电池散热结构、电池簇散热结构、散热系统及散热方法与流程

1.本发明属于电力储能系统技术领域，具体涉及电池散热结构、电池簇散热结构、散热系统及散热方法。


背景技术：

2.近年来，随着我国能源改型升级步伐的加快，以储能技术与系统为核心的现代智能电网体系的建设与规划日渐引起重视，储能技术被大规模的应用于电力系统的发电、输电、配电、用电的各个环节，不仅推动我国能源供给革命，而且是实现智能电网必不可少的核心技术。
3.锂离子电池为代表的电化学储能技术由于其灵活、快速的优点，成为目前电力储能领域装机容量增长最快的储能技术。特别是近些年来，随着电动汽车渗透率的提升，锂电池规模效应显现，成本快速降低，在可再生能源消纳和交通电气化产业链上的作用日益重要。在全球范围内，电化学储能行业市场的规模日益扩大，商业化的拐点加速到来。电化学储能装机规模跨越式发展将极大推动电网高质量，对未来电网的建设和发展发挥着重要作用。
4.在国家政策与社会发展需要的双重推力下，电化学储能市场快速发展，锂离子电池的总体保有量逐年递增，据cnesa统计，截止2019年底锂离子电池储能保有量达到8454mw。
5.近来，国内外发生的电力储能系统火灾引起大家对锂电池储能系统的普遍关注。据不完全统计，全世界范围内锂电池储能火灾安全事故在过去的一年内发生超过30起，造成了重大的财产损失。因此，锂离子电池的安全问题就成为制约锂离子电池电力储能大规模推广的关键瓶颈。
6.锂离子电池储能系统中含有大量的锂离子电池，在运行时电池会发热，这样电池温度会上升，电池温度上升会引起很多问题，比如容量下降、局部过热导致热失控等等，因此需要进行热管理，也就是在电池运行时，通过风冷的方式达到使电池降温的目的。另外，电池出现其它异常情况，比如过充电时，电池也会发热，也需要及时启动热管理，控制电池的温度。
7.目前，储能用锂离子电池系统，多数采用的风冷的方式，优点是电池散热结构简单，在电池模块一侧放置一个风扇，即可实现空气的流动，或者是在储能用锂离子电池系统所在的区域放置一个空调，通过空调实现整个区域的空气内循环流动降温。这种方式的缺点是空气始终在区域内循环，当电池处于正常运行时，这种方式能够满足运行的需要，但是当模块内的电池发生热失控时，这种方式就失去了作用，因为：首先空调是安装在区域内的，当电池热失控出现异常，系统会自动断电，空调停止运转，电池热失控的高温烟气会迅速充满电池模块内外；其次，采用现有的散热结构，电池的热失控的高温烟气会很容易从一个模块内部，扩散到其它的模块内部，引发连锁反应。


技术实现要素：

8.本发明的目的是综合考虑电池簇内模块的散热、空气流动对电池模块的影响、电池热失控异常状态下高温易燃易爆气体的影响，提出一种电池散热结构、电池簇散热结构、散热系统及散热方法。
9.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
10.一种电池散热结构，包括设置在电池模块一侧壁上的进风口以及设置在电池模块另一侧壁上的出风口，进风口和出风口处均设置有单向阀，电池模块一侧设置有排风管道，出风口与排风管道相连通，排风管道顶部设置有风扇。
11.进一步的，进风口和出风口相对设置。
12.进一步的，进风口设置在电池模块侧壁的底部，出风口设置在电池模块侧壁的顶部。
13.进一步的，电池模块与排风管道垂直设置。
14.进一步的，电池模块与排风管道之间设置有隔热材料。
15.一种电池簇散热结构，包括设置在电池簇中的每个电池模块一侧壁上的进风口以及设置在电池模块另一侧壁上的出风口，进风口和出风口处均设置有单向阀，电池模块一侧设置有排风管道，出风口与排风管道相连通，排风管道顶部设置有风扇；每列电池模块对应一个排风通道。
16.进一步的，进风口和出风口相对设置。
17.进一步的，进风口设置在电池模块侧壁的底部，出风口设置在电池模块侧壁的顶部。
18.进一步的，电池模块与排风管道垂直设置。
19.进一步的，电池模块与排风管道之间设置有隔热材料。
20.进一步的，排风管道的顶部高于电池簇的顶部。
21.一种散热系统，其特征在于，包括设置在电池储能系统中的多个如上所述的电池簇散热结构。
22.进一步的，排风管道设置有第一出口和第二出口，其中第一出口设置在用于放置电池储能系统的集装箱外部，且所述第一出口设置有风扇，第二出口设置在用于放置电池储能系统的集装箱内部，且所述第二出口设置有空调系统。
23.进一步的，电池模块内设置有烟感探测器、温感探测器和压力探测器，烟感探测器、温感探测器和压力探测器与监控系统相连，监控系统与处理器相连，处理器与电扇相连。
24.一种散热方法，电池模块发生异常情况时，处理器发送指令给风扇，风扇开启，使电池模块内部的空气流动至排气管道；
25.电池模块恢复正常时，处理器发送指令给风扇，风扇关闭。
26.进一步的，电池模块发生异常情况时，处理器发送指令给风扇，风扇开启，使电池模块内部的空气流动至排气管道，包括以下步骤：烟感探测器、温感探测器和压力探测器将烟气信号、温度信号和压力信号发送给监控系统，监控系统判断烟气信号、温度信号和压力信号中的任意两种信号超过阈值后，监控系统发送信号给处理器，处理器接收到信号后发送指令信号给电扇，风扇开启。
27.进一步的，电池模块恢复正常时，处理器发送指令给风扇，风扇关闭，包括以下步骤：烟感探测器、温感探测器和压力探测器将烟气信号、温度信号和压力信号发送给监控系统，监控系统判断烟气信号、温度信号和压力信号中的任意两种信号小于等于阈值后，监控系统发送信号给处理器，处理器接收到信号后发送指令信号给电扇，风扇关闭。
28.与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
29.本发明通过在电池模块一侧壁上设置进风口，另一侧壁上设置出风口，进风口和出风口处均设置有单向阀，当电池模块发生异常情况时，电池模块内部的空气压力大于电池模块外部的空气压力时，出风口处的单向阀打开，通过电扇使得的电池模块中的空气向外排向排风管道，当电池模块内部的空气压力小于电池模块外部的空气压力时，进气口处的单向阀打开，空气进入到电池模块内部，本发明通过设置排气管道和风扇，实现了空气的定向流动。
30.进一步的，进风口和出风口相对设置，便于空气在电池模块内顺利流通。
31.进一步的，进风口设置在电池模块侧壁的底部，出风口设置在电池模块的顶部，便于空气的定向流通。
32.本发明通过在锂离子电池内的电池簇设置散热结构，当电池热失控时，若电池模块内部的空气压力大于电池模块外部的压力时，出风口处的单向阀打开，进气口处的单向阀关闭，向外排气至排气管道，若电池模块内部的空气压力小于电池模块外部的空气压力时，进气口处的单向阀打开，出风口处的单向阀关闭，空气进入到电池模块内部。电池模块内的空气排至排气管道或者在电池模块中，不会扩散到相邻的其余电池模块内部，实现了电池簇正常运行时的常态内部空气内循环散热，与异常状态定向排烟的一体化设计。
33.本发明的散热系统通过在电池模块一侧设置排风管，排风管顶部设置风扇和空调，通过风扇实现电池模块空气的向外流动，避免了内部积聚；通过定向导流散热结构，使电池模块内的烟气不会扩散到其它模块内部；当风扇停止转动，或者空调停机时，通过定向导流结构，也会使电池热失控气体最大限度的封闭在电池模块和排风管道内，不会扩散到其它电池模块内部，最大程度的降低了电池热失控烟气的破坏性影响。这种向导流散热结构实现了模块的定向空气流动，避免了电池模块内大规模空气流动，提高了散热效率，并且不影响电池运行时的正常散热，克服了现有技术中无法避免电池模块热失控的烟气向相连的其余的模块的扩散的问题。
附图说明
34.图1为本发明的散热系统的结构示意图。
35.图中，1为电池模块，2为进风口，3为出风口，4为排风管道。
具体实施方式
36.下面结合附图对本发明进行详细描述。
37.本发明涉及以下技术术语：
38.电池模块：很多个电池构成一个电池模块，是一个方形物体，有进风口，有出风口，这是采用风冷散热的电池模块，本专利也是针对风冷散热的模块；另一种是液冷散热的模块，不是本专利的范围。
39.电池簇：电池簇包括多列电池模块；每个电池模块都很重，需要放在机架上来支撑，类似于上下多层的货架，每个电池模块放置在一层，上下有很多层，这样摆满一个机架，就是一个电池簇，一般一个电池簇有5
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9个电池模块。
40.电池储能系统：包括若干电池簇，有的电池储能系统包括30多个电池簇。
41.电池热失控：电池在过充、过放、外部短路、高温条件下，电池内部会发生大量的放热副反应，使电池内部的温度不可控的迅速上升，其结果是电池内部压力迅速增大，电池安全阀破开，向外喷射大量高温易燃易爆气体，这些气体充满电池模块以及附近区域会触发其它电池的热失控，造成热失控连锁反应，最终造成火灾。
42.单向阀：一种管道结构，这种管道结构有管体、阀体、活门以及法兰组成。这种单向阀只允许流体沿着一个方向流动，当单向阀的上游压力高于下游压力时，单向阀的阀门开启，接通管道，流体从上游通过单向阀流到下游。当下游压力高于上游压力时，单向阀的阀门在压力差的作用下关闭，切断流体的流动。
43.本发明一方面提供一种电池散热结构，包括设置在电池模块1一侧壁上的进风口2以及设置在电池模块另一侧壁上的出风口3，进风口2和出风口3处均设置有单向阀，进风口2和出风口3相对设置，并且进风口2低于出风口3的位置。优选的，进风口1设置在电池模块1侧壁的底部，出风口3设置在电池模块1的顶部。电池模块1一侧设置有排风管道4，出风口3与排风管道4相连通，排风管道4顶部设置有风扇。电池模块1与排风管道4垂直设置。电池模块1与排风管道4之间设置有隔热材料。
44.本发明另一方面提供一种电池簇散热结构，如图1所示，包括设置在电池簇中的每个电池模块1一侧壁上的进风口2以及设置在电池模块另一侧壁上的出风口3，进风口2和出风口3处均设置有单向阀，进风口2和出风口3相对设置，并且进风口2低于出风口3的位置。优选的，进风口1设置在电池模块1侧壁的底部，出风口3设置在电池模块1的顶部。排风管道4的顶部高于电池簇的顶部。
45.本发明第三方面提供一种散热系统，包括设置在电池储能系统中的多列电池簇中的电池模块1一侧壁上的进风口2以及设置在电池模块另一侧壁上的出风口3，进风口2和出风口3处均设置有单向阀，进风口2和出风口3相对设置，并且进风口2低于出风口3的位置。优选的，进风口1设置在电池模块1侧壁的底部，出风口3设置在电池模块1的顶部。排风管道4的顶部高于电池簇的顶部，每列电池簇对应一个排风管道4。多个排风通道4出口汇集到一个总的排风通道。
46.多个排风通道4出口汇集到一个总的排风通道。总的排风管道设置有第一出口和第二出口，其中第一出口设置在用于放置电池储能系统的集装箱外部，且所述第一出口设置有风扇，第二出口设置在用于放置电池储能系统的集装箱内部，且所述第二出口处设置有空调系统。
47.电池模块1内设置有烟感探测器、温感探测器和压力探测器，烟感探测器、温感探测器和压力探测器与监控系统相连，监控系统与处理器相连，处理器与电扇相连。
48.本发明第四方面提供一种散热方法，电池模块1发生异常情况时，处理器发送指令给风扇，风扇开启，使电池模块内部的空气流动至排气管道；具体的，烟感探测器、温感探测器和压力探测器将烟气信号、温度信号和压力信号发送给监控系统，监控系统判断烟气信号、温度信号和压力信号是否超过阈值，若是烟气信号、温度信号和压力信号中的任意两种
信号超过阈值，监控系统发送信号给处理器，处理器接收到信号后发送指令信号给电扇，风扇开启。
49.电池模块1恢复正常时，处理器发送指令给风扇，风扇关闭。具体的，电池模块1恢复正常时，处理器发送指令给风扇，风扇开启，使电池模块内部的空气流动至排气管道，包括以下步骤：烟感探测器、温感探测器和压力探测器将烟气信号、温度信号和压力信号发送给监控系统，监控系统判断烟气信号、温度信号和压力信号是否超过阈值，若是烟气信号、温度信号和压力信号中的任意两种信号小于等于阈值，监控系统发送信号给处理器，处理器接收到信号后发送指令信号给电扇，风扇关闭。
50.具体的，本发明的散热方法，包括以下步骤：
51.(1)在电池模块1的正对的两个侧面上，设置1个进风口2，1个出风口3。
52.(2)进风口2处设置一个单向阀，活口在电池模块1内，向内开，单向阀的活门在电池模块1内部；当电池模块1外的空气压力大于电池模块1内的空气压力时，电池模块1外的空气通过进风口2进入电池模块1内；当电池模块1外的空气压力小于电池模块1内的空气压力时，电池模块1内的空气无法通过进风口2出去。
53.(3)出风口3处设置一个单向阀，活口在电池模块1外，向外开，单向阀的活门嵌套在排风管道内，开口位置朝上；当电池模块1内的空气压力大于电池模块1外的空气压力时，电池模块1内的空气通过出风口3流向电池模块1外；当电池模块1内的空气压力小于电池模块1外的空气压力时，电池模块1外的空气无法通过出风口3进入模块1内。
54.(4)电池模块1的出风口3，嵌套在上下垂直的排风管道4内。
55.(5)电池储能系统设置在集装箱内，排风管道4的顶部伸出集装箱，风扇设置在排风管道4出口处，风扇位于集装箱外部。同样的，空调系统包括相连的内机和外机，内机设置在集装箱内，外机设置在集装箱外部。
56.(6)在正常情况下(电池储能系统正常运行)，风扇关闭，空调开启，排风管道4内气压降低，电池模块1的出风口3自动打开，进风口2打开，实现空气的流动。
57.(7)在异常情况下(电池发生热失控，或者电池发生泄漏，毒性气体超标)，风扇开启，此时空调无法正常工作，空调关闭，排风管道4内气压降低，电池模块1的出风口3自动打开，进风口2打开，实现空气的流动；这样即使电池热失控产生了烟气，烟气也会通过排风管道4排出，且在排出过程中，不会进入其它电池模块。
58.(8)电池模块1与排风管道4之间，设置一层隔热材料，防止排风管道4里高温气体通过排风管道4与电池模块1的接触传导到电池模块1内部。
59.本发明采取定向导流的风冷设计，通过集装箱外部的风扇，实现电池模块内空气的向外流动，避免了内部积聚；通过设计定向导流散热结构，使电池模块内的烟气不会扩散到其它模块内部；当集装箱顶部或封闭区域外部的风扇停止转动，或者空调也停机时，通过定向导流结构，也会使电池热失控气体最大限度的封闭在模块和管道内，不会扩散到其它电池模块内部，最大程度的降低了电池热失控烟气的破坏性影响。并且，这种定向导流设计，不影响电池运行时的正常散热。