电池模组冷却系统、电池箱及储能设备的制作方法

1.本发明涉及储能技术领域，尤其涉及一种电池模组冷却系统、电池箱及储能设备。


背景技术：

2.目前，外部环境温度对于电池模组的性能和寿命都有较大影响，所以需要热管理系统进行整体的温度控制。常用的热管理方案包括自然散热、风冷及液冷，在这些冷却方式中，液冷是最快速有效的冷却方式。但采用相关技术中的液冷对电池模组中的电芯进行散热时，容易使得电池模组内的温差较大，进而导致出现热失控的现象。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种电池模组冷却系统，在保证散热效果的同时，降低电芯组件的温差，进而降低电芯组件出现热失控的概率。
4.根据本发明第一方面实施例的电池模组冷却系统，其包括：
5.电芯组件；
6.液冷板组件，包括多个液冷板，多个所述液冷板依次间隔设置于所述电芯组件上；
7.液冷旁通管路，设于所述液冷板组件的两侧，并与每一所述液冷板连通；
8.冷却装置，与所述液冷旁通管路连通，所述冷却装置用于对电芯组件进行冷却。
9.根据本发明实施例的电池模组冷却系统，至少具有如下有益效果：冷却装置中的冷却液经液冷旁通管路的一侧流动至多个液冷板内，再从液冷板经液冷旁通管路的另一侧流动至冷却装置内进行冷却，冷却液在液冷板、液冷旁通管路及冷却装置内循环流动，带走电芯组件产生的热量，对电芯组件进行冷却；多个液冷板并排且间隔设置于电芯组件上，使流经各个液冷板的冷却液分布更加均匀，降低电芯组件的温差，以保证电芯组件散热和温度分布的一致性，降低电芯组件出现热失控的概率，且进一步增加电芯组件和液冷板中冷却液的接触面积，以使电芯组件具有更好的散热效果。通过设置该电池模组冷却系统，在保证散热效果的同时，保证电芯组件散热和温度分布的一致性，降低电芯组件出现热失控的概率。
10.根据本发明第一方面的一些实施例，每一所述液冷板内均设有液冷通道，所述液冷旁通管路分别与所述液冷通道的进液口、所述液冷通道的出液口连通。
11.根据本发明第一方面的一些实施例，所述液冷旁通管路包括入液管路和出液管路，所述入液管路的出口与所述液冷通道的进液口连通，所述出液管路的入口与所述液冷通道的出液口连通，所述入液管路的进口、所述出液管路的出口均与所述冷却装置连通。
12.根据本发明第一方面的一些实施例，所述冷却装置包括换热装置、膨胀罐、驱动装置，所述换热装置的一端与所述液冷旁通管路的出口连通，所述换热装置的另一端与所述膨胀罐的一端连通，所述膨胀罐的另一端与所述驱动装置的一端连通，所述驱动装置的另一端与所述液冷旁通管路的入口连通；所述膨胀罐用于为所述液冷板提供所述冷却液，所
述驱动装置用于驱动所述冷却液流动，所述换热装置用于对来自所述液冷旁通管路的冷却液进行热交换。
13.根据本发明第一方面的一些实施例，所述换热装置包括换热器，所述换热器的一端与所述液冷旁通管路的出口连通，所述换热器的另一端与所述膨胀罐的一端连通。
14.根据本发明第一方面的一些实施例，所述换热装置还包括散热风扇，所述散热风扇设于所述换热器上。
15.根据本发明第一方面的一些实施例，所述驱动装置为冷却液泵或吸液芯。
16.根据本发明第一方面的一些实施例，所述电池模组冷却系统还包括电池模组外壳，所述电芯组件、所述液冷板组件、所述液冷旁通管路及所述冷却装置均容置于所述电池模组外壳的内侧。
17.根据本发明第二方面实施例的电池箱，包括多个根据本发明上述第一方面实施例的电池模组冷却系统，还包括箱体，多个所述电池模组冷却系统均设于所述箱体内。
18.根据本发明第三方面实施例的储能设备，包括根据本发明上述第二方面实施例的电池箱。
19.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
20.附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对发明技术方案的限制。
21.图1是本发明实施例提供的电池模组冷却系统的结构示意图；
22.图2是本发明提供的空调的结构示意图。
23.附图标记：
24.电池模组冷却系统10、空调20、电池箱30；
25.电池液冷模组100、电芯组件110、液冷板120、入液管路130、出液管路140、电池模组外壳150；
26.冷却装置200、冷却回路210。
具体实施方式
27.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。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、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。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做
广义理解，例如，可以是固定连接或活动连接，也可以是可拆卸连接或不可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；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、间接连通或两个元件的相互作用关系。
30.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。
31.目前，外部环境温度对于电池模组的性能和寿命都有较大影响，所以需要热管理系统进行整体的温度控制。常用的热管理方案包括自然散热、风冷及液冷，在这些冷却方式中，液冷是最快速有效的冷却方式。但相关技术中，通过液冷方案对电池模组中的电芯进行散热时，不能营造均匀的工作环境温度场，使得电池模组内的温差较大，容易出现热失控的现象。
32.基于此，本发明提供了一种电池模组冷却系统10、电池箱30及储能设备，在保证散热效果的同时，降低电芯组件110内电芯组件110的温差，进而降低电芯组件110出现热失控的概率。
33.下面参考图1至图2描述根据本发明实施例的电池模组冷却系统10。
34.本发明第一方面实施例的电池模组冷却系统10，参照图1，电池模组冷却系统10包括电芯组件110、液冷板组件、液冷旁通管路及冷却装置200，液冷板组件包括多个液冷板120，多个液冷板120依次间隔设置于电芯组件110上；液冷旁通管路设于液冷板组件的两侧，并与每一液冷板120连通；冷却装置200与液冷旁通管路连通，冷却装置200用于对电芯组件110进行冷却。
35.本发明中，冷却装置200中的冷却液经液冷旁通管路的一侧流动至多个液冷板120内，再从液冷板120经液冷旁通管路的另一侧流动至冷却装置200内进行冷却，冷却液在液冷板120、液冷旁通管路及冷却装置内循环流动，带走电芯组件产生的热量，对电芯组件进行冷却；多个液冷板120并排且间隔设置于电芯组件110上，使流经各个液冷板120的冷却液分布更加均匀，降低电芯组件110的温差，以保证电芯组件110散热和温度分布的一致性，进而降低电芯组件110出现热失控的概率，且进一步增加电芯组件110和液冷板120中冷却液的接触面积，以使电芯组件110具有更好的散热效果。通过设置该电池模组冷却系统10，在保证散热效果的同时，保证电芯组件散热和温度分布的一致性，降低电芯组件110出现热失控的概率。
36.需要说明的是，电芯组件110、液冷板组件及液冷旁通管路构成电池液冷模组100，多个液冷板120在电芯组件110上并排且间隔设置，冷却液在液冷板120的管道内、液冷旁通管路及冷却装置内流通，冷却装置通过对冷却液进行冷却，进而对电芯组件110进行散热。多个液冷板120并排且间隔设置于电芯组件110上，有效降低电池模组内电芯组件110温差，抑制电池模组热失控，能够提高液冷板组件的换热效率，减少能量的损耗，延长电芯组件110使用寿命；通过设置该电池模组冷却系统10，在保证散热效果的同时，使得电池液冷模组100液冷系统的结构简单，更加便于安装和调试，并提升生产效率，降低生产成本。液冷旁通管路与冷却装置的循环冷却回路连通，使电芯组件110发出的热量通过液冷板及液冷旁通管路被冷却液带走。
37.需要说明的是，将电芯组件110浸没于冷却液中，有利于保持电芯组件110温度的均一性。若电芯组件110过热，则会导致电芯组件110工作效率降低，过早损坏零部件，更严
重的情况下会降低电池液冷模组100使用寿命、甚至会发生早燃、爆燃倾向。若电芯组件110过冷，则会导致电芯组件110工作效率降低，影响用户的使用感受。冷却液可以防止电芯组件110被腐蚀、冷却电芯组件110、避免冻结等优点。
38.在一些实施例中，电芯组件110包括多个电芯，多个电芯并排且间隔设置，多个液冷板120在多个电芯上均并排间隔设置，且每一液冷板120均从多个电芯上伸出，以便液冷板120的进液口、出液口分别与设于液冷板组件两侧的液冷旁通管路连通。例如，参照图1，电池液冷模组100包括两个电芯，两个电芯并排设置，多个液冷板120在两个电芯上均并排间隔设置，且每一液冷板120均从两个电芯上伸出。在另一些实施例中，电芯组件110包括一个电芯，多个液冷板120在电芯上并排间隔设置，且每一液冷板120均从电芯上伸出。
39.在一些实施例中，液冷板组件与液冷旁通管路一体成型，液冷板组件从电芯组件110上伸出，以使设于每一液冷板120两侧的液冷旁通管路分别与每一液冷板120的进液口及出液口连通，冷却液在液冷板组件、液冷旁通管路及冷却装置200中流通。在另一些实施例中，多个液冷板120均为单独的个体，液冷板组件与液冷旁通管路为两个单独的个体组合起来的结构，液冷旁通管路设于每一液冷板120的两侧，且分别与每一液冷板120的的进液口及出液口连通，冷却液在液冷板组件、液冷旁通管路及冷却装置200中流通。
40.需要说明的是，液冷板组件与电芯组件110可以直接接触，也可以通过导热胶间接接触，本发明实施例在此不作限定。
41.需要说明的是，液冷板组件、液冷旁通管路及冷却装置200形成冷却液循环系统，形成密闭结构，冷却装置200主动对电芯组件110进行冷却，通过持续的循环工作对电芯组件110进行降温，使电芯组件110始终保持在合适的工作温度范围内。
42.需要说明的是，冷却液可以为离子水，也可以为乙二醇水溶液，也可以为其他常用的液冷剂。
43.需要说明的是，冷却液流动的平均速度的计算公式如下：其中，v表示冷却液流动的平均速度，q表示冷却液流量，d表示管路内径。管路内径可以是液冷旁通管路的内径，也可以是液冷板120中液冷通道的内径；冷却液流量的计算公式如下：q＝p/δt
×cp
×
ρ,其中，p表示电池总功率，δt表示冷却液温度变化值，c
p
表示冷却液的比热容，ρ表示冷却液的密度。
44.例如，假设280ah磷酸铁锂电池以0.5cp充放电，每个电池功率为13.44w，假设20个电池的功率268.8w，带入冷却液流量的计算公式可得冷却液流量为：q＝p/δt
×cp
×
ρ＝268.8/5
×
1064
×
3282＝0.9l/min，管路内径
45.d＝q
0.42
＝0.0095m＝9.5mm,约为10mm，将冷却液流量及管路内经带入冷却液流动的平均速度的计算公式中可得冷却液流动的平均速度为：的平均速度的计算公式中可得冷却液流动的平均速度为：
46.需要说明的是，在电芯组件110的前后两侧可以分别设有液冷板组件，也可以在电芯组件110的侧壁设置液冷板组件，能很有效地增大换热能力，提高换热效能。
47.参照图1，可以理解的是，每一液冷板120内均设有液冷通道，液冷旁通管路分别与液冷通道的进液口、液冷通道的出液口连通。
48.需要说明的是，通过在液冷板120内设置液冷通道，以使冷却液通过液冷通道与电
芯组件110接触，调节电池液冷模组100的温度与温差。
49.参照图1，可以理解的是，液冷旁通管路包括入液管路130和出液管路140，入液管路130的出口与液冷通道的进液口连通，出液管路140的入口与液冷通道的出液口连通，入液管路130的进口、出液管路140的出口均与冷却装置200连通。
50.需要说明的是，冷却液分别在入液管路130、出液管路140、液冷通道及冷却装置200内流通。
51.参照图1，可以理解的是，冷却装置200包括换热装置、膨胀罐、驱动装置，换热装置的一端与液冷旁通管路的出口连通，换热装置的另一端与膨胀罐的一端连通，膨胀罐的另一端与驱动装置的一端连通，驱动装置的另一端与液冷旁通管路的入口连通；膨胀罐用于为液冷板提供冷却液，驱动装置用于驱动冷却液流动，换热装置用于对来自液冷旁通管路的冷却液进行热交换。
52.需要说明的是，换热装置的一端与液冷旁通管路的出口通过冷却回路210连通，换热装置的另一端与膨胀罐的一端通过冷却回路210连通，膨胀罐的另一端与驱动装置的一端通过冷却回路210连通，驱动装置的另一端与液冷旁通管路的入口通过冷却回路210连通。
53.需要说明的是，驱动装置可以为离心泵，也可以为往复泵，也可以是重力或吸附装置，或者吸液芯毛细力等其他形式驱动冷却液流动。在泵或者其他无源力的驱动下保证冷却液的流动。
54.在本实施例中，冷却液经出液管路140的出口及冷却回路210到达换热装置，通过换热装置与外部环境进行热交换达到降温，再通过冷却回路210到达膨胀罐；膨胀罐可以缓冲管路内的压力波动,不让压力升高太快也不让压力下降过猛,让冷却液在一个相对平稳的压力下运行，通过膨胀罐还可以补充冷却液；冷却液经过膨胀罐及冷却回路210流动至驱动装置，在驱动装置的驱动下保证冷却液的流动。
55.参照图1，可以理解的是，换热装置包括换热器，换热器的一端与液冷旁通管路的出口连通，换热器的另一端与膨胀罐的一端连通。
56.需要说明的是，冷却液经出液管路140的出口及冷却回路210到达换热器，通过换热器与外部环境进行热交换达到降温。
57.参照图1，可以理解的是，换热装置还包括散热风扇，散热风扇设于换热器上。
58.需要说明的是，散热风扇与换热器的组合，通过换热器与散热风扇的相互配合，提高与外部环境进行热交换的换热效率。
59.在一些实施例中，换热装置仅包括散热器，也即仅通过换热器与与外部环境进行热交换；在另一些实施例中，换热装置包括散热器与换热器，通过换热器与散热风扇的相互配合，与外部环境进行热交换。
60.参照图1，可以理解的是，驱动装置为冷却液泵或吸液芯。
61.需要说明的是，冷却液泵可以为离心泵，也可以为往复泵；当驱动装置为吸液芯，通过吸液芯毛细力的形式驱动形式驱动冷却液流动。
62.在一些实施例中，也可以通过重力或吸附力驱动冷却液流动，而不局限于本发明实施例。
63.参照图1，可以理解的是，电池模组冷却系统10还包括电池模组外壳150，电芯组件
110、液冷板组件、液冷旁通管路及冷却装置200均容置于电池模组外壳150的内侧。
64.需要说明的是，设置电池模组外壳150，通过电池模组外壳150将电池液冷模组100及冷却装置200均包覆其中，能够有效避免发生冷却液漏液的问题，也使电池液冷模组100在面对电池热失控时能够隔绝空气并延缓热失控的蔓延。
65.本发明的第二方面的实施例还提供了一种电池箱30，该电池箱30包括有如上述任一实施例中的多个电池模组冷却系统10，还包括箱体，多个电池模组冷却系统10均设于箱体内。
66.本发明的第三方面的实施例还提供了一种储能设备，该储能设备包括本发明上述第二方面实施例的电池箱30。
67.例如，参照图2，在一些实施例中，在电池箱30的侧壁安装有两个空调20形成空调20储能设备，空调20的室外机的出风口采用对称的方式，使得两个室外机的出风口分别朝向不同的方向，互不干扰，效果较好，通过这种设置对周围环境空气进行冷却；在另一些实施例中，也可以在电池箱30的侧壁安装其他数量的空调20，并不局限于本发明实施例。
68.在一些实施例中，电池箱30与另一电池箱30连接，形成液冷储能设备，通过电池箱30对另一电池箱30进行二次液冷。
69.在一些实施例中，液冷板组件与液冷旁通管路一体成型，液冷板组件从电芯组件110上伸出，以使设于每一液冷板120两侧的液冷旁通管路分别与每一液冷板120的进液口及出液口连通，冷却液在液冷板组件、液冷旁通管路及冷却装置200中流通。在另一些实施例中，多个液冷板120均为单独的个体，液冷板组件与液冷旁通管路为两个单独的个体组合起来的结构，液冷旁通管路设于每一液冷板120的两侧，且分别与每一液冷板120的的进液口及出液口连通，冷却液在液冷板组件、液冷旁通管路及冷却装置200中流通。
70.需要说明的是，液冷板组件与电芯组件110可以直接接触，也可以通过导热胶间接接触，本发明实施例在此不作限定。
71.需要说明的是，液冷板组件、液冷旁通管路及冷却装置200形成冷却液循环系统，形成密闭结构，冷却装置200主动对电芯组件110进行冷却，通过持续的循环工作对电芯组件110进行降温，使电芯组件110始终保持在合适的工作温度范围内。
72.需要说明的是，冷却液可以为离子水，也可以为乙二醇水溶液，也可以为其他常用的液冷剂。
73.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
74.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
75.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。