一种用于锂电池储能的冷却及安全系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于锂电池储能的冷却及安全系统，其设有相互独立的冷却液储罐、安全剂储罐和高压气体源，冷却液和安全剂分别流入冷却板组件的第一流体管道和第二流体管道中，高压气体源可以对管路中的流体进行扰动以及对流体管道内进行加压。在正常情况下，冷却液和安全剂同时作为电池模组的冷却介质。当电池模组的温度超过预定温度时，冷却板组件第二流体管道中的流体压力增大，使得第二流体管道上的爆破部破裂，第二流体管道中的安全剂喷向发生故障的电池模组用以防止该电池模组的进一步燃烧爆炸，而冷却板组件第一流体管道中的冷却液继续运行用以确保其他电池模组的冷却，保证电池热管理系统的正常运行。保证电池热管理系统的正常运行。保证电池热管理系统的正常运行。

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂电池储能的冷却及安全系统


[0001]本专利技术涉及锂电池领域，具体地涉及一种用于锂电池储能的冷却及安全系统。

技术介绍

[0002]锂离子电池凭借其单体额定电压高、比能量大、使用循环寿命长等优点，在电化学储能领域得到了广泛的应用。但锂离子电池对温度区间和均匀性的敏感性比较高，特别随着储能大容量电芯的使用，需要设计有效的热管理系统，以维持电池温度区间及温度均匀性，液冷是储能锂电池热管理系统的发展趋势之一，通常会针对液冷板的位置以及液冷板中流道进行特殊设计，其中减薄流道边界层以及降低由于液冷板进出口温差导致的温度不均匀性是研究热点。另外，锂离子电池运行过程中有发生热失控的风险，通常即将热失控的电池其壳温会迅速升高，通过及时快速降温以及物理隔离可以有效防止模组内电池热失控的蔓延。在现有技术中，在电池热失控时利用冷却液介质起到降温冷却的作用时多采用低温热熔材料，当电池温度升高时，材料熔化后释放冷却液。冷却液支管路中的冷却液不可流向其他冷却液支管路时可能造成需要降温的电池处冷却液不足，冷却液支管中的冷却液可汇聚到一处时可能造成管路中的冷却液全部从破损口流出，冷却液流失后其他电池模组的热管理降温将受到影响。

技术实现思路

[0003]针对以上存在的问题，本专利技术提供一种用于锂电池储能的冷却及安全系统，该冷却及安全系统设有相互独立的冷却液储罐、安全剂储罐和高压气体源，冷却液和安全剂分别流入冷却板组件的第一流体管道和第二流体管道中，高压气体源可以对管路中的流体进行扰动以及对流体管道内进行加压。在正常情况下，冷却液和安全剂同时作为电池模组的冷却介质。当电池模组的温度超过预定温度时，冷却板组件第二流体管道中的流体压力增大，使得第二流体管道上的爆破部破裂，第二流体管道中的安全剂喷向发生故障的电池模组用以防止该电池模组的进一步燃烧爆炸，而冷却板组件第一流体管道中的冷却液继续运行用以确保其他电池模组的冷却。从而在发生热失控时，一路冷却液喷出为电池降温，另一路则根据需要调节流量和温度循环，可以保证电池热管理系统的正常运行。
[0004]本专利技术提供的技术方案如下：
[0005]根据本专利技术提供一种用于锂电池储能的冷却及安全系统，该冷却及安全系统包括：多个冷却板组件，每个冷却板组件对应于一个电池模组，冷却板组件上设有第一流体管道、第二流体管道和温度传感器，第一流体管道设有第一流体管道入口和第一流体管道出口，第二流体管道设有第二流体管道入口和第二流体管道出口，在第二流体管道上设有多个爆破部，爆破部在预定压力下爆破并且使得第二流体管道中的流体从第二流体管道喷出；循环系统，循环系统包括冷却液储罐、安全剂储罐、第一进液总管、第一进液支管、第一回液总管、第一回液支管、第二进液总管、第二进液支管、第二回液总管和第二回液支管，冷却液储罐经由第一进液总管、多个第一进液支管分别连接于多个第一流体管道入口，多个
第一流体管道出口分别经由多个第一回液支管、第一回液总管连接于冷却液储罐，在第一进液总管上设置第一进液总管控制阀，安全剂储罐经由第二进液总管、多个第二进液支管分别连接于多个第二流体管道入口，多个第二流体管道出口分别经由多个第二回液支管、第二回液总管连接于安全剂储罐，在第二进液总管上设置第二进液总管控制阀，在第二进液支管上设置第二进液支管控制阀，在第二回液支管上设置第二回液支管控制阀，在正常情况下冷却液储罐中的冷却液和安全剂储罐中的安全剂共同用于电池模组的冷却；高压气体系统，高压气体系统包括高压气体源、第一气体管路和第二气体管路，第一气体管路的一端连接于高压气体源并且另一端连接于第一进液总管，在第一气体管路上设置第一气压阀，第二气体管路的一端连接于高压气体源并且另一端连接于第二进液总管，在第二气体管路上设置第二气压阀，高压气体源间歇性地对第一进液总管和第二进液总管中的液体进行扰动；控制系统，温度传感器检测到故障电池模组中的电池温度超过预定值后，控制系统控制加大与故障电池模组相对应的第二进液支管控制阀的流体流量并且关闭与故障电池模组相对应的第二回液支管控制阀的流体流量，使得第二流体管道上的爆破部破裂，控制系统控制加大流经第一总管控制阀的冷却液流量或降低流经第一进液总管的冷却液温度用以确保其他未发生故障电池模组的冷却。
[0006]具体地讲，本专利技术的冷却及安全系统可用于多个电池模组，多个电池模组可以形成电池模块，由多个电池模块可以组成电池簇，进而组成锂电池储能系统。每个电池模组中例如可包括十几至二十几个方壳电池，电池以较大侧面相邻的方式并排成一列布置。每个电池模组对应于一个冷却板组件，也就是说，利用一个冷却板组件可以对一个电池模组进行冷却并且对该电池模组喷射安全剂。冷却板组件内设有第一流体管道和第二流体管道，并且在冷却板组件上还设有与电池邻接的温度传感器。第一流体管道与冷却液储罐流体连通，冷却液储罐内的低温冷却液可以流入第一流体管道中并且返回冷却液储罐，冷却液的流量可以为1～3L/min，优选为1.7～2.2L/min。第二流体管道与安全剂储罐流体连通，安全剂储罐内的安全剂可以流入第二流体管道中并且返回安全剂储罐。冷却液储罐内的冷却液与安全剂储罐内的安全剂之间是相互独立的，即，安全剂储罐内的安全剂喷射的过程中并不会引起冷却液循环内的冷却液的减少。高压气体系统的高压气体源可以间歇性地向第一进液总管和第二进液总管内输入扰动气体，周期性注入的气体可以对第一进液总管内的冷却液和第二进液总管内的安全剂进行扰动，从而减薄液体在管内的边界层，提高液冷系统的换热效率。另外，在监测到某个电池模组发生热失控时，高压气体源也可以增大对与故障电池模组相对应的第二流体管道的气体注入，从而增大该第二流体管道内的压力，进而快速迫使位于该第二流体管道上的爆破部破裂。通过高压气体将第二流体管道内的安全剂推出，可以加大安全剂的喷射速度以及喷射量，从而可以达到迅速排除危险的目的。
[0007]在正常工作的情况下，冷却液储罐内的冷却液在经换热器冷却后经由第一进液总管、第一进液支管进入冷却板组件的第一流体管道，同时，安全剂储罐内的安全剂在经换热器冷却后经由第二进液总管、第二进液支管进入冷却板组件的第二流体管道，第一流体管道内的冷却液和第二流体管道内的安全剂同时对电池模组进行冷却。之后，第一流体管道内的冷却液经由第一回液支管和第一回液总管返回冷却液储罐，第二流体管道内的安全剂经由第二回液支管和第二回液总管返回安全剂储罐。高压气体源间歇地对第一进液总管和第二进液总管进行气体扰动。当温度传感器检测到某个电池模组发生故障时，控制装置将
与该故障电池模组相对应的第二进液支管上的阀门流量增大，并将与该故障电池模组相对应的第二回液支管上的阀门流量减小、甚至关闭，优选地，高压气体源也可以对第二进液总管注入高压气体，使得高压气体经由第二进液支管进入与故障电池模组相对应的第二流体管道。与故障电池模组相对应的冷却板组件的第二流体管道内的流体压力达到预定值，预定压力例如可以为0.3MPa，致使该第二流体管道上的爆破部破裂，第二流体管道内的安全剂朝向故障电池模组喷射，从而消除该故障电池模组进一步燃烧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于锂电池储能的冷却及安全系统，其特征在于，所述冷却及安全系统包括：多个冷却板组件，每个所述冷却板组件对应于一个电池模组，所述冷却板组件上设有第一流体管道、第二流体管道和温度传感器，所述第一流体管道设有第一流体管道入口和第一流体管道出口，所述第二流体管道设有第二流体管道入口和第二流体管道出口，在所述第二流体管道上设有多个爆破部，所述爆破部在预定压力下爆破并且使得所述第二流体管道中的流体从所述第二流体管道喷出；循环系统，所述循环系统包括冷却液储罐、安全剂储罐、第一进液总管、第一进液支管、第一回液总管、第一回液支管、第二进液总管、第二进液支管、第二回液总管和第二回液支管，所述冷却液储罐经由所述第一进液总管、多个所述第一进液支管分别连接于多个所述第一流体管道入口，多个所述第一流体管道出口分别经由多个所述第一回液支管、所述第一回液总管连接于所述冷却液储罐，在所述第一进液总管上设置第一进液总管控制阀，所述安全剂储罐经由所述第二进液总管、多个所述第二进液支管分别连接于多个所述第二流体管道入口，多个所述第二流体管道出口分别经由多个所述第二回液支管、所述第二回液总管连接于所述安全剂储罐，在所述第二进液总管上设置第二进液总管控制阀，在所述第二进液支管上设置第二进液支管控制阀，在所述第二回液支管上设置第二回液支管控制阀，在正常情况下所述冷却液储罐中的冷却液和所述安全剂储罐中的安全剂共同用于电池模组的冷却；高压气体系统，所述高压气体系统包括高压气体源、第一气体管路和第二气体管路，所述第一气体管路的一端连接于所述高压气体源并且另一端连接于所述第一进液总管，在所述第一气体管路上设置第一气压阀，所述第二气体管路的一端连接于所述高压气体源并且另一端连接于所述第二进液总管，在所述第二气体管路上设置第二气压阀，所述高压气体源间歇性地对所述第一进液总管和第二进液总管中的液体进行扰动；控制系统，所述温度传感器检测到故障电池模组中的电池温度超过预定值后，所述控制系统控制加大与所述故障电池模组相对应的所述第二进液支管控制阀的流体流量并且关闭与所述故障电池模组相对应的所述第二回液支管控制阀的流体流量，使得所述第二流体管道上的爆破部破裂，所述控制系统控制加大流经所述第一总管控制阀的冷却液流量或降低流经所述第一进液总管的冷却液温度用以确保其他未发生故障电池组的冷却。2.根据权利要求1所述的用于锂电池储能的冷却及安全系统，其中，所述第一流体管道和所述第二流体管道平行设置，在所述第一流体管道内的流体的流向与在所述第二流体管道内的流体的流向相反，所述第一流体管道的流体管道入口与所述第二流体管道的...

【专利技术属性】
技术研发人员：何颖源，侯凯，史明明，张彬，陈永翀，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：