CN103400692B - 一种储能式电源模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能式电源模组，包括模组框架和内置于所述模组框架且与所述模组框架绝缘的储能单元，其中，所述储能单元由多个储能子单元串联而成，且相邻两个所述储能子单元之间均由端部隔离件隔离出冷却风通道；所述模组框架由底板和侧板构成，且所述底板上与所述冷却风通道对应的位置开设有进风口。由于本发明中所公开的储能式电源模组其储能单元为由多个储能子单元串联而成的，并且各个储能子单元通过端部隔离件隔离出了冷却风通道，模组框架的底板上设置有与冷却风通道相对应的进风口，因而由进风口进入的冷空气可以实现对各个储能子单元的有效冷却，从而使储能单元始终工作在合适的温度范围内，进而有效保证储能单元的使用寿命。

Description

一种储能式电源模组

技术领域

本发明涉及储能式电源制造技术领域，尤其涉及一种适用于现代有轨电车的储能式电源模组。

背景技术

随着社会的发展，节能、环保等城市交通轨道发展的理念不断提成，储能式轨道车辆应运而生，所谓储能式轨道车辆是指电力牵引机车配备车载储能电源，并利用乘客在站台上下车的几十秒的时间内快速完成充电，一次充电可以确保储能式轨道车辆运行至下一站再进行充电。

储能式电车的车载储能电源目前一般分为整体式车载储能电源和分体式车载储能电源，所谓整体式车载储能电源是采用整体式储能电源柜的形式，由于车载电源容量的要求限制，一般储能电源柜重量都会达到1吨到2吨，这类车载储能电源在安装、拆卸以及后期维护阶段都极为困难，并且一旦出现问题，往往需要对整个储能式电源柜进行拆卸、检修，工作量非常大；因此出现了分体式车载储能电源，所谓分体式车载储能电源是指整个车载储能电源是由多个较小的电源模组串并联而形成的，这种形式的车载储能电源在安装和维护上就变得方便许多，并且一旦车载储能电源出现问题，仅需查找出相应的电源模组，并对该电源模组进行维修即可。

但是目前的分体式电源中的单个电源模组中的结构不够合理，导致整体的电源模组通风散热效果较差，储能单元长期工作在高温的环境下，会造成储能单元寿命大大降低。

因此，如何能够增强电源模组的通风散热性能，是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种储能式电源模组，以增强电源模组的通风散热性能，保证储能式电源模组内的储能单元的使用寿命。

为解决上述现有技术问题，本发明提供的储能式电源模组包括模组框架和内置于所述模组框架且与所述模组框架绝缘的储能单元，其中，

所述储能单元由多个储能子单元串联而成，且相邻两个所述储能子单元之间均由端部隔离件隔离出冷却风通道；

所述模组框架由底板和侧板构成，且所述底板上与所述冷却风通道对应的位置开设有进风口；，所述储能子单元是由多个电容单体并联而成；所述储能子单元是由两个额定电压为2.7V的电容单体并联而成，且所述储能单元中包括8个所述储能子单元；所述电容单体呈两排八列的形式安置于所述模组框架内，且位于同一列的所述电容并联形成所述储能子单元，相邻两个所述储能子单元串联形成所述储能单元，且在相邻四个电容单体之间还设置有十字形中部隔离件。

优选的，所述底板与所述储能单元之间通过聚酯树脂绝缘垫板隔离，所述聚酯树脂绝缘垫板与所述冷却风通道相对应的位置开设有通风孔，且所述聚酯树脂绝缘垫板与所述中部隔离件相对应的位置开设有中部通风孔。

优选的，所述储能单元两端设置有用于对外连接的端部铜排，所述储能单元中的电容单体通过连接铜排实现并联和串联，所述连接铜排具体包括铜排本体和分别设置于所述铜排本体两侧的第一电极连接部和第二电极连接部，所述第一电极连接部用于连接同一储能子单元中的两个电容单体的相同电极，所述第二电极连接部用于连接另一个储能子单元中的两个电容单体的相同电极，与所述第一电极连接部和第二电极连接部相连的两个储能子单元为相邻的两个储能子单元，且与所述第一电极连接部相连的电极和与所述第二电极连接部相连的电极极性相反。

优选的，所述连接铜排的铜排本体与所述冷却风通道对应的位置还设置有冷却风出口。

优选的，所述模组框架的底板为长方形的镂空底板，所述底板上的镂空部位包括进风口和减重孔，且所述底板上设置有用于螺栓穿过的螺栓槽，所述侧板设置于所述底板长边的两端，且所述侧板的下端设置有与所述螺栓槽对应的安装孔，所述侧板通过穿过所述安装孔和所述螺栓槽的螺栓安装于所述底板上，所述侧板的上端设置有拉杆通过孔，位于所述底板两端的两个侧板上端通过穿过所述拉杆通过孔的拉杆固定。

优选的，位于所述底板两端的两个侧板上设置有两对拉杆通过孔，且两对所述拉杆通过孔分别位于所述底板短边的两端，所述侧板为镂空结构。

优选的，所述储能单元与所述模组框架侧板相接触的四边部位通过侧边隔离件与所述模组框架隔离，所述侧边隔离件包括由同一直线向外延伸的第一侧边和第二侧边，且所述第一侧边与所述第二侧边夹角为90°。

优选的，所述端部隔离件包括隔离边，以及设置与所述隔离边两端用于与储能子单元表面接触的贴合面，所述贴合面与所述隔离边垂直。

优选的，所述底板和侧板均采用6063-T6型铝合金型材。

优选的，所述端部隔离件、中部隔离件以及所述侧边隔离件均为玻璃布材质。

由以上技术方案可以看出，本发明所公开的储能式电源模组包括模组框架和内置于模组框架内的储能单元，当然，储能单元和模组框架之间是绝缘的，储能单元是由多个储能子单元串联而成，并且相邻的储能子单元之间均由端部隔离件隔离出冷却风通道；相应的，在模组框架的底板上开设有与冷却风通道相对应的进风口。

在实际运行的过程中，电源模组的冷空气来源主要是车内空调所排出的空气，冷空气从模组框架底部的进风口进入，通过冷却风通道达到对各个储能子单元进行冷却的目的。

由此可见，由于本发明中所公开的储能式电源模组其储能单元为由多个储能子单元串联而成的，并且各个储能子单元通过端部隔离件隔离出了冷却风通道，模组框架的底板上设置有与冷却风通道相对应的进风口，因而由进风口进入的冷空气可以实现对各个储能子单元的有效冷却，从而使储能单元始终工作在合适的温度范围内，进而有效保证储能单元的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的模组框架的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的储能式电源模组的整体示意图；

图3为图2中所示的储能式电源模组的俯视示意图；

图4为图2中所示的储能式电源模组的侧面示意图；

图5为图2中所示的储能式电源模组的仰视示意图；

图6为本发明实施例所提供的模组框架的底板结构示意图；

图7为图6中所示的底板的侧面示意图；

图8为本发明实施例所提供的模组框架的侧板结构示意图。

其中，11为拉杆，12为侧板，13为进风口，14为底板，15为螺栓槽，16为拉杆通过孔，17为安装孔，21为端部铜排，22为储能子单元，23为连接铜排，24为冷却风出口，25为冷却风通道，31为侧边隔离件，32为端部隔离件，33为聚酯树脂绝缘垫板，34为中部通风孔。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种储能式电源模组，该电源模组内的储能单元由多个储能子单元串联而成，并且相邻两个储能子单元之间通过端部隔离件隔离出冷却风通道，相应的，模组框架底板上设置有与冷却风通道相对应的进风口，从而使储能式电源模组能够更好的冷却，使储能单元始终工作在合适的温度范围内，提高储能单元的使用寿命。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明中所公开的储能式电源模组尤其针对于储能式轨道车辆，其中储能式电源模组为储能式轨道车辆的储能电源的最小组成单元，该储能式电源模组包括模组框架和储能单元，其中储能单元设置在模组框架的内部，模组框架包括底板14和侧板12，并且该模组框架为顶部开口形式，请参考图1，模组框架的底板14用于承载储能单元，侧板12用于限制储能单元在水平方向上的位移。本发明实施例中所公开的储能单元是由多个储能子单元22串联而成，且任意相邻的两个储能子单元22之间均通过端部隔离件32进行隔离，以便使相邻的两个储能子单元22之间形成冷却风通道25，相应的，在模组框架的底板14上设置有与冷却风通道25相对应的进风口13，如图5和图6中所示。

端部隔离件32具体包括隔离边，以及设置在隔离边的两端用于与储能子单元22的表面进行接触的贴合面，并且贴合面与隔离边垂直。

下面以储能式轨道车辆为例对该储能式电源模组进行介绍，在储能式轨道车辆实际运行的过程中，电源模组的冷空气来源主要是车内空调所排出的空气，冷空气从模组框架底部的进风口13进入，通过冷却风通道25对各个储能子单元22进行冷却，最终会经过电源模组安装部位的百叶窗排出到外界环境中。

需要进行说明的是，本发明实施例中所提到的电源模组为储能式电源模组的简称。

由于本发明实施例中所公开的储能式电源模组其储能单元为由多个储能子单元22串联而成的，并且各个储能子单元22通过端部隔离件32隔离出了冷却风通道25，模组框架的底板14上设置有与冷却风通道25相对应的进风口13，因而由进风口13进入的冷空气可以实现对各个储能子单元22的有效冷却，从而使储能单元始终工作在合适的温度范围内，进而有效保证储能单元的使用寿命。

本领域技术人员很容易理解的是，构成储能单元的储能子单元22的个数可以根据车辆的具体电压要求以及电源模组的具体数量进行灵活设置。

本发明实施例中所提供的储能子单元22是由多个电容单体并联而成，并联成为储能子单元22的电容单体的个数也是根据车辆的实际需求进行灵活设计，具体数量可以为2个、3个或者更多。本实施例中以供电要求为900V左右的轨道车辆为例来进行说明，储能子单元22具体是由两个额定电压为2.7V的电容单体并联而成，并且储能单元中共包括8个储能子单元22，这样每个储能式电源模组的输出电压为21.6V，通过43个相同的储能式电源模组相互串联即可组成额定输出电压为928.8V的储能式电源，并且该储能式电源的均衡控制以电源模组为单位进行统一的控制，从而更加方便合理的对储能式电源进行控制。

当然，本领域技术人员很容易想到的是还可以通过相互并联的蓄电池构成储能子单元，并且其并联方式与上述电容单体的并联方式完全相同，因而在此不再赘述。

请参考图2和图3，由于每个储能子单元22中包括两个电容单体，并且每个储能式电源模组中包括8个储能子单元22，因而每个储能式电源模组中包括16个电容单体，16个电容单体成两排八列的形式安置在模组框架内，并且同一列的两个电容单体相互并联形成储能子单元22，相邻的两个储能子单元22相互串联形成储能单元，为了保证每相邻四个电容单体的接合部位能够充分散热，本实施例中所提供的储能式电源模组还在相邻的四个电容单体之间设置有十字形的中部隔离件。应当进行说明的是，本实施例中的相邻四个电容单体具体是指相邻的两列中的四个电容单体，所谓十字形中部隔离件具体包括由同一直线处向外延伸的四个隔离面，且相邻两个隔离面之间的夹角为90°。

相邻四个电容单体通过十字形中部隔离件隔开之后使得四个电容单体的接合部位也具有了散热缝隙，从而使得整个储能式电源模组的散热更为充分合理。

十字形中部隔离件的每个隔离面的厚度可以根据需要进行最优化设计，本实施例中的十字形中部隔离件的每个隔离面的厚度均为3mm。

储能单元放置于模组框架的底板14上，并且底板14与储能单元之间需要实现绝缘接触，本实施例中的储能单元与底板14之间是通过聚酯树脂绝缘垫板33(以下简称绝缘垫板)实现绝缘的，该绝缘垫板的厚度优选的设计为1mm，为了对实现储能单元的散热，该绝缘垫板与由相邻的储能子单元22所构成的冷却风通道25相对应的位置开设有通风孔，以便冷空气能够通过绝缘垫板进入到冷却风通道25内，更进一步的，本实施例中的绝缘垫板与中部隔离件相对应的位置还开设有中部通风孔34，如图5中所示，中部通风孔34的形状可以有多种选择，例如方形、圆形等，本实施例中的中部通风孔34的形状为长条形，并且数量与中部隔离件的数量相对应，这样冷风可以通过中部通风孔34对相邻四个电容单体的接合部位进行冷却，从而进一步提高了该储能式电源模组的散热效果。

本实施例中提供的储能式电源模组中，电容单体是通过连接铜排23实现并联和串联的，具体的，连接铜排23包括铜排本体和设置在铜排本体两侧的第一电极连接部和第二电极连接部，并且第一电极连接部用于连接同一储能子单元22中的两个电容单体(即同一列中的两个电容单体)的相同电极，从而实现两个电容单体的并联，第二电极连接部用于连接另外一个储能子单元22中的两个电容单体的相同电极，从而实现另一储能子单元22中的两个电容单体之间的并联，并且与第一电极连接部相连的电极和与第二电极连接部相连的电极的极性相反，从而实现了相邻两个储能子单元22之间的串联，由此可见，本实施例中所提供的单个连接铜排23实现了四个电容单体的两并两串的连接。

请参考图3，以两排八列形式布置的电容单体形成的储能单元为例来进行介绍，第一电极连接部和第二电极连接部上分别设置有两个接线孔，并且第一电极连接部上的两个接线孔与第二电极连接部上的两个接线孔所对应的电极相反，即第一电极连接部的两个接线孔若对应上一个储能子单元22中的正极接线柱，那么第二电极连接部的两个接线孔就对应下一个储能子单元22中的负极接线柱，由于电容单体呈两排八列的形式布置，并且每个电容单体的正极接线柱和负极接线柱的布置位置是均是相同的，因此所有的连接铜排23的形状和尺寸也就相同，这样在生产连接铜排23时仅需生产一种规格的连接铜排23即可。并且由于连接铜排23具有可观的柔韧性，其还可以为各个储能子单元22在装配时提供调整空间。

更进一步的，本实施例中的连接铜排23的铜排本体与由相邻的储能子单元22所构成的冷却风通道25相对应的位置还设置有冷却风出口24，冷却风出口24的形状可以有多种选择，如方形，圆形等，请参考图3，本实施例中所提供的冷却风出口24的形状为狭长的条形孔形状，并且条形孔形的冷却风出口24与冷却风通道25平行设置。

冷却风出口24的设置使得整个风道更为合理，整个风道包括进风口13、冷却风通道25和冷却风出口24，风道几乎覆盖了储能单元内的所有的发热面，使得整个储能式电源模组的散热效果非常均匀。由底板14的进风口13进入的冷空气经过绝缘垫板上与冷却风通道25对应的通风孔和与中部隔离件对应的中部通风孔34进入到冷却风通道25以及中部隔离件位置，对储能单元的各个发热面进行冷却，然后流经连接铜排23上的冷却风出口，最终经过百叶窗结构排出到外界。

请参考图1、图6、图7和图8，由于电容单体在实行两排八列的布置方案后，储能单元整体为规则的长方体，因而本实施例中所提供的模组框架的底板14为长方形的镂空底板，并且底板14上的镂空位置应当包含有进风口13以及用于减重的减重孔，底板14上还开设有用于螺栓穿过的螺栓槽15；侧板12设置在底板14长边的两端，并且侧板12的下端设置有与螺栓槽15相对应的安装孔17，侧板12通过穿过安装孔17和螺栓槽15的螺栓固定安装在底板14上，侧板12的上端还设置有拉杆通过孔16，分别位于底板14两端的这两个侧板12上端通过穿过拉杆通过孔16的拉杆11固定，如图1中所示。

请参考图5，底板14的镂空结构是通过多条横杆和纵杆交叉形成，横杆与纵杆的十字形交叉部位为主要的承力点，实际安装的过程中，冷却风通道25仅是一条由端部隔离件32隔开的宽度大概为3mm的通风缝隙，而进风口13的面积要比冷却风通道25大得多，其原因一方面是为了保证进风量，另一方面是对于整个储能式电源模组减重的考虑，在保证底板14满足承重要求的情况下，将进风口13开设的尽量大，这不仅可以降低储能式电源模组的重量，还可以有效降低底板14的用料量，从而降低生产成本。

本实施例中所提供的位于底板14两端的两个侧板12上设置有两对拉杆通过孔16，并且两对拉杆通过孔16分别位于底板14短边的两端，这样两个侧板12的上端就通过两个与底板14长边平行的拉杆11拉紧固定，如图1和图8中所示，并且为了进一步降低储能式电源模组的重量，提高散热效果，本实施例中的侧板12同样采用镂空结构。

为了进一步优化上述实施例中的技术方案，本实施例中的底板14和侧板12均采用6063-T6型铝合金型材。

储能单元与模组框架相接触的四边部位的绝缘隔离是通过侧边隔离件31实现的，需要说明的是，本实施例中的储能单元与模组框架相接触的四边部位具体是指模组框架与水平面垂直的四个纵边部位，并且侧边隔离件31包括由同一直线向外延伸的第一侧边和第二侧边，并且第一侧边和第二侧板之间的夹角为90°，侧边隔离件31的直角槽卡扣在储能单元的四个与水平面垂直的纵边部位，从而实现储能单元与模组框架相接触的四边部位的绝缘隔离。

为了保证绝缘性能，本发明实施例中所提供的端部隔离件32、中部隔离件以及侧边隔离件31均为玻璃布材质的隔离件。

由此可见，本发明所公开的储能式电源模组充分考虑了安装拆卸简易、维护方便、互换性好、控制简单可靠以及储能单元工作最佳温度等各方面因素，因而完全可以满足现代有轨式储能电车对于储能电源的各项指标要求。

本文中应用了具体个例对本发明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发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种储能式电源模组，其特征在于，包括模组框架和内置于所述模组框架且与所述模组框架绝缘的储能单元，其中，

所述储能单元由多个储能子单元（22）串联而成，且相邻两个所述储能子单元（22）之间均由端部隔离件（32）隔离出冷却风通道（25）；

所述模组框架包括底板（14）和侧板（12），且所述底板（14）上与所述冷却风通道（25）对应的位置开设有进风口（13）;所述储能子单元（22）是由多个电容单体并联而成;所述储能子单元（22）是由两个额定电压为2.7V的电容单体并联而成，且所述储能单元中包括8个所述储能子单元（22）;所述电容单体呈两排八列的形式安置于所述模组框架内，且位于同一列的所述电容并联形成所述储能子单元（22），相邻两个所述储能子单元（22）串联形成所述储能单元，且在相邻四个电容单体的接合部位还设置有十字形中部隔离件。

2.根据权利要求1所述的储能式电源模组，其特征在于，所述底板（14）与所述储能单元之间通过聚酯树脂绝缘垫板（33）隔离，所述聚酯树脂绝缘垫板（33）与所述冷却风通道（25）相对应的位置开设有通风孔，且所述聚酯树脂绝缘垫板（33）与所述中部隔离件相对应的位置开设有中部通风孔（34）。

3.根据权利要求2所述的储能式电源模组，其特征在于，所述储能单元两端设置有用于对外连接的端部铜排（21），所述储能单元中的电容单体通过连接铜排（23）实现并联和串联，所述连接铜排（23）具体包括铜排本体和分别设置于所述铜排本体两侧的第一电极连接部和第二电极连接部，所述第一电极连接部用于连接同一储能子单元（22）中的两个电容单体的相同电极，所述第二电极连接部用于连接另一个储能子单元（22）中的两个电容单体的相同电极，与所述第一电极连接部和第二电极连接部相连的两个储能子单元（22）为相邻的两个储能子单元，且与所述第一电极连接部相连的电极和与所述第二电极连接部相连的电极极性相反。

4.根据权利要求3所述的储能式电源模组，其特征在于，所述连接铜排（23）的铜排本体与所述冷却风通道（25）对应的位置还设置有冷却风出口（24）。

5.根据权利要求1所述的储能式电源模组，其特征在于，所述模组框架的底板（14）为长方形的镂空底板，所述底板（14）上的镂空部位包括进风口（13）和减重孔，且所述底板（14）上设置有用于螺栓穿过的螺栓槽（15），所述侧板（12）设置于所述底板（14）长边的两端，且所述侧板（12）的下端设置有与所述螺栓槽（15）对应的安装孔（17），所述侧板通过穿过所述安装孔（17）和所述螺栓槽（15）的螺栓安装于所述底板（14）上，所述侧板（12）的上端设置有拉杆通过孔（16），位于所述底板（14）两端的两个侧板（12）上端通过穿过所述拉杆通过孔（16）的拉杆（11）固定。

6.根据权利要求5所述的储能式电源模组，其特征在于，位于所述底板（14）两端的两个侧板（12）上设置有两对拉杆通过孔，且两对所述拉杆通过孔分别位于所述底板（14）短边的两端，所述侧板（12）为镂空结构。

7.根据权利要求5所述的储能式电源模组，其特征在于，所述储能单元与所述模组框架侧板相接触的四边部位通过侧边隔离件（31）与所述模组框架隔离，所述侧边隔离件（31）包括由同一直线向外延伸的第一侧边和第二侧边，且所述第一侧边与所述第二侧边夹角为90°。