CN112072206A - 一种贫液式直冷储能电池包 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种贫液式直冷储能电池包，包括箱体，内部注有低沸点冷媒；电池组，浸润于箱体内部的低沸点冷媒中；冷凝模块，设于箱体内且位于电池组上方；所述电池组包括若干间隔分布的第一通道板和设于第一通道板之间的电池单体，所述电池组底部设有第二通道板，所述第一通道板内设有与电池单体表面接触的第一通道，所述第二通道板内设有与电池单体表面接触的第二通道，所述冷凝模块内设有冷凝回流通道，所述电池组和箱体之间具有至少一个用于连通冷凝回流通道和第二通道的连接通道，所述冷凝回流通道、连接通道、第二通道、第一通道相连通构成循环回路。本发明让冷媒直接和电池接触，通过相变吸热直接冷却电池，导热速度快、冷却效率高。

Description

一种贫液式直冷储能电池包
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种贫液式直冷储能电池包。
背景技术
全浸没式储能电池包冷却设计，是采用将电池整体浸润在冷却液内的方式实现降温冷却的目的，电池在冷却液内具有紧装配和间隙装配两种方式，电池紧装配，大部分电池只有窄侧面和冷却液有接触，换热面积小，散热速度慢；电池间隙装配，电池和冷却液的接触就比较好，但是电池包的成组效率就比较低，空间利用率比较低，体积能量密度也比较低；于此同时，冷却液在电池包内部处于流动状态，易晃动、易泄漏、易液击，存在较大的安全隐患；冷却液不会发生相变，以显热吸收为主，吸热量小，一则需要大量冷却液才能吸收电池产热，容易导致电池包体积能量密度低，二则无法快速吸收电池产生的热量，冷却效果有限。
发明内容
1、发明要解决的技术问题
针对现有技术中对电池冷却效果差、电池包的成组效率低的技术问题，本发明提供了一种贫液式直冷储能电池包，它利用冷媒相变吸热量大的特点，让冷媒直接和电池接触，通过相变吸热直接冷却电池，导热速度快、冷却效率高。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种贫液式直冷储能电池包，包括箱体，内部注有低沸点冷媒；电池组，浸润于箱体内部的低沸点冷媒中；冷凝模块，设于箱体内且位于电池组上方；所述电池组包括若干间隔分布的第一通道板和设于第一通道板之间的电池单体，所述电池组底部设有第二通道板，所述第一通道板内设有与电池单体表面接触的第一通道，所述第二通道板内设有与电池单体表面接触的第二通道，所述冷凝模块内设有冷凝回流通道，所述电池组和箱体之间具有至少一个用于连通冷凝回流通道和第二通道的连接通道，所述冷凝回流通道、连接通道、第二通道、第一通道相连通构成循环回路。
可选地，所述第一通道板和第二通道板均为多孔结构，所述第一通道和第二通道为多孔结构内部的孔道。
可选地，所述第一通道板和第二通道板的材质为陶瓷纤维、气凝胶毡、玻璃纤维、石棉布中的一种。
可选地，所述冷凝模块包括回流管和冷却管，所述回流管和冷却管之间可进行热量交换，所述冷凝回流通道为回流管内部通道，所述冷却管内设有冷却介质，所述回流管下端设有用于连通冷凝回流通道和第一通道的进口，所述回流管侧端设有用于连通冷凝回流通道和连接通道的出口。
可选地，所述冷凝模块还包括罩设于电池组上方的回流罩，所述回流管安装于回流罩内。
可选地，所述低沸点冷媒为卤代烷烃、酮类、醚类或烷烃类等有机物中的一种。
可选地，所述连接通道在电池组各设置有一个。
可选地，所述冷却介质为空气、水、制冷剂、乙二醇水溶液中的一种
可选地，所述回流管内间隔设有两个挡片，两个挡片之间具有气化通道，所述气化通道上端与冷凝回流通道连通，所述气化通道下端与进口连通，所述挡片与回流管内壁之间具有液化通道，所述液化通道端部与连接通道连通，所述回流管的内壁为圆弧形
3、有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)低沸点冷媒直接和电池接触，热阻低、导热快。
(2)低沸点冷媒直接冷却电池，通过相变吸热带走电池的热量，物质的相变潜热远大于显热，换热系数高、冷却速度快、冷却效率高，冷媒用量也小，可以提高体积能量密度和质量能量密度。
(3)低沸点冷媒相变吸热大、吸热快、阻燃，能快速吸热、能稀释空气，起到抑制和延缓电池包热失控、热扩散、起火等作用。提高电池包的安全性。
(4)低沸点冷媒相变吸热过程，温度变化小，电池均温控温效果好。
(5)整个循环流程可通过低沸点冷媒气化后气泡的上浮自动实现，无需额外的驱动件控制，减少了冷却过程中外部热量的产生，同时降低了本贫液式直冷储能电池包的整体体积。
(6)本发明能增加电池组和低沸点冷媒的接触面积，又能利用低沸点冷媒相变吸热量大的特点，让低沸点冷媒直接和电池接触，通过相变吸热直接冷却电池，提高导热速度，快速降低电池组温度，减少低沸点冷媒需要的量，又能实现电池的紧装配，又能提高能量密度。
(7)本发明利用冷媒相变吸热量大的特点，让冷媒直接和电池接触，通过相变吸热直接冷却电池，导热速度快、冷却效率高。
附图说明
图1为本发明实施例提出的一种贫液式直冷储能电池包的结构示意图；
图2为本发明实施例提出的一种贫液式直冷储能电池包的电池组的结构示意图；
图3为本发明实施例提出的一种贫液式直冷储能电池包的电池组的***示意图；
图4为本发明实施例提出的一种贫液式直冷储能电池包的冷凝模块的结构示意图；
图5为本发明实施例提出的一种贫液式直冷储能电池包的剖面示意图。
1、箱体；2、电池组；21、第一通道板；211、第一通道；22、电池单体；23、第二通道板；231、第二通道；3、冷凝模块；31、冷凝回流通道；32、回流管；32a、进口；32b、出口；321、挡片；3211、气化通道；3212、液化通道；33、冷却管；34、回流罩；4、连接通道；5、侧面固定板；6、端面固定板；7、底部托板。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图1-5及实施例对本发明作详细描述。
结合附图1-5，本实施例的一种贫液式直冷储能电池包，包括箱体1，内部注有低沸点冷媒；电池组2，浸润于箱体1内部的低沸点冷媒中；冷凝模块3，设于箱体1内且位于电池组2上方；所述电池组2包括若干间隔分布的第一通道板21和设于第一通道板21之间的电池单体22，所述第一通道板21和电池单体22沿箱体1长度方向依次交错设置，所述第一通道板21贴合于电池单体22的侧壁上，所述电池组2底部设有第二通道板23，所述第一通道板21内设有与电池单体22表面接触的第一通道211，所述第二通道板23内设有与电池单体22表面接触的第二通道231，所述冷凝模块3内设有冷凝回流通道31，所述电池组2和箱体1之间具有至少一个用于连通冷凝回流通道31和第二通道231的连接通道4，所述冷凝回流通道31、连接通道4、第二通道231、第一通道211相连通构成循环回路。
于本实施例中，低沸点冷媒是一种卤代烷烃、酮类、醚类或烷烃类等有机物，具有沸点低、易挥发、阻燃、安全环保等特点，例如R245fa、全氟正戊烷、R365mfc、R245ca、R1334mzz、全氟己酮等中的一种或几种的混合物。
当电池组2浸润于低沸点冷媒中时，低沸点冷媒会分散第二通道231和第一通道211中并与电池单体22表面充分接触，当低沸点冷媒吸收来自电池单体22的热量后直接对电池冷却，低沸点冷媒受热气化形成气泡，气泡在浮力的作用下上浮进入冷凝模块3的冷凝回流通道31内，同时连接通道4内的低沸点冷媒会由于液面差补充至第二通道231、第一通道211内实现连续冷却，气泡经过冷凝回流通道31时冷却成小液滴，小液滴沿冷凝回流通道31流到连接通道4，并沿着连接通道4流入第二通道板23的第二通道231内，如此往复循环形成一个吸热蒸发-冷凝放热的导热循环，因低沸点冷媒相变过程吸热量大，可以快速将热量从电池单体22表面带走；本发明中通过第一通道板21的设置，使得电池单体22之间的连接可为紧固连接，电池组的空间利用率和体积能量密度大大提高，且第一通道板21上设有与电池单体22表面接触的第一通道211，使得低沸点冷媒可通过第一通道211与电池单体22表面充分接触，低沸点冷媒和电池单体22的接触面积大大提高，低沸点冷媒直接和电池单体22接触，热阻低、导热快；第二通道板23和第二通道231的设置则便于低沸点冷媒从电池组2底部进入，低沸点冷媒从电池组2底部进入，并在气化后自动上浮进入冷凝模块3内冷却成小液滴，之后小液滴会在重力的作用下沿着连接通道4下落并流回至第二通道231内，整个循环流程可通过气泡的上浮自动实现，无需额外的驱动件控制，减少了冷却过程中外部热量的产生，同时降低了本贫液式直冷储能电池包的整体体积。
本实施例中低沸点冷媒直接和电池接触，热阻低、导热快；低沸点冷媒直接冷却电池，通过相变吸热带走电池的热量，物质的相变潜热远大于显热，换热系数高、冷却速度快、冷却效率高，冷媒用量也小，可以提高体积能量密度和质量能量密度；低沸点冷媒相变吸热大、吸热快、阻燃，能快速吸热、能稀释空气，起到抑制和延缓电池包热失控、热扩散、起火等作用，有助于提高电池包的安全性；低沸点冷媒相变吸热过程，温度变化小，电池均温控温效果好；和液冷、风冷、浸没式冷却、相变冷却技术相比，本实施例通过低沸点冷媒直接冷却电池单体22，无中间导热途径、热阻低；低沸点冷媒相变吸热量大、吸热快，换热系数高、冷却效果好，相变温度稳定，均温控温效果好；低沸点冷媒用量少，体积能量密度和质量能量密度高，在低沸点冷媒用量减小的前提下可保证对电池组2的冷却效果。
于本实施例中，所述若干第一通道板21、电池单体22和第二通道板23通过侧面固定板5、端面固定板6和底部托板7紧固连接成一个整体，连接通道4为侧面固定板5和箱体1内壁之间的间隙，所述端面固定板6遮盖最外侧电池单体22的侧面和第二通道板23的端面，所述侧面固定板6仅遮盖若干电池单体22的侧面，并不会对第二通道板23的侧面产生遮挡，从而使得外部的低沸点冷媒可通过第二通道板23侧面进入第二通道231内。
于本实施例中，为了提高低沸点冷媒在箱体1内的循环效率，所述连接通道4在电池组2各设置有一个，保证连接通道4可快速的将冷凝回流通道31内的小液滴导出，避免冷凝回流通道31内液体过多影响气泡的冷却和进入。
作为本发明的可选方案，所述第一通道板21和第二通道板23均为多孔结构，所述第一通道211和第二通道231为多孔结构内部的孔道；多孔结构的强度较高，在用于连接电池单体22或用于支撑电池组2时具有良好的稳定性，从而使得整个电池组2可保持紧装配的状态不损坏，同时多孔结构内部的孔道较多，多孔结构内部可容纳更多的低沸点冷媒与电池单体2表面相接触以提高电池单体2和低沸点冷媒之间的热交换效率，通过简单的结构设置，使得本贫液式直冷储能电池包的冷却效果成倍提高，具有实用性。
作为本发明的可选方案，所述第一通道板21和第二通道板23的材质是一种具有可压缩、阻燃、耐高温、能吸附冷却液等特征的材料；于本实施例中，所述第一通道板21和第二通道板23的材质为陶瓷纤维、气凝胶毡、玻璃纤维、石棉布中的一种。
作为本发明的可选方案，所述冷凝模块3包括回流管32和冷却管33，所述回流管32和冷却管33之间可进行热量交换，所述冷凝回流通道31为回流管32内部通道，所述冷却管33内设有冷却介质，所述回流管32下端设有用于连通冷凝回流通道31和第一通道211的进口32a，所述回流管32侧端设有用于连通冷凝回流通道31和连接通道4的出口32b；当气泡通过进口32a进入冷凝回流通道31内时，由于回流管32和冷却管33之间的热量交换，冷却干33将回流罐32内的热量吸收，气泡被冷却后液化成小液滴并通过回流管32的出口32b从其侧端排出进入连接通道4内实现循环。
于本实施例中，所述冷却管33部分嵌入至回流管32内，冷却管33的部分外壁形成回流管32的内壁，当气泡进入回流管32内时可直接与冷却管33外壁相接触，从而使得冷却管33内的冷却介质和气泡之间的热交换效率大大提高，中间仅间隔有冷却管33壁体。
于本实施例中，所述冷却管33内的冷却介质为空气、水、制冷剂、乙二醇水溶液中的一种，冷却介质在冷却管33内流动以将回流管32内的热量快速带走，提高冷却效率。
作为本发明的可选方案，所述回流管32内间隔设有两个挡片321，两个挡片321之间间隔形成气化通道3211，气化通道3211呈上大下小的结构，所述气化通道3211上端与冷凝回流通道31连通，所述气化通道3211下端与进口32a连通，所述挡片321与回流管32内壁之间间隔形成液化通道3212，所述液化通道3212端部与连接通道4连通，所述回流管32的内壁为圆弧形；当气泡通过进口32a和气化通道3211进入冷凝回流通道31内被冷却后形成附着于回流管32内壁上的小液滴，由于回流管32的内壁为圆弧形，小液滴会沿着回流管32的内壁向下滑动，当小液滴滑动至液化通道3212内时由于挡片321的阻挡便无法从气化通道3211下落，尽可以沿着液化通道3212向回流管32两端流动并进入回流至连接通道4内实现循环流动；采用上述结构设计，可防止在低沸点冷媒在循环的过程中发生逆流的现象，实现低沸点冷媒在箱体1内有序的循环，提高对电池组2的冷却效果。
作为本发明的可选方案，所述冷凝模块3还包括罩设于电池组2上方的回流罩34，所述回流管32安装于回流罩34内；回流罩34可对上浮至电池组2上方的气泡起到较好的汇流作用，保证气泡尽可能的进入回流管32内进行冷却，避免气泡大量堆积在箱体1顶部造成安全事故。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种贫液式直冷储能电池包，其特征在于：包括
箱体，内部注有低沸点冷媒；
电池组，浸润于箱体内部的低沸点冷媒中；
冷凝模块，设于箱体内且位于电池组上方；
所述电池组包括若干间隔分布的第一通道板和设于第一通道板之间的电池单体，所述电池组底部设有第二通道板，所述第一通道板内设有与电池单体表面接触的第一通道，所述第二通道板内设有与电池单体表面接触的第二通道，所述冷凝模块内设有冷凝回流通道，所述电池组和箱体之间具有至少一个用于连通冷凝回流通道和第二通道的连接通道，所述冷凝回流通道、连接通道、第二通道、第一通道相连通构成循环回路。
2.根据权利要求1所述的一种贫液式直冷储能电池包，其特征在于：所述第一通道板和第二通道板均为多孔结构，所述第一通道和第二通道为多孔结构内部的孔道。
3.根据权利要求2所述的一种贫液式直冷储能电池包，其特征在于：所述第一通道板和第二通道板的材质为陶瓷纤维、气凝胶毡、玻璃纤维、石棉布中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种贫液式直冷储能电池包，其特征在于：所述冷凝模块包括回流管和冷却管，所述回流管和冷却管之间可进行热量交换，所述冷凝回流通道为回流管内部通道，所述冷却管内设有冷却介质，所述回流管下端设有用于连通冷凝回流通道和第一通道的进口，所述回流管侧端设有用于连通冷凝回流通道和连接通道的出口。
5.根据权利要求4所述的一种贫液式直冷储能电池包，其特征在于：所述冷凝模块还包括罩设于电池组上方的回流罩，所述回流管安装于回流罩内。
6.根据权利要求1所述的一种贫液式直冷储能电池包，其特征在于：所述低沸点冷媒为卤代烷烃、酮类、醚类或烷烃类等有机物中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种贫液式直冷储能电池包，其特征在于：所述连接通道在电池组各设置有一个。
8.根据权利要求4所述的一种贫液式直冷储能电池包，其特征在于：所述冷却介质为空气、水、制冷剂、乙二醇水溶液中的一种。
9.根据权利要求4所述的一种贫液式直冷储能电池包，其特征在于：所述回流管内间隔设有两个挡片，两个挡片之间具有气化通道，所述气化通道上端与冷凝回流通道连通，所述气化通道下端与进口连通，所述挡片与回流管内壁之间具有液化通道，所述液化通道端部与连接通道连通，所述回流管的内壁为圆弧形。
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