基于吹胀板的喷淋式液冷电池储能柜及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于吹胀板的喷淋式液冷电池储能柜及控制方法，包括储能柜柜体及热管理模块，所述储能柜柜体内部放置含有电芯的电池包、喷淋冷却模块、消防模块、控制模块及储能变流器模块；同时还公开了一种控制方法，使得电芯工作时于最佳温度，保证电芯安全，延长电芯寿命；采用喷淋液冷方式，接触热阻更低，表面温度均匀性更好；各个模块均采用模块集成化设计，空间结构紧凑，安装方式简单，灵活性高，适应不同尺寸的储能电池包。适应不同尺寸的储能电池包。适应不同尺寸的储能电池包。

【技术实现步骤摘要】
基于吹胀板的喷淋式液冷电池储能柜及控制方法


[0001]本专利技术涉及储能电池热管理领域，特别涉及一种基于吹胀板的喷淋式液冷电池储能柜及控制方法。

技术介绍

[0002]随着可再生能源产业的高速发展，能源互联网的结构不断优化，储能系统的建设是未来能源网络的发展趋势。储能技术中电化学储能具有建设周期短、运营成本低等特点，发展迅猛。根据CNESA数据显示，电化学储能中锂离子电池储能占90％。近年来，电动汽车的崛起使得锂电池的使用量大大增加，根据估算，大约有80％的动力电池退役后经过修复重组可用于储能系统。未来大量的退役动力电池将用于储能系统，其安全性和循环寿命需要进行管理。电池温度是影响电池性能、寿命的关键参数。锂电池的理想工作温度是15
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35℃，电池包内部最大温差不超过5℃。电池温度过高会引发热失控，温度过低也会使电池性能、容量下降。现有储能系统的热管理大多数使用风冷系统，但随着储能电池的能量密度不断提高，充放电倍率增大，风冷已经逐渐不能满足散热需求。
[0003]电池储能柜内部电芯集中，充放电时会产生大量热量。目前国内外电池储能柜热管理系统研究的重点在于液冷系统。液冷系统利用冷却流体高比热容的特点将电池产生的热量带走，其散热效率高、综合性能良好，但是均温性仍有待提高。间接液冷中热管传热也是当前电池储能柜热管理的研究热点。热管传热中电芯和冷却介质无法直接接触，存在接触热阻，而且锂电池面积大，需要多根热管同时工作，热管排布复杂，占用空间大；由于各热管之间的无法传递热量，不同热管之间存在温差。因此，采用绝缘的冷却液，喷淋式液冷系统和吹胀板相结合形成直接接触液冷散热可以进一步提高散热能力，保护电池储能柜稳定运行。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种基于吹胀板的喷淋式液冷电池储能柜。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供一种基于吹胀板的喷淋式液冷电池储能柜的控制方法。
[0006]本专利技术将吹胀板与喷淋式液冷系统相结合用于提高液冷系统的均温性和散热性能的难题。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种基于吹胀板的喷淋式液冷电池储能柜，包括储能柜柜体及热管理模块，所述储能柜柜体内部放置含有电芯的电池包、喷淋冷却模块、消防模块、控制模块及储能变流器模块；
[0009]所述含有电芯的电池包，包括电池包箱体；
[0010]所述喷淋冷却模块，用于将冷却液均匀地喷入电池包内部，包括吹胀喷淋板、喷气
管路及流体管路，所述喷气管路安装在吹胀喷淋板的下方，所述吹胀喷淋板作为电池包箱体的上顶盖；
[0011]所述消防模块，用于检测电池储能柜内部电池包的高温起火并灭火；
[0012]所述热管理模块，用于根据电芯的温度，选择主动加热模式、被动加热模式、液体冷却模式或加强液冷模式；
[0013]所述控制模块，用于接收和输出控制信号，控制喷淋冷却模块、消防模块、储能变流器模块及热管理模块的协调运作。
[0014]进一步，所述流体管路包括包括冷却液进液管、高压空气进气管、流体回流管；
[0015]所述吹胀喷淋板包括冷却液入口、液冷流道、阵列喷淋孔；
[0016]所述阵列喷淋孔加工在液冷流道上，液冷流道内部的冷却液经过喷淋孔时喷出；所述喷气管路包括气体入口、气体流道、若干喷气孔；所述气体流道将高压气体分配到预定位置；所述若干喷气孔加工在喷气管路侧壁，一个单元内的喷气方向为类螺旋状。
[0017]进一步，所述热管理模块包括冷却液供给模块、气体供给模块、一次侧循环模块及回流介质回收模块；
[0018]所述冷却液供给模块包括储液箱、冷却液泵、过滤器、压力阀、板式换热器、PTC加热器、液体流量计、压力变送器，温度传感器及蝶阀；
[0019]所述气体供给模块包括空气压缩机、储气罐、压力计、电子阀、气体流量计、压力变送器、温度传感器；所述气体流动系统中的气体介质为不凝性的空气；
[0020]所述一次侧循环模块包括水箱、水泵、过滤器、压力阀、压力变送器、温度传感器、电子阀、冷却塔；
[0021]所述一次侧循环模块中的循环介质为水；压力阀所在管路为泄压管路；
[0022]所述回流介质回收模块包括蝶阀、回流介质泵、气液双相分离器。
[0023]进一步，所述用于根据电芯的温度，选择主动加热模式、被动加热模式、液体冷却模式或加强液冷模式，具体为：
[0024]主动加热模式：电芯温度T
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＜0℃时，开启冷却液供给模块和回流介质回收模块；开启冷却液泵，开启PTC加热器，开启冷却液供应模块蝶阀，开启回流介质回收模块蝶阀，开启回流介质泵。冷却液经过PTC加热器时温度升高，流动的冷却液进入电池包内再加热电芯，使得电芯处于最佳工作温度；
[0025]被动加热模式：电芯温度0℃≤T
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＜20℃时，不开启任何热管理模块，依靠电芯充放电自身产热，提高电芯的温度，使得电芯处于最佳工作温度；
[0026]液体冷却模式：电芯温度20℃≤T
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＜40℃时，开启冷却液供给模块、回流介质回收模块和一次侧循环模块；开启冷却液泵，关闭PTC加热器，开启冷却液供应模块蝶阀，开启回流介质回收模块蝶阀，开启回流介质泵，开启水泵，开启一次侧循环回路蝶阀，开启冷却塔；冷却液经过板式换热器时温度降低，流动的冷却液进入电池包内冷却电芯，使得电芯处于最佳工作温度；
[0027]加强液冷模式：电芯温度T
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≥40℃时，开启冷却液供给模块、气体供给模块、回流介质回收模块和一次侧循环模块；开启冷却液泵，关闭PTC加热器，开启冷却液供给模块蝶阀；开启压缩机，开启气体供给模块电子阀；开启回流介质回收模块蝶阀，开启回流介质泵；开启水泵，开启一次侧循环葫芦蝶阀，开启冷却塔；冷却液经过板式换热器时温度降低，流
动的冷却液进入电池包内，受气体供给模块的高压空气流动影响，形成液滴或雾状，加强冷却电芯，使得电芯处于最佳工作温度。
[0028]进一步，所述消防模块包括温度传感器，消防水泵，消防水阀，消防水管及消防喷淋板，所述温度传感器用于检测储能柜内部的空气温度；所述喷淋板安装在储能柜的顶部；当温度传感器检测到储能柜内部空气温度高于设定值时，控制模块将储能柜负载转移至备用储能柜，切断储能柜和外界的电路连接，开启消防水泵和消防水阀，上报警告并记录。
[0029]进一步，所说喷淋冷却模块具有两种工作模式：
[0030]第一种：吹胀喷淋板的液体流道内部低温冷却液在压力作用下通过阵列喷淋孔喷出，直接与电芯接触，吸收电芯产生的热量，降低电芯的温度，然后汇集聚液槽内，经汇流口流出；
[0031]第二种：气体流道内部高压气体从喷气孔喷出，吹胀喷淋板的液体流道内部低温冷却液在压力作用下通过阵列喷淋孔喷出，喷出冷却液受气体流道喷出的高压气体流动的影响，分散形成细小的液滴和雾状，落下后充分地分布本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于吹胀板的喷淋式液冷电池储能柜，其特征在于，包括储能柜柜体及热管理模块，所述储能柜柜体内部放置含有电芯的电池包、喷淋冷却模块、消防模块、控制模块及储能变流器模块；所述含有电芯的电池包，包括电池包箱体；所述喷淋冷却模块，用于将冷却液均匀地喷入电池包内部，包括吹胀喷淋板、喷气管路及流体管路，所述喷气管路安装在吹胀喷淋板的下方，所述吹胀喷淋板作为电池包箱体的上顶盖；所述消防模块，用于检测电池储能柜内部电池包的高温起火并灭火；所述热管理模块，用于根据电芯的温度，选择主动加热模式、被动加热模式、液体冷却模式或加强液冷模式；所述控制模块，用于接收和输出控制信号，控制喷淋冷却模块、消防模块、储能变流器模块及热管理模块的协调运作。2.根据权利要求1所述的喷淋式液冷电池储能柜，其特征在于，所述流体管路包括包括冷却液进液管、高压空气进气管、流体回流管；所述吹胀喷淋板包括冷却液入口、液冷流道、阵列喷淋孔；所述阵列喷淋孔加工在液冷流道上，液冷流道内部的冷却液经过喷淋孔时喷出；所述喷气管路包括气体入口、气体流道、若干喷气孔；所述气体流道将高压气体分配到预定位置；所述若干喷气孔加工在喷气管路侧壁，一个单元内的喷气方向为类螺旋状。3.根据权利要求1所述的喷淋式液冷电池储能柜，其特征在于，所述热管理模块包括冷却液供给模块、气体供给模块、一次侧循环模块及回流介质回收模块；所述冷却液供给模块包括储液箱、冷却液泵、过滤器、压力阀、板式换热器、PTC加热器、液体流量计、压力变送器，温度传感器及蝶阀；所述气体供给模块包括空气压缩机、储气罐、压力计、电子阀、气体流量计、压力变送器、温度传感器；所述气体流动系统中的气体介质为不凝性的空气；所述一次侧循环模块包括水箱、水泵、过滤器、压力阀、压力变送器、温度传感器、电子阀、冷却塔；所述一次侧循环模块中的循环介质为水；压力阀所在管路为泄压管路；所述回流介质回收模块包括蝶阀、回流介质泵、气液双相分离器。4.根据权利要求3所述的喷淋式液冷电池储能柜，其特征在于，所述用于根据电芯的温度，选择主动加热模式、被动加热模式、液体冷却模式或加强液冷模式，具体为：主动加热模式：电芯温度T
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＜0℃时，开启冷却液供给模块和回流介质回收模块；开启冷却液泵，开启PTC加热器，开启冷却液供应模块蝶阀，开启回流介质回收模块蝶阀，开启回流介质泵，冷却液经过PTC加热器时温度升高，流动的冷却液进入电池包内再加热电芯，使得电芯处于最佳工作温度；被动加热模式：电芯温度0℃≤T
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＜20℃时，不开启任何热管理模块，依靠电芯充放电自身产热，提高电芯的温度，使得电芯处于最佳工作温度；液体冷却模式：电芯温度20℃≤T
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＜40℃时，开启冷却液供给模块、回流介质回收模块和一次侧循环模块；开启冷却液泵，关闭PTC加热器，开启冷却液供应模块蝶阀，开启回流介质回收模块蝶阀，开启回流介质泵，开启水泵，开启一次侧循环回路蝶阀，开启冷却塔；冷却
液经过板式换热器时温度降低，流动的冷却液进入电池包内冷却电芯，使得电芯处于最佳工作温度；加强液冷模式：电芯温度T
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≥40℃时，开启冷却液供给模块、气体供给模块、回流介质回收模块和一次侧循环模块；开启冷却液泵，关闭PTC加热器，开启冷却液供给模块蝶阀；开启压缩机，开启气体供给模块电子阀；开启回流介质回收模块蝶阀，开启回流介质泵；开启水泵，开启一次侧循环葫芦蝶阀，开启冷却塔；冷却液经过板式换热器时温度降低，流动的冷却液进入电池包内，受气体供给模块的高压空气流动影响，形成液滴或雾状，加强冷却电芯，使得电芯处于最佳工作温度。5.根据权利要求1
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4任一项所述的喷淋式液冷电池储能柜，其特征在于，所述消防模块包括温度传感器，消防水泵，消防水阀，消防水管及消防喷淋板，所述温度传感器用于检测储能柜内部的空气温度；所述喷淋板安装在储能柜的顶部；当温度传感器检测到储能柜内部空气温度高于设定值时，控制模块将储能柜负载转移至备用储能柜，切断储能柜和外界的电路连接，开启消防水泵和消防水阀，上报警告并记录。6.根据权利要求2所述的喷淋式液冷电池储能柜，其特征在于，所说喷淋冷却模块具有两种工作模式：第一种：吹胀喷淋板的液体流道内部低温冷却液在压力作用下通过阵列喷淋孔喷出，直接与电芯接触，吸收电芯产生的热量，降低电芯的温度，然后汇集聚液槽内，经汇流口流出；第二种：气体流道内部高压气体从喷气孔喷出，吹胀喷淋板的液体流道内部低温冷却液在压力作用下通过阵列喷淋孔喷出，喷出冷却液受气体流道喷出的高压气体流动的影响，分散形成细小的液滴和雾状，落下后充分地分布在电芯表面，然后汇集聚液槽内，冷却液和空气经汇流口流出。7.根据权利要求1所述的喷淋式液冷电池储能柜，其特征在于，所述储能变流器模块包括交流/直流转换模块及功率分配模块。8.根据权利要求1所述的喷淋式液冷电池储能柜，其特征在于，所述电池包箱体包括汇流口及箱体主体，所述箱体主体的内...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘敏强，王柏松，李超，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：