CN108736096A - 一种具有混合冷却装置的蓄电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有混合冷却装置的蓄电池系统，包括充电机组件、蓄电池组件、放电开关组件、风冷组件和水冷组件；充电机组件包括N个充电机，蓄电池组件包括N个蓄电池模块，放电开关组件包括N个放电开关从组件和一个放电开关主组件；风冷组件包括两个第一风扇和若干个第二风扇，N个蓄电池模块分为两列布置，两个第一风扇分别设置在由两列蓄电池模块的中部空间形成的冷却风道的两端；蓄电池模块由M个蓄电池子模块上下堆叠而成，蓄电池子模块与冷却风道相对一侧的端面上设有若干个第二风扇；本发明能够对蓄电池系统进行高效快速的冷却，并实现了冷却失效预警、高低压安全隔离、系统高度集成，提高了整个系统的安全适用性。

Description

一种具有混合冷却装置的蓄电池系统
技术领域
本发明属于蓄电池技术领域，更具体地，涉及一种具有混合冷却装置的蓄电池系统。
背景技术
舰载电磁发射用供能系统需要同时具备高能量密度和高功率密度，其蓄电池系统由数万个单体电池串并联组成，单体电池分组并联充电，多组串联放电，大倍率充放电过程中会产生很大的热量。蓄电池充放电时间的长短间隔决定了电磁发射的发射效率，因此需要在器件安全承受范围内，最大可能的发挥器件的使用效能，因此要求蓄电池充放电时间周期短，且采用脉冲循环放电的方式，此时蓄电池和放电开关器件都处于极限应用状态，必须采用高效的针对性的冷却方式保证系统各个部分的温升安全性。
申请公布号为CN 106785207 A的发明专利公开了一种“通过结合水冷、风冷散热能保持恒温状态的蓄电池结构”，包括一个蓄电池本体，在蓄电池本体外安装有带散热片的外壳，蓄电池本体与带有散热片的外壳中间是中空结构，中空结构内部装有降温液体，在带有散热片的外壳的一侧的上方开设一个进水口，在这一侧的下方开设回水口，并且在这一侧的中间位置安装有散热风扇；其降温液体和散热风扇均设置于蓄电池本体的外表面，而蓄电池内部集聚的大量热能无法及时散出，冷却效率不高，对于小体积蓄电池该冷却方式或可达到一定的散热效果，但对于舰载电磁发射用的蓄电池系统无法实现有效散热；
因此需要设计一个高效的冷却装置，针对蓄电池系统中的充电装置、放电装置和电池本体分别进行冷却，提高冷却效果，延长蓄电池的使用寿命和安全可靠性。
发明内容
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种具有混合冷却装置的蓄电池系统，其目的在于解决现有的蓄电池冷却装置冷却效率低、冷却效果差的问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种具有混合冷却装置的蓄电池系统，包括充电机组件、蓄电池组件、放电开关组件、风冷组件和水冷组件；
充电机组件包括N个充电机，蓄电池组件包括N个蓄电池模块，放电开关组件包括N个放电开关从组件和一个放电开关主组件；
N个蓄电池模块分为两列布置，两列蓄电池模块的中部空间形成冷却风道；风冷组件包括两个第一风扇和若干个第二风扇，第一风扇分别设置在冷却风道的两端，第一风扇从外界吸收的冷空气经所述冷却风道进入蓄电池组件内部，各蓄电池模块吸收冷空气并与其发生热量交换；
各蓄电池模块由M个蓄电池子模块上下堆叠而成，蓄电池子模块与冷却风道相对一侧的端面上设有若干个第二风扇；第二风扇从蓄电池子模块内部抽风，促进风道内的冷空气进入蓄电池子模块内部，加速空气流动达到更好的散热效果；
水冷组件包括装有冷却介质的冷水箱，N个充电机、N个放电开关从组件和放电开关主组件分别通过管道与冷水箱相连；其中，N为大于等于2 的自然数，M为大于等于1的自然数。
优选的，上述蓄电池系统，每个蓄电池模块对应连接一个充电机，相邻的蓄电池模块之间分别通过一个放电开关从组件相连，N个蓄电池模块和N个放电开关从组件构成交叉串联结构；第一个蓄电池模块和第N个放电开关从组件均与放电开关主组件相连。
优选的，上述蓄电池系统，每个水冷回路靠近冷水箱的一端设有水泵，充电时，只开启N个充电机所在水冷回路上的水泵；放电时，只开启放电开关从组件和放电开关主组件所在水冷回路上的水泵，提高冷却效率。
优选的，上述蓄电池系统，还包括集装箱，充电机组件、蓄电池组件、放电开关组件和风冷组件均放置在所述集装箱内部。
优选的，上述蓄电池系统，还包括若干个温度传感器，该温度传感器分别设于充电机组件、蓄电池组件和放电开关组件的壳体外部，用于实时监测各组件的温度，并在温度超过器件允许的限值时发出报警信号。
优选的，上述蓄电池系统，还包括若干个水浸传感器，该水浸传感器设于集装箱内部最低处，用于检测整个集装箱的漏水情况，并在出现漏水情况时发出报警信号。
优选的，上述蓄电池系统，其冷却介质为去离子水。
优选的，上述蓄电池系统，还包括设于冷水箱中的电导率监测设备，该电导率监测设备用于实时检测水离子水的电导率。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的具有混合冷却装置的蓄电池系统，采用水冷方式为充电机组件和放电开关组件散热，保障了大倍率充放电器件处于极限应用工况时的散热效果；采用风冷方式为蓄电池组件散热，保障了蓄电池散热的均衡性，通过混合使用风冷和水冷的方式，在达到良好散热效果的同时，降低了蓄电池系统的体积重量；通过贴近式第二风扇风冷和风道第一风扇抽风的分布式逐级风冷的方式保障了蓄电池组的高效冷却；采用充电机、放电开关从组件和放电开关主组件分开独立冷却的方式，保障了各个组件冷却时互不干扰，系统充电时可只开启充电设备的水冷却系统，放电时只开启放电设备的水冷却系统，提高了冷却效率与散热可靠性，节能减排；
(2)本发明提供的具有混合冷却装置的蓄电池系统，充电机组件、蓄电池组件、放电开关组件和风冷组件均置于集装箱内部，有效提高了蓄电池系统的集成度；温度传感器可实时监测各组件的温度，在温度超过器件允许的限值时发出报警信号提示系统需要停止充放电，进入待机冷却模式，防止蓄电池系统出现温度失控的风险；电导率监测设备用于实时检测水离子水的电导率，以保证去离子水的绝缘性；水浸传感器可检测整个集装箱的漏水情况，一旦出现漏水情况则即发出报警信号，防止冷却水进入蓄电池系统内部引起短路事故，保障了蓄电池系统的可靠性与安全性；通过本发明提供的混合冷却结构，能够对蓄电池系统进行高效快速的冷却，降低了系统的冷却体积重量要求，实现了冷却失效预警、高低压安全隔离、系统高度集成，提高了整个系统的安全适用性。
附图说明
图1是本实施例提供的蓄电池系统中的电路结构示意图；
图2是本实施例提供的蓄电池系统中的集装箱内的风路示意图；
图3是本实施例提供的蓄电池系统中的蓄电池子模块内部的风路示意图；
图4是本实施例提供的蓄电池系统中的水路结构示意图；
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-380 交流电网，2-充电机，3-蓄电池模块，4-放电开关从组件，5-放电开关主组件，6-负载，7-第一风扇，8-第二风扇，9-蓄电池子模块，10-冷水箱，11- 集装箱。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明所提供的一种具有混合冷却装置的蓄电池系统，包括充电机组件、蓄电池组件、放电开关组件、风冷组件和水冷组件；
其中，充电机组件包括N个充电机2，其中，N为大于等于2的自然数；蓄电池组件包括与充电机2数量相同的蓄电池模块3，每个蓄电池模块 3对应连接一个充电机2；
放电开关组件包括与充电机2数量相同的放电开关从组件4和一个放电开关主组件5；相邻的蓄电池模块3之间分别通过一个放电开关从组件4 相连，相邻的放电开关从组件4之间分别通过一个蓄电池模块3相连，N 个蓄电池模块3和N个放电开关从组件4构成交叉串联结构；第一个蓄电池模块3和第N个放电开关从组件4均与放电开关主组件5相连。
风冷组件包括两个第一风扇7和若干个第二风扇8，N个蓄电池模块3 分为两列布置，第一风扇7分别设置在由两列蓄电池模块3的中部空间形成的冷却风道的两端；第一风扇7从外界吸收的冷空气从冷却风道进入蓄电池组件3内部，各蓄电池模块3吸收冷空气并与其发生热量交换，同时内部气压增大促使产生的热空气排出；
各蓄电池模块3由M个蓄电池子模块9上下堆叠而成，其中，M为大于等于1的自然数，各蓄电池子模块9与冷却风道相对一侧的端面上设有若干个第二风扇8，第二风扇8的数量不作具体限制，根据蓄电池子模块9 与第二风扇8的体积自行选择；第二风扇8从蓄电池子模块9内部抽风，促进风道内的冷空气进入蓄电池子模块9内部，从而加速空气流动达到更好的散热效果；
水冷组件包括冷水箱10和水泵，N个充电机2、N个放电开关从组件 4和放电开关主组件5分别通过管道与冷水箱10相连，各连接管道上靠近冷水箱10处均设有水泵；冷水箱10中采用去离子水作为冷却介质为充电机组件和放电开关组件散热，防止了放电过程中的高压通过冷却介质传递到低压充电设备。
下面结合具体的实施例和附图对本发明提供的具有混合冷却装置的蓄电池系统的结构和工作原理进行具体说明。
图1是本实施例所提供的蓄电池系统中的电路结构示意图；图2是本实施例所提供的蓄电池系统中的集装箱内的风路示意图；图3是本实施例所提供的蓄电池系统中的蓄电池子模块内部的风路示意图；图4是本实施例所提供的蓄电池系统中的水路结构示意图；
本实施例所提供的一种具有混合冷却装置的蓄电池系统，包括充电机组件、蓄电池组件、放电开关组件、风冷组件和水冷组件；风冷组件用于对蓄电池组件进行冷却，水冷组件用于对充电机组件和放电开关组件进行冷却；
如图1所示，充电机组件包括16个充电机2，各充电机2并联连接至 380V交流电网1；蓄电池组件包括16个蓄电池模块3，每个蓄电池模块3 对应连接一个充电机2；
放电开关组件包括16个放电开关从组件4和1个放电开关主组件5；相邻的蓄电池模块3之间分别通过一个放电开关从组件4相连，相邻的放电开关从组件4之间分别通过一个蓄电池模块3相连，16个蓄电池模块3 和16个放电开关从组件4构成交叉串联结构；第一个蓄电池模块3和第16 个放电开关从组件4均与放电开关主组件5相连，放电开关主组件5与负载6相连。
风冷组件包括2个第一风扇7和30个第二风扇8，如图2所示，16个蓄电池模块3分为两列布置，两个第一风扇7分别设置在由两列蓄电池模块3的中部空间形成的冷却风道的两端；第一风扇7从外界吸收的冷空气从冷却风道进入蓄电池组件3内部，各蓄电池模块3吸收冷空气并与其发生热量交换，同时内部气压增大促使产生的热空气排出；其中虚线表示冷空气，实线表示热空气。
如图3所示，各蓄电池模块3由10个蓄电池子模块9上下堆叠而成，各蓄电池子模块9与冷却风道相对一侧的端面上设有3个第二风扇8，第二风扇8从蓄电池子模块9内部抽风，促进风道内的冷空气进入蓄电池子模块9内部，从而加速空气流动达到更好的散热效果；
第一风扇7用于将外部冷空气吸入蓄电池模块3并形成冷却风道，第二风扇8使紧密布置的蓄电池子模块9间形成风道，加速蓄电池子模块9 内的冷却循环，第一风扇7将蓄电池子模块9产生的热量从第二风扇8形成的风道中排出；通过贴近式第二风扇8风冷和第一风扇7抽风的方式保障了蓄电池组件的冷却散热，采用此种分布式逐级风冷的方式，不仅提高了蓄电池系统的集成度，同时良好的风道保证了散热的持续性与可靠性；
水冷组件包括冷水箱10和水泵，如图4所示，16个充电机2、16个放电开关从组件4和放电开关主组件5分别通过管道与冷水箱10相连，各连接管道上靠近冷水箱10处均设有水泵，构成三个相互独立的水冷回路；采用充电机2、放电开关从组件4和放电开关主组件5分开独立冷却的方式，保障了各个组件冷却时互不干扰，系统充电时可只开启充电设备的水冷回路，同理，放电时，只开启放电设备的水冷回路，提高了冷却效率与散热可靠性，节能减排。冷水箱10中采用去离子水作为冷却介质为充电机组件和放电开关组件散热，防止了放电过程中的高压通过冷却介质传递到低压充电设备。
在一个优选的实施例中，该蓄电池系统还包括集装箱11，充电机组件、蓄电池组件、放电开关组件和风冷组件均置于集装箱内部，有效提高了蓄电池系统的集成度；风冷组件中的两个第一风扇7可分别设置在集装箱11 的两侧，分别从集装箱的两端将外界的冷空气吸入集装箱11内。
在一个优选的实施例中，该蓄电池系统还包括若干个温度传感器，该温度传感器分别设于充电机组件、蓄电池组件和放电开关组件的壳体外部，用于实时监测各组件的温度，在温度超过器件允许的限值时，会发出报警信号提示系统需要停止充放电，进入待机冷却模式，防止蓄电池系统出现温度失控的风险。
在一个优选的实施例中，该蓄电池系统还包括若干个水浸传感器，该水浸传感器设于集装箱内部最低处，用于检测整个集装箱的漏水情况，一旦出现渗水、漏水情况则即发出报警信号，防止冷却水进入蓄电池系统内部引起短路事故，保障了蓄电池系统的可靠性与安全性。
在一个优选的实施例中，该蓄电池系统还包括设于冷水箱10中的电导率监测设备，该电导率监测设备用于实时检测去离子水的电导率，以保证水离子的绝缘性，提高了系统的高低压隔离的可靠性和安全性。
相比于现有的蓄电池系统，本发明提供的一种具有混合冷却装置的蓄电池系统，采用水冷方式为充电机组件和放电开关组件散热，保障了大倍率充放电器件处于极限应用工况时的散热效果；采用风冷方式为蓄电池组件散热，保障了蓄电池散热的均衡性，通过混合使用风冷和水冷的方式，在达到良好散热效果的同时，降低了蓄电池系统的体积重量；通过贴近式第二风扇风冷和风道第一风扇抽风的分布式逐级风冷的方式保障了蓄电池组的高效冷却。通过本发明提供的混合冷却结构，能够对蓄电池系统进行高效快速的冷却，降低了系统的冷却体积重量要求，实现了冷却失效预警、高低压安全隔离、系统高度集成，提高了整个系统的安全适用性。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有混合冷却装置的蓄电池系统，其特征在于，包括充电机组件、蓄电池组件、放电开关组件、风冷组件和水冷组件；
所述充电机组件包括N个充电机(2)，所述蓄电池组件包括N个蓄电池模块(3)，所述放电开关组件包括一个放电开关主组件(5)，以及N个放电开关从组件(4)；
N个蓄电池模块(3)分为两列布置，两列蓄电池模块(3)的中部空间形成冷却风道；所述风冷组件包括两个第一风扇(7)和若干个第二风扇(8)，所述第一风扇(7)分别设置在所述冷却风道的两端，第一风扇(7)从外界吸收的冷空气经所述冷却风道进入蓄电池组件(3)内部，与蓄电池模块(3)发生热量交换；
各蓄电池模块(3)由M个蓄电池子模块(9)上下堆叠而成，所述蓄电池子模块(9)与冷却风道相对一侧的端面上设有若干个第二风扇(8)；所述第二风扇(8)从蓄电池子模块(9)内部抽风，促使风道内的冷空气进入蓄电池子模块(9)内部以加速空气流动；
所述水冷组件包括装有冷却介质的冷水箱(10)，N个充电机(2)、N个放电开关从组件(4)和放电开关主组件(5)分别通过管道与所述冷水箱(10)相连，形成三个相互独立的水冷回路；其中，N为大于等于2的自然数，M为大于等于1的自然数。
2.如权利要求1所述的蓄电池系统，其特征在于，每个所述蓄电池模块(3)对应连接一个充电机(2)，相邻的蓄电池模块(3)之间分别通过一个放电开关从组件(4)相连，N个蓄电池模块(3)和N个放电开关从组件(4)构成交叉串联结构；第一个蓄电池模块(3)和第N个放电开关从组件(4)均与放电开关主组件(5)相连。
3.如权利要求1或2所述的蓄电池系统，其特征在于，每个所述水冷回路靠近冷水箱(10)的一端设有水泵，充电时，只开启N个充电机(2)所在水冷回路上的水泵；放电时，只开启放电开关从组件(4)和放电开关主组件(5)所在水冷回路上的水泵，提高冷却效率。
4.如权利要求1或2所述的蓄电池系统，其特征在于，还包括集装箱(11)，充电机组件、蓄电池组件、放电开关组件和风冷组件均放置在所述集装箱(11)内部。
5.如权利要求4所述的蓄电池系统，其特征在于，还包括若干个温度传感器，所述温度传感器分别设于充电机组件、蓄电池组件和放电开关组件的壳体外部，用于实时监测各组件的温度，并在温度超过器件允许的限值时发出报警信号。
6.如权利要求5所述的蓄电池系统，其特征在于，还包括若干个水浸传感器，所述水浸传感器设于集装箱内部最低处，用于检测整个集装箱的漏水情况，并在出现漏水情况时发出报警信号。
7.如权利要求1或6所述的蓄电池系统，其特征在于，所述冷却介质为去离子水。
8.如权利要求7所述的蓄电池系统，其特征在于，还包括设于冷水箱(10)中的电导率监测设备，所述电导率监测设备用于实时检测水离子水的电导率。
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