CN219419160U - 一种冷却与消防一体化储能设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种冷却与消防一体化储能设备，包括储能***，储能***包括至少一个电池簇，电池簇包括若干个在竖直方向上依次设置的电池包，电池包包括外壳和设置于外壳内的若干个电芯，冷却与消防一体化储能设备还包括冷却***消防***，冷却***分别与各电池包相连接、并与各电池包之间循环流通有冷却液，电池包中的冷却液包裹各电芯；消防***分别与各电池包相连接，以在消防***工作时将电池包中的冷却液输送至消防***进行灭火。本实用新型中通过使冷却液包裹各个电芯而使电芯的各个面均能够有效散热，提高了电池的一致性和冷却与消防一体化储能设备的冷却性能，同时设备可通过本身所带有的消防***对电池簇灭火，可实现快速灭火。
Description
技术领域
本实用新型涉及储能技术领域，特别是涉及一种冷却与消防一体化储能设备。
背景技术
目前的电化学储能设备，特别是以磷酸铁锂电池、三元锂电池为主的电化学储能设备，电池的冷却多采用风冷空调技术和冷板式液冷技术，这两种冷却技术已在储能项目中规模化应用。
但是，采用风冷空调技术，由于在使空调冷风在各电池包之间的气流组织分布时，风量很难完全均匀分配，从而导致各个电池包或电芯之间存在冷热不均的现象，且温度分布差异大，进而导致电芯的一致性差，极大影响充放电性能。采用冷板时液冷技术是在电池包的一面贴有冷板，冷板内部存在冷却液流道，虽然在一定程度上对电芯的温度分布有一定改善，但由于其导热面仅有一面，温度分布仍有较大提升空间。
此外，电池采用风冷空调技术或冷板式液冷技术，虽然可控制电芯的温度，但一旦电池包发生热失控，由于目前电池的冷却技术与消防灭火技术为两套相互独立的***，因此需要启动额外的消防灭火***进行灭火，灭火的及时性难以保证，且需要在电化学储能设备之外单独设置消防***，也提高了设备成本。
实用新型内容
基于此，有必要针对现有的电化学储能***中电池温度分布差异大、电池一致性低、以及电化学储能***需额外设置消防***的问题，提供一种冷却与消防一体化储能设备。
一种冷却与消防一体化储能设备，包括至少一个电池簇，所述电池簇包括若干个在竖直方向上依次设置的电池包，所述电池包包括外壳和设置于所述外壳内的若干个电芯，所述冷却与消防一体化储能设备还包括：
冷却***，所述冷却***分别与各所述电池包相连接、并与各所述电池包之间循环流通有冷却液，所述电池包中的冷却液包裹各所述电芯；
消防***，所述消防***分别与各所述电池包相连接，以在消防***工作时将所述电池包中的冷却液输送至消防***进行灭火。
在其中一个实施例中，所述电池包的内腔中具有位于底部的进液空间和位于顶部的回液空间，所述进液空间和所述回液空间之间形成放置各所述电芯的冷却空间，所述进液空间和所述回液空间均与所述冷却空间相连通；
所述外壳上设置有进液口和回液口，所述进液口与所述进液空间相连通，所述回液口与所述回液空间相连通。
在其中一个实施例中，所述内腔中设置有下均流板和上均流板，所述下均流板与所述内腔的底部之间形成所述进液空间，所述上均流板与所述内腔的顶部之间形成所述回液空间；
所述下均流板上间隔设置有若干个第一通孔，所述进液空间通过所述第一通孔与所述冷却空间连通；
所述上均流板上间隔设置有若干个第二通孔，所述回液空间通过所述第二通孔与所述冷却空间连通。
在其中一个实施例中，在同一所述电池包中，任意相邻的两个电芯之间、以及电芯与上均流板/下均流板之间均具有间隙。
在其中一个实施例中，，所述冷却***包括与外部冷源设备之间形成循环回路的换热器，所述换热器与外部冷源设备之间循环有换热介质；
所述换热器分别与各所述电池包之间形成供冷却液循环的循环回路，所述换热器用于供冷却液和换热介质进行换热。
在其中一个实施例中，所述冷却***还包括供液管和回液管，所述供液管和所述回液管均通过连接软管与所述换热器连接，两个所述连接软管的一个设置有液体循环泵，所述供液管分别与各所述电池包的进液口相连接，所述回液管分别与各所述电池包的回液口相连接，以在所述换热器和各所述电池包之间形成循环回路。
在其中一个实施例中，所述供液管和所述回液管均竖向设置，且所述供液管和所述回液管的顶部均设置有自动排气阀。
在其中一个实施例中，所述消防***包括：
消防立管，所述消防立管竖向设置且位于电池簇的一侧，所述消防立管分别与各所述电池包相连接；
消防主管，所述消防主管与所述消防立管的下端连接，所述消防主管未与所述消防立管连接的一端延伸至所述电池簇的上方；
消防支管，所述消防支管连接于所述消防主管位于所述电池簇的上方的部分上，所述消防支管远离所述消防主管的一端连接有消防喷头；以及
消防液泵，所述消防液泵设置于所述消防主管上。
在其中一个实施例中，所述消防主管上设置有储液罐，所述储液罐上设置有单向阀。
在其中一个实施例中，所述消防主管靠近所述消防喷头处设置有电动阀。
上述储能装置中，通过使冷却液包裹各个电芯而使电芯的各个面均能够有效散热，且电芯的各个面散热均匀，使得电芯的温度分布差异减小，提高了电池的一致性和冷却与消防一体化储能设备的冷却性能，同时冷却与消防一体化储能设备可通过本身所带有的消防***对电池簇灭火，可实现快速灭火，提高了设备的安全性，并且冷却液实现了作为制冷剂和灭火剂的双重作用，降低了设备的生产成本。
附图说明
图1为本实用新型实施例中冷却与消防一体化储能设备的结构示意图；
图2为图1中A处的放大示意图；
图3为图1中B处的放大示意图；
图4为本实用新型实施例中电池包的侧视图；
图5为本实用新型实施例中电池包的横截面图；
图6为本实用新型实施例中下均流板(上均流板)的结构示意图；
附图标记说明：
10、冷却与消防一体化储能设备；100、电池簇；120、电池包；121、外壳；1211、容纳部；1212、盖板；1213、密封件；122、电芯；123、进液空间；124、回液空间；125、冷却空间；126、进液口；127、回液口；128、下均流板；1281、第一通孔；129、上均流板；1291、第二通孔；130、电池簇管理单元；200、冷却***；210、换热器；220、一次侧管路；221、冷源供水管；222、冷源回水管；223、第一连接软管；230、二次侧管路；231、供液管；232、回液管；233、第二连接软管；234、第三连接软管；235、液体循环泵；240、自闭式管路接头；250、自动排气阀；300、消防***；310、消防立管；311、第四连接软管；322、消防快速接头；320、消防主管；330、消防支管；340、消防液泵；350、消防喷头；360、储液罐；361、单向阀；370、电动阀；380、通气口；390、视液窗。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
请参阅图1和图3，本实用新型一实施例提供的冷却与消防一体化储能设备10，包括至少一个电池簇100。例如，电池簇100为三个，三个电池簇100并列设置。电池簇100包括若干个在竖直方向上依次间隔设置的电池包120，各个电池包120依次串联；电池包120括外壳121和设置在外壳121内的若干个电芯122，若干个电芯122之间相互串联/并联。
如图1所示，冷却与消防一体化储能设备10还包括冷却***200和消防***300；冷却***200分别与各电池包120相连接、并与各电池包120之间循环流通有冷却液，以对电池包120的各个电芯122进行降温散热；流经电池包120中的冷却液充满整个外壳121的内腔中，冷却液能够包裹各个电芯122，从而使电芯122的各个面均能够有效散热，进而提升了冷却与消防一体化储能设备10的冷却性能，且电芯122的各个面散热均匀，使得电芯122的温度分布差异减小，提高了电池的一致性。
消防***300分别与各电池包120相连接，在消防***300启动时，可以将各电池包120中的冷却液输送至消防***300，以使消防***300能够向电池簇100喷淋冷却液进行灭火，这样，通过设置消防***300，并利用电池包120中的冷却液进行灭火，使得冷却与消防一体化储能设备10本身具有消防功能，而无需采用另外的消防设备进行灭火，并且，冷却液不仅作为制冷剂对电芯122进行冷却，同时冷却液还作为灭火剂对电池簇100进行灭火，因而冷却液同时具备冷却和消防的双重功能，从而降低了设备的生产成本。当电芯122发生热失控及火灾时，冷却与消防一体化储能设备10通过本身所带有的消防***300对电池簇100灭火，可实现快速灭火，提高了设备的安全性。
优选地，冷却液为氟化液，当然，冷却液也可以为其它绝缘性能和灭火性能较好，且沸点较高的介质，本实施例中对此不作限制。
在一个实施例中，如图4所示，电池包120的内腔包括位于内腔底部的进液空间123和位于内腔顶部的回液空间124，并且在进液空间123和回液空间124之间形成冷却空间125，进液空间123和回液空间124均与冷却空间125相连通；冷却空间125用于放置各个电芯122，例如，各电芯122均竖直设置，且各电芯122排列呈若干个列布置在冷却空间125中；外壳121上设置有进液口126和回液口127，冷却***200通过进液口126与进液空间123相连通，且冷却***200通过回液口127与回液空间124连通；在冷却***200正常工作时，冷却***200中的冷却液从进液口126进入进液空间123中，再从进液空间123流入冷却空间125中对电芯122进行冷却，然后与电芯122换热后的冷却液从冷却空间125流入回液空间124，最后通过回液口127流回至冷却***200中，冷却液在冷却***200中换热降温后再次流入电池包120，并依次循环。
可以理解，由于冷却液流经电池包120的内腔中时，依次经过进液空间123、冷却空间125以及出液空间，冷却液由下向上流动，因此冷却液在流经电池包120时，能够充满电池包120的整个内腔，从而使得各个电芯122能够较好地被包裹于冷却液中，电芯122的散热更为均匀。
在一个实施例中，如图4和图5所示，在电池包120的内腔中设置有下均流板128和上均流板129，上均流板129和下均流板128上下间隔设置，上均流板129与电池包120的内腔顶部之间形成该回液空间124，下均流板128与电池包120的内腔底部之间形成该进液空间123；上均流板129和下均流板128之间形成该冷却空间125；下均流板128上间隔设置有若干个第一通孔1281，进液空间123通过第一通孔1281与冷却空间125连通；上均流板129上间隔设置有若干个第二通孔1291，回液空间124通过第二通孔1291与冷却空间125连通。冷却液进入进液空间123后，通过第一通孔1281流入冷却空间125中，再有第二通孔1291流入回液空间124。
进一步地，如图6所示，若干个第一通孔1281和若干个第二通孔1291均对应于相邻的电芯122之间的间隙或者电芯122与冷却空间125的内侧壁之间的间隙设置，从而使得冷却液的流动更为畅通。
可选地，在同一所述电池包120中，任意相邻的两个电芯122之间、以及电芯122与上均流板129/下均流板128之间均具有间隙，以保证冷却液能够从电芯122任一外表面流过，从而使得电芯122散热均匀。
在一个实施例中，如图4所示，外壳121包括容纳部1211和盖板1212，容纳部1211向上开口设置，盖板1212连接于该开口处，容纳部1211与盖板1212之间形成该电池包120的内腔；生产过程中在装配电池包120时，是依次把下均流板128、电芯122以及上均流板129在内腔中由下至上依次设置，然后再将盖板1212连接于开口处。进一步，盖板1212与容纳部1211的上边缘之间设置有密封件1213，以保证内腔的密封性，例如，密封件1213为橡胶密封圈或硅胶密封圈。
在一个实施例中，如图1所示，冷却***200包括换热器210、一次侧管路220以及二次侧管路230，换热器210通过一次侧管路220与外部冷源设备之间形成循环回路，例如，外部冷源设备为空调；换热器210与外部冷源设备之间循环有换热介质，例如，换热介质为循环水或乙二醇水溶液；换热器210通过二次侧管路230分别与各电池包120之间形成供冷却液循环的循环回路，换热器210用于供冷却液和换热介质进行换热，即，一次侧管路220中的换热介质在流经换热器210时，与二次侧管路230中的冷却液进行热交换，以将电芯122的热量带走。另外，本实施例中通过设置换热器210，并且换热介质存在与一次侧管路220中，实现将换热介质与冷却液进行隔离，避免了换热介质直接进入电池包120内，解决了采用冷板式液冷时带来的漏液隐患。
具体地，如图2所示，一次侧管路220包括冷源供水管221和冷源回水管222，冷源供水管221和冷源回水管222连接于外部冷源设备和换热器210之间，且冷源供水管221和冷源回水管222均通过第一连接软管223与换热器210相连接，其中，冷源供水管221和冷源回水管222优选为不锈钢管，当然，冷源供水管221和冷源回水管222也可以为其它材质的硬质管件，本实施例中对此不作限制；第一连接软管223均通过自闭式管路接头240与换热器210连接；低温的换热介质由外部冷源设备通过冷源供水管221流入换热器210，在换热器210中进行热交换后，高温的换热介质由冷源回水管222回到外部冷源设备中。
进一步，如图2和图3所示，二次侧管路230包括供液管231和回液管232，供液管231和回液管232均通过第二连接软管233与换热器210连接，其中，供液管231和回液管232优选为不锈钢管，当然，供液管231和回液管232也可以为其它材质的硬质管件，本实施例中对此不作限制；两个第二连接软管233均通过自闭式管路接头240与换热器210连接；两个第二连接软管233的一个设置有液体循环泵235，例如，液体循环泵235设置在回液管232与换热器210之间的第二连接软管233上；供液管231分别与各电池包120的进液口126相连接，回液管232分别与各所述电池包120的回液口127相连接，以在换热器210和各电池包120之间形成循环回路；其中，供液管231通过第三连接软管234与电池包120的进液口126连接，回液管232通过第三连接软管234与电池包120的回液口127连接，并且上述两个第三连接软管234也通过自闭式管路接头240与电池包120连接；当液体循环泵235工作时，冷却液不断地在电池包120和换热器210之间循环，以通过冷却液将电芯122的热量传递至换热介质而实现电芯122的散热。
可选地，供液管231和回液管232均竖向设置，以平行于各电池包120的排列方向；供液管231和回液管232的顶部均设置有自动排气阀250，以及时将二次侧管路230中的空气排出，避免影响冷却液对电芯122的冷却效果。
应当说明的是，本实施例中单个换热器210的换热量选型以一个电池簇100为颗粒度，一个换热器210对应于一个电池簇100设置，单个换热器210可以满足单个电池簇100的换热需求。因此，当电池簇100为多个时，换热器210液相应设置有多个，多个换热器210分别通过连接软管与冷源供水管221和冷源回水管222连接，各换热器210则分别通过供液管231和回液管232与对应的电池簇100连接。
在一个实施例张，各电池包120还设置有电池簇管理单元130(BCU)，电池簇管理单元130(BCU)用于采集电芯122的温度、电压等参数，电池簇管理单元130(BCU)连接冷却与消防一体化储能设备10的电池管理***(BMU)，冷却与消防一体化储能设备10的电池管理***(BMU)接收电池簇管理单元130(BCU)采集的信息、并对液体循环泵235的运行参数和通断进行控制。
在一个实施例中，如图1、图2以及图3所示消防***300包括消防立管310、消防主管320、消防支管330以及消防液泵340；消防立管310竖向设置且位于电池簇100的一侧，且消防立管310分别通过第四连接软管311与各电池包120相连接，第四连接软管311通过消防快速接头322与电池包120顶部连接；消防主管320与消防立管310的下端连接，且消防主管320未与消防立管310连接的一端延伸至电池簇100的上方；消防支管330连接于消防主管320位于电池簇100的上方的部分上，消防支管330远离消防主管320的一端连接有消防喷头350，消防喷头350位于对应的电池簇100的上方；消防液泵340设置于消防主管320上，且消防液泵340位于消防主管320上高度较低的位置处。当电芯122发生热失控及火灾时，控制液体循环泵235关闭，并启动消防液泵340，电池包120中的冷却液将被泵入消防立管310中，并依次通过消防主管320、消防支管330以及消防喷头350被喷洒与对应的电池簇100上，从而实现灭火功能。
应当说明的是，一个消防立管310对应于一个电池簇100，当有多个电池簇100时，则相对应有多个消防立管310与多个电池簇100一一对应，各个消防立管310的底端分别与消防主管320相连接；进一步，一个电池簇100液对应一个消防立管310，当有多个电池簇100时，则相对应有多个消防支管330与多个电池簇100一一对应，从而使得有多个消防喷头350与电池簇100一一对应。
可选地，如图2所示，消防主管320上设置有储液罐360，储液罐360位于消防主管320上高度较低的位置处；储液罐360上设置有单向阀361，单向阀361用于向储液罐360注灌和补充冷却液。通过在消防主管320上设置储液罐360，作为在进行消防灭火时对冷却液补充，避免电池包120中的冷却液的量无法满足消防灭火时所需的量。
可选地，如图3所示，消防主管320靠近消防喷头350处设置有电动阀370，电动阀370用于控制消防支管330的管路通断，以进一步对消防喷头350是否喷淋进行控制；当电芯122发生热失控及火灾时，控制液体循环泵235关闭，并启动消防液泵340同时开启电动阀370，以对电池簇100进行喷淋灭火。进一步，电池簇100上可以安装有消防探头，消防探头可以为温感探头、极早期烟雾报警器等，当消防探头测得发生火灾时启动灭火程序。
可选地，在消防立管310的顶端设置有通气口380，通气口380用于将消防立管310与大气连通、并将消防***300中的空气及时排出；进一步，消防立管310靠近通气口380处设置有视液窗390，视液窗390用于供工作人员观察消防立管310中冷却液的液位。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种冷却与消防一体化储能设备，包括至少一个电池簇，所述电池簇包括若干个在竖直方向上依次设置的电池包，所述电池包包括外壳和设置于所述外壳内的若干个电芯，其特征在于，所述冷却与消防一体化储能设备还包括：
冷却***，所述冷却***分别与各所述电池包相连接、并与各所述电池包之间循环流通有冷却液，所述电池包中的冷却液包裹各所述电芯；
消防***，所述消防***分别与各所述电池包相连接，以在所述消防***工作时将所述电池包中的冷却液输送至消防***进行灭火。
2.根据权利要求1所述的冷却与消防一体化储能设备，其特征在于，所述电池包的内腔包括位于底部的进液空间和位于顶部的回液空间，所述进液空间和所述回液空间之间形成放置各所述电芯的冷却空间，所述进液空间和所述回液空间均与所述冷却空间相连通；
所述外壳上设置有进液口和回液口，所述进液口与所述进液空间相连通，所述回液口与所述回液空间相连通。
3.根据权利要求2所述的冷却与消防一体化储能设备，其特征在于，所述内腔中设置有下均流板和上均流板，所述下均流板与所述内腔的底部之间形成所述进液空间，所述上均流板与所述内腔的顶部之间形成所述回液空间；
所述下均流板上间隔设置有若干个第一通孔，所述进液空间通过所述第一通孔与所述冷却空间连通；
所述上均流板上间隔设置有若干个第二通孔，所述回液空间通过所述第二通孔与所述冷却空间连通。
4.根据权利要求3所述的冷却与消防一体化储能设备，其特征在于，在同一所述电池包中，任意相邻的两个电芯之间、以及电芯与上均流板/下均流板之间均具有间隙。
5.根据权利要求2所述的冷却与消防一体化储能设备，其特征在于，所述冷却***包括与外部冷源设备之间形成循环回路的换热器，所述换热器与外部冷源设备之间循环有换热介质；
所述换热器分别与各所述电池包之间形成供冷却液循环的循环回路，所述换热器用于供冷却液和换热介质进行换热。
6.根据权利要求5所述的冷却与消防一体化储能设备，其特征在于，所述冷却***还包括供液管和回液管，所述供液管和所述回液管均通过连接软管与所述换热器连接，两个所述连接软管的一个设置有液体循环泵，所述供液管分别与各所述电池包的进液口相连接，所述回液管分别与各所述电池包的回液口相连接，以在所述换热器和各所述电池包之间形成循环回路。
7.根据权利要求6所述的冷却与消防一体化储能设备，其特征在于，所述供液管和所述回液管均竖向设置，且所述供液管和所述回液管的顶部均设置有自动排气阀。
8.根据权利要求1所述的冷却与消防一体化储能设备，其特征在于，所述消防***包括：
消防立管，所述消防立管竖向设置且位于电池簇的一侧，所述消防立管分别与各所述电池包相连接；
消防主管，所述消防主管与所述消防立管的下端连接，所述消防主管未与所述消防立管连接的一端延伸至所述电池簇的上方；
消防支管，所述消防支管连接于所述消防主管位于所述电池簇的上方的部分上，所述消防支管远离所述消防主管的一端连接有消防喷头；以及
消防液泵，所述消防液泵设置于所述消防主管上。
9.根据权利要求8所述的冷却与消防一体化储能设备，其特征在于，所述消防主管上设置有储液罐，所述储液罐上设置有单向阀。
10.根据权利要求8所述的冷却与消防一体化储能设备，其特征在于，所述消防主管靠近所述消防喷头处设置有电动阀。
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