适用于浸没式液冷储能系统的电芯均温系统及方法与流程

1.本发明涉及电池储能技术，具体涉及适用于浸没式液冷储能系统的电芯均温系统及方法。


背景技术：

2.储能系统的安全性越来越受到重视，目前储能系统不断提高能量密度和功率密度，而功率密度的提高，会导致电芯热损耗越加严重，若不能及时有效的管控电芯温度，则可能引发热失控，导致起火甚至发生爆炸事故。
3.目前电芯的热管理主要以风冷为主，通过在集装箱内增加空调进行强迫风冷，通过空调的换热系统，将电池的发热量散发到外界环境中，风冷技术方案容易存在温升过高，温差过大的问题，不利于电池寿命的延长，液冷散热的方式也逐渐开始应用，不过主要以间接液冷(液冷板的方式)为主，相比于风冷，能够有一定的改善，不过依然存在电芯本体上下之间温差过大的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供适用于浸没式液冷储能系统的电芯均温系统及方法，以解决现有技术中的上述不足之处。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：适用于浸没式液冷储能系统的电芯均温系统，包括浸没式电池柜系统、温控系统和主控制系统，所述浸没式电池柜系统包括多个电池模组、bms控制单元和内部管路组件；
6.所述bms控制单元同步控制多个电池模组的充放电、同时收集多个电池模组的运行参数，所述bms控制单元将参数传输给主控制系统；
7.所述内部管路组件分别与多个电池模组相对应、以用于分别对多个电池模组进行温度调节；
8.所述主控制系统根据各电池模组的参数对温控系统和内部管路组件发出指令，所述温控系统根据指令调节冷却液进入对应内部管路组件时的温度和流量，所述内部管路组件根据指令调控对应电池模组的冷却液流量。
9.进一步地，多个所述电池模组沿电池柜高度方向依次堆叠放置在一起，所述电池模组包括电芯和采集单元，所述采集单元和电芯均与bms控制单元连接，所述采集单元包括温度采集模块、位置采集模块、电压采集模块和电流采集模块，所述温度采集模块、位置采集模块、电压采集模块和电流采集模块均与电芯连接。
10.进一步地，所述内部管路组件包括多个流量控制组件一、二级管路和多个三级管路，所述流量控制组件一与主控制系统连接，所述二级管路沿电池柜高度方向布置，多个所述三级管路分别与多个电池模组层层对应，所述二级管路与多个三级管路之间分别通过多个流量控制组件一连接。
11.进一步地，所述温控系统包括温控组件、液体泵和外部管路组件，所述温控组件包
括制冷装置和加热装置，所述制冷装置和加热装置均与主控制系统连接。
12.进一步地，所述外部管路组件包括一级管路和与一级管路连接的流量控制组件二，所述制冷装置和加热装置均与一级管路连接，所述液体泵与一级管路连接，所述一级管路分别与多个二级管路连接，所述流量控制组件二与主控制系统连接。
13.适用于浸没式液冷储能的电芯均温方法，包括以下步骤：
14.s1、首先通过bms控制单元控制各电池模组中的电芯进行充放电运行；
15.s2、各电池模组中的各个采集单元对对应电芯的温度和位置进行采集，各采集单元将采集到的参数进行传递给bms控制单元，bms控制单元将参数信息传递给主控制系统；
16.s3、主控制系统根据各电芯的温度和位置信息，计算电芯之间的温差，并确定各电芯高低温所在的位置区域；
17.s4、主控制系统计算得出电芯之间的温差在设定范围内时，主控制系统不改变目前冷却液的流量及温度，正常运行，主控制系统计算得出电芯之间的温差不在设定范围内时，主控制系统根据采集单元反馈的信息，判断电芯高温区域和低温区域的位置；
18.s5、主控制系统根据高低温位置调节该处三级管路流量的大小，使高温区域和低温区域之间的温差减小至范围内。
19.与现有技术相比，本发明提供的适用于浸没式液冷储能系统的电芯均温系统及方法，具备以下有益效果：
20.1、本发明最主要的功能就是通过精确控制流量分配，从而有效控制电芯之间的温差；
21.2、本发明也可以对电芯温升进行有效的控制，通过合适的流量调节方法，在降低温差的同时，还能够将电芯温度控制在最佳的工作温度范围内；
22.3、本温差控制方法除了应用在电池柜内，同样也可以应用在整个储能系统中，有利于提高整个系统的性能和循环寿命；
23.4、本发明对抑制电芯热失控有一定的帮助，对温度异常的电芯区域加大流量，延长发生热失控的所需的时间，冷却液起到控温的作用外，还能起到一定的消防作用，提高了储能系统的安全性。
附图说明
24.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明适用于浸没式液冷储能系统的电芯均温系统的原理框图；
26.图2为本发明适用于浸没式液冷储能系统的电芯均温方法的逻辑判断框图。
27.附图标记说明：
28.1、浸没式电池柜系统；11、电池模组；111、电芯；112、采集单元；12、bms控制单元；13、内部管路组件；131、流量控制组件一；132、二级管路；133、三级管路；2、温控系统；21、温控组件；211、制冷装置；212、加热装置；22、液体泵；23、外部管路组件；231、一级管路；232、流量控制组件二；3、主控制系统。
具体实施方式
29.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
30.实施例一：
31.请参阅图1，适用于浸没式液冷储能系统的电芯均温系统，包括浸没式电池柜系统1、温控系统2和主控制系统3，浸没式电池柜系统1包括多个电池模组11、bms控制单元12和内部管路组件13，其中电池模组11放置在封闭的容器内部，并用冷却液浸没冷却，bms控制单元12同步控制多个电池模组11的充放电、同时收集多个电池模组11的运行参数，bms控制单元12将参数传输给主控制系统3，主控制系统3根据各电池模组11的参数对温控系统2和内部管路组件13发出指令，温控系统2根据指令调节冷却液进入对应内部管路组件13时的温度和流量，内部管路组件13根据指令调控对应电池模组11的冷却液流量，多个电池模组11沿电池柜高度方向依次堆叠放置在一起，电池模组11包括电芯111和采集单元112，采集单元112和电芯111均与bms控制单元12连接，采集单元112包括温度采集模块、位置采集模块、电压采集模块和电流采集模块，温度采集模块、位置采集模块、电压采集模块和电流采集模块均与电芯111连接，各电池模组11中的电芯111在运行时，采集单元112中的温度采集模块和位置采集模块对电芯111进行温度和位置信息的采集，并将采集到的温度和位置信息传递给bms控制单元12，bms控制单元12将温度和位置信息传递给主控制系统3，主控制系统3根据温度和位置信息判断电芯111温度和电芯111之间的温差是否正常，电芯111比较适宜的温度为25～35℃，电芯111之间的温差范围为2-5℃，如出现异常，主控制系统3根据位置信息先判断是哪组电芯111温度出现异常，随即调节该组电芯111的流量控制组件一131，进而来控制该组三级管路133的流量，随后继续跟踪电芯111之间的温差是否在范围内，如温差不在范围内，主控制系统3继续通过流量控制组件一131调节三级管路133的流量，使电芯111之间的温度误差处于合理范围内；
32.内部管路组件13分别与多个电池模组11相对应、以用于分别对多个电池模组11进行温度调节，内部管路组件13包括多个流量控制组件一131、二级管路132和多个三级管路133，流量控制组件一131与主控制系统3连接，二级管路132沿电池柜高度方向布置，多个三级管路133分别与多个电池模组11层层对应，每个三级管路133进液口处，对应一层电池模组11，进液口喷出的冷却液能够对该层电池模组11进行冷却，二级管路132与多个三级管路133之间分别通过多个流量控制组件一131连接，一级管路231中的冷却液进入到二级管路132中后，分别分给多个三级管路133，通过主控制系统3控制多个三级管路133与二级管路132之间的流量控制组件一，可以分别控制多个三级管路133的流量，进而通过控制三级管路133流量的方式来调控电芯111之间的温差；
33.温控系统2包括温控组件21、液体泵22和外部管路组件23，温控组件21包括制冷装置211和加热装置212，制冷装置211和加热装置212均与主控制系统3连接，外部管路组件23包括一级管路231和与一级管路231连接的流量控制组件二232，制冷装置211和加热装置212均与一级管路231连接，液体泵22与一级管路231连接，一级管路231分别与多个二级管路132连接，流量控制组件二232与主控制系统3连接，液体泵22与用于储存冷却液的装置连接，液体泵22运行时通过一级管路231输送冷却液，一级管路231上设置流量控制组件二232是用于控制一级管路231这条主管路的流量，另外制冷装置211和加热装置212的设置是用
于调节一级管路231内部冷却液的温度，从而更加方便调节三级管路133的温度，进而为调控电芯111之间的温差提供多种方式；
34.温控系统2的另一种实施方式可以为，制冷装置211和加热装置212的数量与三级管路133的数量相对应，进而使每个三级管路133上都连接有制冷装置211和加热装置212，所以制冷装置211和加热装置212不与一级管路231连接，进而可以分段控制各三级管路133的冷却液温度，进而通过温度分段调控各电芯111之间的温差。
35.实施例二：
36.请参阅图2，适用于浸没式液冷储能的电芯均温方法，包括以下步骤：
37.s1、首先通过bms控制单元12控制各电池模组11中的电芯111进行充放电运行；
38.s2、各电池模组11中的各个采集单元112对对应电芯111的温度和位置进行采集，各采集单元112将采集到的参数进行传递给bms控制单元12，bms控制单元12将参数信息传递给主控制系统3；
39.s3、主控制系统3根据各电芯111的温度和位置信息，计算电芯111之间的温差，温差的范围为2-5℃，并确定各电芯111高低温所在的位置区域，在对电芯111参数的采集过程中，需要采集单体电芯111的温度以及其位置信息；
40.s4、主控制系统3计算得出电芯111之间的温差在范围内时，主控制系统3不改变目前冷却液的流量及温度，正常运行，主控制系统3计算得出电芯111之间的温差不在设定范围内时，主控制系统3根据采集单元112反馈的信息，判断电芯111高温区域和低温区域的位置；
41.s5、主控制系统3根据高低温位置调节该处三级管路133流量的大小，使高温区域和低温区域之间的温差减小至范围内，根据采集的位置信息，判断其所对应的三级管路133进液口位置，一般采取的是高温位置加大流量，低温位置减小流量，也需要根据电芯111的温度进行判断，比如温差定为3℃，某一层电芯111温度为30℃，另一层电芯111温度为40℃，本领域中可知的是电芯111比较适宜的温度为25～35℃，则比较适宜的控制方法是加大40℃电芯111位置处三级管路133进液口处的流量，将其温度控制在33℃以内，而30℃处流量不变，也可以是两者都进行调整，增大高温区域流量将最大温度控制在35℃以内，同时降低低温区域处流量，将最低温提高到32℃～35℃左右，将两者之间的温差降低至3℃以内，还有许多其他工况，再比如电芯111最高温是30℃，最低温是23℃，最佳温度是25～35℃，则比较优选的控制方案是，降低低温区域的进液口流量，将低温区域电芯111温度提高至27～33℃之间，将温差控制在3℃以内。
42.工作原理：各电池模组11中的电芯111在运行时，采集单元112中的温度采集模块和位置采集模块对电芯111进行温度和位置信息的采集，并将采集到的温度和位置信息传递给bms控制单元12，bms控制单元12将温度和位置信息传递给主控制系统3，主控制系统3根据温度和位置信息判断电芯111温度和电芯
43.111之间的温差是否正常，电芯111比较适宜的温度为25～35℃，电芯111之间的温差范围为2-5℃，如出现异常，主控制系统3根据位置信息先判断是哪组电芯111温度出现异常，随即调节该组电芯111的流量控制组件一131，进而来控制该组三级管路133的流量，随后继续跟踪电芯111之间的温差是否在范围内，如温差不在范围内，主控制系统3继续通过流量控制组件一131调节三级管路133的流量，使电芯111之间的温度误差处于合理范围内。
44.以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

技术特征：
1.适用于浸没式液冷储能系统的电芯均温系统，其特征在于，包括浸没式电池柜系统(1)、温控系统(2)和主控制系统(3)，所述浸没式电池柜系统(1)包括多个电池模组(11)、bms控制单元(12)和内部管路组件(13)；所述bms控制单元(12)同步控制多个电池模组(11)的充放电、同时收集多个电池模组(11)的运行参数，所述bms控制单元(12)将参数传输给主控制系统(3)；所述内部管路组件(13)分别与多个电池模组(11)相对应、以用于分别对多个电池模组(11)进行温度调节；所述主控制系统(3)根据各电池模组(11)的参数对温控系统(2)和内部管路组件(13)发出指令，所述温控系统(2)根据指令调节冷却液进入对应内部管路组件(13)时的温度和流量，所述内部管路组件(13)根据指令调控对应电池模组(11)的冷却液流量。2.根据权利要求1所述的适用于浸没式液冷储能系统的电芯均温系统，其特征在于，多个所述电池模组(11)沿电池柜高度方向依次堆叠放置在一起，所述电池模组(11)包括电芯(111)和采集单元(112)，所述采集单元(112)和电芯(111)均与bms控制单元(12)连接，所述采集单元(112)包括温度采集模块、位置采集模块、电压采集模块和电流采集模块，所述温度采集模块、位置采集模块、电压采集模块和电流采集模块均与电芯(111)连接。3.根据权利要求1所述的适用于浸没式液冷储能系统的电芯均温系统，其特征在于，所述内部管路组件(13)包括多个流量控制组件一(131)、二级管路(132)和多个三级管路(133)，所述流量控制组件一(131)与主控制系统(3)连接，所述二级管路(132)沿电池柜高度方向布置，多个所述三级管路(133)分别与多个电池模组(11)层层对应，所述二级管路(132)与多个三级管路(133)之间分别通过多个流量控制组件一(131)连接。4.根据权利要求3所述的适用于浸没式液冷储能系统的电芯均温系统，其特征在于，所述温控系统(2)包括温控组件(21)、液体泵(22)和外部管路组件(23)，所述温控组件(21)包括制冷装置(211)和加热装置(212)，所述制冷装置(211)和加热装置(212)均与主控制系统(3)连接。5.根据权利要求4所述的适用于浸没式液冷储能系统的电芯均温系统及方法，其特征在于，所述外部管路组件(23)包括一级管路(231)和与一级管路(231)连接的流量控制组件二(232)，所述制冷装置(211)和加热装置(212)均与一级管路(231)连接，所述液体泵(22)与一级管路(231)连接，所述一级管路(231)分别与多个二级管路(132)连接，所述流量控制组件二(232)与主控制系统(3)连接。6.适用于浸没式液冷储能的电芯均温方法，其应用于如权利要求1-5任意一项所述的适用于浸没式液冷储能系统的电芯均温系统，其特征在于，包括以下步骤：s1、首先通过bms控制单元(12)控制各电池模组(11)中的电芯(111)进行充放电运行；s2、各电池模组(11)中的各个采集单元(112)对对应电芯(111)的温度和位置进行采集，各采集单元(112)将采集到的参数进行传递给bms控制单元(12)，bms控制单元(12)将参数信息传递给主控制系统(3)；s3、主控制系统(3)根据各电芯(111)的温度和位置信息，计算电芯(111)之间的温差，并确定各电芯(111)高低温所在的位置区域；s4、主控制系统(3)计算得出电芯(111)之间的温差在设定范围内时，主控制系统(3)不改变目前冷却液的流量及温度，正常运行，主控制系统(3)计算得出电芯(111)之间的温差
不在设定范围内时，主控制系统(3)根据采集单元(112)反馈的信息，判断电芯(111)高温区域和低温区域的位置；s5、主控制系统(3)根据高低温位置调节该处三级管路(133)流量的大小，使高温区域和低温区域之间的温差减小至范围内。

技术总结
本发明公开了适用于浸没式液冷储能系统的电芯均温系统及方法，涉及电池储能领域，包括浸没式电池柜系统、温控系统和主控制系统，浸没式电池柜系统包括多个电池模组、BMS控制单元和内部管路组件；BMS控制单元同步控制多个电池模组的充放电、同时收集多个电池模组的运行参数，BMS控制单元将参数传输给主控制系统；内部管路组件分别与多个电池模组相对应、以用于分别对多个电池模组进行温度调节；该适用于浸没式液冷储能系统的电芯均温系统及方法，通过精确控制流量分配，从而有效控制电芯之间的温差，在降低温差的同时，还能够将电芯温度控制在最佳的工作温度范围内，对温度异常的电芯区域加大流量，延长发生热失控的所需的时间，提高了储能系统的安全性。提高了储能系统的安全性。提高了储能系统的安全性。


技术研发人员：李永富 李永通 王安国 敖长宣
受保护的技术使用者：珠海科创储能科技有限公司
技术研发日：2023.05.06
技术公布日：2023/7/25