CN112290116B - 一种储能电池箱的散热结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种储能电池箱的散热结构，涉及储能电池箱领域，包括上盖、外壳、电芯和位于电芯下方的电芯底座，外壳的其中一个侧面上安装两台风扇，与该侧面正对的另一侧为进风口，电芯底座包括上下两部分，上部分由若干排上下贯通的电芯插槽组成，下部分由若干条相互平行的横截面为矩形的窄梁组成，窄梁包括多条内部梁和两条外部梁，每个电芯插槽两侧壁下部的两个窄梁形成两个凸台，相邻两窄梁在电芯的下方形成通风风道。本发明中气流通过电池箱外壳侧面的进风口进入电池箱，通过风扇的牵引力，气流可以流经电芯的上部、两侧及底部，将电芯产生的热量带出电池箱，大大提高通风散热效率。

Description

一种储能电池箱的散热结构
技术领域
本发明属于储能电池箱领域，尤其涉及一种储能电池箱的散热结构。
背景技术
随着太阳能发电技术、风力发电技术等可再生能源技术的不断成熟，电能存储设备日新月异，而为了实现削峰填谷，配合补偿，降低负荷高峰，填补负荷低谷，减小电网负荷峰谷差，使发电、用电趋于平衡，储能电站将发电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时使用。储能电站的核心就是储能电池。一般储能电站内部的电池数量巨大且排布紧密，这就导致电池在运行过程中产生大量的热量且不易排出，造成电池箱内外温度差异较大，以及电池箱内不同位置处电芯温度差异较大，这些差异将影响电池的电容及内阻，造成不稳定因素，极大影响电池的性能及寿命。
现有的电池箱设计已经考虑到将空调冷风送入电池箱内部，然后使用风扇对电池箱进行强制换热降温，但由于受到电芯紧密排列结构的限制，冷风进入电池箱内部不能进行很好的流通，造成能量损失及降温效率低下，更有可能反而加剧电芯温度的差异，造成不良影响，降低电池的使用寿命。
因此，设计出一种电芯承载量高，稳定性好以及散热效率高的电池箱结构成为当前亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种储能电池箱的散热结构，从而得到一种电芯承载量高，稳定性好以及散热效率高的储能电池箱结构。
为了达到上述目的，本发明提供了一种储能电池箱的散热结构，其特征在于，包括上盖、外壳、电芯和位于电芯下方的电芯底座。
所述外壳为上端开口的空心长方体结构；
所述上盖的大小与所述外壳的底面大小相同，所述上盖与所述外壳以可拆卸的方式连接；
所述外壳的其中一个侧面上安装两台风扇，与该侧面正对的另一侧为进风口，所述进风口由若干密集排列的圆孔组成；
所述进风口与空调出风口连接；
所述电芯和所述电芯底座位于外壳内部；
所述电芯底座包括上下两部分，上部分由若干排上下贯通的电芯插槽组成，下部分由若干条相互平行的横截面为矩形的窄梁组成；
各排电芯插槽的数量相同，相邻两排电芯插槽之间留有空隙，所述电芯插槽的内部尺寸与所述电芯的轮廓相配合；
所述窄梁包括多条内部梁和两条外部梁，所述内部梁位于相邻两电芯插槽共用壁的两侧下方，且所述内部梁与所述共用壁平行，所述外部梁位于最外侧电芯插槽的外侧壁下方，所述外部梁的宽度为所述内部梁的宽度和所述电芯插槽外侧壁的宽度之和，所述内部梁和所述外部梁的长度相同，每个所述电芯插槽两侧壁下部的两个所述窄梁形成两个凸台，使得所述电芯稳定的置于所述电芯插槽内，所述窄梁上表面与所述电芯插槽下表面连接；
所述电芯插入所述电芯插槽内，且所述电芯位于所述凸台的上方，相邻两所述窄梁在所述电芯的下方形成通风风道，使得所述电芯下部的热量可以穿过所述电芯下部的所述通风风道在所述风扇提供的牵引力的作用下随气流带走；
每排所述电芯插槽的数量、窄梁的条数需根据具体情况确定。
进一步地，所述通风风道包括第一通风风道和第二通风风道，所述第一通风风道位于所述电芯的正下方，所述第二通风风道位于共用壁的下方。
所述窄梁表面光滑无尖角或凸起结构，确保气流可以在光滑的所述通风风道内顺滑流动；
所述窄梁形成的所述通风风道与将各所述通风风道打通成一个大空腔相比，将减小气流之间的动能损失，更有利于提高散热通风效率。主要是因为将所述电芯底座下端分成若干所述通风风道相当于强制气流进行单向流动，而若将所述通风风道打通成一个大空腔，即气流在一个无遮挡的自由空间内运动，当高动能流体质子向低动能流体质子自由传递能量时，流体质子做不规则运动而相互碰撞，流体质子剧烈地扰动产生旋涡，这种旋涡可以使得流体质子热量均匀分配，但是同时产生径向扩散阻碍流体质子定向快速排出，降低通风散热效率。
所述电芯插槽下端的所述通风风道有利于增强所述电芯底座结构，承载电芯重量，避免所述电芯底座受力变形。
进一步地，相邻两所述电芯之间形成第三通风风道；
进一步地，所述窄梁的高度为5mm～10mm；
进一步地，所述内部梁的宽度为5mm～8mm；
进一步地，所述窄梁的条数是每排所述电芯插槽数量的两倍；
进一步地，所述第一通风风道的宽度为15mm～20mm；
进一步地，所述第二通风风道的宽度为5mm～10mm；
进一步地，所述电芯的温度通过ANSYS仿真软件模拟分析得到。
本发明至少具有以下有益技术效果：
(1)本发明提供一种储能电池箱的散热结构，气流通过电池箱外壳侧面的进风口进入电池箱，通过电池箱外壳与进风口正对的另一侧面上风扇的牵引力，气流可以流经电芯的上部、两侧及底部，实现对产热电芯的全部包裹将电芯产生的热量带出电池箱，大大提高通风散热效率，从而提高电池的使用寿命。
(2)电芯插槽和凸台可将电芯固定于电芯底座内，同时电芯插槽下方由若干窄梁形成的若干通风风道将强制气流进行单向流动，与将各通风风道打通成一个大空腔相比，将减小气流之间的动能损失，更有利于提高散热通风效率。
(3)电芯插槽下端由窄梁形成的通风风道有利于增强电芯底座结构，承载电芯重量，避免电芯底座受力变形。
(4)储能电池箱的散热结构在实际生产安装前先经过ANSYS仿真软件模拟得到各个电芯的温度，从而根据理论分析计算得到最优的散热结构尺寸信息，避免了不必要的生产浪费。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1为电池箱结构示意图；
图2为电池箱进风口的示意图；
图3为电芯底座结构图；
图4为电芯底座通风风道图；
图5为电池箱截面气流通道图；
图6为电池箱俯视气流通道图；
图7为电芯底座侧视图；
图8为电芯插入电芯底座截面剖视图；
图9为现有技术无通风风道电芯底座结构示意图；
图10电芯温度变化曲线图。
附图标记如下：1-上盖；2-外壳；3-电芯；4-电芯底座；5-进风口；6-风扇；7-凸台；8-电芯插槽；9-内部梁；10-外部梁；11-第一通风风道；12-第二通风风道；13-空隙；14-共用壁；15-外侧壁；16-第三通风风道；17-支撑电芯底座。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
实施例：
如图1～8，10，在一个较佳的实施例中，一种储能电池箱的散热结构，包括上盖1、外壳2、电芯3和位于电芯3下方的电芯底座4。
所述外壳2为上端开口的空心长方体结构，外壳2尺寸大小为454mm×420mm×173mm；
所述上盖1的大小与所述外壳2的底面大小相同，所述上盖1与所述外壳2以可拆卸的方式连接；
所述外壳2的其中一个侧面上安装两台风扇6，与该侧面正对的另一侧为进风口5，所述进风口5由若干密集排列的圆孔组成；
所述风扇6用来提供动力，牵引电池箱内部经过换热的热气流排出电池箱；
所述进风口5与空调出风口连接；
所述电芯3和所述电芯底座4位于外壳2内部；
所述电芯底座4包括上下两部分，上部分由若干排上下贯通的电芯插槽8组成，下部分由若干条相互平行的横截面为矩形的窄梁组成；
各排电芯插槽8的数量相同，相邻两排电芯插槽8之间留有空隙13，所述电芯插槽8的内部尺寸与所述电芯3的轮廓相配合；
所述窄梁包括多条内部梁9和两条外部梁10，所述内部梁9位于相邻两电芯插槽8共用壁14的两侧下方，且所述内部梁9与所述共用壁14平行，所述外部梁10位于最外侧电芯插槽8的外侧壁15下方，所述外部梁10的宽度为所述内部梁9的宽度和所述电芯插槽8外侧壁15的宽度之和，所述内部梁9和所述外部梁10的长度相同，每个所述电芯插槽8两侧壁下部的两个所述窄梁形成两个凸台7，所述窄梁上表面与所述电芯插槽8下表面连接；
所述电芯底座4尺寸大小为444mm×420mm×38mm；
所述电芯3插入所述电芯插槽8内，且所述电芯3位于所述凸台7的上方，相邻两所述窄梁在所述电芯3的下方形成通风风道，使得所述电芯3下方的热量可以穿过所述电芯3下方的所述通风风道，在所述风扇6提供的牵引力的作用下随气流带走；
所述通风风道包括第一通风风道11和第二通风风道12，所述第一通风风道11位于所述电芯3的正下方，所述第二通风风道12位于共用壁14的下方。
所述窄梁表面光滑无尖角或凸起结构，确保气流可以在光滑的所述通风风道内顺滑流动；
所述窄梁形成的所述通风风道与将各所述通风风道打通成一个大空腔相比，将减小气流之间的动能损失，更有利于提高散热通风效率。主要是因为将所述电芯底座4下端分成若干所述通风风道相当于强制气流进行单向流动，而若将所述通风风道打通成一个大空腔，即气流在一个无遮挡的自由空间内运动，当高动能流体质子向低动能流体质子自由传递能量时，流体质子做不规则运动而相互碰撞，流体质子剧烈地扰动产生旋涡，这种旋涡可以使得流体质子热量均匀分配，但是同时产生径向扩散阻碍流体质子定向快速排出，降低通风散热效率。
所述电芯插槽8下端的所述通风风道有利于增强所述电芯底座4结构，承载电芯重量，避免所述电芯底座4受力变形。
相邻两所述电芯3之间形成第三通风风道16；
所述窄梁的高度为8mm；
所述内部梁9的宽度为6mm；
所述窄梁的条数是每排所述电芯3数量的两倍，每排所述电芯3的数量为12个，所述窄梁的数量为24条；
所述第一通风风道11的宽度为17mm；
所述第二通风风道12的宽度为8mm；
所述电芯的温度通过ANSYS仿真软件模拟分析得到，如图3，为跟踪每块所述电芯的温度，对所述电芯进行编号，靠近所述风扇6第一排从左到右所述电芯编号为1～12，第二排从左到右所述电芯编号为13～24，靠近所述进风口5第三排从左到右所述电芯编号为25～36。
通过所述ANSYS仿真软件模拟分析得到的所述电芯的温度值见表1；
所述电芯的温度变化曲线图见图10。
表1
电芯编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
实施例中温度/℃ 41.2 40.4 39.8 40.8 42.6 43.1 42.8 42.4 40.9 39.9 40.5 41.2
对比例中温度/℃ 49.5 54.1 56 57.6 58.5 59.5 59.8 59.6 58.5 57.5 55.5 51
电芯编号 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
实施例中温度/℃ 40.4 36.7 33.9 35 36.9 38.3 38.4 36.9 35 33.9 36.6 40.5
对比例中温度/℃ 41.6 44.8 45.4 46.3 47.6 48.9 48.5 48 46.5 46.1 44.7 42.1
电芯编号 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
实施例中温度/℃ 35.2 32.1 30.1 30.2 31.8 33.2 33.4 31.9 30.2 30.1 32 35.2
对比例中温度/℃ 33.2 33.6 33.2 33.5 34.9 36.1 35.9 34.5 32.9 32.7 33.3 33.2
对比例：
如图9,10，对比例中储能电池箱散热结构的尺寸参数与实施例基本相同，区别在于，对比例中支撑电芯底座17下端为全封闭状态，无窄梁，从而支撑电芯底座17下端无通风风道；
通过所述ANSYS仿真软件模拟分析得到的所述电芯的温度值见表1；
所述电芯的温度变化曲线图见图10。
从表1和图10可以看出：
(1)实施例中电芯的温度普遍低于对比例中电芯的温度，电芯的最高温度为43.1℃，最低温度为30.1℃，平均温度为36.7℃，电芯的温度变化整体较为平缓；
(2)对比例中电芯的温度普遍高于实施例中电芯的温度，电芯的最高温度为59.8℃，最低温度为32.7℃，平均温度为45.4℃，电芯的温度变化波动较大；
(3)通过对比可明显的看出本发明实施例中储能电池箱的散热结构可以显著提高电芯的散热效率，降低电芯的温度，从而提高电芯的使用寿命。

Claims (9)

1.一种储能电池箱的散热结构，其特征在于，包括上盖(1)、外壳(2)、电芯(3)和位于电芯(3)下方的电芯底座(4)；
所述外壳(2)为上端开口的空心长方体结构；
所述上盖(1)的大小与所述外壳(2)的底面大小相同，所述上盖(1)与所述外壳(2)以可拆卸的方式连接；
所述外壳(2)的其中一个侧面上安装两台风扇(6)，与该侧面正对的另一侧为进风口(5)，所述进风口(5)由若干密集排列的圆孔组成；
所述进风口(5)与空调出风口连接；
所述电芯(3)和所述电芯底座(4)位于外壳(2)内部；
所述电芯底座(4)包括上下两部分，上部分由若干排上下贯通的电芯插槽(8)组成，下部分由若干条相互平行的横截面为矩形的窄梁组成；
各排电芯插槽(8)的数量相同，相邻两排电芯插槽(8)之间留有空隙(13)，所述电芯插槽(8)的内部尺寸与所述电芯(3)的轮廓相配合；
所述窄梁包括多条内部梁(9)和两条外部梁(10)，所述内部梁(9)位于相邻两电芯插槽(8)共用壁(14)的两侧下方，且所述内部梁(9)与所述共用壁(14)平行，所述外部梁(10)位于最外侧电芯插槽(8)的外侧壁(15)下方，所述外部梁(10)的宽度为所述内部梁(9)的宽度和所述电芯插槽(8)外侧壁(15)的宽度之和，所述内部梁(9)和所述外部梁(10)的长度相同，每个所述电芯插槽(8)两侧壁下部的两个所述窄梁形成两个凸台(7)，所述窄梁上表面与所述电芯插槽(8)下表面连接；
所述电芯(3)插入所述电芯插槽(8)内，且所述电芯(3)位于所述凸台(7)的上方，相邻两所述窄梁在所述电芯(3)的下方形成通风风道。
2.如权利要求1所述的储能电池箱的散热结构，其特征在于，所述通风风道包括第一通风风道(11)和第二通风风道(12)，所述第一通风风道(11)位于所述电芯(3)的正下方，所述第二通风风道(12)位于共用壁(14)的下方。
3.如权利要求2所述的储能电池箱的散热结构，其特征在于，相邻两所述电芯(3)之间形成第三通风风道(16)。
4.如权利要求1所述的储能电池箱的散热结构，其特征在于，所述窄梁的高度为5mm～10mm。
5.如权利要求1所述的储能电池箱的散热结构，其特征在于，所述内部梁(9)的宽度为5mm～8mm。
6.如权利要求1所述的储能电池箱的散热结构，其特征在于，所述窄梁的条数是每排所述电芯(3)数量的两倍。
7.如权利要求2所述的储能电池箱的散热结构，其特征在于，所述第一通风风道(11)的宽度为15mm～20mm。
8.如权利要求2所述的储能电池箱的散热结构，其特征在于，所述第二通风风道(12)的宽度为5mm～10mm。
9.如权利要求1所述的储能电池箱的散热结构，其特征在于，所述电芯(3)的温度通过ANSYS仿真软件模拟分析得到。
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