冷却系统技术方案

一种蓄能模块冷却系统，包括冷却流体的源(1)；以及流体导管(3)，用于将冷却流体供应至一个或多个蓄能模块(4)。每个蓄能模块包括用于多个蓄能装置(8)的承载架(20)；承载架还包括冷却通道(23)，冷却通道形成用于每个蓄能装置的冷却器。每个蓄能装置(8)的一个表面与冷却器(22)热接触；并且蓄能装置的另一表面被；设置有隔热层(10)，从而减少相邻蓄能装置之间的热传递。

Cooling system

An energy storage module cooling system includes a source (1) of cooling fluid and a fluid conduit (3) for supplying cooling fluid to one or more energy storage modules (4). Each energy storage module includes a carrier (20) for a plurality of energy storage devices (8); the carrier also includes a cooling channel (23), which forms a cooler for each energy storage device. One surface of each energy storage device (8) is in hot contact with the cooler (22), and the other surface of the energy storage device is provided with a heat insulation layer (10), so as to reduce the heat transfer between adjacent energy storage devices.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】冷却系统
本专利技术涉及一种用于蓄能模块的冷却系统，该冷却系统尤其用于存储电能的模块，例如向终端用户提供电能的电化学蓄能模块。
技术介绍
在许多应用中，尤其在用于涉及与敏感环境中的排放相关的环境问题或公共健康问题的应用中，各种类型的存储电能模块或功率单元变得日益普遍。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。所存储的电能也可以用于在由电网或由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)来供电的系统中提供调峰。飞机、车辆、船舶、海上钻井平台或钻井平台及远程设置的其它功率设备是使用大规模存储电能的用户的示例。车辆驾驶员可以在城市中心使用储能功率单元，并在干道上通过内燃机充电，以减少在城镇和城市中的有害排放，或者车辆驾驶员也可以通过电源充电。大部分航程在相对靠近居住区域或在敏感环境中进行的渡轮被设计为具有混合驱动系统或全电驱动系统。当靠近岸边时，渡轮可以利用所存储的能量操作以向船舶提供功率，并在离岸时使用柴油发电机来给电池充电。在一些国家，可以使用来自可再生能源的电力给蓄能单元充电，这意味着在完全不必使用柴油或其它不可再生能源的情况下，只要储能单元对于所经过的距离是足够可靠的，就可以使用全电动船舶。无论是混合动力还是全电动，储能单元均可以在停靠时从岸上电源充电。随着技术的发展，实现了能够长期用作主功率源的足够可靠的储能单元，这必将解决某些技术问题。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，蓄能模块冷却系统包括冷却流体的源以及流体导管，流体导管用于将冷却流体供应至一个或多个蓄能模块；其中每个蓄能模块包括用于多个蓄能装置的承载架；承载架还包括冷却通道，冷却通道形成用于每个蓄能装置的冷却器；每个蓄能装置的一个表面与冷却器热接触；并且蓄能装置的另一表面设置有隔热层，由此减少相邻蓄能装置之间的热传递。冷却器可以包括耦合至冷却流体的源的蛇形通道。冷却器可以包括并联地耦合至冷却流体的源的多个通道。冷却通道可以包括聚乙烯、聚酰胺或热塑性塑料中的一种。冷却器通道的壁的厚度可以选择为不超过5mm。冷却流体可以包括水或水乙二醇混合物中的一个。隔热层可以包括无机硅酸盐。隔热层可以具有在1mm至5mm的范围内的厚度。承载架或冷却器可以通过3D打印或增材制造技术制造。冷却单元、冷却流体导管和冷却器可以包括封闭的再循环系统。蓄能装置可以包括电化学电池。根据本专利技术的第二方面，供电系统可以包括一个或多个蓄能模块，每个模块包括串联电连接的多个蓄能装置以及根据第一方面的冷却系统。附图说明现在将参照附图描述根据本专利技术的冷却系统和方法的示例，在附图中：图1示出根据本专利技术的用于模块化储能系统的冷却系统；图2a和图2b示出使用根据图1的冷却系统的蓄能装置的承载架的更多细节；图3a和图3b示出可以在图1、图2a和图2b的示例中使用的冷却器的更多细节；图4示出在本专利技术的冷却系统中，多个蓄能装置承载架如何堆叠在一起；并且图5示出图4的堆叠的一部分的更多细节。具体实施方式基于电化学电池单元的电能存储模块(例如电池)已经在例如混合动力或电动车辆中使用。早期的大规模电池是铅酸电池，但是最近，已经针对大规模应用的电能存储开发了锂离子电池。锂离子电池通常是加压的，并且电解质易燃，因而锂离子电池在使用和存储时需要非常小心。锂离子电池可能出现的一个问题是热失控，这可能是在制造期间因电池单元的内部短路引起的。诸如机械损坏、过充电或不受控电流的其它原因也可能会导致热失控，但电池系统设计通常会适合于避免这些情况。不能被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发生热失控时的影响最小化。在大规模锂离子电池系统中，抑制热失控期间释放的能量的量是一项挑战。热事件可能会使单个电池单元中的温度从20℃至26℃范围内的标准工作温度上升至700℃至1000℃。而安全工作温度低于60℃，因此，这是一个严重的问题。在海洋和离岸工业中，对于船舶或钻井平台的风险有严格规定，一个要求就是超温不应从一个电池单元传递到另一电池单元。如果发生过热，则过热应当被抑制在单个电池单元中并且不允许扩散。另外，对于海洋和离岸应用，任何设备的重量和体积都受到严格限制，这使得紧凑轻量的系统成为优选。生产紧凑轻量的系统来实现所需热隔离并快速并有效地冷却发生过热的电池单元是具有挑战性的。另一个问题是，在热事件中，也可能释放大量可燃气体，这些可燃气体在温度升高时可能自燃。该问题可以通过允许整个模块进入热失控并简单地用外部灭火系统控制所产生的火苗和火焰来解决。在这种情况下，电池空间内存在明火，并且控制所产生的火苗和火焰不能确保安全运输和存储。传统方法是在每个电池单元之间使用厚铝翅片来提供冷却，因为铝具有良好的导热性并且能够有效地将热量传导出去，但是，这增加了重量和体积，并且仍然不能确保安全运输和存储，因为热量通过铝(＞300W/mK)非常好地被传导，并且如果不冷却的话，会快速加热相邻电池单元。在运输和存储期间，可能无法冷却。可燃气体的释放问题可以通过在模块壳体中设置压力阀、将一定压力的气体释放至电池空间中或单独的排气系统中来处理。然而，传统的泄压阀被设计为在压力下爆裂，这会导致其它问题。另外，可以在模块外部的废气中提供主动冷却以避免自燃。在锂离子电池系统中，电池单元的温度不超过规定工作温度并且整个系统中的电池单元温度是均衡的是非常重要的。在规定工作温度窗之外持续工作可能会严重影响电池单元的寿命，并且增加发生热失控的风险。本专利技术解决了在一个电池单元发生热失控的情况下，防止其扩散至其它电池单元，并且有助于提高电池单元的工作寿命的问题。图1示出根据本专利技术的电能存储模块冷却系统的一个示例。冷却单元1经由管道3向蓄能单元2的模块提供冷却流体。在该示例中，蓄能单元包括多个模块4，通过入口管5向每个模块并联地供应冷却流体。替代地，冷却流体可以被串联地供应到每个模块。热的冷却流体通过出口管6排出，并在管道7中返回至冷却单元1。通常，热的流体在冷却单元中再次冷却，并在封闭系统中再循环。蓄能模块4通常包括一个或多个蓄能装置(未示出)的堆叠，例如电化学电池单元或电池，每个蓄能装置被装配在承载架中，或直接安装在冷却器上，冷却器与承载架或底座一体形成或与承载架或底座分离，或者底座和蓄能装置与下一承载架中或下一冷却器上的相邻蓄能装置串联地电连接在一起。模块通常包括10至30个电池单元，不过每个模块也可以有更多或更少的电池单元。模块可以进一步包括大致气密的外壳，外壳的一部分包括非磁性材料。电池单元优选为棱柱形或袋型电池单元，以获得良好的封装密度。多个蓄能模块可以通过DC总线15串联地连接在一起，以形成蓄能单元2或小室。模块的单个电池单元可以具有20Ah至100Ah之间(更常见地在60Ah至80Ah之间)的容量，不过，也可以使用容量低至几Ah或超过100Ah的电池单元。在一个示例中，每个模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蓄能模块冷却系统，所述系统包括冷却流体的一个源以及一个流体导管，所述流体导管用于将所述冷却流体供应至一个或多个蓄能模块；其中每个蓄能模块包括用于多个蓄能装置的多个承载架；所述多个承载架还包括多个冷却通道，所述多个冷却通道形成用于每个蓄能装置的一个冷却器；每个蓄能装置的一个表面与所述冷却器热接触；并且所述蓄能装置的另一表面被设置有一个隔热层，由此减少相邻蓄能装置之间的热传递。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170405 GB 1705512.01.一种蓄能模块冷却系统，所述系统包括冷却流体的一个源以及一个流体导管，所述流体导管用于将所述冷却流体供应至一个或多个蓄能模块；其中每个蓄能模块包括用于多个蓄能装置的多个承载架；所述多个承载架还包括多个冷却通道，所述多个冷却通道形成用于每个蓄能装置的一个冷却器；每个蓄能装置的一个表面与所述冷却器热接触；并且所述蓄能装置的另一表面被设置有一个隔热层，由此减少相邻蓄能装置之间的热传递。


2.根据权利要求1所述的系统，其中所述冷却器包括耦合至所述冷却流体的所述源的一个蛇形通道。


3.根据权利要求1所述的系统，其中所述冷却器包括并联耦合至所述冷却流体的所述源的多个通道。


4.根据前述任一项权利要求所述的系统，其中所述多个冷却通道包括聚乙烯、聚酰胺或热塑性塑料中的一种。


5.根据前述任一项权利要求所述的系...

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