CN117438692A - 散热导风板、电池支架、电池组件、电池包、储能电池柜及储能*** - Google Patents

散热导风板、电池支架、电池组件、电池包、储能电池柜及储能*** Download PDF

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Abstract

一种散热导风板、采用该散热导风板的电池支架、电池组件、电池包、储能电池柜及储能***，该散热导风板适于与电池接触并用于电池的散热，所述散热导风板内部形成有进风腔室及邻接于所述进风腔室两侧的出风腔室;所述散热导风板的一侧设有与所述进风腔室连通的进风口，所述散热导风板的另一相对侧设有两出风口，所述两出风口分别与两所述出风腔室连通；所述进风腔室与所述出风腔室邻接的位置通过气孔连通。旨在提高电池组件、电池包、储能电池柜及储能***中各处电池的散热均匀性。

Description

散热导风板、电池支架、电池组件、电池包、储能电池柜及储能 ***
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其是涉及一种散热导风板、电池支架、电池组件、电池包、储能电池柜及储能***。
背景技术
随着电化学储能技术的发展，储能在电力行业的运用越来越多，对储能电池柜、储能***运行的稳定性也有着严格的要求。储能电池柜通常尺寸较大，现有的风冷方案通常由于冷却气体在较大的尺寸跨度上流通，各处流阻的差异和在流通路径上的温度变化，导致各处的电池经常出现散热不均匀的情况，故存在改进空间。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供一种散热导风板、采用该散热导风板的电池支架、电池组件、电池包、储能电池柜及储能***，旨在提高电池组件、电池包、储能电池柜及储能***中各处电池的散热均匀性。
本发明的技术方案如下。
一种散热导风板，适于与电池接触并用于电池的散热，所述散热导风板内部形成有进风腔室及邻接于所述进风腔室两侧的出风腔室;所述散热导风板的一侧设有与所述进风腔室连通的进风口，所述散热导风板的另一相对侧设有两出风口，所述两出风口分别与两所述出风腔室连通；所述进风腔室与所述出风腔室邻接的位置通过气孔连通。
在一些实施方式中，所述散热导风板包括：
外壳，内部形成腔室；及
两隔板，所述两隔板间隔设置于所述腔室内，并将所述腔室分隔出位于所述两隔板之间的进风腔室及位于隔板与所述外壳之间的两出风腔室；
所述隔板上沿出风方向分布有多个所述气孔。
在一些实施方式中，多个所述气孔的孔径沿所述进风口向所述出风口的方向递增或呈增大趋势。
在一些实施方式中，多个所述气孔的间距沿所述进风口向所述出风口的方向递减或呈减小趋势。
在一些实施方式中，所述进风腔室的体积占所述外壳内部腔室体积的三分之一到二分之一。
一种电池支架，包括：
两间隔设置的底板，用于支撑电池；
两端板，分别连接于所述底板上并用于约束电池的两侧；及
前述任一散热导风板，所述散热导风板设置于所述底板之间的间隔内并用于与电池导热接触。
在一些实施方式中，至少一个所述底板内贯通设置有散热风道，所述散热风道沿所述进风口向所述出风口的方向延伸。
在一些实施方式中，所述电池支架还包括两个挡板，所述挡板分别设置于所述两个底板上并用于止挡电池的两端。
一种电池组件，包括：
前述任一电池支架；及
多个单体电池；
其中，所述电池组件具有预定的长度方向及与所述长度方向垂直的宽度方向，所述多个单体电池沿所述电池组件的宽度方向排列，且所述单体电池的厚度方向与所述电池组件的宽度方向一致，所述单体电池的长度方向与所述电池组件的长度方向一致并从所述电池组件长度方向的一侧延伸至另一相对侧；
所述多个单体电池的底部至少部分支撑于所述底板上，两个所述端板夹设于所述多个单体电池厚度方向的两侧；所述散热导风板与所述单体电池导热接触。
一种电池包，包包括多个所述的电池组件；所述电池组件具有与其长度方向和宽度方向垂直的高度方向，所述多个电池组件沿所述高度方向层叠设置。
在一些实施方式中，所述电池包包括K个所述电池组件，2≤ K ≤ 16。
在一些实施方式中，所述电池模组包括偶数个单体电池；所述单体电池包括正极端子和负极端子，所述正极端子和负极端子分别位于所述单体电池长度方向的两相对端。
一种储能电池柜，包括：
柜体；
前述任一电池包，安装收容于所述柜体内；
空调组件，安装于柜体上并用于调节所述柜体内的温度；及
电池管理器，与所述电池包电性连接并用管理所述电池包。
一种储能***，包括至少一个前述储能电池柜。
前述散热导风板、采用该散热导风板的电池支架、电池组件、电池包、储能电池柜及储能***中，散热导风板内部形成有进风腔室及邻接于所述进风腔室两侧的出风腔室;所述散热导风板的一侧设有与所述进风腔室连通的进风口，所述散热导风板的另一相对侧设有两出风口，所述两出风口分别与两所述出风腔室连通；所述进风腔室与所述出风腔室邻接的位置通过气孔连通。如此，能够使进入中部的进风腔室的冷却气流在流经进风腔室本身的同时，还能够经气孔进入两侧的出风腔室，从而使与各腔室所在位置接触的电池均能散热。同时，将进风口设置在进风腔室的一侧，而非从散热导风板的整个侧面进风，可减小进风口的面积，避免风量以及风速过小时，从空调吹过来的冷风吸收完进风口处周围电池产生的热量之后，冷风量减小，温度升高，越往出风口流，温度越高，导致靠近进风口处的电池与靠近出风口处的电池散热不均匀，温差过大的问题。综上，能够实现与各腔室所在位置接触的电池散热的均匀性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的储能***的结构示意图。
图2是图1中的储能电池柜的结构示意图，其中柜门处于开启状态。
图3是图2所示的储能电池柜中电池包的结构示意图，并示出了进风方向。
图4是图2所示的储能电池柜内部框架示意图，并示出了冷却流路。
图5是图3所示的电池包中电池组件的结构示意图。
图6是图5所示的电池组件中电池支架的结构示意图。
图7为图6所示的电池支架中散热导风板的结构示意图。
图8为图7所示的散热导风板的俯视图，并示出了空气流通路径。
图9为图7所示的散热导风板的气孔一侧的平面示意图。
附图标记：
储能***1000、储能电池柜100、配电箱200、安装框架300
柜体11、电池包12、空调组件12、电池管理器14、
电池组件120、单体电池121、电池支架122、散热风道1211、
底板1210、端板1220、散热导风板1230、挡板1240、
进风腔室1231、出风腔室1232、进风口1233、气孔1234、出风口1235。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，“若干”的含义是一个或多个。
以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细阐述。
如图1所示，公开了一种储能***1000，包括多个储能电池柜100和配电箱200。该储能***1000通常可为家庭储能***或商业储能***，其包括的储能电池柜100的数量可根据具体需求设定。多个储能电池柜100均与配电箱200电连接，以实现配电管理。在一些实施方式中，储能***1000还可以包括安装框架300，所述电池柜100和配电箱200均可安装于所述安装框架300上。
如图2所示，所述储能电池柜100可包括柜体11、电池包12、空调组件13、及电池管理器14。柜体11内部形成收容空间，电池包12收容于柜体11内。空调组件13安装于柜体11上，通常可选择安装于柜体11内部，例如挂装于柜体11的内壁上，也可选择安装于柜体11外部，起到调节电池柜100内部工作温度的作用。电池管理器14则可用于电池包12的充放电管理。
如图3至图9所示，所述电池包12包括多个电池组件120。
由于储能***1000的架构及储能电池柜100的上述结构层级并非本案改进的重点，且现有技术中已存在较多前述结构层级的典型实现方式，此处不再展开说明。本申请中，储能***1000及储能电池柜100的改进主要依赖于所述电池包12及所述电池模组120，故以下主要对所述电池包12和所述电池组件120的具体实施方式进行详细阐述。
所述电池包12中，所述电池组件120具有预设的长度方向、宽度方及高度方向，所述长度方向、宽度方及高度方向相互垂直。所述多个电池组件120沿所述高度方向层叠设置。此处的高度方向可以理解为竖直方向。通常，储能***1000或其包括的储能电池柜100在实际应用中，其放置或安装完成后的高度方向即为竖直方向。所述电池包12大致呈长方体型，因此，为方便理解，将电池组件120在常规使用状态下与竖直方向相同的方向定义为其高度方向，相应的，在水平方向上定义出其长度方向和宽度方向。
前述电池包10包括多个电池组件120，所述多个电池组件120沿所述高度方向层叠设置。例如，在一些实施方式中，所述电池包包括K个所述电池组件120，2≤ K ≤ 16。相邻的电池组件120之间可通过电池支架122之间的连接实现安装固定。例如，相邻电池组件120的电池支架122可通过螺钉连接固定。
在一些实施方式中，所述电池组件120包括偶数个单体电池121；所述单体电池121包括正极端子和负极端子，所述正极端子和负极端子分别位于所述单体电池121长度方向的两相对端。如此，单体电池121的正极端子和负极端子位于对立侧，偶数排布便于上下层电池组件120之间的连接。
所述电池组件120包括多个单体电池121及电池支架122。
所述单体电池121大致为长方体型。所述单体电池121大致为长方体型，是指所述单体电池121的主体部分为长方体形，但因单体电池121通常还包括位于主体部分端部的电极端子、防爆阀等结构，整体并不是严格的长方体形，或者因尺寸形位公差、局部异形等因素造成整体并不是严格的长方体形，但大体满足长方体外形。相应的，所述单体电池121的长度可理解为单体电池121主体部分的长度，即不包括电极端子的部分。
所述多个单体电池121沿所述电池组件120的宽度方向排列，且所述单体电池121的厚度方向与所述电池组件120的宽度方向一致，所述单体电池121的长度方向与所述电池组件120的长度方向一致。同时，每个单体电池121均从所述电池组件120长度方向的一侧延伸至另一相对侧，换言之，在每个电池组件120的长度方向仅设置一个单体电池121，单体电池121整体从一侧跨设至另一侧，沿电池组件120的长度方向无需设置辅助加强件，可以保证较高的体积利用率和能量密度。同时，多个单体电池121沿所述电池组件120的宽度方向排列，能够形成彼此间的限位和加强，单体电池在长度方向也能够对形成的电池组件120起到辅助加强作用，从而能够保证电池组件120的整体结构强度。
所述电池支架122包括沿所述电池组件120宽度方向延伸的底板1210、连接于所述底板1210两相对端的端板1220及散热导风板1230。所述多个单体电池121的底部至少部分支撑于所述底板1210上，两个所述端板1220夹设于所述多个单体电池121厚度方向的两侧。
通过设置电池支架122，可以利用电池支架122固定多个单体电池121，从而可以利用电池支架122本身的结构强度辅助提高单体电池121的结构强度，从而使电池支架122、储能电池柜100及储能***1000中可以布置的电池组件120的数量的可以更多，例如，电池支架122中，电池组件120的数量可以为6-20并在高度方向依次堆叠，这样储能电池柜100及储能***1000的体积利用率更大且能量密度更高。
具体而言，所述电池支架122包括两个所述底板1210，所述两个底板1210间隔设置且分别支撑于所述单体电池121长度方向的两端，所述两个端板1220的两端分别固定于所述两个底板1210上。如此，两个底板1210之间的间隔形成风道间隙，所述散热导风板1230设置于所述两底板1210之间的间隔，即所述风道间隙内，并用于与单体电池121导热接触，为单体电池121散热，使单体电池121更不易受热损坏，延长储能电池柜100的使用寿命，或满足大功率充电的需求。
所述散热导风板1230的外形可为长方体型的平板，内部形成有进风腔室1231及邻接于所述进风腔室1231两侧的出风腔室1232。所述散热导风板1230的一侧设有与所述进风腔室1231连通的进风口1233，所述散热导风板1230的另一相对侧设有两出风口1235，所述两出风口1235分别与两所述出风腔室1232连通。所述进风腔室1231与所述出风腔室1232邻接的位置通过气孔1234连通。
如此，能够使进入中部的进风腔室1231的冷却气流在流经进风腔室1231本身的同时，还能够经气孔1234进入两侧的出风腔室1232，从而使与各腔室所在位置接触的电池均能散热。同时，将进风口1233设置在进风腔室1231的一侧，而非从散热导风板1230的整个侧面进风，可减小进风口1233的面积，避免风量以及风速过小时，从空调组件12吹过来的冷风吸收完进风口1233处周围电池产生的热量之后，冷风量减小，温度升高，越往出风口1235处流，温度越高，导致靠近进风口1233处的电池与靠近出风口1235处的电池散热不均匀，温差过大的问题。综上，能够实现与各腔室所在位置接触的电池散热的均匀性。
换言之，所述散热导风板1230内设置有三个空腔，中间空腔为进风腔室1231，其余两个空腔位于其两边，为出风腔室1232。所述三个空腔均采用一侧开口一侧封闭的设置。中间的进风腔室1231的开口侧为进风口1233，进风腔室1231的另一相对侧封闭，封闭侧与空调组件12的回风口同侧。两边空腔为出风腔室1232，出风腔室1232的开口侧为出风口1235，与空调组件12的回风口同侧，两出风腔室1232的另一相对侧封闭。封闭中间的进风腔室1231的出风口的原因是避免空调组件12吹入进风风道的冷风未对两边的电池进行散热，就直接通过空调组件12回风口排出，导致两边电池无法得到充分散热。封闭两侧的出风腔室1232的进风口的原因是减小进风口1233的面积，避免风量以及风速过小时，从空调组件12吹过来的冷风吸收完进风口1233处周围电池产生的热量之后，冷风量减小，温度升高，越往出风口1235的方向流，温度越高，这样会导致靠近进风口1233处的电池与靠近出风口1235处的电池散热不均匀，温差过大。
在具体实施中，所述散热导风板包括外壳及两隔板。所述外壳的内部形成腔室。所述两隔板间隔设置于所述腔室内，并将所述腔室分隔出位于所述两隔板之间的进风腔室1231及位于隔板与所述外壳之间的两出风腔室1232。
所述隔板上沿出风方向分布有多个所述气孔1234。
在一些实施方式中，多个所述气孔1234的孔径沿所述进风口1233向所述出风口1235的方向递增或呈增大趋势。在另一些实施方式中，多个所述气孔1234的间距沿所述进风口1233向所述出风口1235的方向递减或呈减小趋势。此处的增大趋势，可以理解为多个气孔中，部分气孔的孔径可能相同，但整体呈增大趋势，间距的减小趋势同理可以理解。当然，在具体实施中，孔径的递增和间距的递减可同时实施。
中间的进风腔室1231两侧开有气孔1234，空调组件12吹入的冷风经过进风腔室1231给中间部分电池散热的同时，通过这些气孔1234流到两边的出风腔室1232，对两边的电池进行散热。具体实施中，所述气孔1234可以布满进风腔室1231的两侧，从进风腔室1231的进风口1233到两边的出风腔室1232的出风口1235的这段距离里，气孔的面积由小变大，气孔之间的间距逐渐减小。如此设置都是因为，在进风腔室1231的进风口1233处风量最多，因此在靠近进风口1233处，把进风腔室1231两侧的气孔开小，避免冷风直接大量流入两边出风腔室1232，将靠近进风口1233的电池表面温度降得很低，这样会导致冷风越往出风口1235处流，气流温度越高，则靠近出风口1235的电池无法进行充分散热，进风口1233处电池表面的温度与出风口1235处电池表面的会存在较大的温差。基于此，可提高整个电池组件120中各处单体电池121的散热的均匀性。气孔1234间距的设置也是基于相同的理由。
在一些实施方式中，所述进风腔室1231的体积占所述外壳内部腔室体积的三分之一到二分之一。该设置原因是为了控制进风口1233的面积，增大进风的流速，减小进风口1233处电池与冷风的热传导，尽可能降低接近出风口1235处的冷风的温度，增加电池散热的均匀性。
在一些实施方式中，至少一个所述底板1210内贯通设置有散热风道1211，所述散热风道1211沿所述进风口1233向所述出风口1235的方向延伸。如此一来，当单体电池121的端部支撑于所述底板1210上时，电池的端部也能够通过底板1210内的散热风道散热，进一步提高电池散热的均匀性。
在一些实施方式中，所述电池支架还包括两个挡板1240，所述两个挡板1240分别设置于所述两个底板1210上并用于止挡所述单体电池121长度方向的两端。具体而言，所述挡板1240的宽度可小于相应的底板1210的宽度，所述挡板1240可叠置固定于相应的底板1210上侧，挡板1240宽度方向的外侧可与底板1210的外侧大致平齐，内侧则与底板1210共同形成止挡台阶，单体电池121温度端部支撑于对应底板1210上时，端部由该止挡台阶止挡定位。
在一些实施方式中，所述多个单体电池121中，至少部分相邻的单体电池121之间预设有间隙，所述间隙内填充有隔离介质层。在具体实施中，所述隔离介质层可采用绝缘、隔热材料制成，可减少运输振动和电池膨胀对于电池组件1的影响，也可阻止单体电池之间的热蔓延，降低了电池模组结构损坏以及发生热失控的风险，还能起到绝缘作用。所述隔离介质层123可部分填充相应的间隙，例如，隔离介质层可包括限位部分和隔离部分，限位部分的厚度可与所述间隙的距离大致相同，用于限定相邻的单体电池121之间的位置，隔离部分的厚度则小于所述间隙的距离，从而使相邻单体电池121之间保留部分间隙，减少运输振动和电池膨胀对于电池组件1的影响。
在一些实施方式中，至少一个所述端板1220与相邻的单体电池121之间设置有缓冲层。该缓冲层可由泡棉制成，端板1220处设置泡棉，可用于对单体电池121在使用过程中产生的膨胀力起到缓冲作用，同时，因缓冲层124可以弹性伸缩，可以用于抵消装配中尺寸公差的累积。
在本说明书的描述中，参考术语“具体实施例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (14)

1.一种散热导风板，适于与电池接触并用于电池的散热，其特征在于，所述散热导风板内部形成有进风腔室及邻接于所述进风腔室两侧的出风腔室;所述散热导风板的一侧设有与所述进风腔室连通的进风口，所述散热导风板的另一相对侧设有两出风口，所述两出风口分别与两所述出风腔室连通；所述进风腔室与所述出风腔室邻接的位置通过气孔连通。
2.如权利要求1所述的散热导风板，其特征在于，所述散热导风板包括：
外壳，内部形成腔室；及
两隔板，所述两隔板间隔设置于所述腔室内，并将所述腔室分隔出位于所述两隔板之间的进风腔室及位于隔板与所述外壳之间的两出风腔室；
所述隔板上沿出风方向分布有多个所述气孔。
3.如权利要求2所述的散热导风板，其特征在于，多个所述气孔的孔径沿所述进风口向所述出风口的方向递增或呈增大趋势。
4.如权利要求2或3所述的散热导风板，其特征在于，多个所述气孔的间距沿所述进风口向所述出风口的方向递减或呈减小趋势。
5.如权利要求2所述的散热导风板，其特征在于：所述进风腔室的体积占所述外壳内部腔室体积的三分之一到二分之一。
6.一种电池支架，其特征在于，包括：
两间隔设置的底板，用于支撑电池；
两端板，分别连接于所述底板上并用于约束电池的两侧；及
权利要求1-5中任一项所述的散热导风板，所述散热导风板设置于所述底板之间的间隔内并用于与电池导热接触。
7.根据权利要求7所述的电池支架，其特征在于，至少一个所述底板内贯通设置有散热风道，所述散热风道沿所述进风口向所述出风口的方向延伸。
8.根据权利要求6所述的电池支架，其特征在于，所述电池支架还包括两个挡板，所述挡板分别设置于所述两个底板上并用于止挡电池的两端。
9.一种电池组件，包括：
权利要求6-8中任一项所述的电池支架；及
多个单体电池；
其中，所述电池组件具有预定的长度方向及与所述长度方向垂直的宽度方向，所述多个单体电池沿所述电池组件的宽度方向排列，且所述单体电池的厚度方向与所述电池组件的宽度方向一致，所述单体电池的长度方向与所述电池组件的长度方向一致并从所述电池组件长度方向的一侧延伸至另一相对侧；
所述多个单体电池的底部至少部分支撑于所述底板上，两个所述端板夹设于所述多个单体电池厚度方向的两侧；所述散热导风板与所述单体电池导热接触。
10.一种电池包，其特征在于，所述电池包包括多个如权利要求9所述的电池组件；所述电池组件具有与其长度方向和宽度方向垂直的高度方向，所述多个电池组件沿所述高度方向层叠设置。
11.根据权利要求10所述的电池包，其特征在于，所述电池包包括K个所述电池组件，2≤ K ≤ 16。
12.根据权利要求10所述的电池包，其特征在于，所述电池模组包括偶数个单体电池；所述单体电池包括正极端子和负极端子，所述正极端子和负极端子分别位于所述单体电池长度方向的两相对端。
13.一种储能电池柜，其特征在于，包括：
柜体；
权利要求10-12中任一项所述的电池包，安装收容于所述柜体内；
空调组件，安装于柜体上并用于调节所述柜体内的温度；及
电池管理器，与所述电池包电性连接并用管理所述电池包。
14.一种储能***，其特征在于：包括至少一个如权利要求13所述的储能电池柜。
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