液冷储能系统及冷却液的制备方法

技术领域

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种液冷储能系统及冷却液的制备方法。

背景技术

目前，液冷储能设备中通常设置有供水管网和回水管网，使冷却液在各管网中循环流动，以达到对储能设备进行散热的目的。由于储能设备中存在着众多电池簇，各供水管网和回水管网以电池簇为单元进行散热设计，为了保证不同电池簇中的每个电芯的温升和温差等指标满足实际需求，需要保证分配到每个电池簇的冷却液流量保持在一定偏差范围内。

在现有技术中，主要采用质量百分比为50％的乙二醇与质量百分比为50％纯净水混合作为液冷储能设备的冷却介质，但该冷却介质换热能力有限，换热能力的不足又会进一步影响储能设备本身的性能，比如储能设备的存储电量、充放电倍率等。

此外，为了对各分支管道的流量进行控制，一般采用两种方式：其一是采用阀门对每个支管的流量进行单独控制，但该方法不仅成本高，对阀门的控制也很复杂；其二是对管道的内径进行优化，该方法的缺点是单簇结构复杂，且单簇结构中控制流量分配零件的外形一致，仅在内部尺寸上有差别，因此这类零件不仅需要定制开发，且需严格按照顺序安装。虽然会采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)等手段对零件进行仿真设计，但为了满足各支管流量偏差值的要求，零件的尺寸差距仅仅在1mm左右，存在安装错误的潜在风险，而且已有产品的管道设计通用性差。

发明内容

有鉴于此，本申请提出了一种液冷储能系统及冷却液的制备方法，能够使得冷却液的热传递更加有效，提高了冷却液的导热系数，优化了热运输性能，进而使得本申请的冷却液相较于普通冷却液在同样的流量下能够带走更多热量，改善了冷却液的散热效果，拓宽了冷却液的流量偏差范围，放宽了液冷管道设计的约束。在此基础上，本申请的管道和接头设计允许的误差范围也相应增加，降低了管道安装错误的风险，提高了管道设计的通用性。

第一方面，本申请的实施例提供了一种液冷储能系统，所述液冷储能系统包括：至少一个电池簇，所述电池簇包括按照行列形式排布的多个电池包；水箱，设置在所述电池簇的侧面，所述水箱用于容置冷却液；液压泵，与所述水箱相接，所述液压泵用于抽取所述水箱中的冷却液，并将抽取的冷却液输送至进水管网；进水管网，与所述液压泵相接，所述进水管网用于将所述液压泵抽取的冷却液分配至所述电池簇中各电池包的液冷板；回水管网，与所述液冷板相接，所述回水管网用于将已分配至各电池包液冷板的冷却液回输至所述水箱中，以使所述冷却液在所述液冷储能系统中循环往复，其中，所述冷却液采用纳米磁流体制成。

在一实施例中，所述进水管网包括多级级联的进水管道，该多级级联的进水管道由第一级进水管道、第二级进水管道以及第三级进水管道组成，其中，所述第一级进水管道与所述液压泵相接，所述第二级进水管道分别与所述第一级进水管道以及所述第三级进水管道相接，所述第三级进水管道设置在对应电池包的侧面。

在一实施例中，所述第一级进水管道与部分所述第三级进水管道平行设置，所述第二级进水管道分别与所述第一级进水管道以及所述第三级进水管道垂直设置。

在一实施例中，所述第三级进水管道上设置有变径部件，所述变径部件的直径沿朝向对应电池包的方向变化。

在一实施例中，所述第一级进水管道上设置有单向阀，所述单向阀用于控制流入所述第一级进水管道的冷却液的流向。

在一实施例中，所述回水管网包括多级级联的回水管道，该多级级联的回水管道由第一级回水管道、第二级回水管道以及第三级回水管道组成，其中，所述第一级回水管道与所述水箱相接，所述第二级回水管道分别与所述第一级回水管道以及所述第三级回水管道相接，所述第三级回水管道设置在对应电池包的侧面。

在一实施例中，所述第一级回水管道与部分所述第三级回水管道平行设置，所述第二级回水管道分别与所述第一级回水管道以及所述第三级回水管道垂直设置。

在一实施例中，所述液冷储能系统还包括液冷空调，所述液冷空调设置在所述水箱的侧面，多个所述第二级回水管道通过接头汇入至所述液冷空调，并通过液冷空调将汇入的冷却液回输至所述水箱中。

在一实施例中，所述液冷储能系统还包括超声波装置，该超声波装置设置在所述水箱的侧面，用于防止所述纳米磁流体中的纳米粒子沉积。

第二方面，本申请的实施例提供了一种冷却液的制备方法，所述冷却液的制备方法用于制备所述冷却液，所述冷却液的制备方法包括：选用乙二醇与去离子水的体积比为50：50的溶液作为基液，并在所述基液中添加分散剂，待分散剂溶解之后，形成第一溶液；在所述第一溶液中加入定量的γ-Fe2O3纳米粒子，得到第二溶液；利用高速剪切乳化机以固定转速高速搅拌所述第二溶液，并将经过搅拌的所述第二溶液放置于超声池中进行超声处理，从而得到所述冷却液。

通过采用纳米磁流体制成的冷却液在水箱、进水管网和回水管网循环往复，根据本申请的各方面能够使得冷却液的热传递更加有效，提高了冷却液的导热系数，优化了热运输性能，进而使得本申请的冷却液相较于普通冷却液在同样的流量下能够带走更多热量，改善了冷却液的散热效果，拓宽了冷却液的流量偏差范围，放宽了液冷管道设计的约束。在此基础上，本申请的管道和接头设计允许的误差范围也相应增加，降低了管道安装错误的风险，提高了管道设计的通用性。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1示出本申请实施例的液冷储能系统的框图。

图2示出本申请实施例的液冷储能系统管道设置的示意图。

图3示出本申请实施例的冷却液的制备方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，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”等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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”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一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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申请中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本申请的主旨。

图1示出本申请实施例的液冷储能系统的框图。如图1所示，所述液冷储能系统可包括水箱2、液压泵3、进水管网4、回水管网5以及至少一个电池簇。例如，在图1中设置有两个电池簇，分别为电池簇11以及电池簇12。每个所述电池簇可包括按照行列形式排布的多个电池包，每个所述电池包可包括多个电池模组，每个所述电池模组可包括多个电芯。所述电芯的侧面可设置有液冷板。电池簇11中的液冷板可通过液冷管道与电池簇12中的液冷板相通。

在一实施例中，所述液冷储能系统中设置有密闭的电池舱，所述多个电池包可以在所述电池舱内的三维空间进行行列式排列。例如，所述多个电池包可以按层依次排列在电池包的存放架上。不同电池包所在的电池簇可以间隔设置，不同的电池簇也可以按照行列形式在三维空间进行排列。可以理解，对于电池簇内部各电池包的排列形式以及更加微细的电池模组和电芯的排列形式，本申请并不限定。

在一实施例中，所述水箱2设置在所述电池簇的侧面，所述水箱2用于容置冷却液。具体的，所述水箱2可设置在所述液冷储能系统的设备舱，设备舱用于容置所述液冷储能系统的多种相关设备，本申请对于水箱的具体位置不作限定。水箱2可以为桶状结构，该桶状结构上可以设置有出液口以及进液口，该桶状结构的出液口可以使液压泵3能够从水箱2中抽取冷却液，该桶状结构的进液口可以用于使回水管网5中流动的冷却液回流至水箱2中。水箱2上的的出液口以及进液口均可以设置有多个。

在一实施例中，液压泵3可以与所述水箱2相接，所述液压泵3用于抽取所述水箱2中的冷却液，并将抽取的冷却液输送至进水管网4。液压泵3可以基于电动机或发动机驱动。在实际应用中，液压泵3可以为变量泵，也可以为定量泵。变量泵的输出流量可以根据需要进行调节，定量泵的输出流量恒定不变。

在一实施例中，所述进水管网4与所述液压泵3相接，所述进水管网4用于将所述液压泵3抽取的冷却液分配至所述电池簇中各电池包的液冷板；所述回水管网5与所述液冷板相接，所述回水管网5用于将已分配至各电池包液冷板的冷却液回输至所述水箱2中，以使所述冷却液在所述液冷储能系统中循环往复。

图2示出本申请实施例的液冷储能系统管道设置的示意图。请参阅图2，所述进水管网4包括多级级联的进水管道。例如，在图2中，该多级级联的进水管道可由第一级进水管道、第二级进水管道以及第三级进水管道组成，第一级进水管道、第二级进水管道以及第三级进水管道设置在电池簇11上。

参见图2，所述第一级进水管道与所述液压泵3相接，所述第二级进水管道分别与所述第一级进水管道以及所述第三级进水管道相接，所述第三级进水管道设置在对应电池包的侧面。所述第一级进水管道、第二级进水管道以及第三级进水管道依次设置，形成了将液压泵3输出的冷却液分配至电池包液冷板的冷却液分配网络。通过将液压泵输出的冷却液逐级分配至电池包的液冷板，本申请实施例能够根据电池包的结构设置适应性调整冷却液的分配路径，从而提高冷却液的分配效率。

在一实施例中，如图2所示，所述第一级进水管道与部分所述第三级进水管道平行设置，所述第二级进水管道分别与所述第一级进水管道以及所述第三级进水管道垂直设置。值得注意的是，在本申请中，所述第二级进水管道可以设置有多个。例如，在图2中电池簇11对应的位置，所述第一级进水管道与所述第三级进水管道水平设置，而第二级进水管道竖直设置在电池簇11中多个电池包的左侧。每个电池簇中的电池包的数量与该电池簇对应的第三级进水管道的数量相等。通过将所述第一级进水管道与部分所述第三级进水管道平行设置，所述第二级进水管道分别与所述第一级进水管道以及所述第三级进水管道垂直设置，本申请实施例能够规整冷却液的分配路径，避免冷却液的分配路径杂乱无章，缩短冷却液到达目标电池包的路长。

在一实施例中，参见图2，所述第三级进水管道上可设置有变径部件，所述变径部件的直径沿朝向对应电池包的方向变化。所述变径部件的外表面可以为圆台形状。所述变径部件可以设置有多个，例如电池簇11中每个电池包的一侧均可设置有一变径部件。当然，每个变径部件的直径的具体变化情况也可以根据实际需要进行设计，本申请对此并不限定。通过将所述变径部件的直径设置为沿朝向对应电池包的方向变化，本申请实施例能够根据需要控制从第二级进水管道流向各对应电池包的冷却液流量，提高分配至各电池包周围的冷却液的均衡性。

在一实施例中，参见图2，所述第一级进水管道可通过L形接头和T形接头与所述第二级进水管道相接，所述第二级进水管道与所述第三级进水管道之间既可以通过T形接头相接，也可通过L形接头相接。需要说明的是，由于电池包的排布形式多种多样，在实际应用中，也可以根据实际情况选用其他类型的接头来对接不同的进水管道。在本申请中，选用T形接头和L形接头作为不同进水管道之间的对接部件，简单方便，通用性强。

在一实施例中，所述第一级进水管道上设置有单向阀，所述单向阀用于控制流入所述第一级进水管道的冷却液的流向。通过在第一级进水管道与液压泵之间设置单向阀，本申请实施例能够控制冷却液的流向，防止冷却液倒灌回流至液压泵。

在一实施例中，所述液压泵与所述水箱之间设置有过滤器，所述过滤器用于过滤从水箱抽取的所述冷却液中的杂质，进而防止杂质堵塞管道，提升冷却液的流通效率。

在一实施例中，如图2所示，所述回水管网5包括多级级联的回水管道，该多级级联的回水管道由第一级回水管道、第二级回水管道以及第三级回水管道组成，第一级回水管道、第二级回水管道以及第三级回水管道可设置在电池簇11上。为了便于说明，图2中以电池簇11右侧的电池簇的回水管道为例进行描述。

参见图2，所述第一级回水管道与所述水箱2相接，所述第二级回水管道分别与所述第一级回水管道以及所述第三级回水管道相接，所述第三级回水管道设置在对应电池包的侧面。所述第一级回水管道、第二级回水管道以及第三级回水管道依次设置，形成了将各电池包液冷板回输的冷却液汇集至水箱的冷却液回输网络。通过将各电池包侧面回输的冷却液逐级回输至水箱，本申请实施例能够根据电池包的结构设置适应性调整冷却液的回输路径，从而提高冷却液的回输效率。

在一实施例中，如图2所示，所述第一级回水管道与部分所述第三级回水管道平行设置，所述第二级回水管道分别与所述第一级回水管道以及所述第三级回水管道垂直设置。值得注意的是，在本申请中，所述第二级回水管道可以设置有多个。例如，在图2中电池簇11右侧的电池簇对应的位置，所述第一级回水管道与所述第三级回水管道水平设置，而第二级回水管道竖直设置，在图2中可以设置有多个第二级回水管道。每个电池簇中的电池包的数量与该电池簇对应的第三级回水管道的数量可以相等。通过将所述第一级回水管道与部分所述第三级回水管道平行设置，所述第二级回水管道分别与所述第一级回水管道以及所述第三级回水管道垂直设置，本申请实施例能够规整冷却液的回输路径，避免冷却液的回输路径杂乱无章，缩短冷却液到达目标水箱的路长。

在一实施例中，所述第三级进水管道可与对应的电池包液冷板相接，第三级回水管道可与对应的电池包液冷板相接。例如，一电池包的形状为长方体，该长方体的左侧可设置有第三级进水管道，该长方体的右侧可设置有第三级回水管道，电池包内部设置有液冷板，所述第三级进水管道可通过所述液冷板与对应的第三级回水管道相接。

在一实施例中，参见图2，所述第一级回水管道可通过T形接头和L形接头与所述第二级回水管道相接，不同的第二级回水管道之间可通过T形接头相接，所述第二级回水管道与所述第三级回水管道之间既可以通过T形接头相接，也可通过L形接头相接。需要说明的是，由于电池包的排布形式多种多样，在实际应用中，也可以根据实际情况选用其他类型的接头来对接不同的回水管道。在本申请中，选用T形接头和L形接头作为不同回水管道之间的对接部件，简单方便，通用性强。

在一实施例中，所述液冷储能系统还包括液冷空调，所述液冷空调设置在所述水箱的侧面。具体的，所述液冷空调可设置在所述设备舱中。多个所述第二级回水管道通过接头汇入第一级回水管道至所述液冷空调，并通过液冷空调将汇入的冷却液回输至所述水箱中。液冷空调的设置有利于进一步降低回输的冷却液的温度，使得回输的冷却液能够在预设温度范围内到达目标水箱。所述液冷空调的类型可以根据需要进行选择，本申请对此并不限定。

在一实施例中，所述液冷储能系统还包括超声波装置，该超声波装置设置在所述水箱的侧面，用于防止所述纳米磁流体中的纳米粒子沉积。采用超声波装置，能够使得水箱中的纳米粉体更好地分散在液体当中，从而防止冷却液长时间不启用引发的纳米粒子沉积，延长了冷却液的使用寿命。

需要说明的是，由于纳米磁流体中的纳米粒子粒径小，液体与粒子间界面积增加，使得冷却液的热传递更加有效，提高了冷却液的导热系数，优化了热运输性能，进而使得本申请的冷却液相较于普通冷却液在同样的流量下能够带走更多热量，拓宽了冷却液的流量偏差范围。在此基础上，本申请的管道和接头设计允许的误差范围也相应增加，降低了管道安装错误的风险，提高了管道设计的通用性。

图3示出本申请实施例的冷却液的制备方法的流程图。如图3所示，本申请实施例还提供了一种冷却液的制备方法，所述冷却液的制备方法用于制备所述冷却液，所述冷却液的制备方法可包括：

步骤S1：选用乙二醇与去离子水的体积比为50：50的溶液作为基液，并在所述基液中添加分散剂，待分散剂溶解之后，形成第一溶液；

在一实施例中，本申请实施例的冷却液的制备原料可包括乙二醇、去离子水、γ-Fe2O3纳米粒子以及分散剂。示例性的，所述分散剂可以为油酸钠。

步骤S2：在所述第一溶液中加入定量的γ-Fe2O3纳米粒子，得到第二溶液；

其中，γ-Fe2O3原料可以从磁赤铁矿获取。γ-Fe2O3属于等轴晶系，具尖晶石型结构，在自然界中处于亚稳定状态，易于应用。

步骤S3：利用高速剪切乳化机以固定转速高速搅拌所述第二溶液，并将经过搅拌的所述第二溶液放置于超声池中进行超声处理，从而得到所述冷却液。

在一实施例中，可以用高速剪切乳化机以7500r/min的转速高速搅拌35min，然后将配置好的溶液放在超声池中超声35min，从而得到γ-Fe2O3/乙二醇纳米磁流体。磁性纳米粒子可均匀分布于乙二醇溶液。搅拌以及超声的时长可以根据需要进行设定，本申请对此并不限定。有关所述冷却液的制备方法的细节，可参考上述关于液冷储能系统的描述，不再赘述。

综上，本申请实施例采用纳米磁流体制成的冷却液在水箱、进水管网和回水管网循环往复，使得冷却液的热传递更加有效，提高了冷却液的导热系数，优化了热运输性能，进而使得本申请的冷却液相较于普通冷却液在同样的流量下能够带走更多热量，改善了冷却液的散热效果，拓宽了冷却液的流量偏差范围，放宽了液冷管道设计的约束。在此基础上，本申请的管道和接头设计允许的误差范围也相应增加，降低了管道安装错误的风险，提高了管道设计的通用性。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上对本申请实施例所提供的液冷储能系统及冷却液的制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。