冷却系统和方法技术方案

技术编号:22570409 阅读:43 留言:0更新日期:2019-11-17 10:25
向冷却系统(22)的蓄能模块(4)提供了一种附加冷却,该冷却系统(22)包括多个冷却通道(23),多个冷却通道(23)与蓄能装置(40)的表面接触,附加冷却通过将共用冷却流体出口管道(7)的管道连接件(31)设置为具有比共用冷却流体入口管道(3)的管道连接件(30)更低的熔点来提供。在使用时,如果管道连接件经受高温或火灾,则共用流体出口管道的管道连接件(31)在共用流体入口管道的管道连接件失效之前失效,以引起压降,由此显著增加流体通过管道连接件已经失效的蓄能模块的冷却器(22)的流速。

Cooling system and method

An additional cooling is provided to the energy storage module (4) of the cooling system (22), which comprises a plurality of cooling channels (23), which are in contact with the surface of the energy storage device (40), and the additional cooling is provided by setting the pipe connection (31) of the common cooling fluid outlet pipe (7) to have a melting point lower than the pipe connection (30) of the common cooling fluid inlet pipe (3 \u3002 When in use, if the pipe connection is subject to high temperature or fire, the pipe connection (31) of the common fluid outlet pipe fails before the pipe connection of the common fluid inlet pipe fails to cause pressure drop, thus significantly increasing the flow rate of fluid through the cooler (22) of the storage module whose pipe connection has failed.

【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蓄能模块的冷却系统和方法,尤其是用于包括向终端用户提供电能的电化学电池单元或电池单元的蓄能模块的冷却系统和方法。
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工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行进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,一种用于供电系统的蓄能模块冷却系统,供电系统包括并排布置的一个或多个蓄能模块;该冷却系统包括冷却单元,冷却单元包括冷却流体容器、共用冷却流体入口管道和共用冷却流体出口管道;其中每个蓄能模块包括一个或多个蓄能装置;以及用于每个蓄能装置的、与该蓄能装置接触的冷却器;其中冷却器包括用于使冷却流体循环的一个或多个冷却流体通道,该通道与蓄能装置的表面直接接触,每个冷却流体通道适于接收冷却流体、从蓄能装置提取热量,并且将冷却流体返回至冷却单元;并且其中共用冷却流体入口管道和共用流体出口管道包括每个蓄能装置冷却器之间的管道连接件;其中共用冷却流体出口管道的管道连接件具有比共用冷却流体入口管道的管道连接件更低的熔点。在正常工作时,冷却通道与电池单元的直接接触使电池单元保持在其正确工作温度,并且如果热事件导致出口管道连接件超过其熔点并且失效,则冷却流体以高得多的速率在冷却器中流动,其中管道连接件已经熔化以向过热电池单元提供附加冷却。共用冷却流体入口管道的管道连接件的熔点可以被选择为大于400℃。出口管道连接件可以被选择为具有略高于安全工作温度的熔点,对于锂离子来说,该温度为约60℃,但优选地,共用冷却流体出口管道的管道连接件的熔点在130℃至180℃的范围内。在一个实施例中,冷却器用作底座或承载件,为蓄能装置提供支撑。替代地,冷却系统可以设置有单独的底座或承载件,其中每个蓄能装置及其冷却器被装配在模块中。冷却器可以通过层压、增材制造技术或焊接形成。冷却流体通道可以包括具有圆形或方形横截面的管道。冷却流体通道可以包括聚合物材料。通常,对于聚合物材料,冷却流体通道的壁厚为1mm至5mm,但优选地,冷却流体通道的壁厚不超过3mm。蓄能装置的一个表面的至少30%可以与冷却器的冷却流体通道直接接触。蓄能装置的一个表面的至少75%可以与冷却器的冷却流体通道直接接触。冷却流体通道还可以包括一个或多个破裂段,破裂段具有比冷却流体通道的熔点更低的熔点,由此,在温度超过该更低的熔点的情况下,冷却流体被直接提供给蓄能装置。蓄能装置可以包括电化学电池单元、电池单元、燃料电池单元、电容器、超电容器(ultracapacitor)或超级电容器(supercapacitor)中的一个。蓄能装置可以包括锂离子电池、NiMh电池或碱性电池。冷却流体可以包括水或水乙二醇。根据本专利技术的第二方面,一种向根据第一方面的冷却系统的蓄能模块提供附加冷却的方法,该方法包括提供共用冷却流体出口管道的管道连接件,管道连接件具有比共用冷却流体入口管道的管道连接件更低的熔点;使得在使用中,如果管道连接件经受高温或火灾,则共用流体出口管道的管道连接件在共用流体入口管道的管道连接件失效之前失效,以引起压降,由此显著增加流体通过管道连接件已经失效的蓄能模块的冷却器的流速。该方法还可以包括在冷却单元中检测封闭系统中的压降,以及从冷却流体容器切换至附加冷却流体源,以使冷却流体的供应维持更长的时间段。附加冷却流体源可以在预定时间段之后关闭。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,其中:图1是用于模块化储能系统的根据本专利技术的冷却系统示例的框图;图2a和图2b示出使用图1所示冷却系统的蓄能装置的冷却器的更多细节;图3a和图3b示出图1和图2所示的示例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,多个蓄能装置冷却器如何堆叠在一起;并且图5提供了示出多个蓄能装置的堆叠的另一视图;图6示出图4和图5的堆叠的一部分的更多细节;并且图7示出图4或图5的堆叠中的一个冷却器的示例的横截面。具体实施方式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,因而在使用和存储锂离子电池时需要非常小心。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,需要采取预防措施以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具有挑战性。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,这是一个值得注意的问题。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,这使得紧凑轻量的轻系统成为优选。生产紧凑轻量的系统来实现所需热隔离并快速且有效地冷却发生过热的电池单元具有挑战性。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。替代地,可以使用可能比较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性能并增加体积。传统方法是在每个电池单元之间使用厚铝翅片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于一个供电系统的蓄能模块冷却系统,所述供电系统包括并排布置的一个或多个蓄能模块;所述冷却系统包括一个冷却单元,所述冷却单元包括一个冷却流体容器、一个共用冷却流体入口管道和一个共用冷却流体出口管道;其中每个蓄能模块包括一个或多个蓄能装置;以及用于每个蓄能装置的、与所述蓄能装置接触的一个冷却器;其中所述冷却器包括用于使冷却流体循环的一个或多个冷却流体通道,所述通道与所述蓄能装置的一个表面接触,每个冷却流体通道适于接收冷却流体、从所述蓄能装置提取热量,并且将所述冷却流体返回至所述冷却单元;并且其中所述共用冷却流体入口管道和所述共用流体出口管道包括与每个蓄能装置冷却器之间的多个管道连接件;其中所述共用冷却流体出口管道的所述多个管道连接件具有比所述共用冷却流体入口管道的多个管道连接件更低的熔点。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170405 GB 1705521.1;20170405 GB 1705523.71.一种用于一个供电系统的蓄能模块冷却系统,所述供电系统包括并排布置的一个或多个蓄能模块;所述冷却系统包括一个冷却单元,所述冷却单元包括一个冷却流体容器、一个共用冷却流体入口管道和一个共用冷却流体出口管道;其中每个蓄能模块包括一个或多个蓄能装置;以及用于每个蓄能装置的、与所述蓄能装置接触的一个冷却器;其中所述冷却器包括用于使冷却流体循环的一个或多个冷却流体通道,所述通道与所述蓄能装置的一个表面接触,每个冷却流体通道适于接收冷却流体、从所述蓄能装置提取热量,并且将所述冷却流体返回至所述冷却单元;并且其中所述共用冷却流体入口管道和所述共用流体出口管道包括与每个蓄能装置冷却器之间的多个管道连接件;其中所述共用冷却流体出口管道的所述多个管道连接件具有比所述共用冷却流体入口管道的多个管道连接件更低的熔点。


2.根据权利要求1所述的系统,其中所述共用冷却流体入口管道的所述多个管道连接件的所述熔点大于400℃。


3.根据权利要求1或2所述的系统,其中所述共用冷却流体出口管道的所述多个管道连接件的所述熔点在130℃至180℃的范围内。


4.根据前述任一项权利要求所述的系统,其中所述冷却器通过层压、增材制造技术或焊接形成。


5.根据前述任一项权利要求所述的系统,其中所述多个冷却流体通道包括一个圆形横截面或一个方形横截面。


6.根据前述任一项权利要求所述的系统,其中所述多个冷却流体通道包括聚合物材料。


7.根据前述任一项权利要求所述的系统,其中所述多个冷却流体通道具有不超过3mm的壁厚。


8.根据前述任一项权利要求所述的系统...

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

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