冷却系统和方法技术方案

一种能量储存模块(4)包括一个或多个能量储存设备以及与该能量储存设备接触的冷却器(20)，该能量储存设备安装在冷却器上。冷却器(20)包括用于循环冷却流体的一个或多个冷却流体通道(23)，该通道与能量储存设备(40)的表面接触，每个冷却流体通道适于从冷却流体源(5)接收冷却流体，从能量储存设备吸收热量，并且将冷却流体返回到源。冷却流体通道(23)的至少一部分包括熔点高于100℃的材料。

Cooling system and method

An energy storage module (4) includes one or more energy storage devices and a cooler (20) in contact with the energy storage device, which is installed on the cooler. The cooler (20) includes one or more cooling fluid channels (23) for circulating cooling fluid in contact with the surface of the energy storage device (40), each of which is adapted to receive cooling fluid from the cooling fluid source (5), absorb heat from the energy storage device, and return the cooling fluid to the source. At least a portion of the cooling fluid channel (23) includes a material having a melting point higher than 100 \u2103.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】冷却系统和方法
本专利技术涉及一种用于为终端用户提供电能的储能模块的冷却系统和方法，特别是一种用于包括电化学能量储存设备(诸如电池单元(cell)或电池(battery))的储能模块的冷却系统和方法。
技术介绍
在很多应用中，储存电能的模块或各种类型的功率单元变得越来越普遍，特别是用于存在与敏感环境中的排放有关的环境问题或公共健康问题的场合。为了避免在设备的使用地点处的排放，通常用储存电能的单元来提供电能以操作设备，那些储存的能量可能已经以很多不同的方式生成。储存的电能还可以用于在从电网或从各种类型的发电系统(包括柴油发电机、燃气轮机或可再生能源)供电的系统中提供调峰。远程位置处的飞机、车辆、船舶、海上钻井平台或钻井平台和其他动力设备是大规模储存电能的用户的示例。车辆驾驶员可以使用市中心的储能电力单元，并且通过主干道上的内燃机进行充电，以减少城镇中的有害排放，或者驾驶员们可以用电力电源来充电。在大多数航行中相对靠近居住区域或在敏感环境中的渡轮正在被设计为具有混合动力或全电动驱动系统。当靠近岸边时，渡轮可以利用储存的能量操作以驱动船舶，并且通过使用海上的柴油发电机为电池充电。在一些国家，能够利用来自可再生能源的电力来对储能单元充电，这意味着只要储能单元对于航程距离来说足够可靠，则可以使用完全电动的船舶，其中完全不使用柴油或其他不可再生能源。无论是混合动力还是完全电动，储能单元可以在靠岸停泊时从岸上的电源充电。为了发展技术以实现足够可靠以长期用作主电源的储能单元，必须解决某些技术问题。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，一种能量储存模块包括一个或多个能量储存设备；以及针对每个能量储存设备的冷却器，冷却器上安装有能量储存设备，该冷却器与能量储存设备接触；其中冷却器包括用于循环冷却流体的一条或多条冷却流体通道，该通道与能量储存设备的表面接触，每个冷却流体通道适于从冷却流体源接收冷却流体，从能量储存设备吸收热量，并且使冷却流体返回到源；并且其中冷却流体通道的至少一部分包括熔点介于100℃至400℃之间，特别地，介于100℃至300℃之间的材料。在能量储存设备的正常操作期间，冷却流体通道保持完整，但是如果能量储存设备的温度超过能量储存设备的安全操作温度并且存在热失控的风险，则冷却通道熔化以提供大幅冷却效果。冷却器可以通过增材制造、焊接或层压形成，并且可以与托架或支架分开或者与托架或支架成为一体，该托架或支架上安装有能量储存设备。冷却流体通道可以具有圆形或方形横截面。冷却流体通道可以包括聚合物材料，特别是聚乙烯、聚酰胺或热塑料。可以选择冷却流体通道以具有不大于5mm的壁厚。能量储存设备的一个表面的至少30％可以与冷却器的冷却流体通道接触。能量储存设备的一个表面的至少75％可以与冷却器的冷却流体通道直接接触。尽管可以在冷却流体通道与能量储存设备的表面之间设置柔性片，以允许能量储存设备随时间而膨胀，但是优选的是冷却流体通道与能量储存设备的表面直接接触。在另一实施例中，冷却流体通道还可以包括一个或多个断裂段，其熔点低于冷却流体通道的熔点。一个或多个断裂段的熔点通常高于能量储存设备的安全操作温度，即，高于60℃，优选地，介于130℃至180℃之间。可以选择冷却流体通道以具有高于250℃的熔点，更优选地，冷却流体通道在高达400℃的温度下耐热至少10秒。能量储存设备可以包括以下各项中的一项：电化学电池单元、电池单元、燃料电池单元、电容器、超超级电容器(ultracapacitor)或超级电容器(supercapacitor)。能量储存设备可以包括Li离子、NiMH或碱性电池。冷却流体可以包括水或水乙二醇。按照本专利技术的第二方面，一种能量储存模块冷却系统包括根据第一方面的多个能量储存模块；冷却单元，包括冷却流体源、公共冷却流体入口管和公共冷却流体出口管；其中冷却流体入口管并联连接到每个能量储存模块的入口；并且其中冷却流体出口连接到每个能量储存模块的出口。附图说明现在参考附图对根据本专利技术的冷却系统和方法的示例进行描述，其中：图1图示了根据本专利技术的与能量储存模块一起使用的冷却系统的示例；图2a和图2b更详细地图示了根据本专利技术的能量储存模块的一部分；图3a和图3b图示了可以用于图1和图2的示例中的冷却器的更多细节；图4图示了根据本专利技术的多个能量储存模块如何堆叠在一起；以及图5图示了本专利技术的能量储存模块的一部分的更多细节。具体实施方式早期的大型电池是铅酸，但是最近，已经针对大规模应用的电能储存开发了锂离子电池。锂离子电池通常经过加压，并且电解质易燃，因此它们在使用和储存时需要小心。锂离子电池可能出现的问题是热失控，这可能由制造期间产生的电池单元的内部短路造成。其他原因(诸如机械损坏、过充电或非受控电流)也可能导致热失控，但是电池系统设计通常适合于避免这些问题。不能完全排除电池单元的制造问题，因此需要采取预防措施来使热失控发生时的影响最小。在大型锂离子电池系统中，热失控期间释放的能量具有挑战性。热事件可以使单个电池单元中的温度从20℃至26℃范围内的标准操作温度增加至高达700℃至1000℃。安全操作温度低于60℃，所以这是个严重的问题。在海洋和海上工业中关于对船舶或钻井平台的风险有严格规定，一个要求是不应将多余温度从一个电池单元转移到另一电池单元。如果发生过热，则过热应当被限制在单个电池单元中而不允许扩散。另外，对于海洋和海上应用，任何设备的重量和体积都受到严格约束，优选紧凑轻便的系统。以下是具有挑战性的，即，生产紧凑轻便的系统，该系统实现所需的热隔离并且快速有效地冷却发生过热的电池单元。另一问题是在热事件中，可能还会释放出可能在高温下自燃的大量可燃气体。这个问题可以通过允许整个模块进入热失控并且简单地用外部灭火系统控制产生的火苗和火焰来解决。在这种情况下，电池空间中存在明火，并且控制产生的火苗和火焰无法确保运输和储存安全。可替代地，可以使用可能昂贵的绝缘材料来将电池单元彼此热隔离，但这会损害冷却系统的性能并且增加体积。常规方法是在每个电池单元之间使用厚铝翅片以提供冷却，但这增加了重量和体积，并且因为如果没有冷却，则热量通过铝(>300W/mK)得以非常好地传导并且会很快加热相邻的电池单元，所以仍然不能确保运输和储存安全。在运输和储存期间，可能无法进行冷却。可燃气体的释放问题可以通过在模块壳体中提供压力阀从而以一定压力释放气体进入电池空间或进入单独的排气系统来处理。然而，传统的压力释放阀被设计为在压力下爆裂，这会造成其他问题。另外，可以在模块外部的排气中提供主动冷却，以避免自燃。在锂离子电池系统中，非常重要的是电池单元的温度不超过规定的操作温度并且整个系统中的电池单元的温度是均匀的。在规定的操作温度窗口之外的持续操作可能严重影响电池单元的寿命，并且增加发生热失控的风险。本专利技术解决了防止热失控扩散到其他电池单元的问题(如果热失控出现在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能量储存模块，所述模块包括：一个或多个能量储存设备；以及针对每个能量储存设备的冷却器，所述能量储存设备被安装在所述冷却器上，所述冷却器与所述能量储存设备接触；其中所述冷却器包括用于循环冷却流体的一条或多条冷却流体通道，所述多条通道与所述能量储存设备的一个表面接触，每条冷却流体通道适于从一个冷却流体源接收冷却流体，从所述能量储存设备吸收热量，并且使所述冷却流体返回到所述源；并且其中所述冷却流体通道的至少一部分包括一种材料，所述材料的熔点介于100℃至400℃之间，特别地介于100℃至300℃之间。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170405 GB 1705513.81.一种能量储存模块，所述模块包括：一个或多个能量储存设备；以及针对每个能量储存设备的冷却器，所述能量储存设备被安装在所述冷却器上，所述冷却器与所述能量储存设备接触；其中所述冷却器包括用于循环冷却流体的一条或多条冷却流体通道，所述多条通道与所述能量储存设备的一个表面接触，每条冷却流体通道适于从一个冷却流体源接收冷却流体，从所述能量储存设备吸收热量，并且使所述冷却流体返回到所述源；并且其中所述冷却流体通道的至少一部分包括一种材料，所述材料的熔点介于100℃至400℃之间，特别地介于100℃至300℃之间。


2.根据权利要求1所述的模块，其中所述冷却器通过增材制造、焊接或层压形成。


3.根据权利要求1或2所述的模块，其中所述多条冷却流体通道具有圆形或方形横截面。


4.根据前述权利要求中任一项所述的模块，其中所述多条冷却流体通道包括聚合物材料，特别是聚乙烯、聚酰胺或热塑料。


5.根据前述权利要求中任一项所述的模块，其中所述多条冷却流体通道具有不大于5mm的壁厚。


6.根据前述权利要求中任一项所述的模块，其中所述能量储存设备的一个表面的至少30％与所述冷却器的所述多条冷却流体通...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·贝格，E·博希姆，A·斯科杰特内，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE