一种新型串并结合水冷系统的制作方法

1.本实用新型涉及锂离子电池制造设备技术领域，尤其涉及一种新型串并结合水冷系统。


背景技术：

2.储能集装箱通常配备有逆变器、电池组管理系统、配电柜、空调或者门禁等设施，其根据使用场景的不同，可选择用户侧或者发电侧的储能策略，实现调峰填谷、功率平滑等改善电网负荷剧烈波动的功能。目前储能集装箱具有大容量、高电压等特点，但是其内设的锂电池具有一定的安全风险，尤其在高倍率充放电时，电池本身容易产生较多的热量，如果不能及时带走锂电池工作时产生的热量，会导致电池温度持续升高，进而有可能产生热失控并进一步带来起火、爆炸的潜在风险。
3.目前常用水冷或风冷的方式对锂电池进行冷却降温，根据储能箱内电池的数目，水冷又分为串联或者并联等方式，但是这些方式都为固定式流量，没有根据电芯温度去改变串管路结构的功能，也没有办法对电芯温度异常处的冷却液流量进行大范围的调节，导致冷却效果不够理想。
4.综上所述，提供一种新的一种新型串并结合水冷系统，能够方便的调节不同区域的锂电池处的冷却液流量或者管路连接结构，改善局部冷却效果不理想的现状，消除潜在热失控隐患，是很有必要的。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提出了一种能够改善局部冷却效果不理想、流量调节范围小的新型串并结合水冷系统。
6.本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种新型串并结合水冷系统，其特征在于：包括中空的电池支架(1)、若干第一电池单元(2)、若干第二电池单元(3)、冷却循环管路单元(4)和若干流量调节单元(5)；
7.电池支架(1)上阵列设置有若干行或者列排布的电池存储空间(100)；
8.冷却循环管路单元(4)，设置在电池支架(1)外，冷却循环管路单元(4)具有送水端(41)和回水端(42)；
9.若干第一电池单元(2)，设置在电池支架(1)各行或者各列的起始位置的电池存储空间(100)内；第一电池单元(2)上设置有用于冷却水流通的第一进水口(21)与第一出水口(22)；第一进水口(21)与冷却循环管路单元(4)的送水端(41)连通；
10.若干第二电池单元(3)，沿着第一电池单元(2)所在的电池支架(1)对应的行或者列的方向顺次设置在该行或者列内的剩余电池存储空间(100)内；第二电池单元(3)上还设置有用于水冷降温的第二进水口(31)与第二出水口(32)；与第一电池单元(2)的相邻第二电池单元(3)的第二进水口(31)与第一电池单元(2)的第一出水口(22)连通；各第二电池单元(3)的第二出水口(32)与相邻的第二电池单元(3)的第二进水口(31)连通；位于各行或者
各列末端的第二电池单元(3)的第二出水口(32)与冷却循环管路单元(4)的回水端(42)连通；
11.各流量调节单元(5)，均具有第三进水口(51)和第三出水口(52)，第三进水口(51)与冷却循环管路单元(4)的出水端连通，各第三出水口(52)还选择性的与一第二电池单元(3)的第二进水口(31)连通，调节送入对应的第二电池单元(3)的冷却水流量。
12.在以上技术方案的基础上，优选的，所述第一电池单元(2)包括至少一个电池模组(200)，各电池模组(200)内均设置有贯通的冷却管路；第一电池单元(2)的各电池模组(200)顺次设置在电池支架(1)各行或者各列的起始位置的一个或者多个连续的电池存储空间(100)内，相邻的电池模组(200)的冷却管路按电池模组(200)的摆放次序顺次连通；电池支架(1)的行或者列首端电池存储空间(100)内的电池模组(200)上设置有第一进水口(21)，第一电池单元(2)所在最后一个电池存储空间(100)内电池模组(200)上设置有第一出水口(22)，第一出水口(22)与相邻的第二电池单元(3)的第二进水口(31)连通。
13.优选的，所述第二电池单元(3)也包括至少一个电池模组(200)，第二电池单元(3)的各电池模组(200)顺次设置在电池支架(1)的各行或者各列的非起始位置的一个或者多个连续的电池存储空间(100)内；靠近电池支架(1)行或者列起始方向的电池模组(200)上设置有第二进水口(31)，该第二进水口(31)与电池支架(1)上相邻的第一电池单元(2)的第一出水口(22)、相邻的第二电池单元(3)的第二出水口(32)或者流量调节单元(5)的第三出水口(52)连通；第二电池单元(3)所在最后一个电池存储空间(100)内的电池模组(200)上设置有第二出水口(32)，该第二出水口(32)与电池支架(1)上相邻的第二电池单元(3)的第二进水口(31)或者冷却循环管路单元(4)的回水端(42)连通。
14.进一步优选的，所述各第二电池单元(3)还包括三通组件(33)，三通组件(33)设置有第一端、第二端和第三端；三通组件(33)的第一端与电池支架(1)上相邻的第一电池单元(2)的第一出水口(22)或者第二电池单元(3)的第二出水口(32)连通；第二端与当前第二电池单元(3)的第二进水口(31)连通；第三端与流量调节单元(5)的第三出水口(52)连通。
15.更进一步优选的，所述三通组件(33)的第一端还设置有单向阀(34)。
16.更进一步优选的，所述各流量调节单元(5)还包括流量调节阀门(53)；流量调节阀门(53)上设置有第三进水口(51)和第三出水口(52)，流量调节阀门(53)的开启角度可调节。
17.再进一步优选的，还包括控制器(6)和温度传感器(7)，各温度传感器(7)设置在各第一电池单元(2)或者第二电池单元(3)上；控制器(6)选择性的开启与当前过热的第二电池单元(3)相连的流量调节单元(5)或者电池支架(1)上当前过热的第二电池单元(3)前端的一个或者多个第二电池单元(3)对应的流量调节单元(5)。
18.更进一步优选的，所述冷却循环管路单元(4)包括顺次连通的循环水泵(43)和换热器(44)；循环水泵(43)的一端作为送水端(41)与各第一电池单元(2)的第一进水口(21)连通，循环水泵(43)的另一端与换热器(44)连通，换热器(44)上设置有与各行或者各列末端的第二电池单元(3)的第二出水口(32)连通的回水端(42)；换热器(44)用于将第三进水口(51)送入的热水进行降温。
19.更进一步优选的，冷却循环管路单元(4)还包括补给水泵(45)和水箱(46)，补给水泵(45)与水箱(46)顺次连通，补给水泵(45)还与循环水泵(43)和换热器(44)的公共端连
通。
20.本实用新型提供的一种新型串并结合水冷系统，相对于现有技术，具有以下有益效果：
21.(1)本方案改善了现有串联结构的各电池模组的末端冷却效果不佳的问题，在冷却水顺次流经各第一电池单元与第二电池单元串联的冷却管路时，仅采用顺次串联的管路结构，越靠近回水端的水温越高，导致支架对应的行或者列的末端位置的一个或者第二电池单元的降温效果不理想；本方案可以定时开启若干个第二电池单元旁路连通的流量调节单元，实现冷却管路内流量的梯度可控调节，取得更好的降温效果，使电池整体工作在合理的温度区间；
22.(2)当前第二电池单元的降温效果不理想时，与其连通的流量调节单元可以开启，而且对应的流量调节单元的流量调节阀门的流量也是可以在一定范围内调节的；当前流量调节单元的流量调节达到上限时，如果降温效果仍不理想，可以进一步开启前级的一个或者多个第二电池单元对应的流量调节单元，并联介入降温过程，实现并联的补充流量的整数倍调节；
23.(3)控制器、温度传感器配合补给水泵和水箱，更好的检测当前第二电池单元的实时温度，为开启相应的流量调节单元及其调节阀门开度提供支撑，相比定时开启对应的流量调节单元，其控制过程更加精确和可靠。
附图说明
24.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本实用新型一种新型串并结合水冷系统的管路示意图；
26.图2为本实用新型一种新型串并结合水冷系统的电池支架的立体图；
27.图3为本实用新型一种新型串并结合水冷系统的第一电池单元的结构示意图；
28.图4为本实用新型一种新型串并结合水冷系统的第二电池单元的结构示意图。
29.附图标记说明：1、电池支架；2、第一电池单元；3、第二电池单元；4、冷却循环管路单元；5、流量调节单元；6、控制器；7、温度传感器；100、电池存储空间；200、电池模组；21、第一进水口；22、第一出水口；31、第二进水口；32、第二出水口；33、三通组件；34、单向阀；41、送水端；42、回水端；43、循环水泵；44、换热器；45、补给水泵；46、水箱；51、第三进水口；52、第三出水口；53、流量调节阀门。
具体实施方式
30.下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
31.如图1—2所示，本实用新型提供了一种新型串并结合水冷系统，其特征在于：包括
中空的电池支架1、若干第一电池单元2、若干第二电池单元3、冷却循环管路单元4和若干流量调节单元5等；图中连接各组件的管道为公知部件，故未展开说明。
32.电池支架1上阵列设置有若干行或者列排布的电池存储空间100；各电池存储空间100用于放置和固定第一电池单元2或者第二电池单元3及其对应的管路；一个电池存储空间100可以对应的存放一个第一电池单元2或者第二电池单元3，当然也可以采用多个连续设置的电池存储空间100来放置一个第一电池单元2或者第二电池单元3。例如，图2所示的电池支架1的竖直一列具有九个连续设置的电池存储空间100，当然，实际使用时可根据需要增减各行或者各列电池存储空间100的数量。
33.冷却循环管路单元4设置在电池支架1外，冷却循环管路单元4具有送水端41和回水端42；冷却循环管路单元4用于向第一电池单元2或者第二电池单元3提供低温冷却水，并将循环换热后升温后的水降温后再次循环使用。
34.若干第一电池单元2设置在电池支架1各行或者各列的起始位置的电池存储空间100内；第一电池单元2上设置有用于冷却水流通的第一进水口21与第一出水口22；第一进水口21与冷却循环管路单元4的送水端41连通；从冷却循环管路单元4送出的冷却水经送水端41送入电池支架1某一行或者某一列的首端位置的第一电池单元2的第一进水口21，对该第一电池单元2降温后，由对于的第一出水口22送入相邻的电池存储空间100内的第二电池单元3中。从而实现该列的第一电池单元2与相邻的第二电池单元3的串联式水冷降温过程。由于第一电池单元2离冷却循环管路单元4最近，冷却水流经的路径短，其冷却降温效果较好。
35.若干第二电池单元3沿着第一电池单元2所在的电池支架1对应的行或者列的方向顺次设置在该行或者列内的剩余电池存储空间100内；第二电池单元3上还设置有用于水冷降温的第二进水口31与第二出水口32；与第一电池单元2的相邻第二电池单元3的第二进水口31与第一电池单元2的第一出水口22连通；各第二电池单元3的第二出水口32与相邻的第二电池单元3的第二进水口31连通；位于各行或者各列末端的第二电池单元3的第二出水口32与冷却循环管路单元4的回水端42连通。电池支架1各行或者各列非首端位置的各第二电池单元3也是采用串联方式实现水冷降温。这样会带来一些问题，由于冷却水顺次经过第一电池单元2和第二电池单元3，冷却会换热后逐渐升温，远离第一电池单元2的第二电池单元3的水冷降温效果会越来越差，甚至无法保证正常工作。
36.各流量调节单元5均具有第三进水口51和第三出水口52，第三进水口51与冷却循环管路单元4的出水端连通，各第三出水口52还选择性的与一第二电池单元3的第二进水口31连通，调节送入对应的第二电池单元3的冷却水流量。为了均衡远离第一电池单元2方向的第二电池单元3的水冷降温效果，开启第二电池单元3旁路连通的流量调节单元5，实现对水冷降温不够理想的第二电池单元3的辅助降温，由于流量调节单元5直接并接在冷却循环管路单元4的出水端与第二电池单元3的第二进水口31之间，实现旁通补水，从而改善局部降温效果不理想的缺陷。
37.冷却循环管路单元4包括顺次连通的循环水泵43和换热器44；循环水泵43的一端作为送水端41与各第一电池单元2的第一进水口21连通，循环水泵43的另一端与换热器44连通，换热器44上设置有与各行或者各列末端的第二电池单元3的第二出水口32连通的回水端42；换热器44用于将第三进水口51送入的热水进行降温。换热器44降温后的冷却水由
循环水泵43再次送入第一电池单元2中，如此不断循环。
38.冷却循环管路单元4还包括补给水泵45和水箱46，补给水泵45与水箱46顺次连通，补给水泵45还与循环水泵43和换热器44的公共端连通。补给水泵45和水箱46用于向冷却循环管路单元4补水，以应对突发的大流量需求，在不需要较大流量时，冷却水可送回水箱46中临时储存。
39.如图1结合图3所示，本方案的第一电池单元2包括至少一个电池模组200，各电池模组200内均设置有冷却管路；第一电池单元2的各电池模组200顺次设置在电池支架1各行或者各列的起始位置的一个或者多个连续的电池存储空间100内，且各电池模组200内具有贯通的冷却管路，相邻的电池模组200的冷却管路按电池模组200的摆放次序顺次连通；电池支架1的行或者列首端电池存储空间100内的电池模组200上设置有第一进水口21，第一电池单元2所在最后一个电池存储空间100内电池模组200上设置有第一出水口22，第一出水口22与相邻的第二电池单元3的第二进水口31连通。图1所示的第一电池单元2具有两个电池模组200，根据实际需要可以增加到大于2个或减少到1个。每个电池模组200对应的放置在电池存储空间100内，使其有足够的管道、线缆或者空气流通的空间。
40.如图1结合图4所示，各个第二电池单元3也包括至少一个电池模组200，第二电池单元3的各电池模组200顺次设置在电池支架1各行或者各列的非起始位置的一个或者多个连续的电池存储空间100内；靠近电池支架1的行或者列起始方向的电池模组200上设置有第二进水口31，该第二进水口31与电池支架1上相邻的第一电池单元2的第一出水口22、相邻的第二电池单元3的第二出水口32或者流量调节单元5的第三出水口52连通；第二电池单元3所在最后一个电池存储空间100内的电池模组200上设置有第二出水口32，该第二出水口32与电池支架1上相邻的第二电池单元3的第二进水口31或者冷却循环管路单元4的回水端42连通。
41.为了更好的实现流量调节功能，各第二电池单元3包括一个三通组件33，三通组件33设置有第一端、第二端和第三端；三通组件33的第一端与电池支架1上相邻的第一电池单元2的第一出水口22或者第二电池单元3的第二出口32连通；第二端与当前第二电池单元3的第二进水口31连通；第三端与流量调节单元5的第三出水口52连通。三通组件33的三个端口分别用于与串联设置的前一级第一电池单元2或者第二电池单元3的冷却水出口连通、与流量调节单元5的第三出水口52连通或者与当前第二电池单元3的第二进水口连通。第三端可根据需要开启或者关闭，从而实现直接并联在冷却循环管路单元4进行流量直接调节功能。为进一步防止冷却水倒流入前一级的第一电池单元2第一出水口22或者第二电池单元3的第二出口32，在三通组件33的第一端与前一级第一电池单元2或者第二电池单元3之间还设置有单向阀34。三通组件33可以采用三通管或者三通阀门结构实现。
42.各流量调节单元5还包括流量调节阀门53；流量调节阀门53上设置有第三进水口51和第三出水口52，流量调节阀门53的开启角度可调节。流量调节阀门53可采用电动或者气动板阀实现。
43.如图1所示，为更好的实现过热第二电池单元3的流量的整数倍、大范围连续可调，本实用新型还包括控制器6和温度传感器7，各温度传感器7设置在各第一电池单元2或者第二电池单元3上，优选的，温度传感器7可设置在电池模组200表面或者内部；控制器6选择性的开启与当前过热的第二电池单元3相连的流量调节单元5或者电池支架1上当前过热的第
二电池单元3前端的一个或者多个第二电池单元3对应的流量调节单元5。流量调节阀门53、温度传感器7均与控制器6电性连接。如果仅开启当前过热的第二电池单元3与冷却循环管路单元4之间并接的流量调节单元5仍不能迅速降温，则可进一步开启当前第二电池单元3前端串联的一个或者多个第二电池单元3对应的流量调节单元5，实现多路并联提高并发流量，并顺次经过当前过热的第二电池单元3，实现短时迅速降温的目的。并发降温如所需流量较大，则开启补给水泵45和水箱46补充冷却水。控制器和温度传感器可以选用现有市售型号，获得器件的同时很容易获得技术手册，本实用新型不涉及对程序上的改进。
44.本方案的工作过程：当电池正常工作时，开启冷却循环管路单元4，使冷却水顺次经过在电池支架1按行或者列顺次设置的第一电池单元2以及若干个第二电池单元3，实现串联循环降温，由温度传感器7监测该串联管路末端一个或者多个第二电池单元3的实时温度；当第二电池单元3温度超过预设温度时，开启末端过热的第二电池单元3与冷却循环管路单元4之间并接的流量调节单元5，并适度开启流量调节阀门53的开度，如果该第二电池单元3降温速度较慢，可进一步开启当前过热的第二电池单元3前端串联的一个或者多个第二电池单元3对应的流量调节单元5，实现多个流量调节单元5的同时并联，调节过热的第二电池单元3前端的冷却水流量，实现对过热的第二电池单元3的快速降温，即串联与并联管路同时工作模式，实现梯度、高倍数的大范围冷却水流量供给，如果管道内流量不能应对突发的需求，则由补给水泵45和水箱46用于向冷却循环管路单元4补水，降温完成后，将多余的冷却水回收。上述过程可以由控制器定时并自动实现。
45.以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。