一种利用高压气体引射的储能电池散热管道的制作方法

1.本发明涉及储能电池散热技术领域，尤其涉及一种利用高压气体引射的储能电池散热管道。


背景技术：

2.随着国家电网建设的逐步完善，储能技术的需求不断增大。电池组作为储能设备的关键部件，直接影响储能系统的性能。大容量集装箱式储能系统一般由成千上万块电池紧密排列组成，电池布置参数在出厂前已经设定，很难对电池布置空间进行调整，密集型的电池布置模式导致在对储能系统进行充放电时，电池会产生大量热量，加上电池空间布置密集紧奏的影响，即使集装箱内总的布置空间的温度在现有的散热装置的作用下可以得到有效的下降，电池箱内局部的热量也难以及时均匀地排出，电池运行环境出现较大的温度差异。电池组在温差较大的环境下长期运行会导致电池间内阻、容量出现严重的不一致性，可能造成部分电池过充或过放，影响储能系统寿命和性能，严重时还会造成安全隐患。因此，储能电池的散热性是决定其使用性能、安全性能及寿命的关键因素。
3.主流的储能电池冷却方式有风冷和液冷这两种，风冷降温主要依靠散热风机等送风元件实现，但是集装箱式储能电池的内部剩余空间有限，很难安置体积较大的风机，进而只能选用多孔风管送风的方式作为替代，但是风管位置相对固定，利用风管送风时，冷风的风向、风速等参数都难以进行调整，容易出现送风不均匀的现象，严重影响风冷效果；相较风冷冷却的方式而言，液冷形式效果会更明显，但是液冷系统单独作用时，主要是可对集装箱侧部进行快速高效地降温，集装箱内的热量还是难以及时的散发出去，整体降温效果不理想。如果在立管内布置导流板，导流板随着工况的变化需要调整角度，会增加整个系统的成本以及执行控制系统会相对复杂，不利于整个系统装置的效益与推广。
4.因此，有必要对储能电池支架进行更为高效合理的热管理方案设计，以期为集装箱式储能系统的发展及市场竞争提供技术参考。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提供一种利用高压气体引射的储能电池散热管道，综合考虑储能电池所产生的热流密度，对储能电池两侧的竖向风管进行设计改造，从而对储能电池进行更为合理的温度控制和更为有效的冷却散热，防止电池运行环境发生温差较大的现象，避免对储能系统寿命和性能产生影响。
6.本发明提供一种利用高压气体引射的储能电池散热管道，
7.包括强制通风模块和高压气体引射模块，强制通风模块中，静压箱一端与风机相连，其另一端与主通风管道的入口连接，在主通风管道上连接有若干侧通风管道，所述侧通风管道末端封闭，在其侧壁上开有若干开口，每个开口与电池箱的进风口连接；在侧通风管道的封闭端接有高压气体引射模块，所述高压气体引射模块包括高压气罐和高压气管，所述高压气罐用于给高压气管供气，所述高压气管的一端固定在侧通风管封闭端上，高压气
管呈直线状延伸至侧通风管道最上部的开口的上方，在高压气管上开设有高压出风口与侧通风管道上的开口一一对应。
8.优选的，所述侧通风管道设置在电池箱相对的两侧，在电池箱与侧通风管道对应的侧面均设置有进风口，在电池箱上还设置有出风口。
9.优选的，所述高压气管为渐变形式的高压气管，其管径从下至上逐渐缩小。
10.优选的，还包括导流板，导流板置于连接静压箱与主通风管道的竖向风管内部，可根据导流板两侧电池箱的各自所需风量来确定导流板的位置。
11.优选的，所述电池箱的进风口及高压气管的高压出风口均为矩形开口。
12.优选的，所述高压罐内的空气为二氧化碳气体。
13.优选的，还包括阀门装置，所述阀门装置设置在高压气罐和高压气管之间，通过控制其开合来控制高压气体的供给。
14.本发明的有益效果是：
15.1.在各通风管道内设置高压气管，高压气体的流量便于调节，从而可根据不同工况改变冷却空气流量的大小，结构简单，易于实现；
16.2.通风管道中的导流板位置和角度可根据两相邻电池箱所需冷却风量不同而确定，满足了相邻储能电池冷却所需的风量并保证了在各工况下风道送风的均匀性；
17.3.电池组两侧通风管道设有渐变式带孔高压气管，在恶劣的工况下，渐变式高压气管使气体流速均匀，冷却气体通过高压管道上的孔引射至电池箱内侧进风口，从而进入电池箱对其进行散热。极大提高集装箱式储能系统的散热效果及散热速率。
18.4.本发明高压气体采用co2气体，当空调或风机出现故障不运转，未输送冷却空气时，高压气体节流降压过程中，输送气体的管道产生降温效应，同时节流后的用co2气体亦可充当冷却空气对电池进行散热，保证了冷却系统的可靠性。
附图说明
19.图1为一种利用高压气体引射的储能电池散热管道的结构示意图；
20.图2为通风管道与电池箱的内侧面连接结构示意图；
21.图3为通风管道与高压气体引射模块的连接结构示意图；
22.图4为高压气管与高压气罐的连接结构示意图；
23.图5为实施例一中侧通风管道内气体的流线图；
24.图6为实施例一中侧通风管道侧壁各开口处的出风速度云图；
25.图7为对比例一中侧通风管道内气体的流线图；
26.图8为对比例一中侧通风管道侧壁各开口处的出风速度云图；
27.图9为对比例二中侧通风管道内气体的流线图；
28.图10为对比例二中侧通风管道侧壁各开口处的出风速度云图。
29.其中，1-电池箱支架本体、21-侧通风管道、22-进风口、23-出风口、24-静压箱、25-主通风管道、31-高压气管、32-高压气罐、311-阀门装置、312-高压出风口、41-导流板。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能
更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
31.为了提高储能电池的散热效果，以期为集装箱式储能系统的发展及市场竞争提供技术参考
32.实施例一：
33.如图1至图4所示，本实施方式中公开一种利用高压气体引射的储能电池散热管道，包括电池箱支架本体1，强制通风模、高压气体引射模块和流场控制装置模块4，强制通风模块包括侧通风管道21、进风口22、出风口23和静压箱24，在支架本体1的两个进风口侧面分别设有一个侧通风管道21、另一侧面上设有所述出风口23，通风管道21沿支架本体1的高度方向延伸，所述进风口22设在通风管道21的内侧面上，通风管道21顶部主通风管道25连接，强制通风模块2主要用于进行集装箱式储能系统内水平层面的风冷散热。
34.在每个侧通风管道21内连接一根高压气管31；高压气管31和高压气罐32属于高压气体引射模块3。高压气管31采用渐变式，延支架本体1从下至上管径逐渐减小，其目的是增大气体流速；在高压气管31开孔，其孔位置与支架本体1侧面进风口22位置相对应。高压气管31与电池箱支架本体1底部高压气管31连接，接至电池箱外的高压气罐32。阀门装置311安装在高压气罐31出口处的高压气管31上。
35.流场控制装置模块4包括导流板41。导流板41置于连接静压箱24与主风管的竖向风管内部，从主风管延伸至超出通风管道21出口，且所述导流板41是不可调节的导流板；在安装最初根据导流板两侧电池箱的所需风量，可确定导流板41的位置和角度，使所送进的两侧风量满足两侧电池箱的需求，以此达到送风均匀的目的。
36.由图5及图6可知侧通风管道内的空气同样会在风管底部淤积。将侧通风管道的侧壁上的开口从下至上依次编号out_1-11，由于高压气体的引射作用，前6个出风口中部出风速度较大，出风速度相对均匀。后5个出风口未使用高压引射作用，速度分布云图速度分布基本相同，出风速度亦相对均匀。
37.表1实施例一z方向各出风口速度大小
[0038] z方向速度(m/s)out_16.2779148out_25.7592269out_35.5993156out_46.2261948out_56.7925195out_65.830783out_74.9060877out_85.1946172out_95.4565388out_105.4262763out_115.8831947
[0039]
观察表1中的数据，可以看出风管出风口的速度相对均匀，出风速度集中在5m/s-6.5m/s之间，计算各出风口速度的标准差，σ
v
＝0.6765183，标准差较小，平均出风速度相对平均。
[0040]
对比例一：
[0041]
与实施例一不同的是，不包括高压引射部分；由图7及图8可知侧通风管道内的冷却空气从入口处进入，大部分会淤积在侧通风管道的封闭端，并产生漩涡，导致侧通风管道各出风口速度不均匀，从out-1至out-11风速逐渐增大，而out-10处于空气漩涡中间，因而出风速度也较少。
[0042]
表2对比例一z方向各出风口速度大小
[0043] z方向速度(m/s)out_12.4146443out_22.9336372out_33.3539769out_43.8890545out_54.5482714out_65.2911159out_75.8512957out_86.0940923out_96.5691143out_102.5539533out_115.906854
[0044]
观察表2中的数据，可以看出风管出风口的速度极不均匀，由上到下风速逐渐增大，计算各出风口速度的标准差，σ
v
＝1.37664，标准差相对较大，各出风口出风较为不均匀。
[0045]
对比例二
[0046]
与对比例一不同的是，在侧通风管道的进风端设置有导流板，其与y轴方向夹角为20
°
，在out-1至out-7上设置有正方形的第二导流板。
[0047]
由图9和图10可知由于进风口处的导流板作用，空气进入侧通风管道后在风管的中部聚集，由于前7个出风口加设导流板，出风速度明显增大。但是，空气依然会在底部淤积，导致底部出风口速度明显大于上部出风口速度，各出风口速度不均匀。
[0048]
表3对比例二z方向各出风口速度大小
[0049] z方向速度(m/s)out_15.7457061out_23.2613988out_33.8572789out_43.7598495out_54.3639887out_64.6787186out_75.6784955out_85.7532941out_95.9511599out_104.287677
out_115.8379863
[0050]
观察表3中的数据，可以看出侧通风管道出风口的速度同样不均匀，但相比于对比例一则有所改善，出风口由上到下风速逐渐增大，计算出风口速度的标准差，σ
v
＝0.942639，标准差减小，但各出风口速度依然不均匀。
[0051]
表4三种模型各出风口速度标准差对比
[0052][0053]
通过对比，可以看出对比例一在未采取任何空气流量调节措施的情况下，各出风口的出风速度不均匀，标准差较大，会造成储能电池的局部过热，达不到均匀散热的效果。对比例二加设导流板后，各出风口平均出风速度相对改善。实施例一采用高压气管，相比于对比例一与对比例二，实施例一的各出风口速度整体提升，送风量更大，而且标准差更小，出风速度较为均匀，可以使得储能电池箱达到均匀散热的目的。
[0054]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。