으로 전환하여 열교환에 참여하여 고장난 냉매-냉동수 열교환 유닛을 점검 수리할 수 있어, 열교환 시스템이 냉매-냉동수 열교환 유닛으로 인해 단일 장애점(single point of failure)이 발생하여 중단되지 않도록 확보한다.

Description

배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템{An immersed heat exchange system for battery energy storage system}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2021년 10월 29에 중국특허청에 제출한, 출원번호가 202122628189.7이고, 발명의 명칭이 "배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템"인 중국특허 출원의 우선권을 주장하는 바, 그 모든 내용은 본 출원에 인용 결합된다.
기술분야
본 출원은 배터리 에너지 저장 시스템의 열교환 기술분야에 관한 것으로, 특히 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템에 관한 것이다.
배터리 에너지 저장 시스템은 배터리에 의해 전기적 에너지를 화학적 에너지로 전환하는 형식으로 저장하여, 전기가 필요할 때 다시 화학적 에너지를 전기적 에너지로 전환한다. 배터리 에너지 저장 시스템의 에너지 저장 배터리 팩은 충전방전 과정에서 열량을 발생하는데, 열량을 제때에 없애지 않으면, 열량이 축적되면서, 배터리의 수명과 성능에 영향을 주게 된다. 아울러, 에너지 저장 배터리 팩은 사용과정에서도 내부 또는 외부 원인으로 인해 열폭주(thermal runaway)를 야기하게 되어 화재와 폭발을 쉽게 일으키게 되어, 재산손해와 인신손해를 야기시킨다. 온도가 너무 낮을 때, 에너지 저장 배터리 팩의 충전 방전 효율은 영향을 받게 되어 심지어 시동이 불가하게 된다. 따라서, 배터리 에너지 저장 시스템의 사용과정에서, 에너지 저장 배터리 팩을 열교환하여 적당한 온도에서 작동할 수 있도록 한다.
현재, 에너지 저장 배터리 팩의 열교환은 주로 공기로 강제대류를 일으켜 냉각하거나 또는 열전도관, 열전도판으로 간접적으로 열전달하는 방식으로 진행되는데, 전자는 공기의 비열이 작아, 방열효율이 낮고 별도의 전력 손실이 큰 결점이 존재하고, 또한 공기의 청결도에 대한 일정한 요구가 있는 바, 후자는 배터리와 방열 매개체 사이가 접촉되지 않으므로, 열저항 및 냉각이 불균일한 문제가 존재하고, 또한 그 냉각 회로 배치가 복잡하여, 점용 공간이 크다.
이밖에, 기존의 에너지 저장 배터리 팩의 열교환 시스템은 안정성이 낮은 문제가 더 존재하여, 에너지 저장 배터리 팩의 안전성 역시 상대적으로 좋지 않다.
본 출원의 목적: 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템을 제공하는 바, 액체 추진제를 사용하여 에너지 저장 배터리 팩과 열교환하여, 열교환 효율이 높고 작동이 안정적이고 신뢰성이 있어, 에너지 저장 배터리 팩의 안전성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 출원은 이하 기술적 해결수단을 사용한다:
배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템은, 냉각액 순환회로 및 약간의 냉매-냉동수 열교환 유닛을 포함하고, 상기 냉각액 순환회로는 파이프에 의해 연결되는 배터리 박스, 액체 수용체, 제1 냉각액 펌프와 외부 열교환 장치를 포함하고, 상기 냉각액 순환회로 내에 순환 유동가능한 냉각액을 구비하고, 상기 냉각액은 절연되어 난연 또는 불연화되고, 상기 배터리 박스 내에 약간의 배터리 팩이 장착되고, 약간의 상기 냉매-냉동수 열교환 유닛은 상기 외부 열교환 장치와 각각 연결되고, 상기 이머전 열교환 시스템이 정상적으로 작동할 때 단지 하나의 상기 냉매-냉동수 열교환 유닛만 작동에 참여하고;
상기 냉매-냉동수 열교환 유닛은 냉매 순환회로와 냉동수 순환회로를 포함하고, 상기 냉매 순환회로는 파이프에 의해 직렬 연결되는 압축기, 응축기와 증발기를 포함하고, 상기 냉매 순환회로 내에 순환 유동가능한 냉매를 구비하고, 상기 외부 열교환 장치와 상기 증발기는 파이프에 의해 직렬 연결되어 상기 냉동수 순환회로를 형성하고, 상기 냉동수 순환회로에는 냉동수 펌프가 더 구비되고, 상기 냉동수 순환회로 내에 순환 유동가능한 냉동수가 구비된다.
바람직하게는, 상기 외부 열교환 장치는 두개의 냉매-냉동수 열교환 유닛과 연결된다.
바람직하게는, 상기 배터리 박스는 다수개이고, 다수의 상기 배터리 박스는 상기 냉각액 순환회로에 병렬 접속된다.
바람직하게는, 상기 외부 열교환 장치는 수-액 열교환기와 가열기를 포함하고, 상기 냉각액 순환회로에는 상기 수-액 열교환기와 상기 가열기를 연결하는 3포트 밸브가 구비된다.
바람직하게는, 상기 열교환기는 적어도 두갈래의 독립적인 열교환 채널을 구비하되, 여기서 한갈래의 상기 열교환 채널은 상기 냉각액 순환회로에 접속되고, 또 다른 갈래의 상기 열교환 채널은 상기 냉동수 순환회로에 접속된다.
바람직하게는, 상기 냉각액 순환회로에는 필터가 더 설치된다.
바람직하게는, 상기 응축기와 상기 증발기 사이에 팽창 밸브가 연결된다.
바람직하게는, 상기 냉각액 순환회로에는 상기 제1 냉각액 펌프와 병렬연결되는 제2 냉각액 펌프가 더 구비된다.
바람직하게는, 상기 배터리 박스는 액체 진입구와 액체 토출구를 구비하는 박스를 포함하고, 상기 박스에는 릴리프 밸브가 더 설치된다.
바람직하게는, 상기 박스 내부에 유동 균일판이 더 설치되고, 상기 유동 균일판 내부에 중공의 내부공동이 구비되고, 상기 유동 균일판의 측벽에 상기 내부공동과 연통되는 약간의 분류홀이 구비되고, 상기 액체 진입구는 상기 유동 균일판과 연결되어 상기 내부공동과 연통된다.
선행기술과 비교한 본 출원의 유리한 효과:
본 출원은 액체 추진제 비열용량이 크고 유동순환하면서 열전달하는 특징을 충분히 발휘하여, 한편으로는 배터리 박스 내에 국부적인 열점(hot spot)이 나타나는 것을 효과적으로 방지할 수 있어, 배터리 박스 내의 배터리 코어의 온도균일 효과를 향상시켜, 배터리 박스 내의 배터리 코어의 온도차가 합리적인 범위 내에서 제어되도록 함으로써, 나아가 배터리 코어의 사용수명을 향상시키고, 다른 한편으로는, 배터리 박스의 배터리 코어가 컴팩트하면서 고밀도로 배치되도록 함으로써, 배터리 박스 내에 더욱 많은 배터리 코어를 수용할 수 있게 하여, 배터리 박스 내의 에너지 밀도를 진일보 향상시킨다.
아울러, 본 출원의 외부 열교환 장치에 약간의 서로 독립적인 냉매-냉동수 열교환 유닛이 연결되어, 정상사용시 단지 그중 하나의 냉매-냉동수 열교환 유닛만 열교환에 참여하는데, 정상상태에서의 냉매-냉동수 열교환 유닛이 고장났을 때, 또 다른 냉매-냉동수 열교환 유닛으로 제때에 전환가능하여 고장난 냉매-냉동수 열교환 유닛을 대체하여 전체 열교환 시스템의 정상적인 실행을 유지하도록 함으로써, 열교환 시스템이 냉동수 순환회로 또는 냉매 순환회로에 단일 장애점이 발생하여 작동이 중단되는 것을 방지하여, 에너지 저장 배터리 팩이 안전하고 정상적으로 작동할 수 있도록 확보한다.
이하 도면과 실시예에 의해 본 출원을 보다 더 상세하게 설명한다.
도1은 본 출원 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템의 구조 모식도이고;
도2는 본 출원 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템의 배터리 박스의 구조 모식도이고;
도3은 본 출원의 또 다른 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템의 배터리 박스의 구조 모식도이고;
도4는 본 출원 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템의 배터리 박스의 횡방향 배치 모식도이고;
도5는 본 출원 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템의 배터리 박스의 종방향 배치 모식도이다.
본 출원의 해결하고자 하는 기술적 과제, 사용하는 기술적 해결수단과 이루고자 하는 기술적 효과를 보다 명확하게 설명하기 위하여, 이하에서는 본 출원의 기술적 해결수단의 실시예에 대해 보다 더 상세하게 설명하되, 명백한 것은, 기술되는 실시예는 단지 본 출원의 일부 실시예일 뿐, 모든 실시예가 아니다. 본 출원의 실시예에 기반해보면, 본 분야의 당업자가 진보성 창출이 없는 전제하에서 얻은 모든 기타 실시예는, 모두 본 출원의 보호범위에 속할 것이다.
본 출원을 설명함에 있어서, 별도의 명확한 규정과 한정이 없는 한, 용어 "접속", "연결" 및 "고정"을 광의적으로 이해해야 하는 바, 예를 들면, 고정적으로 연결되는 것일 수 있고, 탈착 가능하게 연결되거나, 일체로 되는 것일 수도 있으며; 기계적으로 연결되는 것일 수 있고, 전기적으로 연결되는 것일 수도 있으며; 직접 접속되는 것일 수 있고, 중간 매질을 통해 간접적으로 접속되는 것일 수도 있으며, 두 소자 내부의 연통 또는 두 소자의 상호작용 관계일 수도 있다. 본 분야의 당업자라면, 구체적인 상황에 따라 본 출원에서의 상기 용어의 구체적인 의미를 이해할 수 있을 것이다.
본 출원에서, 별도의 명확한 규정과 한정이 없는 한, 제1 특징이 제2 특징의 "위" 또는 "아래"에 있는 것은, 제1 특징과 제2 특징이 직접 접촉하는 것을 포함할 수 있고, 제1 특징과 제2 특징이 직접 접촉하는 것이 아닌, 이들 사이의 다른 특징을 통해 접촉하는 것을 포함할 수도 있다. 또한, 제1 특징이 제2 특징의 "위", "상방" 및 "상부"에 있다는 것은, 제1 특징이 제2 특징의 바로 위와 사선 윗방향에 있는 것을 포함하거나, 또는 제1 특징의 수평높이가 제2 특징보다 높다는 것만을 표시한다. 제1 특징이 제2 특징의 "아래", "하방", 및 "하부"에 있다는 것은, 제1 특징이 제2 특징의 바로 아래와 사선 아래방향에 있는 것을 포함하거나, 또는 제1 특징의 수평높이가 제2 특징보다 낮다는 것만을 표시한다.
도1-도5에 도시된 바와 같이, 본 출원 실시예는 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템을 제공하는 바, 냉각액 순환회로(1) 및 약간의 냉매-냉동수 열교환 유닛(2)을 포함하고, 냉각액 순환회로(1)는 파이프에 의해 연결되는 배터리 박스(11), 액체 수용체(12), 제1 냉각액 펌프(13)와 외부 열교환 장치(14)를 포함하고, 냉각액 순환회로(1) 내에 순환 유동가능한 냉각액을 구비하고, 냉각액은 절연되어 난연 또는 불연화되고, 배터리 박스(11) 내에 약간의 배터리 코어가 장착되고, 약간의 냉매-냉동수 열교환 유닛(2)은 외부 열교환 장치(14)와 각각 연결되고, 이머전 열교환 시스템이 정상적으로 작동할 때 단지 하나의 냉매-냉동수 열교환 유닛(2)만 작동에 참여하고;
냉매-냉동수 열교환 유닛(2)은 냉매 순환회로와 냉동수 순환회로를 포함하고, 냉매 순환회로는 파이프에 의해 직렬 연결되는 압축기(21), 응축기(22)와 증발기(23)를 포함하고, 냉매 순환회로 내에 순환 유동가능한 냉매가 구비되고, 외부 열교환 장치(14)와 증발기(23)는 파이프에 의해 직렬 연결되어 냉동수 순환회로를 형성하고, 냉동수 순환회로에는 냉동수 펌프(24)가 더 구비되고, 냉동수 순환회로 내에 순환 유동가능한 냉동수가 구비된다.
설명할 필요가 있는 것은, 냉매-냉동수 열교환 유닛(2)의 구체적인 개수는 실제 수요에 의해 합리적으로 설정가능하되, 두개, 세개 또는 그 이상일 수 있고, 본 실시예는 여기서 외부 열교환 장치(14)에 두개의 냉매-냉동수 열교환 유닛(2)이 연결되는 것을 예로 들어 설명한다.
본 출원 실시예는 냉각액이 침지되는 방식으로 에너지 저장 배터리 팩과 열교환하여, 액체 추진제 비열용량이 크고 유동순환하면서 열전달하는 특징을 충분히 발휘하여, 한편으로는 배터리 박스(11) 내에 국부적인 열점이 나타나는 것을 효과적으로 방지할 수 있어, 배터리 박스(11) 내의 배터리 코어의 온도 균일 효과를 향상시켜, 배터리 박스(11) 내의 배터리 코어의 온도차가 합리적인 범위 내에서 제어되도록 함으로써, 나아가 배터리 코어의 사용수명을 향상시키고, 다른 한편으로는 배터리 박스(11)의 배터리 코어가 컴팩트하면서 고밀도로 배치되도록 함으로써, 배터리 박스(11) 내에 더욱 많은 배터리 코어를 수용할 수 있게 하여, 배터리 박스(11) 내의 에너지 밀도를 진일보 향상시킨다.
아울러, 본 출원 실시예의 외부 열교환 장치(14)에 약간의 서로 독립적인 냉매-냉동수 열교환 유닛(2)이 연결되어, 정상사용시 단지 그중 하나의 냉매-냉동수 열교환 유닛(2)만 열교환에 참여하는데, 정상상태에서의 냉매-냉동수 열교환 유닛(2)이 고장났을 때, 또 다른 냉매-냉동수 열교환 유닛(2)으로 제때에 전환가능하여 고장난 냉매-냉동수 열교환 유닛(2)을 대체하여 전체 열교환 시스템의 정상적인 실행을 유지하도록 함으로써, 열교환 시스템이 냉동수 순환회로 또는 냉매 순환회로에 단일 장애점이 발생하여 작동이 중단되는 것을 방지하여, 에너지 저장 배터리 팩이 안전하고 정상적으로 작동할 수 있도록 확보한다.
이해가능한 것은, 본 실시예는 단일한 배터리 박스(11) 또는 다수의 배터리 박스(11) 내의 배터리 코어에 대해 열교환을 진행할 수 있다. 단일한 배터리 박스(11) 내의 배터리 코어에 대해 열교환을 진행할 때, 단일한 배터리 박스(11)를 냉각액 순환회로(1)에 직접 접속시키고; 다수의 배터리 박스(11) 내의 배터리 코어에 대해 열교환을 진행할 때, 다수의 배터리 박스(11)를 냉각액 순환회로(1)에 병렬 접속시킨다.
도4와 도5에 도시된 것을 참조해보면, 다수의 배터리 박스(11)가 설치될 때, 다수의 배터리 박스(11)를 횡방향 또는 종방향으로 놓아 조합할 수 있고, 그 다음 냉각액 순환회로(1)에 병렬 접속시켜, 모듈화 배치를 구현한다.
나아가, 외부 열교환 장치(14)는 수-액 열교환기(141)와 가열기(142)를 포함하고, 냉각액 순환회로(1)에 수-액 열교환기(141)와 가열기(142)를 연결하는 3포트 밸브(15)가 구비되고, 3포트 밸브(15)는 수-액 열교환기(141) 또는 가열기(142)가 냉각액 순환회로(1)에 접속되도록 제어할 수 있다.
이해가능한 것은, 수-액 열교환기(141)는 판형 열교환기, 원통형 열교환기 또는 수조식 열교환기 등 열교환기일 수 있고, 본 실시예에서는 여기에 대해 한정하지 않는다.
본 실시예는 수-액 열교환기(141)와 가열기(142)를 설치하여, 배터리 코어의 상이한 열교환 수요에 의해 수-액 열교환기(141) 또는 가열기(142)를 선택하여 냉각액 순환회로(1)에 접속시켜 열교환에 참여시킬 수 있는데, 이는 본 실시예가 더욱 좋은 원활성을 구비하도록 한다.
배터리 코어를 냉각시킬 필요가 있을 때, 본 실시예는 3포트 밸브(15)를 제어하여 수-액 열교환기(141)를 냉각액 순환회로(1)에 접속시킬 수 있어, 냉각액 순환회로(1) 중의 냉각액을 수-액 열교환기(141)에 진입시켜 냉각하면서 그 온도를 낮추도록 하고, 온도가 내린 후의 냉각액을 이어서 배터리 박스(11) 내에 진입시켜 배터리 코어와 열교환하여, 배터리 코어가 작동하면서 발생되는 열량을 가져감으로써, 배터리 코어의 온도를 낮추고; 배터리 코어를 승온시킬 필요가 있을 때, 본 실시예는 3포트 밸브(15)를 제어하여 가열기(142)를 냉각액 순환회로(1)에 접속시킬 수 있어, 냉각액 순환회로(1) 중의 냉각액을 가열기(142)에 유입시켜 가열하여 그 온도를 높이도록 하고, 승온 후의 냉각액을 이어서 배터리 박스(11) 내에 진입시켜 배터리 코어와 열교환하여, 열량을 배터리 코어에 전달함으로써, 배터리 코어의 온도를 높인다.
구체적으로, 수-액 열교환기(141)는 적어도 두갈래의 독립적인 열교환 채널을 구비하되, 여기서 한갈래의 열교환 채널은 냉각액 순환회로(1)에 접속되고, 또 다른 갈래의 열교환 채널은 냉동수 순환회로에 접속되어, 냉각액과 냉동수가 수-액 열교환기(141)에서 열교환할 수 있도록 한다.
나아가, 냉각액 순환회로(1)에 필터(16)가 더 설치된다. 필터(16)는 냉각액 순환회로(1) 중의 냉각액을 여과할 수 있어, 냉각액 중의 불순물이 배터리 박스(11) 내에 진입하여 배터리 코어의 정상적인 작동에 영향을 주는 것을 방지한다.
바람직하게는, 필터(16)는 배터리 박스(11)와 외부 열교환 장치(14) 사이에 설치된다. 필터(16)를 배터리 박스(11)와 외부 열교환 장치(14) 사이에 설치하여, 배터리 박스(11)에 진입하기 전에 냉각액을 여과할 수 있어, 여과된 냉각액이 배터리 박스(11)에 진입하기 전에 냉각액 순환회로(1) 중의 기타 부재를 흘러지날 때 불순물이 다시 혼합되는 것을 방지하도록 한다.
나아가, 응축기(22)와 증발기(23) 사이에 팽창 밸브(25)가 더 연결된다. 팽창 밸브(25)는 냉매 순환회로 중 냉매의 압력과 유량을 제어할 수 있어, 냉매가 증발기(23)에 진입한 후 증발기(23) 내에서 충분히 열교환할 수 있도록 보장한다.
나아가, 냉각액 순환회로(1)에 제1 냉각액 펌프(13)와 병렬 연결되는 제2 냉각액 펌프(17)가 더 구비된다. 냉각액 순환회로(1)에 제2 냉각액 펌프(17)를 설치하여, 제1 냉각액 펌프(13)가 고장났을 때, 제2 냉각액 펌프(17)를 전환하여 냉각액 순환회로(1)에 접속시킬 수 있어 냉각액 순환회로(1)거 정상적으로 작동가능하도록 확보하고, 그 다음 제1 냉각액 펌프(13)를 점검 수리하여, 냉각액 순환회로(1) 작동의 안정성을 크게 향상시켰다.
본 실시예에서 에너지 저장 배터리 팩이 냉각될 때, 냉각액 순환회로(1), 냉동수 순환회로와 냉매 순환회로는 모두 열교환에 참여한다:
냉각액 순환회로(1): 3포트 밸브(15)를 제어하여 수-액 열교환기(141)을 냉각액 순환회로(1)에 접속시켜 냉각액 펌프를 시동하면, 냉각액 순환회로(1) 중의 냉각액은 제1 냉각액 펌프(13)의 작용하에서 수-액 열교환기(141) 내에 유입되어 냉각되는데, 온도가 내린 후의 냉각액은 필터(16)를 거쳐 여과된 후 배터리 박스(11) 내에 진입하여 배터리 코어를 침지시켜 배터리 코어와 열교환하여 배터리 코어의 온도를 낮추도록 하고, 열교환이 완료된 후의 냉각액은 액체 수용체(12) 내에 환류되는데, 액체 수용체(12) 내의 냉각액은 제1 냉각액 펌프(13)의 작용하에서 수-액 열교환기(141)에 다시 되돌아와 열교환하여 필터(16)를 거쳐 여과된 후 배터리 박스(11)에 다시 진입하여 열교환에 참여하는데, 이렇게 냉각액 순환을 중복적으로 형성한다.
냉동수 순환회로: 냉동수 펌프(24)를 시동하면, 회로 중의 냉동수는 냉동수 펌프(24)의 작용하에서 수-액 열교환기(141)에 진입하여 냉각액을 냉각하는데, 열교환이 완료된 냉동수는 증발기(23)에 흘러들어가 냉각되고, 이어서 냉동수 펌프(24)의 작용하에서 다시 수-액 열교환기(141)에 진입하여 냉각액을 냉각하는데, 이렇게 냉동수 순환을 중복적으로 형성한다.
냉매 순환회로: 회로 중의 냉매는 압축기(21)의 작용하에서 고온고압의 기체상태 냉각제로 변한 후, 응축기(22)를 거쳐 냉각된 후 팽창 밸브(25)에 진입하여 저온의 기체-액체 상태 혼합물로 변하는데, 저온 기체-액체 상태 냉각제는 증발기(23)에 진입하여 냉동수를 냉각하여, 냉동수에 대한 냉각을 완료한 후, 저온 기체-액체 상태 냉각기는 기체 상태 냉각제로 변하여 압축기(21)에 되돌아 와서 승온 가압을 거친 후 다시 고온 고압의 기체상태 냉각제로 변하여 계속하여 냉동수에 대한 냉각에 참여하는데, 이렇게 냉매 순환을 중복적으로 형성한다.
본 실시예는 에너지 저장 배터리 팩에 대해 승온시킬 때, 냉각액 순환회로(1)만 열교환에 참여하고, 냉동수 순환회로와 냉매 순환회로는 열교환에 참여하지 않는다: 3포트 밸브(15)를 제어하여 가열기(142)를 냉각액 순환회로(1)에 접속시켜 냉각액 펌프를 시동하면, 냉각액 순환회로(1) 중의 냉각액은 제1 냉각액 펌프(13)의 작용하에서 가열기(142) 내에 유입되어 가열되는데, 승온된 후의 냉각액은 이어서 필터(16)를 거쳐 여과된 후 배터리 박스(11) 내에 진입하여 배터리 코어를 침지시켜 배터리 코어와 열교환하여 배터리 코어의 온도를 높이도록 하고, 열교환이 완료된 후의 냉각액은 액체 수용체(12) 내에 환류되는데, 액체 수용체(12) 내의 냉각액은 제1 냉각액 펌프(13)의 작용하에서 가열기(142)에 다시 되돌아와 가열하여 필터(16)를 거쳐 여과된 후 배터리 박스(11)에 다시 진입하여 열교환에 참여하는데, 이렇게 냉각액 순환을 중복적으로 형성한다.
도2와 도3에 도시된 바와 같이, 본 출원의 또 다른 실시예에서, 배터리 박스(11)는 액체 진입구(112)와 액체 토출구(113)를 구비하는 박스(111)를 포함하고, 박스(111)에는 릴리프 밸브(114)가 더 설치되며, 배터리 박스(11) 내부의 압력이 너무 높을 때, 릴리프 밸브(114)는 배터리 박스(11) 내부의 압력을 자동적으로 배출가능하여, 박스(111)가 내부 압력이 너무 높음으로 인해 변형되거나 폭발하여 파열되는 것을 방지한다.
본 실시예는 배터리 코어를 배터리 박스(11) 내부에 설치하여 난연 또는 불연화되는 냉각액을 통해 침지시키면, 완전히 공기를 차단할 수 있고, 배터리 코어가 열폭주(thermal runaway)가 발생할 때 빠르게 불꽃을 끌 수 있어, 연소가 확대되는 것을 방지한다.
나아가, 도2와 도3에 도시된 바와 같이, 박스(111) 내부에 유동 균일판(115)이 더 설치되고, 유동 균일판(115) 내부에 중공의 내부공동이 구비되고, 유동 균일판(115)의 측벽에 내부공동과 연통되는 약간의 분류홀(미도시)이 구비되되, 분류홀(porthole)은 박스(111) 내의 배터리 코어를 향하고, 액체 진입구(112)는 유동 균일판(115)과 연결되어 내부공동과 연통된다.
본 실시예를 사용시, 냉각액은 우선 액체 진입구(112)를 통해 유동 균일판(115)의 내부공동에 유입된 후, 유동 균일판(115) 상의 분류홀로부터 박스(111) 내의 배터리 코어로 흘러가 배터리 코어와 열교환한다. 유동 균일판(115)을 설치하면, 유동 균일판(115)은 냉각액이 균일하게 박스(111) 내의 배터리 코어에 흘러갈 수 있도록 확보할 수 있음으로써, 배터리 팩의 전반적인 냉각의 균일성을 확보한다.
설명할 필요가 있는 것은, 유동 균일판(115)은 박스(111) 내의 구체적인 위치에서 박스(111) 크기, 박스(111) 내의 배터리 코어의 배치위치 등 실제상황에 따라 합리적으로 설치가능한 바, 본 실시예는 여기에 대해 한정하지 않는다.
예를 들어, 일부 실시예에서, 유동 균일판(115)은 도2에 도시된 방식으로 설치가능하되, 유동 균일판(115)을 박스(111) 저부에 수평으로 설치하고, 배터리 코어를 유동 균일판(115) 상방에 설치하고, 분류홀을 유동 균일판(115) 탑부 측면에 설치하고; 기타 일부 실시예에서, 도3에 도시된 방식으로 설치될 수도 있되, 유동 균일판(115)을 박스(111) 내에 수직으로 중심에 위치하도록 설치하는 바, 이해가능한 것은, 이러한 방식으로 유동 균일판(115)을 설치하면, 유동 균일판(115)은 박스(111) 내부를 두개로 분할하게 되어, 배터리 코어를 유동 균일판(115) 양측에 설치하고, 분류홀을 유동 균일판(115)에 설치하여 배터리 코어의 두개의 측면을 향하도록 하고, 유동 균일판에 더욱 많은 분류홀이 구비되므로, 유동 균일판(115)의 유동 균일 효과를 진일보 향상시킬 수 있다.
본문을 설명함에 있어서, 이해할 필요가 있는 것은, 용어 "위", "아래", "왼쪽", "오른쪽"등 방위 또는 위치 관계는, 설명하기 편리하고 조작을 간소화하기 위한 것일 뿐, 지정한 장치 또는 소자가 특정된 방위, 특정된 방위구조 및 조작을 반드시 갖도록 지시하거나 암시하는 것은 아니고, 본 출원을 한정하는 것으로 이해해서는 아니될 것이다. 이외, 용어 "제1", "제2"는 설명함에 있어서 용어들을 구별하기 위한 것일 뿐, 특수한 의미는 없다.
본 명세서의 설명에 있어서, 용어 "일 실시예", "예시" 등의 설명을 참조해보면, 이는 상기 실시예 또는 예시에서 설명된 구체적인 특징, 구조, 재료 또는 특징을 결합하여 본 출원의 적어도 하나의 실시예 또는 예시에 포함시키는 것을 의미한다. 본 명세서에서, 상기 용어에 대한 예시적 표달은 동일한 실시예 또는 예시를 반드시 의미하는 것은 아니다.
이밖에, 응당 이해해야 할 것은, 본 명세서는 실시형태에 따라 진일보기술하였으나, 매 하나의 실시형태는 단지 하나의 독립적인 기술적 해결수단만 포함하는 것이 아니며, 명세서의 이러한 서술방식은 단지 명확한 설명을 위한 것일 뿐, 본 분야의 당업자는 응당 명세서를 전반으로 각 실시예 중의 기술적 해결수단 역시 적당하게 조합할 수도 있어, 본 분야의 당업자가 이해가능한 기타 실시형태를 형성한다.
이상 구체적인 실시예를 결합하여 본 출원의 기술적 원리를 기술하였다. 이러한 기술은 단지 본 출원의 원리를 해석하기 위한 것일 뿐, 어떠한 방식으로도 본 출원의 보호범위에 대한 한정으로 해석해서는 아니된다. 이러한 해석에 기반해보면, 본 분야의 당업자들은 진보성 창출에 힘쓸 필요가 없이 본 출원의 기타 구체적인 실시형태를 바로 연상할 수 있어, 마찬가지로 본 출원의 보호범위 내에 속할 것이다.
도면에서:
1, 냉각액 순환회로; 11, 배터리 박스; 111, 박스; 112, 액체 진입구; 113, 액체 토출구; 114, 릴리프 밸브; 115, 유동 균일판; 12, 액체 수용체; 13, 제1 냉각액 펌프; 14, 외부 열교환 장치; 141, 수-액 열교환기; 142, 가열기; 15, 3포트 밸브; 16, 필터; 17, 제2 냉각액 펌프; 2, 냉매-냉동수 열교환 유닛; 21, 압축기; 22, 응축기; 23, 증발기; 24, 냉동수 펌프; 25, 팽창 밸브.

Claims (13)

  1. 냉각액 순환회로(1) 및 약간의 냉매-냉동수 열교환 유닛(2)을 포함하고, 약간의 상기 냉매-냉동수 열교환 유닛(2)은 각각 상기 냉각액 순환회로(1)와 연결되고, 상기 이머전 열교환 시스템이 정상적으로 작동할 때 단지 하나의 상기 냉매-냉동수 열교환 유닛(2)만 작동에 참여하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각액 순환회로(1)는 파이프에 의해 연결되는 배터리 박스(11), 액체 수용체(12), 제1 냉각액 펌프(13)와 외부 열교환 장치(14)를 포함하고, 상기 냉각액 순환회로(1) 내에 순환 유동가능한 냉각액을 구비하고, 상기 냉각액은 절연되어 난연 또는 불연화되고, 상기 배터리 박스(11) 내에 약간의 배터리 코어가 장착되는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉매-냉동수 열교환 유닛(2)은 냉매 순환회로와 냉동수 순환회로를 포함하고, 상기 냉매 순환회로는 파이프에 의해 직렬 연결되는 압축기(21), 응축기(22)와 증발기(23)를 포함하고, 상기 냉매 순환회로 내에 순환 유동가능한 냉매를 구비하고, 상기 외부 열교환 장치(14)와 상기 증발기(23)는 파이프에 의해 직렬 연결되어 상기 냉동수 순환회로를 형성하고, 상기 냉동수 순환회로에는 냉동수 펌프(24)가 더 구비되고, 상기 냉동수 순환회로 내에 순환 유동가능한 냉동수가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템.
  4. 냉각액 순환회로(1) 및 약간의 냉매-냉동수 열교환 유닛(2)을 포함하고, 상기 냉각액 순환회로(1)는 파이프에 의해 연결되는 배터리 박스(11), 액체 수용체 (12), 제1 냉각액 펌프(13)와 외부 열교환 장치(14)를 포함하고, 상기 냉각액 순환회로(1) 내에 순환 유동가능한 냉각액을 구비하고, 상기 냉각액은 절연되어 난연 또는 불연화되고, 상기 배터리 박스(11) 내에 약간의 배터리 코어가 장착되고, 약간의 상기 냉매-냉동수 열교환 유닛(2)은 상기 외부 열교환 장치(14)와 각각 연결되고, 상기 이머전 열교환 시스템이 정상적으로 작동할 때 단지 하나의 상기 냉매-냉동수 열교환 유닛(2)만 작동에 참여하고;
    상기 냉매-냉동수 열교환 유닛(2)은 냉매 순환회로와 냉동수 순환회로를 포함하고, 상기 냉매 순환회로는 파이프에 의해 직렬 연결되는 압축기(21), 응축기(22)와 증발기(23)를 포함하고, 상기 냉매 순환회로 내에 순환 유동가능한 냉매가 구비되고, 상기 외부 열교환 장치(14)와 상기 증발기(23)는 파이프에 의해 직렬 연결되어 상기 냉동수 순환회로를 형성하고, 상기 냉동수 순환회로에는 냉동수 펌프(24)가 더 구비되고, 상기 냉동수 순환회로 내에 순환 유동가능한 냉동수가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 외부 열교환 장치(14)는 두개의 냉매-냉동수 열교환 유닛(2)과 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 배터리 박스(11)는 다수개이고, 다수의 상기 배터리 박스(11)는 상기 냉각액 순환회로(1)에 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 외부 열교환 장치(14)는 수-액 열교환기(141)와 가열기(142)를 포함하고, 상기 냉각액 순환회로(1)에는 상기 수-액 열교환기(141)와 상기 가열기(142)를 연결하는 3포트 밸브(15)가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 수-액 열교환기(141)는 적어도 두갈래의 독립적인 열교환 채널을 구비하되, 여기서 한갈래의 상기 열교환 채널은 상기 냉각액 순환회로(1)에 접속되고, 또 다른 갈래의 상기 열교환 채널은 상기 냉동수 순환회로에 접속되는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉각액 순환회로(1)에는 필터(16)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 응축기(22)와 상기 증발기(23) 사이에 팽창 밸브(25)가 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉각액 순환회로(1)에는 상기 제1 냉각액 펌프(13)와 병렬 연결되는 제2 냉각액 펌프(17)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 박스(11)는 액체 진입구(112)와 액체 토출구(113)를 구비하는 박스(111)를 포함하고, 상기 박스(111)에는 릴리프 밸브(114)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 박스(111) 내부에 유동 균일판(115)이 더 설치되고, 상기 유동 균일판(115) 내부에 중공의 내부공동이 구비되고, 상기 유동 균일판(115)의 측벽에 상기 내부공동과 연통되는 약간의 분류홀이 구비되고, 상기 액체 진입구(112)는 상기 유동 균일판(115)과 연결되어 상기 내부공동과 연통되는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템.
KR1020220058904A 2021-10-29 2022-05-13 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템 KR20230062347A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202122628189.7U CN216054908U (zh) 2021-10-29 2021-10-29 一种电池储能系统的浸没式换热系统
CN202122628189.7 2021-10-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230062347A true KR20230062347A (ko) 2023-05-09

Family

ID=80612543

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220058904A KR20230062347A (ko) 2021-10-29 2022-05-13 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20230062347A (ko)
CN (1) CN216054908U (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116470183A (zh) * 2023-05-17 2023-07-21 珠海科创储能科技有限公司 防漏液的浸没式储能设备
CN117458039A (zh) * 2023-12-21 2024-01-26 广州高澜节能技术股份有限公司 一种储能设备的喷淋式液冷散热装置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114976382A (zh) * 2022-06-10 2022-08-30 浙江大学 一种浸没式液冷圆柱电池包模组及采用其的电动汽车
CN115360460B (zh) * 2022-10-20 2023-02-03 常州博瑞电力自动化设备有限公司 一种浸没式冷却储能系统
CN116615014A (zh) * 2023-07-19 2023-08-18 常州贺斯特科技股份有限公司 冷却系统和冷却方法以及信息处理设施

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116470183A (zh) * 2023-05-17 2023-07-21 珠海科创储能科技有限公司 防漏液的浸没式储能设备
CN116470183B (zh) * 2023-05-17 2023-12-08 珠海科创储能科技有限公司 防漏液的浸没式储能设备
CN117458039A (zh) * 2023-12-21 2024-01-26 广州高澜节能技术股份有限公司 一种储能设备的喷淋式液冷散热装置
CN117458039B (zh) * 2023-12-21 2024-04-09 广州高澜节能技术股份有限公司 一种储能设备的喷淋式液冷散热装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN216054908U (zh) 2022-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20230062347A (ko) 배터리 에너지 저장 시스템의 이머전 열교환 시스템
EP3607611B1 (en) Cooling system and method
KR102137977B1 (ko) 태양광 발전 설비용 에너지 저장 시스템의 화재 확산 방지 구조
KR102514682B1 (ko) 효율과 안전성이 향상된 배터리 열관리방법
JPH04349357A (ja) 熱併給燃料電池
CN112397810A (zh) 一种消防与散热一体的储能系统
CN110165102B (zh) 一种喷射-吸收热力循环电池热管理系统及其工作方法
CN112701383A (zh) 一种电池液冷板总成、电池总成及车辆
CN219419160U (zh) 一种冷却与消防一体化储能设备
WO2024082731A1 (zh) 一种浸没式冷却储能系统
CN107750116B (zh) 大功率快速充电设备
CN115513572A (zh) 一种储能电池组半导体温度控制系统
CN117096497B (zh) 基于浸没式非流动液冷热管理技术的储能冷却系统
CN117317436A (zh) 一种储能电池包结构
CN216624401U (zh) 液冷储能系统
CN217881677U (zh) 一种储能电池及其热管理系统
CN217214871U (zh) 一种稳定可靠的储能电池组换热系统
CN113764755B (zh) 储能锂电池组强迫循环冷却散热装置及其安装控制方法
CN219393504U (zh) 储能集装装置
CN219841698U (zh) 浸没式液冷间接式储能系统
CN220934200U (zh) 一种风冷液冷结合的储能系统散热装置
CN221041288U (zh) 一种单相浸没的储能集装箱的冷却系统
CN219498700U (zh) 配电柜降温装置
CN219778997U (zh) 储能系统
CN220527028U (zh) 热管理系统以及储能系统