液冷电池包及电池储能系统的制作方法

1.本技术涉及电力储能技术领域，特别是涉及液冷电池包及电池储能系统。


背景技术：

2.电池储能系统具有多个由串并回路组成的集中式电池包，电池包大多包括箱体和位于箱体内部的电池模组，随着电池能量密度逐步提高，安装于电池模组内的电芯，其化学体系逐步向高能量密度发展，电芯容积也越发变大，高能量密度的电芯发生热失效时释放高温热流，该高温热流泄露后与空气接触时容易发生燃烧，进而发生火灾，且电池反应和燃烧过程中会产生一氧化碳、烷类等易燃易爆气体，具有灭火难和容易复燃的特点，一旦发生火灾会造成重大的经济损失。
3.目前主流的防范方案是使用风冷或冷板式液冷系统为电池单体进行散热。然而，由于空气比热容和对流换热系数小的因素，电池提高风冷技术方案进行换热的效率低，存在热失控风险的问题，且换热后各个电池单体之间的温度差异也相对较大，无法实现均匀散热的效果。而冷板式液冷系统在通过冷板与电池表面进行接触的方式进行传导散热时，电池温度也会基于和冷板的距离远近呈现梯度变化，产生无法实现均匀散热的问题。
4.此外，目前的储能系统都需要额外配备单独的消防灭火系统，输送消防药剂需要复杂的管路阀门和控制系统，导致系统整体成本较高且可靠性较低。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对上述不能保证换热均匀性和生产成本的问题，提供一种液冷电池包及电池储能系统。
6.一种液冷电池包，包括：箱体，具有第一腔室、第二腔室和第三腔室，所述第一腔室与所述第三腔室连通，用以向所述第三腔室内输入冷却液，所述第二腔室与所述第三腔室连通，用以输出所述第三腔室内的冷却液，所述第三腔室内设有若干电池槽；若干电池模组，分别设置在若干所述电池槽内；消防组件，包括温度传感器和消防管路，所述消防管路的输入口上设有阀门，所述阀门设置在所述第一腔室或所述第二腔室内，所述消防管路的输出口设置在所述第三腔室内，所述温度传感器设置在所述电池模组处，并通过控制器与所述阀门电连接。
7.在其中一个实施例中，所述电池模组包括若干电池单体，所述温度传感器设有多个，且每一所述温度传感器分别与一所述电池单体对应设置。
8.在其中一个实施例中，所述消防管路设有多个，且每一所述消防管路对应设置在相邻的两所述电池模组的相邻位置处。
9.在其中一个实施例中，所述输出口具有多个，且多个所述输出口沿所述消防管路的轴向设置在所述消防管路上，所述输出口上设有喷头。
10.在其中一个实施例中，所述电池槽的内部尺寸大于所述电池模组的外形尺寸。
11.在其中一个实施例中，所述电池模组与所述电池槽的内壁之间填充有导热材料。
12.在其中一个实施例中，所述电池模组的顶部位于所述导热材料的外侧。
13.在其中一个实施例中，所述箱体上设有针阀，所述针阀与所述第一腔室或所述第二腔室或所述第三腔室连通。
14.在其中一个实施例中，所述箱体上设有进口接头和出口接头，所述进口接头和所述出口接头分别与所述第一腔室和所述第二腔室连通。
15.上述液冷电池包，通过将电池模组放置于电池槽内，使电池模组可经第三腔室内环绕电池槽外部的冷却液进行散热，通过冷却液在第三腔室内循环流动，可有效保证对电池模组的散热效率，并使电池模组上下温度梯度无变化，保证换热均匀性，同时通过在箱体内设置消防组件，使消防组件可将第一腔室或第二腔室内的冷却液引入到电池模组上，实现对电池模组顶部的消防灭火，无需增配单独的消防系统，实现温控系统和消防灭火系统融合设计，在保证生产成本的情况下确保液冷电池包可长期安全使用。
16.一种电池储能系统，包括上述任一实施例提供的所述液冷电池包。
17.上述电池储能系统，通过利用液冷电池包，使其同样具有散热效率高、换热均匀性好和在保证生产成本的情况下可长期安全使用的效果。
附图说明
18.图1是申请一些实施例的液冷电池包的结构示意图。
19.图2是申请一些实施例的液冷电池包在另一视角下的结构示意图。
20.图3是申请一些实施例的液冷电池包的结构透视图。
21.图4是申请一些实施例的液冷电池包在另一视角下的结构透视图。
22.附图标记：1、箱体；11、第一腔室；12、第二腔室；13、第三腔室；14、电池槽；15、第一隔板；16、第二隔板；2、电池模组；21、电池单体；22、连接排；3、消防组件；31、温度传感器；32、消防管路；33、阀门；34、喷头；4、导热材料；5、进口接头；6、出口接头；7、针阀。
具体实施方式
23.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
24.在本技术的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语指示的方位或位置关
系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
25.此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
26.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
27.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
28.需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本技术所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
29.电池储能系统是由大量电池单体串并联而成的系统。为保证使用安全，大量电池单体在集成在一起进行充放电操作时，需要严格控制环境及电池的温度。即，在储能系统运行中，为保证储能系统安全可靠、高性能、长寿命运行，需将电池系统的电池工作温度控制在15℃-35℃之间，过高、过低的温度，轻则导致电池寿命不一致，重则可能导致电池失控，引发安全问题。
30.目前主流的技术方案是利用风冷系统或冷板式液冷系统为电池单体进行散热。而由于空气比热容、对流换热系数小等因素，电池风冷技术方案散热效率低，存在热失控风险，且各个电池单体之间的温度差异也相对较大。冷板式液冷系统由于是通过冷板和电池表面接触后传导散热，因此易产生“头热脚凉”的问题，导致电池温度基于和冷板的距离远近呈现梯度变化。
31.此外，电池储能系统在储能使用过程中，由于内部或外部等诱因，易导致电池内部组成元件发生化学反应和变化。这种变化会导致电池内部失去平衡，从而导致电池起火燃烧，进而发生火灾。且电池反应和燃烧过程中会产生一氧化碳、烷类等易燃易爆气体，具有灭火难和容易复燃的特点，一旦发生火灾会造成重大的经济损失。因此，可靠的温控系统和和消防灭火系统是储能系统安全运行的关键因素。而目前的电池储能系统大多都需要另配备单独的消防灭火系统，输送消防药剂需要复杂的管路阀门和控制系统，成本高且可靠性
较低。
32.本技术提供一种散热效率高，电池内部温度梯度小，无需增配单独的消防系统，可实现温控系统和消防灭火系统融合设计，有效确保储能系统长期安全运行的液冷电池包及电池储能系统，以针对上述缺陷进行解决。
33.参阅图1，本技术一实施例提供了一种液冷电池包，包括箱体1、电池模组2和消防组件3。其中，箱体1用于容纳电池模组2和消防组件3，并通过向箱体1内输入冷却液，使冷却液可对电池模组2进行散热。消防组件3用于在电池模组2的内部组成元件发生化学反应和变化，使电池模组2内部失去平衡发生起火燃烧时，进行灭火操作，进而保证液冷电池包的使用安全。
34.具体设置时，参阅图1和图2，箱体1具有第一腔室11、第二腔室12和第三腔室13，第三腔室13内设有若干电池槽14，若干电池模组2分别设置在若干电池槽14内。第一腔室11与第三腔室13连通，用以向第三腔室13内输入冷却液，使第三腔室13内的冷却液可对电池槽14内的电池模组2进行散热。第二腔室12与第三腔室13连通，用以输出第三腔室13内的冷却液，使第三腔室13内的冷却液可循环流动，以有效保证对电池模组2的散热效率。
35.具体地，箱体1内设有第一隔板15，第一隔板15的两端分别与箱体1相对的两个内侧面连接，第一隔板15将箱体1内部分为输送腔室和第三腔室13。箱体1内还设有第二隔板16，第二隔板16的两端分别与第一隔板15和箱体1的另一个内侧面连接，第二隔板16将输送腔室分为第一腔室11和第二腔室12。第一隔板15上设有连通第一腔室11和第三腔室13的进液口，通过向第一腔室11内输入冷却液，使冷却液可经进液口进入第三腔室13内进行换热操作。第一隔板15上还设有连通第二腔室12和第三腔室13的出液口，第三腔室13内换热后的冷却液可经出液口进入第二腔室12内，以便排出。
36.箱体1内还设有并排间隔设置的若干安装框，安装框按照电池模组2的尺寸和排布方式设置，并位于第三腔室13的内部。安装框的内部构成电池槽14，若干电池模组2分别设置在若干电池槽14内。相邻两安装框之间以及安装框与箱体1内侧壁之间形成散热流道，工作时外部冷源中的冷却液可浸没环绕在各个安装框外部，并在散热流道内循环流动，使第三腔室13内的冷却液可通过与安装框的外周面接触，实现对安装框内的电池模组2的浸没冷却。
37.参阅图1和图2，消防组件3包括温度传感器31和消防管路32，温度传感器31设置在电池模组2处，并通过控制器与消防管路32电连接，以使温度传感器31在检测到电池模组2的温度高于设定温度时，给与控制器信号，使控制器控制消防管路32向电池模组2上喷洒冷却液，以对电池模组2进行散热或灭火操作。消防管路32的输入口上设有阀门33，阀门33设置在第一腔室11或第二腔室12内，消防管路32的输出口设置在第三腔室13内。控制器在控制消防管路32进行工作时，第一腔室11或第二腔室12内的冷却液可在腔内压力的驱动下进入消防管路32并输出到第三腔室13内，实现对电池模组2的散热或浸没消防。在其中一个实施例中，消防管路32上还可设置与控制器电连接的泵体，以辅助第一腔室11或第二腔室12内的冷却液可更快地进入消防管路32并输出到第三腔室13内。
38.可以理解的，在本技术的实施例中，第一隔板15、第二隔板16和安装框的材料优选采用铝合金材质。冷却液优选采用具有良好的化学惰性、电气绝缘性能、热传导性和独特的低表面张力的氟化液作为热传导介质。氟化液有着良好的化学惰性，与电子类部件接触时，
不会对其产生任何腐蚀，兼顾浸没电池消防灭火。
39.上述液冷电池包，使冷却液通过将第一腔室11输入到第三腔室13内，并在对电池槽14内的电池模组2进行散热后，经第二腔室12输出，使循环流动的冷却液实现对电池模组2的高效换热，保证对电池模组2的散热效率，且由于冷却液与电池模组2间可经安装框进行均匀换热，可使电池模组2的上下温度梯度无变化，保证换热均匀性。此外，通过在箱体1内设置消防组件3，使消防组件3可在需要进行消防操作时，将第一腔室11或第二腔室12内的冷却液引入到电池模组2上，实现对电池模组2顶部的消防灭火，无需增配单独的消防系统，实现温控系统和消防灭火系统融合设计，在保证生产成本的情况下确保液冷电池包可长期安全使用。且由于消防组件3可利用腔内压力驱动使第一腔室11或第二腔室12内的冷却液进入到消防管路32内，无需再设置输入管道和输出管道，使得整个消防组件3可完全设置在箱体1内部，有效节省液冷电池包的使用空间。
40.参阅图2和图3，在其中一个实施例中，电池模组2包括若干电池单体21，温度传感器31设有多个，且每一温度传感器31分别与一电池单体21对应设置，通过一一对应设置的温度传感器31便于精准检测每一电池单体21的温度，以保证消防效果。
41.具体地，电池模组2由若干个电池单体21通过连接排22串联组成，每个电池单体21上均设有一温度传感器31。电池单体21上的温度传感器31用于实时检测电池单体21的温度变化，当局部电池单体21温度超过设定温度值时，即温度失控时，温度传感器31给与控制器信号，控制器可控制消防管路32上的阀门33打开，使第一腔室11或第二腔室12中的冷却液进入消防管路32，以使输出的冷却液浸没所有电池单体21，在外部冷源的循环动力驱动下源源不断带走热失控的电池单体21的热量，实现浸没消防，也可在外部冷源循环动力驱动下持续流动浸没冷却灭火，提高灭火效率和防止复燃。
42.参阅图1和图2，在其中一个实施例中，消防管路32设有多个，且每一消防管路32对应设置在两电池模组2的相邻位置处。输出口具有多个，且多个输出口沿消防管路32的轴向设置消防管路32上，输出口上设有喷头34。
43.具体地，消防管路32穿设在第一隔板15上，且消防管路32设置在相邻电池模组2之间的上侧。沿消防管路32的轴向，消防管路32上设有两排输出孔组，每排输出孔组均由均匀分布的多个输出口组成，每个输出口上均对应设有喷头34。阀门33在正常工作时处于常闭状态，当温度传感器31给与控制器温度失控的信号后，控制器可控制消防管路32上的阀门33和喷头34打开，使第一腔室11或第二腔室12中的冷却液通过两排输出口上的喷头34喷到相邻两电池模组2上，在外部冷源的循环动力驱动下源源不断带走电池单体21的热量，实现同时对两个电池模组2进行浸没消防，提高灭火效率。
44.值得一提的是，在一个实施例中，阀门33设置在第一隔板15上，多个消防管路32均与该阀门33连通。通过控制阀门33数量，可有效节省成本。在另一个实施例中，阀门33设有多个，多个阀门33均设置在第一隔板15上，多个消防管路32分别与多个阀门33连通。通过使每个阀门33与相应的消防管路32进行对应，便于对失控的电池模组2进行精准浸没消防。
45.在其中一个未示出的实施例中，消防管路32设有多个，且每一消防管路32对应设置在每个电池模组2的上侧。输出口具有多个，且多个输出口沿消防管路32的轴向设置消防管路32上，输出口上设有喷头34。
46.具体地，消防管路32穿设在第一隔板15上，且消防管路32设置在电池模组2的上
侧。沿消防管路32的轴向，消防管路32的底部均匀分布有多个输出口，每个输出口上均对应设有喷头34。阀门33在正常工作时处于常闭状态，当温度传感器31给与控制器温度失控的信号后，控制器可控制消防管路32上的阀门33和喷头34打开，使第一腔室11或第二腔室12中的冷却液通过多个输出口上的多个喷头34均匀喷到相应的电池模组2上，在外部冷源的循环动力驱动下源源不断带走电池单体21的热量，实现对电池模组2的精准和快速的浸没消防，保证灭火效率。
47.在其中一个实施例中，电池槽14的内部尺寸大于电池模组2的外形尺寸。具体地，安装框的长度和宽度均大于电池模组2的长度和宽度，安装框的高度大于或等于电池模组2的高度。以使电池模组2可完全容纳在电池槽14内，使电池模组2的外周面可通过电池槽14与冷却液进行均匀换热，进而保证冷却效果。
48.参阅图2和图4，在其中一个实施例中，电池模组2与电池槽14间填充有导热材料4，用于提高导热效率。电池模组2的顶部位于导热材料4的外侧，使电池模组2的顶部不会因导热材料4影响浸没消防效果。
49.具体地，安装框和电池模组2间存在间隙，导热材料4呈膏状，并填充在该间隙内。填充后的导热材料4的内周面与电池模组2的外周面抵接，填充后的导热材料4的外周面与安装框的内周面抵接。电池模组2的热量可经导热材料4均匀传导到安装框上，以与第三腔室13内的冷却液进行换热操作，使冷却液可源源不断将电池模组2的热量带走，实现对电池模组2的均匀散热。
50.参阅图1-图2，在其中一个实施例中，箱体1上设有进口接头5和出口接头6，进口接头5和出口接头6分别与第一腔室11和第二腔室12连通。具体地，进口接头5和出口接头6分别与外部冷源的供液管路和回液管路连接。外部冷源提供的冷却液可经供液管路
→
进口接头5
→
第一腔室11
→
第三腔室13的散热流道
→
第二腔室12
→
出口接头6
→
外部冷源的路径流动，并形成一个完整的循环散热回路，使电池模组2自下而上均可实现浸没冷却，使得电池散热效率更高且无上下温度梯度。
51.在其中一个实施例中，箱体1上设有针阀7，针阀7与第一腔室11或第二腔室12或第三腔室13连通。具体地，箱体1为封闭结构，箱体1上设有用于抽真空和向箱体1内注入气体或液体的针阀7。在电池模组2安装完成后，可封闭进口接头5和出口接头6，并通过针阀7向箱体1内注入高压气体，以检测箱体1的耐压及密封性能。
52.此外，液冷电池包在应用系统上完成安装后，可采用电子氟化液冷却。即，可通过针阀7对箱体1进行抽真空后，再通过针阀7向箱体1内加注氟化液，运行过程中也可以通过针阀7想箱体1内补充氟化液。
53.一种电池储能系统，包括上述任一实施例提供的液冷电池包。
54.上述电池储能系统，通过利用液冷电池包，使其同样具有散热效率高、换热均匀性好和在保证生产成本的情况下可长期安全使用的效果。即，通过将电池模组2放置于电池槽14内，使冷却液可浸没环绕在电池槽14外部，使电池上下温度梯度无变化，同时冷却液可在散热流道内循环流动散热，换热效率高。同时通过消防组件3可将冷却液直接浸没在电池模组2的顶部进行浸没消防灭火，灭火效果安全可靠且无热失控扩大的风险，无需增配单独的消防系统，实现温控系统和消防灭火系统融合设计，确保液冷储能系统可长期安全运行。
55.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实
施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
56.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种液冷电池包，其特征在于，包括：箱体，具有第一腔室、第二腔室和第三腔室，所述第一腔室与所述第三腔室连通，用以向所述第三腔室内输入冷却液，所述第二腔室与所述第三腔室连通，用以输出所述第三腔室内的冷却液，所述第三腔室内设有若干电池槽；若干电池模组，分别设置在若干所述电池槽内，且所述电池模组与所述电池槽的内壁之间填充有导热材料；消防组件，包括温度传感器和消防管路，所述消防管路的输入口上设有阀门，所述阀门设置在所述第一腔室内，所述消防管路的输出口设置在所述第三腔室内，所述温度传感器设置在所述电池模组处，并通过控制器与所述阀门电连接，所述消防管路设有多个，且每一所述消防管路对应设置在相邻的两所述电池模组的相邻位置处。2.根据权利要求1所述的液冷电池包，其特征在于，所述电池模组包括若干电池单体，所述温度传感器设有多个，且每一所述温度传感器分别与一所述电池单体对应设置。3.根据权利要求1所述的液冷电池包，其特征在于，所述箱体内设有并排间隔设置的若干安装框，相邻两所述安装框之间以及所述安装框与所述箱体的内侧壁之间形成散热流道，所述安装框位于所述第三腔室的内部，且其内部构成所述电池槽。4.根据权利要求1所述的液冷电池包，其特征在于，所述输出口具有多个，且多个所述输出口沿所述消防管路的轴向设置在所述消防管路上，所述输出口上设有喷头。5.根据权利要求1所述的液冷电池包，其特征在于，所述电池槽的内部尺寸大于所述电池模组的外形尺寸。6.根据权利要求1所述的液冷电池包，其特征在于，多个消防管路均与阀门连通。7.根据权利要求6所述的液冷电池包，其特征在于，所述电池模组的顶部位于所述导热材料的外侧。8.根据权利要求1所述的液冷电池包，其特征在于，所述箱体上设有针阀，所述针阀与所述第一腔室或所述第二腔室或所述第三腔室连通。9.根据权利要求1所述的液冷电池包，其特征在于，所述箱体上设有进口接头和出口接头，所述进口接头和所述出口接头分别与所述第一腔室和所述第二腔室连通。10.一种电池储能系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的液冷电池包。

技术总结
本申请涉及一种液冷电池包及电池储能系统，其中液冷电池包包括箱体、电池模组和消防组件，箱体具有第一腔室、第二腔室和第三腔室，第三腔室内设有若干电池槽，若干电池模组分别设置在若干电池槽内，消防组件包括温度传感器和消防管路，消防管路的输入口上设有阀门，阀门设置在第一腔室或第二腔室内，消防管路的输出口设置在第三腔室内；本申请的液冷电池包，使电池模组可经第三腔室内环绕电池槽外部的冷却液进行散热，使电池模组上下温度梯度无变化，同时通过在箱体内设置消防组件，使消防组件可将第一腔室或第二腔室内的冷却液引入到电池模组上，实现对电池模组顶部的消防灭火，在保证生产成本的情况下确保液冷电池包可长期安全使用。期安全使用。期安全使用。


技术研发人员：刘邦金 汪志强 董超 王劲 周跃利 吴家声 彭铖 张敏 吴斌 汪林威 林祺华 郑晓东 翁正 赵少华 邹伦森 钟国彬 余菲 罗嘉 刘轩 徐凯琪 王超
受保护的技术使用者：南方电网调峰调频（广东）储能科技有限公司
技术研发日：2023.08.31
技术公布日：2023/10/7