CN207559004U - 一种带风冷散热机构的液态金属电池保温箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带风冷散热机构的液态金属电池保温箱，包括箱体和电控柜；箱体上设有风冷散热机构；所述的风冷散热机构包括设置在箱体四个侧面的散热翅片组；每一散热翅片组包括多块水平布置的扇热翅片；散热翅片组的侧部设有受控于电控柜的散热风机。该带风冷散热机构的液态金属电池保温箱易于实施，散热效率高。

Description

一种带风冷散热机构的液态金属电池保温箱

技术领域

本实用新型涉及一种带风冷散热机构的液态金属电池保温箱。

背景技术

液态金属电池是一类低成本、高效率、长寿命的新型储能电池技术，在电网的规模储能中有很好的应用前景。液态金属电池成组的大容量储能系统，可对电网进行调峰，对负荷进行削峰填谷，有效的增强风力发电、太阳能发电系统的运行稳定性、提高电能质量。

液态金属电池属于高温电池，长期运行温度一般在400-600℃，短期升温或者化成时工作温度需达700℃，故电池运行需要具有加热保温的装置，而保温箱稳定运行的最高设计温度为700℃，还需保证保温箱工作过程中箱内最大温差小于20℃。已有报道的保温箱一般应用在钠硫电池，最高温度只有350℃，且保温箱内最大温差控制为30℃，如钠硫电池专用保温箱(申请号：CN201010584548.7)、一种钠硫电池模块保温箱(申请号：CN201410106677.3)等。已报道的专门针对液态金属电池的保温箱较少，一种用于千瓦级储电设施的液态金属电池模组(申请号：CN201510514549.7)中有关保温箱的部分只介绍了采用电热管加热补充系统所需热量，采用硅酸铝陶瓷纤维作为保温层的材料，既没有阐述电加热管的布置位置和形式，也没有说明能够控制的温度范围，也没有对保温层的厚度选取、层数设置、具体实施的描述或者计算。一种液态金属电池及液态金属电池千瓦级模组(申请号：CN201410777993.3)用到的保温箱设计，加热部分依靠电池组自身的焦耳热以及箱内电池组间的加热隔板维持箱内温度，是多层的加热设计，但是存在着一些缺陷。首先，其层间电池组的接线是通过侧面连接，空间利用率较低；其次，该专利(申请号：CN201410777993.3)强调电池在大电流放电下自身焦耳热维持保温箱系统的供热，在几个千瓦级模块保温箱也许是可行的，但在十千瓦、百千瓦、兆瓦级及以上级别的大型储能保温箱是很难实现电池组在正常工作状态下的完全自供热，尤其是在初始的加热阶段，更是难易实现加热到目标温度；最后，该专利(申请号：CN201410777993.3)较少的关注隔板的加热设计，并没有公开隔板内的加热方式及加热器件安装布置情况，更没有针对每层分腔结构内设置单独的温度控制和监测装置，很大程度上限制了液态金属电池模组的放大。本公司前期的一些液态金属电池保温箱专利(申请号：CN201610920571.6和CN201611209114.2)主要侧重于加热、保温和温控设计，没有考虑到主动散热和快速降温控制。

相比钠硫电池用保温箱，本专利可实现更高加热温度和更均匀的控制温度；相比已报道有的液态金属电池模组用保温箱(申请号：CN201410777993.3、CN201610920571.6和CN201611209114.2)，本专利侧重于对保温箱的温度控制尤其是降温和停机控制，并在保温箱腔内安装多个测温热电偶，用于温度控制或监测，电热丝的温度控制线路以及腔内的测温热电偶均连接电池管理系统(BMS)。另外，本专利强调通过加热保温实现可用功能的同时更强调后期停机和降温维护，更好的应对储能电池组在复杂工况下的应用，保证复杂工况下温度场的温度性和工作的安全性。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种带风冷散热机构的液态金属电池保温箱，该带风冷散热机构的液态金属电池保温箱易于实施，由于具有风冷散热模块，在降温时响应更快。

实用新型的技术解决方案如下：

一种带风冷散热机构的液态金属电池保温箱，包括箱体和电控柜；箱体上设有风冷散热机构；电控柜可以是与箱体分离的，也可以是与箱体一体的，如固定在箱体的顶部或侧面；如图1，是固定在外侧。

所述的风冷散热机构包括设置在箱体四个侧面的散热翅片组；每一散热翅片组包括多块水平布置的扇热翅片；散热翅片组的侧部设有受控于电控柜的散热风机。

所述的散热风机为调频风机。

每一散热翅片组中，各散热翅片等间距布置。

散热翅片组的外侧设有侧面挡板，相邻散热翅片之间的间隙以及散热翅片组与挡板之间空隙共同组成散热风道。

散热翅片组的两侧都设有散热风机，且一侧为送风机，另一侧为抽风机。

散热翅片组的两侧都对称设有多个散热风机，如图4所示，每一侧设有5个风机。

散热翅片的内侧厚度大于外侧厚度。这样翅片固定牢靠，不容易变形。

箱体的顶部和底部均设有温度传感器，温度传感器与电控柜相连。

温度传感器为热电偶。

温度传感器为多个，呈方形阵列式布置。如采用3*3方式布置，如图5所示。

箱体底部设有多个万向轮，一般为4个。

箱体上设有温度传感器；在箱体内还设有受控于电控柜的加热机构；

(1)电控柜通过温度传感器实时检测箱体内的温度；

(2)电控柜控制加热机构的功率从而控制箱体内温度的升降；

(3)当箱体内温度超过预设值时，电控柜启动散热风机。并通过频率控制散热风机的转速(功率)，同时，或选择地停机，或减小加热功率；

控制目标，将温度控制与预设值的偏差小于20℃。具体控制过程为现有成熟技术。

所述保温箱内腔的加热保温部分在保温箱内部设有加热元件，由围成保温箱的前、后、左、右四个侧板和底板、上盖板的保温层实现整体保温，由电控柜的电池管理系统(BMS)实现电池的充放电管理和电堆的保温管理。所述保温箱外壁的风冷散热部分实现降温调节和快速停机冷却。

进一步的，所述保温箱内腔的加热保温部分的加热元件是内部分布式电加热管或者腔体内部埋设电加热丝，可实现保温箱整体加热速度达30℃/min，保温箱内部最高工作温度700℃。

进一步的，所述保温箱内腔的加热保温部分的保温层为单层或者多层结构，具体层数设置根据保温箱的体积规模确定，当保温层厚度设计大于50mm时设置为多层结构。

再进一步的，所述保温层的材料为岩棉板或硅酸铝纤维保温板或多晶莫来石纤维保温板，根据具体的保温需求进行选择，若为多层结构，一般多晶莫来石纤维保温板在最内层，其次为硅酸铝纤维保温板，最外层为岩棉板。

进一步的，所述保温箱外壁为外保护层，材质为不锈钢板，且外壁涂刷防腐漆，可防水、抵抗大气腐蚀和光照老化，防辐射性能好。

进一步的，所述保温箱的风冷散热模块包括散热器组件和调频风机组件。

再进一步的，所述散热器组件安装在保温箱体的侧面外壁，为两个相对侧面或者四周侧面全部安装，散热器翅片排列形成并联散热通道，可有效的降低散热通道的热阻和压力降。

再进一步的，所述散热器组件由若干单体散热器拼接装配而成，散热器与安装壁面之间涂有导热硅脂，单体散热器的材质为铝制散热器。

再进一步的，所述铝制散热器的铝材可以是Al6063/Al6061铝合金、铸铝、LY12、纯铝，Al6063/Al6061铝合金可以制造任何形状的散热器，工艺成熟，价格便宜，可加工性能高；铸铝应用于制造大型不规则外形散热器；LY12具有较强的硬度和抗腐蚀性能，适用于耐腐蚀场合；纯铝导热系数大，散热性能优异，适用于对散热要求较高的场合；具体材料的选取根据散热功率及保温箱规模进行选取。

再进一步的，所述散热器组件的外部设有不锈钢薄板制成的风道，风道的一端或者两端设有风机安装位和通风孔，当仅在一端设置风机组件时(对应风道一端设风机安装位和通风孔)，另一端为全开口通风口。

再进一步的，所述调频风机组件根据散热器组件的位置及尺寸布置在散热器的风道的一端或者两端，由若干个输出功率可调的调频风机组成，其数量根据散热功率的需求进行选择。

再进一步的，所述散热器风道两端都安装有调频风机时，一端为鼓风机，另外一端为抽风机，在风道内形成气流方向相同的强制风冷散热。

再进一步的，所述调频风机组件安装在风道同一端时为并联关系，可增大风量输出，提高散热功率；所述调频风机组件安装在同一风道的首尾两端时为串联关系，可增大输出的风压，有利于克服大风阻的散热器，提高散热功率；此两种连接关系(串联和并联)可单独使用也可同时使用。

进一步的，所述保温箱内腔上部和底部分别装有若干测量温度的热电偶，上部热电偶由于温度监测，底部热电偶用于温度控制，都连至电池管理系统(BMS)下的温度控制模块。

再进一步的，所述保温箱电池管理系统(BMS)通过温度控制模块可以实现对保温箱内腔的快速加热控制和实时温度监测和控制，实现快速加热的同时控制工作过程保温箱整体温差小于20℃。

再进一步的，所述保温箱电池管理系统(BMS)，通过温度控制模块实现对风冷散热模块的启停控制及功率控制，调节调频风机的转速可实时增大或者减小散热量，实现有效的降温控制。

再进一步的，所述保温箱电池管理系统(BMS)，通过温度控制模块的温度信号汇总和比较，在保温箱工作过程中，当内部腔体温度低于设定温度值时，控制保温箱内腔的加热元件增大输出功率，使保温箱内部升温；在保温箱工作过程中，当内部腔体温度高于设定温度值时，控制风冷散热模块开启并进行相应的调频控制，使保温箱内部实现较为精准的降温；在保温箱出现故障或者需要停机时，控制风冷散热模块开启并进行最大散热功率输出，使保温箱快速降温。

再进一步的，所述保温箱电池管理系统(BMS)设于单独的电控柜，与保温箱之间的电力线缆和控制线缆进行可靠连接，实现前述的供电和调节控制功能。

具体温度控制，可以采用模拟PID、数字PID、模糊控制、神经网络控制等控制策略。

有益效果：

本实用新型的带风冷散热机构的液态金属电池保温箱，具有升温速度快，温度均匀性和稳定性好，降温速度快特点。

所述保温箱体由保温层及内部腔体组成。所述内部腔体放置液态金属电池单体或模块组件。保温箱体提供电池安装空间的同时提供电池高温工作环境。所述风冷散热模块由散热器及风机组成。所述散热器用于强制风冷散热，及时将热量传递到周围空气，实现及时降温。所述风机可有效提高散热功率，实现快速降温。所述保温箱体与风机与电池管理系统(BMS)相连。所述电池管理系统(BMS)实现对保温箱内腔温度的控制及监测、风机的启停及调频控制。所述保温箱内部最高工作温度为700℃，温差小于20℃。风冷散热模块可实现保温箱内部升温过快时的及时调整，异常情况及紧急情况下的快速冷却停机。

采用了本实用新型的一种带风冷散热功能的液态金属电池保温箱的技术方案，即由底板，前侧板、后侧板、左侧板、右侧板和上部盖板围成，内腔有加热组件并放置有电池/电池组。由加热元件(电加热管/电加热丝)提供加热升温所需能量，由外壁内侧保温结构和电池管理系统(BMS)的温度监测和控制维持保温箱内整体的高温环境和温度场的均匀性。电池管理系统(BMS)，通过温度控制模块的温度信号汇总和比较，当低于目标温度时对内腔加热元件进行增大输出功率控制，当高于目标温度时对内腔加热组件进行减小功率输出控制或者进行零功率输出控制，仍不能满足要求时对外壁风冷散热模块进行启动操作及相应的功率控制以实现保温箱内的目标温度。在保温箱出现故障或者需要停机时，控制风冷散热模块开启并进行最大散热功率输出，使保温箱快速降温。其技术效果是：保证工作过程中保温箱内腔温度偏差小于20℃，使保温箱的温度场有利于液态金属电池的稳定工作，且在需要紧急停机和降温维护时能更快降温，实现更快的响应速度，能更好应对储能电池组在复杂工况下的应用，保证复杂工况下温度场的稳定性和工作的安全性。

附图说明

图1为本实用新型实施例的三维立体结构图；

图2为本实用新型实施例隐藏所有风道、调频风机、电控柜后的保温箱三维立体结构图；

图3为本实用新型实施例隐藏所有散热器组件、风道、调频风机组件和电控柜后的立体透视图；

图4为本实用新型实施例隐藏电控柜后保温箱的纵切剖视图；

图5为本实用新型实施例隐藏电控柜后保温箱的横切剖视图；

图6为本实用新型实施例前侧板上风冷散热模块的局部剖视图；

图7为本实用新型实施例某一侧散热器组件的散热器排列示意图。

其中，保温箱体100、万向轮1001、保温箱内腔1002、电控柜200、电池管理系统(BMS)2001；

上盖板1、上盖外壁11、走线孔111、上盖外壁热电偶安装孔112、上盖保温板12、走线孔121、上盖保温板热电偶安装孔122；后侧板2、后侧外壁21、后侧保温板22；左侧板3、左侧外壁31、左侧保温板32；右侧板4、右侧外壁41、右侧保温板42；前侧板5、前侧外壁51、前侧保温板52；底板6、底板外壁61、走线孔611、底板外壁热电偶安装孔612、底板保温板62、走线孔621、底板保温板热电偶安装孔622；

散热器7、后侧散热器组件71、左侧散热器组件72、右侧散热器组件73、前侧散热器组件74；

风道8、后侧风道81、左侧风道82、右侧风道83、前侧风道84；

调频风机9、后侧前端调频风机组件911、后侧后端调频风机组件912、左侧前端调频风机组件921、左侧后端调频风机组件922、右侧前端调频风机组件931、右侧后端调频风机组件932、前侧前端调频风机组件941、前侧后端调频风机组件942；

热电偶10、温度控制热电偶101、温度监测热电偶102。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：

实施例1：如图1～7，请参阅图1，本实用新型的一种带风冷散热功能的液态金属电池保温箱由保温箱体100和电控柜200组成。保温箱体100的规格为长方体结构；电控柜200的规格为长方体结构。

请参阅图1至图5，本实用新型的保温箱体100由上盖板1、后侧板2、左侧板3、右侧板4、前侧板5和底板6围成，并由万向轮1001在底部提供支撑及转向移动。其中，上盖板1从外到内包括上盖外壁11、上盖保温板12，上盖外壁11上设有多个走线孔111和多个热电偶安装孔112，同样的上盖保温板12上也设有多个走线孔121和多个热电偶安装孔122，走线孔111、121用于保温箱内电池/电池组从上部引线和接线，热电偶安装孔112、122用于热电偶10的安装；后侧板2从外到内包括后侧外壁21、后侧保温板22；左侧板3从外到内包括左侧外壁31、左侧保温板32；右侧板4从外到内包括右侧外壁41、右侧保温板42；前侧板5从外到内包括前侧外壁51、前侧保温板52；底板6从外到内包括底板外壁61、底板保温板62，底板外壁61上设有多个走线孔611和多个热电偶安装孔612，同样的底板保温板62上也设有多个走线孔621和多个热电偶安装孔622，走线孔611、621用于保温箱内电池/电池组的从底部引线和接线，热电偶安装孔612、622用于热电偶10的安装；所有的外壁，即上盖外壁11、后侧外壁21、左侧外壁31、右侧外壁41、前侧外壁51、底板外壁61都涂刷有防腐漆，可防水、抵抗大气腐蚀和光照老化，防辐射性能好；所有的保温板，即上盖保温板12、后侧保温板22、左侧保温板32、右侧保温板42、前侧保温板52、底板保温板62都是莫来石纤维保温板，共同构成保温箱外层壳体的保温结构。

请参阅4、图5，本实用新型保温箱体100的上盖保温板12、后侧保温板22、左侧保温板32、右侧保温板42、前侧保温板52、底板保温板62围绕而成的保温层构成了整体的保温设计，本实施例的内部加热方式可以是阵列分布式电加热管也可以是分层设置的电加热丝，本实施例不做具体限定，加热元件的加热速度达30℃/min，保温箱内部最高工作温度700℃。内部加热元件的电力线路和控制线路通过保温箱上盖板1及保温箱底板6上的走线孔接至电控柜200，保温板的厚度为50mm，材料为多晶莫来石纤维保温板。

请参阅图2、图4、图5、图6、图7，本实用新型的保温箱体外壁四周侧面安装有散热器7，后侧板2外安装设置有后侧散热器组件71，左侧板3外安装设置有左侧散热器组件72，右侧板4外安装设置有右侧散热器组件73，前侧板5外安装设置有前侧散热器组件74。

请参阅图4至图6，本实用新型的保温箱体外壁散热器外部装设有风道8，在后侧散热器组件71的外部装设有风道81，风道81的前端设有后侧前端调频风机组件911，风道81的后端设有后侧后端调频风机组件912；在左侧散热器组件72的外部装设有风道82，风道82前端设有左侧前端调频风机组件921，风道82的后端设有左侧后端调频风机组件922；在右侧散热器组件73的外部装设有风道83，风道83前端设有右侧前端调频风机组件931、风道83后端设有右侧后端调频风机组件932；在前侧散热器组件74的外部装设有风道84，风道84前端设有前侧前端调频风机组件941，风道84后端设有前侧后端调频风机组件942；其中，所有前端调频风机组件即后侧前端调频风机组件911、左侧前端调频风机组件921、右侧前端调频风机组件931、前侧前端调频风机组件941全部为鼓风机组，所有后端调频风机组件即后侧后端调频风机组件912、左侧后端调频风机组件922、右侧后端调频风机组件932、前侧后端调频风机组件942全部为抽风机组。另外，后侧前端调频风机组件911、后侧后端调频风机组件912、左侧前端调频风机组件921、左侧后端调频风机组件922、右侧前端调频风机组件931、右侧后端调频风机组件932、前侧前端调频风机组件941和前侧后端调频风机组件941都通过接线连至电控柜200。

上述构成一种带风冷散热功能的液态金属电池保温箱的实施例。

本技术领域的技术人员应该认识到，以上的实施例只是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围之内。

Claims (10)

1.一种带风冷散热机构的液态金属电池保温箱，其特征在于，包括箱体和电控柜；箱体上设有风冷散热机构；

所述的风冷散热机构包括设置在箱体四个侧面的散热翅片组；每一散热翅片组包括多块水平布置的扇热翅片；散热翅片组的侧部设有受控于电控柜的散热风机。

2.根据权利要求1所述的带风冷散热机构的液态金属电池保温箱，其特征在于，所述的散热风机为调频风机(9)。

3.根据权利要求1所述的带风冷散热机构的液态金属电池保温箱，其特征在于，每一散热翅片组中，各散热翅片等间距布置。

4.根据权利要求1所述的带风冷散热机构的液态金属电池保温箱，其特征在于，散热翅片组的外侧设有侧面挡板，相邻散热翅片之间的间隙以及散热翅片组与挡板之间空隙共同组成散热风道。

5.根据权利要求1所述的带风冷散热机构的液态金属电池保温箱，其特征在于，散热翅片组的两侧都设有散热风机，且一侧为送风机，另一侧为抽风机。

6.根据权利要求1所述的带风冷散热机构的液态金属电池保温箱，其特征在于，散热翅片的内侧厚度大于外侧厚度。

7.根据权利要求1所述的带风冷散热机构的液态金属电池保温箱，其特征在于，箱体的顶部和底部均设有温度传感器，温度传感器与电控柜相连。

8.根据权利要求7所述的带风冷散热机构的液态金属电池保温箱，其特征在于，温度传感器为热电偶。

9.根据权利要求7所述的带风冷散热机构的液态金属电池保温箱，其特征在于，温度传感器为多个，呈方形阵列式布置。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的带风冷散热机构的液态金属电池保温箱，其特征在于，箱体底部设有多个万向轮。