一种储能电站电池热失控防护系统技术方案

本发明专利技术公开了一种储能电站电池热失控防护系统，包括紧贴在电池模组两侧的固固复合相变材料散热板，所述电池模组由若干电池单体串联而成，用导热绝缘双面胶将电池与固固复合材料散热板进行贴合，相邻的电池模组本体之间设置冷液板，所述冷液板呈S型布置在电池模组之间，所述固固复合相变材料散热板和冷液板之间设置有导热硅胶层，所述固固复合相变材料散热板采用石蜡/膨胀石墨固固复合相变材料，所述冷液板内部冷却液采用Al

【技术实现步骤摘要】
一种储能电站电池热失控防护系统
本专利技术涉及一种储能电站热失控防护技术，具体涉及一种储能电站电池热失控防护系统。
技术介绍
储能是解决新能源风电、光伏间歇波动性，实现削峰平谷功能的重要手段之一。锂离子电池由于其能量密度高、能量转换效率高等特点，是目前电化学储能项目应用最多的电池，越来越多的锂电池储能电站正成为电网发输变配用等环节的重要组成部分。然而，对于大型锂离子电池储能系统而言，电池火灾爆炸事故频发是阻碍其实现规模化、商业化应用的一个障碍，储能系统中某个单体电池由于外部滥用(如机械、热、电)或内部故障(如缺陷、自热)等原因引起热失控的行为，早期一旦未得到控制，热量会持续聚集，故障电芯周围的电芯温度也很快升高，产生的大量热量可能会相继引发相邻电池的热失控，从而导致火灾蔓延。电池的散热处理技术分为空冷、液冷和相变材料冷却技术等。空冷技术是指是以空气为冷却介质，利用对流换热降低电池温度的一种冷却方式，具有结构简单、易维护及成本低等优点，但由于空气导热系数很低，导致其散热效果并不理想。液冷技术以液体为冷却介质，通过对流换热将电池产生的热量带走。液体冷却介质的换热系数高、比热容大、冷却速度快，能够有效降低电池最高温度。但是目前电池储能系统中多采用导热效率比液冷技术低的强迫空冷技术，其主要原因是液冷技术中多采用乙二醇与水以一定配比作为冷却系统冷却介质，一旦发生泄漏并发生短路，易发生事故，其安全性无法保证。相变冷却是利用相变材料发生相变来吸热的一种冷却方式，相变材料有固固相变材料、固液相变材料，相变材料可以快速的吸收电芯产生的热量，在一定范围内起到温度调节的作用，不需要将热量传递到系统以外。但当电池发热功率过大，发热总量过大时，相变材料无法吸收全部热量。当材料相变过程全部结束，电池产热还在源源不断的传递过来，则材料只能在相变温度以上继续升温。此时，必须配合其他类型冷却方式。热失控扩散是引发大规模电池事故的关键，在单体电池即将发生热失控时及时对电池进行散热，就能减小电池发生热失控的可能，降低电池热失控扩散带来的安全损失。先前的研究多集中在单一散热
内的改进优化，在储能电站散热
尚没有一种安全高效的协同防护策略对电池进行热失控防护。
技术实现思路
针对电池温度冷却效率低下以及目前单一散热技术存在的种种技术问题，本专利技术的目的在于提供一种由固固相变材料和液冷板组成的热失控防护系统，本专利技术通过固固相变材料和液冷板的组合，实现对故障热失控电池的高效散热，避免由电池热失控传播引发的连锁火灾事故的发生。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种储能电站电池热失控防护系统，包括紧贴在电池模组两侧的固固复合相变材料散热板，所述电池模组由若干电池单体串联而成，所述在电池模组及两侧的固固复合相变材料散热板共同形成电池模组本体，相邻的电池模组本体之间设置冷液板，所述冷液板呈S型布置在电池模组本体之间，所述固固复合相变材料散热板和冷液板之间设置有导热硅胶层，所述固固复合相变材料散热板为石蜡/膨胀石墨固固复合相变材料散热板，所述冷液板内部冷却液采用Al2O3/H2O纳米溶胶冷却液。进一步地，所述石蜡/膨胀石墨固固复合相变材料散热板制备过程具体为：将石蜡和膨胀石墨按照质量比为4:1放入容器中，置于80℃的水浴环境中共混，搅拌吸附2h，从而得到石蜡/膨胀石墨固固复合相变材料颗粒，然后将石蜡/膨胀石墨固固复合相变材料颗粒放入模具中，压制形成石蜡/膨胀石墨固固复合相变材料散热板。进一步地，所述石蜡/膨胀石墨固固复合相变材料散热板的导热系数为12.346W/(m·K)，相变温度为75℃。进一步地，所述Al2O3/H2O纳米溶胶冷却液的制备过程如下：将Al2O3纳米粒子混合到蒸馏水中，然后加入分散剂，搅拌混合液使纳米颗粒完全沉入，然后使用超声波对混合液进行超声震动，得到Al2O3/H2O纳米溶胶冷却液。进一步地，所述混合液中Al2O3纳米粒子的质量分数为0.5％，分散剂的质量分数为0.5％。进一步地，所述分散剂采用SDBS分散剂。进一步地，所述超声震动的时间为3h，频率40kHz，功率为100W。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术在电池模组两侧紧贴石蜡/膨胀石墨复合固固相变材料散热板，电池模组本体之间配置容纳Al2O3/H2O纳米溶胶冷却液的冷液板，在散热板和冷液板之间有一层导热硅胶层，实现快速导热。一方面采用固固相变材料对电池电芯进行热管理，利用其相变材料吸收相变潜热给动力电池进行降温，并且对电池由于不正常工作原因引起的温度异常升高甚至起火爆炸带来的大量热量扩散起到一定的缓冲作用，相变材料暂时储存的热量由装置在附近的液冷循环系统及时带走，加速电池降温；另一方面液冷系统采用Al2O3/H2O纳米流体代替乙二醇溶液作为冷却介质，Al2O3/H2O纳米流体比水具有更高的冷却能力，且纳米Al2O3具有良好的电绝缘性、化学稳定性好，成本低廉，无任何安全隐患，将Al2O3/H2O纳米流体作为冷却介质应用于大型电池储能设备的冷却系统中，能够实现安全有效的控制温度，预防热失控行为。进一步地，本专利技术中采用的相变材料为石蜡/膨胀石墨相变复合材料，理论上导热系数比纯石蜡高出上百倍，并且起储热时间较短，放出的热量由附近的冷液板及时带走，实现快速冷却，并且材料为固固相变材料，在吸收锂电池放出的热量以后，不会产生固液变化，更不会产生液体的随意流动，这样就避免了液体相变材料的泄露问题；多种防护措施的协同防护策略是由于固固相变材料吸收潜热缓慢释放的时间延迟为液体冷却板提供了足够的时间来去除更多的热量。固固相变材料散热板的添加降低了热失控电池向相邻电池的传热速度，而液体冷却板提高了电池模块的散热能力。热失控传播的延迟为冷液板的异常放热节省了更多的时间，从而实现对电池的热失控防护。因此，本专利技术通过石蜡/膨胀石墨固固相变材料散热板和液冷板的组合，提高了动力电池的散热性能，实现有效热失控防护，减小大型连锁火灾事故发生的可能性。附图说明图1为本专利技术的热失控协同防护系统示意图；图2为本专利技术的热失控协同防护系统剖面图；图3为五种不同防护条件下电芯热失控传播时间折线图；图4为五种不同防护条件下电芯热失控开始时间折线图。其中，1、冷液板；2、导热硅胶层；3、固固复合相变材料散热板；4、电池单体；5、Al2O3/H2O纳米溶胶冷却液。具体实施方式下面对本专利技术进行详细的描述：本专利技术一种由固固相变材料和液冷板组成的热失控协同防护系统，在电池模组两侧用导热绝缘双面胶将石蜡/膨胀石墨固固复合相变材料散热板与电池贴合，电池模组本体之间配置以Al2O3/H2O纳米流体为冷却液的冷液板，在固固复合相变材料散热板和冷液板之间有一层导热硅胶层，实现快速导热。系统具体组成如下：1)固固复合相变材料散热板：将石蜡和膨胀石墨按照质量比为4∶1的比例放入容器中，置于80℃的水浴环境中共混，搅拌吸附2h，从而得到EG/PCM复合材料颗粒。然本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种储能电站电池热失控防护系统，其特征在于，包括紧贴在电池模组两侧的固固复合相变材料散热板(3)，所述电池模组由若干电池单体(4)串联而成，所述在电池模组及两侧的固固复合相变材料散热板(3)共同形成电池模组本体，相邻的电池模组本体之间设置冷液板(1)，所述冷液板(1)呈S型布置在电池模组本体之间，所述固固复合相变材料散热板(3)和冷液板(1)之间设置有导热硅胶层(2)，所述固固复合相变材料散热板(3)为石蜡/膨胀石墨固固复合相变材料散热板，所述冷液板(1)内部冷却液采用Al

【技术特征摘要】
1.一种储能电站电池热失控防护系统，其特征在于，包括紧贴在电池模组两侧的固固复合相变材料散热板(3)，所述电池模组由若干电池单体(4)串联而成，所述在电池模组及两侧的固固复合相变材料散热板(3)共同形成电池模组本体，相邻的电池模组本体之间设置冷液板(1)，所述冷液板(1)呈S型布置在电池模组本体之间，所述固固复合相变材料散热板(3)和冷液板(1)之间设置有导热硅胶层(2)，所述固固复合相变材料散热板(3)为石蜡/膨胀石墨固固复合相变材料散热板，所述冷液板(1)内部冷却液采用Al2O3/H2O纳米溶胶冷却液。


2.根据权利要求1所述的一种储能电站电池热失控防护系统，其特征在于，所述石蜡/膨胀石墨固固复合相变材料散热板制备过程具体为：将石蜡和膨胀石墨按照质量比为4:1放入容器中，置于80℃的水浴环境中共混，搅拌吸附2h，从而得到石蜡/膨胀石墨固固复合相变材料颗粒，然后将石蜡/膨胀石墨固固复合相变材料颗粒放入模具中，压制形成石蜡/膨胀石墨固固复合相变材料散热板。

【专利技术属性】
技术研发人员：李程，廖强强，豆河伟，田涛，于广亮，郑楠，李义仓，王友平，鲍磊，林嵩博，林学兵，李小军，马长明，蒋浩，穆菲，陈晓丽，陈丰，
申请(专利权)人：国网陕西省电力公司汉中供电公司，国网陕西省电力公司榆林供电公司，国网陕西省电力公司经济技术研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61