一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统的制作方法

1.本实用新型属于电池储能技术领域，具体涉及一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统。


背景技术：

2.在大规模新能源电力应用的新型电力系统中，增加了对储能系统作为灵活调度资源的需求，以此保障与新能源电力互补和电力系统运行的安全稳定控制。目前应用的大规模电池储能系统，普遍存在电池本身运行的安全隐患问题，其中之一，是电池本身的不一致性和温度特性的影响，使得电池储能系统的安全性受到挑战。因而需要有效提升电池温度一致性控制能力，保证电池储能系统的电池模组运行过程中，满足电池自身工作温度范围和电池之间温度一致性范围的要求，提升电池储能系统运行的安全性。
3.电池储能系统健康、安全运行需要有效的温度控制，达到电池簇的每一个电池包温度一致性控制在允许的范围之内，任何一颗电池单体或一个电池包超出允许的温度一致性范围时，整个电池簇或储能单元系统会停止运行，影响系统的整体效率，产生储能系统运行效率的短板效应。
4.目前电池储能系统温控的主要技术手段，是采用强排风冷或浸没式液冷或液冷板冷却的热交换方式，三种方式都是为了将电池的热量快速传导给冷源介质，通过热交换控制电池的温度；提升电池散热能力提高电池模组内电池温场一致性，同时采用的冷却液具有持续调温和氧气隔绝作用，可有效防范电池热失控和火灾风险。
5.现有技术在电池储能系统的研究与应用中，进行了相应的创新与实践，提出了不少技术方案，采用液冷技术解决电池储能系统的热管理及温度调控就是主要技术路线之一。国家知识产权局公布的(cn114156560a)专利，《一种浸没式液冷散热模组及散热方法》采用浸没式液冷与液冷板冷却相结合的两级传导的方式进行散热，对于紧排列电池模组整体浸没在冷却液之中(如该专利附图所示)进行散热，如该专利说明书记载“在直接接触式液冷方式的基础上引入液冷板，对冷却液和电池模组进行降温，
”…“
所述液冷板
…
所述进液口连接有水冷机。
”…“
将电池模组浸没在冷却液中，采用直接接触式液冷方式，
”…“
液冷板为平板结构，上表面和下表面均匀分布多个翅片，上表面的翅片浸入箱体内冷却液中，下表面翅片连接有制冷设备。”如上可知，该技术方案对电池散热方法主要是，通过水冷机对液冷板中液冷介质进行调温及流量控制实现液冷板经上表面翅片，由电池底部与电池进行热交换，完成散热过程；在此基础上，通过连接有制冷设备的下表面翅片及上翅片对箱体内不流动的冷却液进行调温，电池模组浸没在冷却液并与冷却液热交换，完成散热过程。该技术方案的主要缺陷与不足是：
6.1)液冷板通过翅片安装在电池模组的底层，与电池和冷却液进行热交换，由于电池单体产生热量的核心区域在电池单体的上端，逐渐向下传导，使得液冷板与电池的调温效果受到影响；
7.2)电池模组整体浸没在冷却液中，制冷设备通过下表面翅片及上表面翅片对箱体
内不流动的冷却液进行冷却，冷却液以自然热传导方式与电池进行热交换，降低了热交换效率，同时由于电池模组中的电池是紧排列，电池之间冷却液数量有限，影响散热效率；
8.3)由于冷却液的高度高于电池模组的电池的安全阀，使得安装在电池极耳上的电池温度传感器浸没在冷却液中，从而不能监测到电池的实际温度，使控制系统无法实施有效控制；
9.4)采用两套制冷设备以及上下两层翅片的产品配置与结构，安装要求高、难度增加且效率不高，还增加制造成本。
10.为了克服现有技术方案的缺陷与不足，本实用新型将采用具有快速热交换能力的热管贴装在每个电池及电池包侧面，并与调温后的流动冷却液进行热交换，实现简捷、快速、高效、节能的冷暖双向快速热交换，通过精细化统筹设计，以高效的系统架构与部件连接关系，构成系统整体高效热交换的热管与兼有消防功能的冷却液浸没式双控电池模组及储能系统，具有热交换能力强、高效运行、低成本运维及全寿命投资减少的优势，提电池储能系统的可靠性、安全性。


技术实现要素：

11.为了克服现有技术及方案的缺陷与不足，本实用新型提出一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统，其特征在于，多个柜式双控电池包模组簇通过高压仓及直流母线接入储能变流器的直流端子；所述柜式双控电池包模组簇由多个双控电池包模组相邻的电池包模组pack正极端子与相邻的电池包模组pack负极端子串联构成；所述双控电池包模组包括双控电池包模组 pack箱体；所述双控电池包模组pack箱体具有箱体顶盖构成密闭结构，所述双控电池包模组pack箱体内设置有多个电池串联组串包，串联构成电池包组串 pack；以及所述电池串联组串包侧面贴装相应的热管，所述双控电池包模组pack 箱体内填充有用于浸没所述电池串联组串包的冷却液；
12.其特征还在于，由储能管控系统通过系统控制总线分别连接高压仓及直流母线、储能变流器、液冷装置以及柜式双控电池包模组簇中各双控电池包模组，构成基于热管与冷却液浸没式双控电池模组的储能系统。
13.所述一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统，其特征在于，所述双控电池包模组由多个所述电池串联组串包串联构成电池包组串 pack，并安装在双控电池包模组pack箱体内，所述电池串联组串包由多个电池单体串联构成，且每一个电池串联组串包的侧面贴装热管，构成接触式热管快速热交换结构；同时，电池及电池模组监控系统连接每一个电池单体，构成实时监测电池单体运行参数的电池管控系统，并通过电池模组bms通信连接端子与上位控制系统连接，构成双控电池包模组的监控与电池热管理的管控信息路径。
14.所述一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统，其特征在于，所述双控电池包模组pack箱体，通过内侧四个箱角定位电池串联组串包的安装位置，并由多个相应具有导通孔的定位板和一个无导通孔的定位板进行定位，所述无导通孔的定位板安装在电池包模组pack箱进液口与电池包模组 pack箱出液口之间，阻挡冷却液进液后直接流向电池包模组pack箱出液口；所述双控电池包模组pack箱体内，至少在箱体两侧的具有导通孔的定位板上，装有冷却液温度传感器，且安装高度低于具有导通孔的定位板本身高
度的50％。
15.所述一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统，其特征在于，所述电池及电池模组监控系统通过连接在每个电池单体极耳上的温度传感器，实时采集每个电池单体运行的参数，并通过电池模组bms通信连接端子与上位管控系统连接，构成两级控制路径与架构。
16.所述一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统，其特征在于，双控电池包模组pack箱体正面，安装电池及电池模组监控系统及电池模组bms通信连接端子、电池包模组pack正极端子、电池包模组pack负极端子，以及冷却液进液控制阀及进液管道和冷却液出液控制阀及冷却液出液管道。
17.所述一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统，其特征在于，所述热管满足长度大于电池串联组串包长度10％，以后端对齐贴装在电池串联组串包的侧面；宽度大于电池单体高度的三分之一，小于电池单体高度的三分之二，以电池单体壳体顶部对齐贴装；并依据电池产品规格的电池产生热量核心区域参数或实测数据进行精细化配置。
18.所述一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统，其特征在于，所述热管下端以及相邻两侧电池串联组串包与双控电池包模组pack箱体底部围合，构成冷却液流动通道。
19.所述一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统，其特征在于，所述双控电池包模组pack箱体内填充有用于浸没所述电池串联组串包的冷却液，所述冷却液采用绝缘的导热液体，采用氟化液作为冷却液。
20.所述一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统，其特征在于，所述液冷装置，包括制冷机、加热器、冷却液热交换控制器、水泵、储液罐以及冷却液温度传感器；液冷装置控制调节冷却液的温度，并分别通过进液管道、冷却液进液控制阀及双控电池包模组中的电池包模组pack箱进液口和冷却液出液管道、冷却液出液控制阀及电池包模组pack箱出液口，构成双控电池包模组的电池包模组pack箱中冷却液循环流动的路径；
21.其特征还在于，所述液冷装置通过冷却液热交换控制通信线分别连接各冷却液进液控制阀及冷却液出液控制阀，同时，所述液冷装置通过系统控制总线与储能管控系统连接，构成冷却液循环流动控制信息路径。
22.所述一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统，其特征在于，双控电池包模组pack箱体内安装浸没液面传感器和消防浸没液面传感器，所述浸没液面传感器，在双控电池包模组pack箱体内安装高度低于电池极耳高度；所述消防浸没液面传感器，在双控电池包模组pack箱体内，安装高度高于电池安全阀高度，并且浸没液面传感器和消防浸没液面传感器，分别连接电池及电池模组监控系统。
23.本实用新型一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统，通过多个标准的模块化双控电池包模组，组成可重构柜式双控电池包模组簇及电池储能系统；采用流动的浸没式冷却液与具有高效热交换能力的热管，进行电池热量核心区域与电池整体的双重受控热交换，实现简捷、高效、安全、可靠的电池包模组级精细化热管理；特别是，根据电池单体运行产生热量的中心区域，优化设计高效热交换区域贴装的热管面积尺寸，并将热管贴装在模块化电池包模组pack箱中的电池串联组串包侧面产生热量的核心区域，通过
热管将电池串联组串包与流动的浸没式冷却液进行快速热交换，不仅增加了热交换的速度及均衡性，还缩短了电池热量传导距离，实现快速双向热能交换，并且流动的浸没式冷却液结构简捷高效，同时起到防止起火的消防作用；通过冷却液进液控制阀和冷却液出液控制阀，对各双控电池包模组pack箱体进行进液和出液控制，实现双控电池包模组pack箱体的实时在线无冷液电池及电池包维护，减少对系统整体运行影响的短板效应，克服了现有技术方案的缺陷与不足；在保障热交换功效与安全的同时，提高了液冷系统的利用率，降低热管理控制系统本身的能耗。
附图说明
24.图1是一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统构成的原理示意框图。
25.图2是柜式双控电池包模组簇(100)的构成示意框图。
26.图3是双控电池包模组(200)构成的原理示意框图。
27.图4是电池包模组pack箱体(210)及上盖的构成示意图(正视图)。
具体实施方式
28.作为实施例子，结合附图对一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统给予说明，但是，所描述的实施例是本实用新型应用于一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围；本实用新型的技术与方案不限于本实施例子给出的内容。
29.如图1、图2所示，一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统，其特征在于，多个柜式双控电池包模组簇(100)通过高压仓及直流母线(110)接入储能变流器(120)的直流端子；所述柜式双控电池包模组簇(100) 由多个双控电池包模组(200)相邻的电池包模组pack正极端子(251)与相邻的电池包模组pack负极端子(253)串联构成；所述双控电池包模组(200)包括双控电池包模组pack箱体(210)；所述双控电池包模组pack箱体(210)具有箱体顶盖(211)构成密闭结构，所述双控电池包模组pack箱体(210)内设置有多个电池串联组串包(220)，串联构成电池包组串pack；以及所述电池串联组串包(220)侧面贴装相应的热管(230)，所述双控电池包模组pack箱体 (210)内填充有用于浸没所述电池串联组串包(220)的冷却液；
30.其特征还在于，由储能管控系统(300)通过系统控制总线(310)分别连接高压仓及直流母线(110)、储能变流器(120)、液冷装置(400)以及柜式双控电池包模组簇(100)中各双控电池包模组(200)，构成基于热管与冷却液浸没式双控电池模组的储能系统。
31.如图3所示，所述一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统，其特征在于，所述双控电池包模组(200)由多个所述电池串联组串包(220) 串联构成电池包组串pack，并安装在双控电池包模组pack箱体(210)内，所述电池串联组串包(220)由多个电池单体(221)串联构成，且每一个电池串联组串包(220)的侧面贴装热管(230)，构成接触式热管(230)快速热交换结构；同时，电池及电池模组监控系统(160)连接每一个电池单体(221)，构成实时监测电池单体运行参数的电池管控系统，并通过电池模组bms通信连接端
子(161)与上位控制系统连接，构成双控电池包模组(200)的监控与电池热管理的管控信息路径。
32.如图3所示，所述一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统，其特征在于，所述双控电池包模组pack箱体(210)，通过内侧四个箱角定位电池串联组串包(220)的安装位置，并由多个相应具有导通孔的定位板 (180)和一个无导通孔的定位板(181)进行定位，所述无导通孔的定位板(281) 安装在电池包模组pack箱进液口(243)与电池包模组pack箱出液口(244) 之间，阻挡冷却液进液后直接流向电池包模组pack箱出液口(244)；所述双控电池包模组pack箱体(210)内，至少在箱体两侧的具有导通孔的定位板(180) 上，装有冷却液温度传感器，且安装高度低于具有导通孔的定位板(180)本身高度的50％。
33.所述一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统，其特征在于，所述电池及电池模组监控系统(160)通过连接在每个电池单体极耳上的温度传感器，实时采集每个电池单体(221)运行的参数，并通过电池模组bms 通信连接端子(161)与上位管控系统连接，构成两级控制路径与架构。
34.如图4所示，所述一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统，其特征在于，双控电池包模组pack箱体正面，安装电池及电池模组监控系统(160)及电池模组bms通信连接端子(161)、电池包模组pack正极端子(251)、电池包模组pack负极端子(253)，以及冷却液进液控制阀(241)及进液管道(245)和冷却液出液控制阀(242)及冷却液出液管道(246)。
35.如图4所示，所述一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统，其特征在于，所述热管(230)满足长度大于电池串联组串包(220)长度10％，小于电池串联组串包(220)长度20％，以后端对齐贴装；宽度大于电池单体高度的三分之一，小于电池单体高度的三分之二，以电池单体壳体顶部对齐贴装；并依据电池产品规格的电池产生热量核心区域参数或实测数据进行精细化配置；优化设计热管(230)的尺寸节省热管材料面积与用量，并科学设计热管(230)贴装位置，提高时效性和经济性。
36.如图4所示，所述一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统，其特征在于，所述热管(230)下端以及相邻两侧电池串联组串包(220) 与双控电池包模组pack箱体(210)底部围合，构成冷却液流动通道(270)。
37.所述一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统，其特征在于，所述双控电池包模组pack箱体(210)内填充有用于浸没所述电池串联组串包(220)的冷却液，所述冷却液采用绝缘的导热液体，优选采用氟化液作为冷却液。
38.如图1、图3所示，所述一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统，其特征在于，液冷装置(400)包括制冷机、加热器、冷却液热交换控制器、水泵、储液罐以及冷却液温度传感器；液冷装置(400)控制调节冷却液的温度，并分别通过进液管道(245)、冷却液进液控制阀(241)及双控电池包模组(200)中的电池包模组pack箱进液口(243)和冷却液出液管道(246)、冷却液出液控制阀(242)及电池包模组pack箱出液口(244)，构成双控电池包模组(200)的电池包模组pack箱中冷却液循环流动的路径。
39.如图1、图3所示，所述一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统，其特征在于，所述液冷装置(400)通过冷却液热交换控制通信线 (410)分别连接各冷却液
进液控制阀(241)及冷却液出液控制阀(242)，同时，所述液冷装置(400)通过系统控制总线(310)与储能管控系统(300)连接，构成冷却液循环流动控制信息路径。
40.所述一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统，其特征在于，双控电池包模组pack箱体(210)内安装浸没液面传感器和消防浸没液面传感器，浸没液面传感器在双控电池包模组pack箱体(210)内安装高度低于电池极耳高度，防止浸没式冷却液淹没电池温度传感器；消防浸没液面传感器在双控电池包模组pack箱体(210)内安装高度高于电池安全阀高度，并且浸没液面传感器和消防浸没液面传感器分别连接电池及电池模组监控系统 (160)；电池运行参数正常时，通过浸没液面传感器监测并控制双控电池包模组pack箱体(210)内浸没式冷却液进液高度不高于电池壳体高度；在电池运行参数异常时，提升浸没式冷却液进液高度，通过消防浸没液面传感器监测并控制双控电池包模组pack箱体(210)内浸没式冷却液进液高度高于电池安全阀，防止电池热失控和火灾故障。
41.本实用新型一种基于热管与冷却液浸没式双控电池包模组的储能系统，通过多个标准的模块化双控电池包模组(200)，组成可重构柜式双控电池包模组簇(100)及电池储能系统；采用流动的浸没式冷却液与具有高效热交换能力的热管相结合，进行电池热量核心区域与电池整体的双重受控热交换，实现简捷、高效、安全、可靠的电池包模组级精细化热管理；特别是，根据电池单体运行产生热量的中心区域，优化设计高效热交换区域贴装的热管(230)面积尺寸，并将热管(230)贴装在模块化电池包模组pack箱中的电池串联组串包侧面产生热量的核心区域，通过热管(230)将电池串联组串包与流动的浸没式冷却液进行快速热交换，不仅增加了热交换的速度及均衡性，还缩短了电池热量传导距离，实现快速双向热能交换，并且流动的浸没式冷却液通过液冷装置 (400)调节冷却液的温度，结构简捷高效，同时浸没式冷却液起到防止电池及电池包起火的消防作用；以及通过冷却液进液控制阀(241)和冷却液出液控制阀(242)，对各双控电池包模组pack箱体(210)进行进液和出液控制，实现双控电池包模组pack箱体(210)的实时在线无冷液电池及电池包维护，减少对系统整体运行影响的短板效应，克服了现有技术方案的缺陷与不足；在保障热交换功效与安全的同时，提高了液冷系统的利用率，降低热管理控制系统本身的能耗。
42.以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。对本领域普通技术人员而言，根据本实用新型的技术方案，设计出各种变形的布局、组配、公式、参数并不需要花费创造性劳动，在不脱离本实用新型的原理和构思架构情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。