一种储能装置及储能系统的制作方法

本技术实施例涉及能源，更为具体地涉及一种储能装置及储能系统。

背景技术：

1、新能源代替传统化石能源是实现“双碳”目标的关键，能源转型改变了传统能源格局，推动电动汽车以及储能行业快速发展。然而，锂电池的充放电效率、容量、安全性和寿命受温度影响很大，温度过高、过低或电池组间存在较大温差会直接影响其性能，使电池系统过早失效甚至引发火灾、爆炸等一系列事故。为了提升电池组的性能以及安全性，电池需要配置热管理系统。

2、目前常采用间接接触式液冷(即冷板式液冷)方式冷却电池，即液冷板与电池模块壁面通过导热介质贴附，电池产生的热量通过导热介质传递至液冷板内部的冷却工质，再通过流动的冷却工质将热量带走。采用间接接触式液冷方式冷却电池时，电池模块与液冷板之间存在较大传热热阻，且电池模块与液冷板的换热面积有限，无法直接冷却电池极耳等高发热部位，导致电池极耳温度较高，电池整体均温性较差。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种储能装置及储能系统，能够提高电池的散热效果和均温性。

2、第一方面，提供了一种储能装置，所述储能装置包括集液箱、电池胶囊、电池和喷淋装置，其中：所述集液箱用于容纳所述电池胶囊；所述电池胶囊用于容纳所述电池，所述电池胶囊中填充有第一冷却媒介，所述第一冷却媒介用于冷却所述电池；所述喷淋装置位于所述电池胶囊的顶面上方，所述喷淋装置用于向所述电池胶囊的顶面外表面喷淋第二冷却媒介。

3、在本技术实施例中，当电池产生热量时，可将热量传递至与电池直接接触的第一冷却媒介，第一冷却媒介吸收电池产生的热量后，通过热传导、热对流或沸腾换热的方式将电池产生的热量传递至电池胶囊，电池胶囊与喷淋装置喷淋的第二冷却媒介通过对流换热的方式进行二次换热，热量可以被流动的第二冷却媒介带出集液箱。一方面，电池与第一冷却媒介通过直接接触的方式进行换热，具有较小的传热热阻，因此能有效提高电池的散热效果；另一方面，第一冷却媒介与电池的接触面积大，可以接触发热量较高的部位(如电池极耳)，通过增大换热面积可以提高电池的均温性。

4、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述集液箱包括顶面、侧面和底面，所述集液箱的侧面设置有至少一个进液口和至少一个出液口，所述进液口与所述喷淋装置连通，所述第二冷却媒介通过所述进液口流入所述喷淋装置；所述第二冷却媒介通过所述出液口与流出所述集液箱。

5、在本技术实施例中，第二冷却媒介由进液口流入集液箱内，与电池胶囊进行换热后，再从集液箱的出液口流出，也就是说，第二冷却媒介是循环流动的，因此，可以通过第二冷却媒介的循环流动将热量带出集液箱，从而达到电池散热的目的。

6、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述出液口高于所述电池胶囊的底面且低于所述电池胶囊的顶面。也就是说，所述出液口的最低点高于所述电池胶囊的底面，所述出液口的最高点低于所述电池胶囊的顶面。

7、在本技术实施例中，通过设置出液口高于所述电池胶囊的底面且低于所述电池胶囊的顶面，第二冷却媒介可以部分或全部浸没电池胶囊的侧面。因此，当电池运行发热时，其周围的第一冷却媒介可以吸收电池产生的热量，通过第一冷却媒介传导至电池胶囊的外表面；第二冷却媒介由位于电池胶囊顶面上方的喷淋装置喷出，通过射流方式冷却电池胶囊顶面，随后第二冷却媒介流动至电池胶囊的侧面，电池胶囊的侧面可以通过降膜或浸没的方式冷却，最后通过第二冷却媒介的循环流动将热量带出集液箱，实现对电池的持续散热。

8、在一些实施例中，所述出液口的最低点与电池胶囊底面之间的距离小于第一阈值，所述第一阈值可以根据集液箱的底部壁厚进行设定。

9、在这种情况下，可以认为没有或者只有少量第二冷却媒介与电池胶囊的侧面接触。因此，当电池运行发热时，其周围的第一冷却媒介可以吸收电池产生的热量，通过第一冷却媒介传导至电池胶囊的外表面；第二冷却媒介由位于电池胶囊顶面上方的喷淋装置喷出，通过射流方式冷却电池胶囊顶面，随后第二冷却媒介流动至电池胶囊侧面，在重力的作用下降膜，与电池胶囊侧面通过对流换热方式带走热量。该顶面射流、侧面降膜冷却的散热方式，能有效提高第二冷却媒介与电池胶囊外表面的对流换热系数，从而提升电池整体的散热效果。

10、在另一些实施例中，所述出液口的最低点高于所述电池胶囊的侧面，且低于所述电池胶囊的顶面。

11、在这种情况下，可认为电池胶囊的侧面沉浸于第二冷却媒介中。因此，当电池运行发热时，其周围的第一冷却媒介吸收电池产生的热量，通过第一冷却媒介传导至电池胶囊的外表面；第二冷却媒介由位于电池胶囊顶面上方的喷淋装置喷出，通过射流方式冷却电池胶囊顶面，随后第二冷却媒介流动至电池胶囊侧面，当第二冷却媒介注入一段时间后，电池胶囊侧面会浸没于第二冷却媒介中，从而可以实现顶面射流、侧面浸没的散热方式，通过第二冷却媒介的循环流动将热量带出集液箱，实现对电池的持续散热。

12、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述出液口高于所述电池胶囊的顶面。也就是说，电池胶囊的顶面位于所述出液口的最高点与所述出液口的最低点之间。在这种情况下，可认为电池胶囊全部浸没于第二冷却媒介中，即电池胶囊的顶面和侧面均浸没于第二冷却媒介中。

13、在本技术实施例中，通过设置出液口的高度高于电池胶囊的顶面的高度，第二冷却媒介可以完全浸没电池胶囊。因此，当电池运行发热时，其周围的第一冷却媒介吸收电池产生的热量，通过第一冷却媒介传导至电池胶囊的外表面；第二冷却媒介由位于电池胶囊顶面上方的喷淋装置喷出，通过射流方式冷却电池胶囊顶面，随后第二冷却媒介流动至电池胶囊侧面，当第二冷却媒介注入一段时间后，电池胶囊会完全浸没于第二冷却媒介中，从而可以实现顶面和侧面浸没的散热方式，通过第二冷却媒介的循环流动将热量带出集液箱，实现对电池的持续散热。

14、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述电池胶囊的内表面设置有散热翅片，所述散热翅片用于增加所述第一冷却媒介与所述电池胶囊内表面的接触面积。

15、在本技术实施例中，在电池胶囊的内表面布置散热翅片，可以增加第一冷却媒介与电池胶囊内表面的接触面积，从而可以强化第一冷却媒介与电池胶囊的外表面的传热效果，加速第一冷却媒介的冷却。

16、在一种可能的实现方式中，所述电池胶囊的顶面为圆弧面，所述电池胶囊的侧面垂直于所述电池胶囊的底面。

17、应理解，当设置电池胶囊的顶面为圆弧面且电池胶囊的侧面垂直于所述电池胶囊的底面时，喷淋装置可以沿着电池胶囊的圆弧顶面喷淋第二冷却媒介，即通过射流方式冷却电池胶囊的顶面，随后第二冷却媒介会流动至电池胶囊的侧面，在重力作用下，沿着电池胶囊的侧面往下流，即通过侧面降膜方式冷却电池胶囊的侧面。具体而言，通过将电池胶囊的顶面设置成圆弧面，可以为气相的第一冷却媒介预留一定的空间；电池胶囊的顶面在射流冲击的作用下，以较高的对流换热系数与流体之间进行换热，实现较好的散热效果；电池胶囊的侧面在降膜冷却的作用下，以较高的对流换热系数进行换热，实现较好的散热效果。此外，电池胶囊的侧面与电池之间的距离相对较小，电池胶囊所占的空间相对较小，空间利用率较高。

18、在另一种可能的实现方式中，所述电池胶囊的顶面和侧面均为圆弧面。

19、应理解，当设置电池胶囊的顶面和侧面均为圆弧面时，喷淋装置可以沿着电池胶囊的圆弧顶面和侧面喷淋第二冷却媒介，即通过射流方式冷却电池胶囊的顶面和侧面。圆弧形的顶面和侧面可以增大射流区域，电池胶囊的顶面和侧面的流体流速较快，从而使得流体和电池胶囊外表面之间以更高的对流换热系数进行换热，实现较好的散热效果。此外，由于电池胶囊的顶面和侧面均为圆弧面，喷淋装置的高度会有所增加，电池胶囊的侧面与电池之间的距离相对较大，因此电池胶囊所占的空间相对较大。

20、在又一种可能的实现方式中，所述电池胶囊为立方体结构或长方体结构。

21、应理解，当设置电池胶囊为立方体结构或长方体结构时，喷淋装置喷淋的第二冷却媒介可以沿着立方体或长方体的电池胶囊往下流动，流过电池胶囊的顶面和侧面，从而可以将传递至电池胶囊外表面的热量带出集液箱。第二冷却媒介沿电池胶囊流动时，相对于前两种实现方式，第二冷却媒介与电池胶囊的换热面积有所增加，可在一定程度上保证换热效果。

22、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述电池部分或全部沉浸于所述第一冷却媒介中。

23、在本技术实施例中，第一冷却媒介能够浸没电池极耳，从而能够对电池极耳的进行散热，能够解决无法有效冷却电池极耳的问题，避免电池极耳和芯体之间温差过大。

24、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述电池胶囊为全密封结构。

25、在本技术实施例中，通过设置电池胶囊为全密封结构，可以保证腔体的气密性，降低气相工质泄漏风险。同时通过顶面射流、侧面降膜的方式，可以加速第一冷却介质冷凝，避免电池胶囊内部因气压过大而导致电池挤压变形，解决电池胶囊内部压力平衡难以控制的问题。

26、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述电池包括但不限于以下任一种类型：方形电池、圆柱形电池、软包电池。

27、在本技术实施例中，第一冷却媒介可以通过热传导、热对流或沸腾换热的方式将电池产生的热量传递至电池胶囊内表面，电池胶囊内表面通过热传导将热量传递至电池胶囊外表面，电池胶囊外表面与喷淋的第二冷却媒介接触，通过对流换热的方式将热量传递至第二冷却媒介，再被循环流动的第二冷却媒介带出集液箱，以达到降低电池温度的目的。

28、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一冷却媒介为绝缘冷却媒介，例如可以是油类冷却工质或者氟化液类冷却工质，所述第二冷却媒介包括以下任意一种：乙二醇水溶液、纳米流体、相变乳液。

29、需要说明的是，由于第一冷却媒介与电池直接接触，因此第一冷却媒介为绝缘冷却媒介。也就是说，该第一冷却媒介可以为单相绝缘冷却媒介，也可以为两相绝缘冷却媒介。第二冷却媒介可以包括所有类型的冷却媒介，也就是说，该第二冷却媒介可以为绝缘冷却媒介，也可以为非绝缘冷却媒介。示例性的，该第二冷却媒介可以为：油类、氟化液、乙二醇水溶液、纳米流体、相变乳液等，本技术对此不作限定。

30、在一种可能的实现方式中，第一冷却媒介可以为单相绝缘冷却媒介(例如，油类)。单相绝缘冷却媒介可以通过热传导和热对流的方式将电池的热量传递至电池胶囊内表面，电池胶囊内表面通过热传导将热量传递至电池胶囊外表面，电池胶囊外表面与第二冷却媒介接触，通过对流换热的方式将热量传递至第二冷却媒介，再被循环流动的第二冷却媒介带出集液箱。

31、在另一种可能的实现方式中，第一冷却媒介可以为两相绝缘冷却媒介(例如，氟化液)。两相绝缘冷却媒介与电池表面间可以通过热传导、热对流和沸腾换热的方式带走电池产生的热量。具体而言，在电池充放电前中期温度较低时，第一冷却媒介通过热传导和热对流的方式吸收电池产生的热量；当电池温度达到第一冷却媒介的相变温度时，第一冷却媒介沸腾同时吸收大量电池产生的热量；气相的第一冷却媒介在分子热运动的作用下运动至电池胶囊的顶面，并通过热传导和热对流的方式与电池胶囊的顶面换热；电池胶囊的顶面与喷淋装置喷出的第二冷却媒介通过对流换热的方式进行换热，间接吸收第一冷却媒介的热量，再通过循环流动将热量带出集液箱；被冷却的第一冷却媒介冷凝后回流至电池胶囊内，如此循环往复实现电池的高效散热。

32、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述喷淋装置固定于所述电池胶囊的顶面外侧，或者，所述喷淋装置固定于所述集液箱的顶面内侧。

33、在一种可能的实现方式中，所述喷淋装置包括主管道，主管道上设置有多个喷淋点位，其中包括第一喷淋点位，所述第一喷淋点位上设置有第一分管道和第二分管道，第一分管道可沿第一方向设置，第二分管道可沿第二方向设置，所述第一方向和所述第二方向朝向所述电池胶囊的顶面，且所述第一方向与所述第二方向呈夹角设置。应理解，第一喷淋点位可以是位于主管道上的一个点位，也可以是位于主管道两个壁面上的点位。

34、在另一种可能的实现方式中，所述喷淋装置包括主管道，主管道上设置有多个喷淋点位，其中包括第一喷淋点位，第一喷淋点位上设置有第一分管道和第二分管道，第一分管道和第二分管道可沿第三方向设置，所述第三方向平行于所述电池胶囊的顶面。应理解，第一喷淋点位可以是位于主管道上的一个点位，也可以是位于主管道两个壁面上的点位。

35、第二方面，提供了一种储能系统，包括：如第一方面以及第一方面中任一方面所述的储能装置；散热回路，所述散热回路用于冷却所述第二冷却媒介。

36、在一种可能的实现方式中，所述散热回路包括阀门、水泵、流量计、散热器和管路系统，所述阀门用于控制所述第二冷却媒介在所述储能系统中的流量，所述水泵用于提供所述第二冷却媒介在所述储能系统中的循环动力，所述流量计用于测量所述储能系统中的第二冷却媒介的流量，所述散热器用于所述散热器用于对所述第二冷却媒介进行散热，所述管路系统用于连接所述阀门、所述水泵、所述流量计和所述散热器。

37、在本技术实施例中，当电池产生热量时，可以将热量传递至与电池直接接触的第一冷却媒介，第一冷却媒介可以将电池的热量传递至电池胶囊，喷淋装置可以向电池胶囊喷淋第二冷却媒介，从而可以将热量传递至第二冷却媒介，由第二冷却媒介进行散热，并且第二冷却媒介可以循环流动到集液箱的外部，通过散热器对第二冷却媒介进行散热，从而可将电池产生的热量散发到大气环境中。

38、在一种可能的实现方式中，所述储能系统响应于所述电池的温度高于第一阈值，执行以下操作中的至少一个：增大阀门的开度、增大水泵功率、增大散热器运行功率。

39、在该实现方式中，当电池温度高于一定阈值时，需要增强储能系统的散热能力，因此可以通过增大阀门的开度增大第二冷却媒介的流量，或者可以增大水泵功率增强第二冷却媒介的循环速度，或者可以增大散热器运行功率增强第二冷却媒介的散热效率。

40、在另一种可能的实现方式中，所述储能系统响应于所述电池的温度低于第一阈值，执行以下操作中的至少一个：减小阀门的开度、减小水泵功率、减小散热器运行功率。

41、在该实现方式中，当电池温度低于一定阈值时，需要减弱储能系统的散热能力以减小系统功耗，可以通过减小阀门的开度减小第二冷却媒介的流量，或者可以减小水泵功率减小第二冷却媒介的循环速度，或者可以减小散热器运行功率减小第二冷却媒介的散热效率。