CN112993437A - 一种具有散热功能的封闭式储能系统 - Google Patents

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朱志宏
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Abstract

本发明专利公开了一种具有散热功能的封闭式储能系统，包括一储能箱体，以及密封盖设在所述储能箱体上的盖板；所述盖板朝向所述储能箱体一侧表面上设有若干个冷却板，若干个所述冷却板与所述盖板面之间构成一连通的流体通道；所述储能箱体内设置有储能电池模块和电子电器元器件，以及用于浸泡在其中的非导电的冷却液；所述储能箱体外侧设置一换热装置，所述换热装置与所述流体通道连通并进行换热；当所述储能箱体内温度达到所述冷却液沸点时，所述冷却液发生汽化，汽化液体遇到所述冷却板凝结成液体掉入所述冷却液，热量通过所述流体通道传送至所述储能箱体外。本发明使用范围较广，且散热效率高。

Description

一种具有散热功能的封闭式储能系统
技术领域
本发明涉及储能系统散热技术领域，尤指一种具有散热功能的封闭式储能系统。
背景技术
储能系统由太阳能或者其他可再生能源充电后储存在电池系统中供夜晚或者阴雨天使用。在海洋渔业以及海岛区域或者海洋装备用电中，多采用可再生能源离网光伏系统，以及铅酸蓄电池储能的形式，其优点为成本低、可靠性高，但由于持续供电能力不足，不得不配置至少3倍于日均用电量的铅酸蓄电池，这样使得系统体积大重量重。而锂电池具有体积小、储能密度高、寿命长等特点，也是未来电池储能系统的发展方向，同时锂电池也广泛被用做电动汽车的动力电池。但在锂电池系统的充放电过程中产生大量的热，为了维持系统在最优的状态下工作，提高使用寿命，需要有良好的散热方式将热量散发出去，提高寿命和安全性。
目前动力电池系统中冷却方法有直接冷却和间接冷却两种，直接冷却多采用风冷，间接冷却采用热管、相变材料结合水冷或风冷等方式。但这两种均应用于开放式系统。如在上述这种特殊环境中使用，容易造成电子设备腐蚀电路损坏，缩短了整个系统的使用寿命。为了防止系统受到盐雾侵蚀将整个系统做成全封闭式，这又给系统的散热带来了技术难点。尤其是对于几千瓦时单模块的电池系统(包括控制模块和电池模块)的发热功率达几百瓦，所以需要解决系统散热问题，特别是在夏季环境温度和湿度都比较高的环境下具有良好的冷却效果的散热方式，保证系统的运行安全和性能。
因此，本发明提出一种具有散热功能的封闭式储能系统，不仅结构简单使用范围较广，且能够大大提高散热效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有散热功能的封闭式储能系统，相比较于传统的封闭式储能系统使用范围较广，且散热效率高。
本发明提供的技术方案如下：
一种具有散热功能的封闭式储能系统，包括：
一储能箱体，以及密封盖设在所述储能箱体上的盖板；
所述盖板朝向所述储能箱体一侧表面上设有若干个冷却板，若干个所述冷却板与所述盖板面之间构成一连通的流体通道；
所述储能箱体内设置有储能电池模块和电子电器元器件，以及用于浸泡在其中的非导电的冷却液；
所述储能箱体外侧设置一换热装置，所述换热装置与所述流体通道连通并进行换热；
当所述储能箱体内温度达到所述冷却液沸点时，所述冷却液发生汽化，汽化液体遇到所述冷却板凝结成液体掉入所述冷却液，热量通过所述流体通道传送至所述储能箱体外。
本技术方案，通过在盖板上直接设置的冷却板，以及冷却板与盖板之间构成的流体通道，能够使得冷热侧介质通过冷却板的板壁直接换热，突破传统板式换热器，避免产生二次传热。其次，通过换热装置将流体通道内的热量进行快速换热。同时还利用冷却液进行降温，当箱体内的温度达到沸点时，冷却液体发生汽化，即发生沸腾，沸腾时发生相变，将吸收大量的汽化潜热，迅速将储能电池模块或者电子电器元器件的热量带走。汽化的液体在遇到的冷却板，发生凝结，在重力的作用下，自然落回冷却液池，如此反复利用相变产生的浮升力进行自然对流循环，不需要额外动力，系统能耗小。大大提高整个系统的散热性能，且结构简单方便。
优选地，所述冷却板由若干个垂直设置于所述盖板面上的翅片构成，相邻两两所述翅片一端相连，另一端与所述盖板面连接构成所述流体通道，且相邻所述流体通道之间相连通。
本技术方案，优选地将冷却板由若干个与盖板面垂直设置的翅片构成，同时将相邻的两个翅片与盖板直接构成一个流体通道，这样冷却板一侧与冷源接触，另一侧与箱体内的热源接触后进行直接交换，不仅加快换热效率，同时提高了接触面积进一步加速散热，保证了翅片的连接稳定性。
优选地，所述翅片由铝板或铜板一次冲压成型。
本技术方案，优选地，翅片由铝板或铜板一次冲压成型不仅降低材料的成本，同时也降低了加工成本。
优选地，所述换热装置为变频风机或沉浸式水冷换热器。
本技术方案，换热装置采用风冷和水冷两种方式进行冷却，适用范围较广。
优选地，所述沉浸式水冷换热器一端连通一进液管，另一端连通一出液管；所述进液管和所述出液管分别与所述流体通道的两端进行连接。
本技术方案中，通过外置的沉浸式水冷换热器，以及与流体通道连通的进液管和出液管，对流体通道内的冷却液进行快速循环完成换热，进一步加快箱体内散热速度。同时有效地防止外界污染源堵塞流体通道，从而影响换热效率。
优选地，所述进液管上设有一用于补水的补液箱。
本技术方案，优选地在进液管上设置补液箱，目的是避免流体通道内由于温度过热水分增发后降低散热效率，所以进行及时补液。
优选地，所述进液管与所述流体通道之间的管路上设置一水泵。
本技术方案中，在进液管与流体通道之间的管路上设置一水泵，通过设置的水泵可以加快液体循环速度，提高散热率。
优选地，所述冷却液由乙二醇和水的混合物制作构成。
本技术方案，优选地将冷却液选择乙二醇和水的混合物制作，
优选地，还包括一控制箱，所述控制箱内设有若干个所述冷却板，以及充电控制模块；
若干个所述冷却板与所是控制箱一侧的箱壁之间构成所述流体通道；
所述控制箱与所述储能箱体通过一所述换热装置进行连接。
本技术方案，将储能电池模块和充电控制模块进行分离，不仅方便操作提高储能量，还能减小整体空间，有效提高配置灵活性。更优的是通过冷却板，以及换热装置实现对控制箱和储能箱的同时高效降温。
优选地，所述控制箱内还设置一内循环风扇。
本技术方案，在控制箱内设置内循环风扇，目的是进行内部风冷，进一步加快冷却效率。
本发明的技术效果在于：
1、本发明中，利用在盖板上直接设置的冷却板，以及冷却板与盖板之间构成的流体通道，使得冷热侧介质通过冷却板内壁直接换热，突破传统板翅式换热器，有效避免产生二次传热。其次，通过换热装置将流体通道内的热量进行快速降温。同时还利用冷却液进行降温，当箱体内的温度达到沸点时，冷却液体发生汽化，即发生沸腾，沸腾时发生相变，将吸收大量的汽化潜热，迅速将储能电池模块或者电子电器元器件的热量带走。汽化的液体在遇到的冷却板，发生凝结，在重力的作用下，自然落回冷却液池，如此反复利用相变产生的浮升力进行自然对流循环，不需要额外动力，系统能耗小。几方面同时降温大大提高整个系统的传热性能，且结构简单方便。
2、本专利中，将冷却板的结构做了进一步的改进，改进后的结构与盖板直接构成一个流体通道，这样利用冷却板一侧与冷源接触，另一侧与箱体内的热源接触后进行直接交换，不仅加快换热效率，同时提高了接触面积进一步加速散，又能保证连接的稳定性。
3、本专利中，通过外置的沉浸式水冷换热器，以及与流体通道连通的进液管和出液管，实现对流体通道内的热源进行快速换热，进一步加快箱体内散热速度。同时有效地防止外界污染源堵塞流体通道，从而影响换热效率。
4、本专利中，将储能电池模块和充电控制模块进行分离，不仅方便操作提高储能量，还能减小空间提高配置灵活性。更优的是通过冷却板，以及换热装置实现对控制箱和储能箱的同时高效降温。
5、本专利中，整体结构简单，加工方便，生产成本低，更优的是散热效率较高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
图1是本发明中储能箱体部分结构示意图；
图2是图1的内部侧面结构示意图；
图3是本发明中冷却板的结构示意图；
图4是本发明中冷却板与箱盖连接后的结构示意图；
图5是图4中A-A方向的剖面视图；
图6是图5中的局部放大图；
图7是本发明中储能箱、控制箱，以及换热装置连接结构示意图。
附图标号说明：
1-储能箱体；11-储能电池模块；12-冷却液；13冷凝液；14-汽化气；
2-盖板；
3-冷却板；31-流体通道；32-第一流体通道；33-第二流体通道；
4-换热装置；41-沉浸式水冷换热器；42-进液管；421-补液箱；422-第一水泵；423-第二水泵；43-出液管；
5-控制箱；51-充电控制模块；52-内循环风扇。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
本发明实施例一，提供了一种具有散热功能的封闭式储能系统，见图1、2所示，具体的包括一储能箱体1，以及密封盖设在储能箱体1上的盖板2，其中，设置的储能箱体1内主要设置有储能电池模块11和电子电器元器件(具体根据实际需求设置)，由于储能电池模块11和电子电器元器件在使用时会产生大量的热量。因此，在盖板2朝向储能箱体1一侧表面上设置若干个冷却板3，且若干个冷却板3与盖板2面之间构成一连通的流体通道31，同时为了将流体通道31内热量快速向箱体外传输，进而使其流体通道31与设置在储能箱体1外侧的换热装置进行连接，同时还在密封的箱体内灌注冷却液12。这样当储能箱体1内的温度达到冷却液12的沸点时，冷却液12发生汽化，汽化气14遇到冷却板3凝结成冷凝液13再次掉入冷却液12，如此反复利用相变产生的浮升力进行自然对流循环，不需要额外动力，系统能耗小。储能箱体1内的热量通过流体通道31传送，最后由换热装置将其热量进行散热。该结构不仅简单，加工方便，使用范围较广，更优的是散热效率大大得到提高，延长整个设备的使用寿命。
在本发明的实施例一中，参看图3-6所示，设置的冷却板3突破常规设置，将其由若干个垂直设置于盖板2面上的翅片构成，同时将相邻的两两翅片一端相连(即远离盖板2一侧)，另一端与盖板2面进行直接连接，参看图6所示，这样使得翅片内侧面与盖板2之间构成的流体通道31与换热装置进行连通，而翅片的外侧面与箱体内的热源接触，有效的利用翅片进行直接换热，为一次表面换热，换热效果好。不仅增加了散热面积还提供了散热效率，同时还能盖板2增加了翅片承压能力，保证其结构的稳定性。
在本实施例一中，应说明的是翅片主要由铝板或铜板，由于铝板或铜板具有良好的延展性可一次冲压成型。其中，翅片的形状，以及构成的流体通道31可以是弯曲形或直形，也可是不规则形状均可，具体根据实际需求和加工工艺而定，本申请中不做一一限定，进行实现冷却液12在流体通道31内能顺畅的流动即可。
在本实施例一中，设置的换热装置可以为多种，但本申请中优选为变频风机或沉浸式水冷换热器41。参看图1所示，换热装置为筒式变频风机与流体通道31连通，进行换热。当然在其他实施例中，换热装置为沉浸式水冷换热器41，参看图7所示，沉浸式水冷换热器41采用SiC陶瓷(碳化硅陶瓷)管制成导热系数高，耐腐蚀,不需要额外动力，节约系统能耗。且无壳体，直接冷却，易于定期清洗表面生成物，尤其是在一些特殊环境下使用。具体的，沉浸式水冷换热器41一端连通一进液管42，另一端连通一出液管43；进液管42和出液管43分别与流体通道31的两端进行连接，具体参看图5中，设置的进口和出口(箭头方向表示冷却液12的进出方向)。这样可以通过浸泡在水中的沉浸式水冷换热器41将流体通道31内的热量散发至水中，靠自然对流或水的流动进行换热，不需要额外动力，可以节约电能，延长储能电池的使用时间。
在本发明的实施例二中，在上述实施例的基础上做改进，且改进之处在于：进一步的在进液管42上设置一用于对流体通道31内进行及时补液的补液箱421，避免流体通道31内由于温度过热水分增发后降低散热效率。当然在实际运用时，还可以在进液管42与流体通道31之间的管路上设置一水泵，这样可以通过水泵加快流体通道31内的液体流体速度，进而加快换热效率。
在上述的两个实施例中，应说明的是，冷却液12优选由乙二醇和水的混合物制作构成，该冷却液12不仅降温效率高，还能在冬天起到防冻堵作用，避免流体通道31内发生堵塞，影响散热效果。
在本实施例三中，参看图7所示，在上述两个实施例的基础上做改进，且改进之处在于，根据实际需求在此基础上，还设置一控制箱5，且同时在控制箱5内同样设置若干个冷却板3，以及充电控制模块51，而若干个冷却板3与控制箱5一侧的箱壁之间构成流体通道31(即与储能箱内冷却板3的设置方式相同)。这样不仅能将储能电池模块11和充电控制模块51进行分离，方便操作提高储能量，还能减小空间提高配置灵活性。更优的是通过冷却板3实现对控制箱5和储能箱内进行高效降温。同时在实际设置时，将控制箱5和储能箱体1之间通过换热装置进行连接，进行同时循环冷却，当然在实际使用时，控制箱5内还设置一内循环风扇52，进行同时散热。
再次参看图7所示，本实施例中优选换热装置为沉浸式水冷换热器41，具体的，将储能箱体1内冷却板3与盖板2之间构成的流体通道31为第一流体通道32；控制箱5内冷却板3与箱体一侧的箱壁之间构成的流体通道31为第二流体通道33，沉浸式水冷换热器41连通的进液管42分别与第一流体通道32和第二流体通道33的进口连接，而连通的出液管43分别与第一流体通道32和第二流体通道33的出口进行连接。这样不仅实现储能箱体1和控制箱5进行连接，同时还能通过换热装置对其两个箱体内的冷却液12进行同时循环降温。
当然在实际使用时，可以在进液管42与第一流体通道32的连接处还可设置第一水泵422，同时在进液管42与第二流体通道33的连接处同样设置第二水泵423。这样可以通过第一水泵422和第二水泵423可以有效地加快流速，从而有效的提高散热速度。该系统尤其是在海洋渔业领域中使用时，这样可以利用海水的温度进行直接冷却，在夏季可以达到较好的冷却效果，同时在冬季可以防冻堵，且换热器小，耗电小。当然在其他环境中可以根据环境需求进行合理组装均可，本申请中不做一一限定。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有散热功能的封闭式储能系统，其特征在于，包括：
一储能箱体，以及密封盖设在所述储能箱体上的盖板；
所述盖板朝向所述储能箱体一侧表面上设有若干个冷却板，若干个所述冷却板与所述盖板面之间构成一连通的流体通道；
所述储能箱体内设置有储能电池模块和电子电器元器件，以及用于浸泡在其中的冷却液；
所述储能箱体外侧设置一换热装置，所述换热装置与所述流体通道连通并进行换热；
当所述储能箱体内温度达到所述冷却液沸点时，所述冷却液发生汽化，汽化液体遇到所述冷却板凝结成液体掉入所述冷却液，热量通过所述流体通道传送至所述储能箱体外。
2.根据权利要求1所述的具有散热功能的封闭式储能系统，其特征在于：
所述冷却板由若干个垂直设置于所述盖板面上的翅片构成，相邻两两所述翅片一端相连，另一端与所述盖板面连接构成所述流体通道，且相邻所述流体通道之间相连通。
3.根据权利要求2所述的具有散热功能的封闭式储能系统，其特征在于：
所述翅片由铝板或铜板一次冲压成型。
4.根据权利要求1所述的具有散热功能的封闭式储能系统，其特征在于：
所述换热装置为变频风机或沉浸式水冷换热器。
5.根据权利要求4所述的具有散热功能的封闭式储能系统，其特征在于：
所述沉浸式水冷换热器一端连通一进液管，另一端连通一出液管；
所述进液管和所述出液管分别与所述流体通道的两端进行连通。
6.根据权利要求5所述的具有散热功能的封闭式储能系统，其特征在于：
所述进液管上还设有一用于补水的补液箱。
7.根据权利要求5所述的具有散热功能的封闭式储能系统，其特征在于：
所述进液管与所述流体通道之间的管路上设置一水泵。
8.根据权利要求1所述的具有散热功能的封闭式储能系统，其特征在于：
所述冷却液由乙二醇和水的混合物制作构成。
9.根据权利要求1-8任一项所述的具有散热功能的封闭式储能系统，其特征在于：
还包括一控制箱，所述控制箱内设有若干个所述冷却板，以及充电控制模块；
若干个所述冷却板与所是控制箱一侧的箱壁之间构成所述流体通道；
所述控制箱与所述储能箱体通过一所述换热装置进行连接。
10.根据权利要求9所述的具有散热功能的封闭式储能系统，其特征在于：所述控制箱内还设置一内循环风扇。
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