电池柜风道组件和电池柜的制作方法

1.本技术涉及储能电池热管理技术领域，具体涉及一种电池柜风道组件和电池柜。


背景技术：

2.近些年来，锂电储能系统已经得到迅速发展并且仍保持着较高速度向着更大的市场发展，而随着市场日益扩大，对于储能系统的要求也越发明确和提高，其中高可靠性、长寿命、高体积成组效率是最核心的要求之一。
3.除去电气安全设计、材料寿命等标准性设计和考虑，最为影响电芯可靠性和寿命的关键在于热管理设计，合理的热管理设计可以保证电芯处于合适的工作温度，以达到长寿命目的，同时也能减少成组时额外设置的散热空间，有效提高成组效率，尤其是目前广泛使用的集装箱储能系统，标准的20尺和40尺集装箱内部尺寸已经固定，更紧凑的体积设计才能在有限的空间内布置更多的能量，以便降低成本，提高竞争力。
4.目前锂电储能系统的热管理系统主要分为风冷和液冷两种方向，液冷方向目前处于初始发展阶段，且存在液冷成本高、管路泄露风险等问题；风冷方向应用较为广泛，但在电池柜级别上缺少完整的系统风道结构，即电池箱的风道结构和电池柜的风道结构存在脱节，电池箱风道只关注冷风进入电池箱后如何散热，电池柜风道只关注如何将冷风导入进来，甚至于有些电池柜没有风道只是留有进风的空间，缺失完整的系统风道导致冷风从电池柜进入后大部分(90％以上)扩散在电池柜空间中，造成了极大的浪费，需要在电池箱上安装风机将电池箱附近的冷风抽入电池箱，也有不设置风机抽风，仅依靠电池箱自发向周边冷风环境散热的设计，但散热效率较低，导致系统充放电倍率极低，无法适用大部分储能系统的需求，同时电池柜空间大部分为敞开式，从电池箱出去的热风也会有部分回流到电池箱进风口附近，被一起抽入进去，这样使得目前风冷电池柜的冷风利用率较差，从而导致电池系统空调选型偏大，造成成本增加。


技术实现要素：

5.本技术的一个目的是提供一种电池柜风道组件，可以提高散热效率和成组效率，并降低成本。
6.为实现所述目的的电池柜风道组件，所述电池柜包括电池箱，所述电池柜风道组件包括箱体风道结构、柜体进风结构和连接结构，所述箱体风道结构设置于每个所述电池箱，所述箱体风道结构包括箱体进风口和箱体出风口；所述柜体进风结构包括柜体进风口和送风口，所述柜体进风口用于连接冷气源，所述送风口与所述箱体进风口一一对应；所述连接结构用于连接每个所述送风口与对应的所述箱体进风口；其中，所述柜体进风口与所述箱体出风口之间形成封闭的流体通道。
7.在所述的电池柜风道组件的一个或多个实施方式中，所述连接结构包括弹性结构，所述弹性结构用于补偿所述送风口与对应的所述箱体进风口之间的位置误差。
8.在所述的电池柜风道组件的一个或多个实施方式中，所述送风口与对应的所述箱
体进风口的位置相对，所述弹性结构包括第一端和第二端，所述第一端用于固定连接至所述送风口的边缘，所述第二端用于与对应的所述箱体进风口的边缘紧密贴合。
9.在所述的电池柜风道组件的一个或多个实施方式中，所述弹性结构包括弹性体和垫片，所述垫片的一侧与所述弹性体相连接，所述垫片的另一侧用于与所述箱体进风口的边缘紧密贴合。
10.在所述的电池柜风道组件的一个或多个实施方式中，所述箱体风道结构包括箱体换热风道和箱体出风风道，其中：所述箱体换热风道用于与所述电池箱内的所有电芯进行换热，所述箱体换热风道包括入口端和出口端，所述入口端提供所述箱体进风口，所述出口端与所述箱体出风风道相连通；所述箱体出风风道位于所述出口端的上方，并提供所述箱体出风口，所述箱体出风口位于所述电池箱的侧面，所述箱体出风风道的顶部从所述箱体出风口向远离所述箱体出风口的方向呈下降趋势。
11.在所述的电池柜风道组件的一个或多个实施方式中，所述箱体换热风道设置于所述电池箱的底板内，所述底板用于支撑所述电芯，所述箱体换热风道从所述电芯的下方通过。
12.在所述的电池柜风道组件的一个或多个实施方式中，所述箱体换热风道包括第一风道和第二风道，所述入口端包括第一入口端和第二入口端，所述第一入口端和所述第二入口端分别位于所述底板的相对的两侧，所述出口端位于所述两侧之间，所述第一风道、所述第二风道分别从所述第一入口端、所述第二入口端延伸至所述出口端。
13.在所述的电池柜风道组件的一个或多个实施方式中，所述电池柜包括多个所述电池箱，所述柜体进风结构包括多个所述送风口，所述多个电池箱和所述多个送风口沿竖直方向排列，所述柜体进风结构设置在所述电池柜的侧面，所述柜体进风口位于所述柜体进风结构的顶端。
14.在所述的电池柜风道组件的一个或多个实施方式中，所述柜体进风结构还包括导风板，所述导风板用于将所述柜体进风结构内的冷气导向所述送风口。
15.在所述的电池柜风道组件的一个或多个实施方式中，所述柜体进风结构包括多个所述送风口，所述导风板与所述送风口一一对应，所述导风板包括平板，所述平板与所述送风口之间具有夹角，各所述导风板的长度或/和各所述夹角沿第一方向逐渐增大，所述第一方向为远离所述柜体进风口的方向。
16.在所述的电池柜风道组件的一个或多个实施方式中，所述柜体进风结构包括多个所述送风口，各所述送风口的尺寸沿第一方向逐渐增大，所述第一方向为远离所述柜体进风口的方向。
17.该电池柜风道组件在柜体进风口与箱体出风口之间形成完整的系统风道，使冷风从进入电池柜风道组件到最终变成热风排出电池柜风道组件的过程中均在封闭的风道内流动，可以防止风量损失，充分利用来自冷气源的冷气对电池箱进行散热，并避免热风回流入系统风道，从而可以提高散热效率，降低电池柜对于外置冷气源的风量要求，可以极大地节约能源，降低成本，并可以减少对散热空间的需求，从而可以在有限的空间内布置更多的能量，提高体积成组效率。
18.本技术的另一个目的是提供一种电池柜，可以提高散热效率和成组效率，并降低成本。
19.为实现所述目的的电池柜，包括前述的电池柜风道组件。
20.该电池柜通过采用该电池柜风道组件，可以防止风量损失，充分利用来自冷气源的冷气对电池箱进行散热，并避免热风回流，从而可以提高散热效率，降低对于外置冷气源的风量要求，可以极大地节约能源，降低成本，并可以减少对散热空间的需求，从而可以在有限的空间内布置更多的能量，提高体积成组效率。
附图说明
21.本技术的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
22.图1是根据一个实施方式的电池柜的主视示意图。
23.图2是根据一个实施方式的电池柜的左视示意图。
24.图3是根据一个实施方式的箱体风道结构的立体示意图。
25.图4是根据一个实施方式的柜体进风结构与连接结构的立体示意图。
26.图5是根据一个实施方式的柜体进风结构的分解示意图。
27.图6是图4中a处的局部示意图。
28.图7是图5中b处的局部示意图。
29.图8是根据一个实施方式的电池柜内的气体流向示意图，其中省略了电池箱的部分结构。
30.图9是图8中c处的局部示意图。
31.图10是图8中d处的局部示意图。
32.图11是图10中e处的局部示意图。
33.图12是根据一个实施方式的电池箱未安装到位时的俯视示意图。
34.图13是根据一个实施方式的电池箱安装到位后的俯视示意图。
35.图14是图13中f处的局部示意图。
具体实施方式
36.下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本技术的保护范围进行限制。需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此对本技术实际要求的保护范围构成限制。此外，本技术的一个或多个实施方式中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
37.参照图1至图14，根据本技术的一个实施方式的电池柜1包括柜体2、电池箱3、主控箱4和电池柜风道组件5。柜体2用于安装电池箱3、主控箱4和电池柜风道组件5。
38.电池柜风道组件5包括箱体风道结构6、柜体进风结构7和连接结构8。箱体风道结构6设置于每个电池箱3，用于对电池箱3进行散热。箱体风道结构6包括箱体进风口61和箱体出风口62。柜体进风结构7用于与空调或其他冷气源相连接，以将冷气输送至箱体风道结构6。柜体进风结构7包括柜体进风口71和送风口72，柜体进风口71用于与冷气源相连接，送风口72与箱体进风口61一一对应，并通过连接结构8相连接。
39.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相
连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是流体连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
40.参照图3至图11，箱体风道结构6设置为电池箱3的下箱体，包括底板63和安装在底板63上的风罩64。底板63用于支撑电池箱3的电芯31，底板63内形成有箱体换热风道65，箱体换热风道65从电芯31的下方通过，以与电池箱3内的所有电芯31进行换热。风罩64内形成有箱体出风风道66，箱体出风风道66提供前述的箱体出风口62。
41.箱体换热风道65包括入口端651和出口端652，入口端651提供前述的箱体进风口61，出口端652位于底板63的上表面，并与箱体出风风道66相连通，底板63与风罩64之间密封连接，例如通过粘接、或通过螺栓连接并在安装配合面之间设置密封垫片，等等，从而在箱体进风口61与箱体出风口62之间形成封闭的流体通道，以避免风量损失，提高冷气的利用率，提高散热效率。
42.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“密封”、“封闭”、“紧密”等指不漏气或仅允许少量的气体泄漏。
43.箱体出风风道66位于出口端652的上方，且位于电池箱3的侧面，箱体出风风道66的顶部67从箱体出风口62向远离箱体出风口62的方向呈下降趋势，例如箱体出风风道66的顶部67包括斜面68，该斜面68的最高点位于箱体出风口62处或接近箱体出风口62的位置，该斜面68的最低点位于离箱体出风口62较远的位置，以使箱体出风风道66内较低处的热空气在自身上浮作用下，自发地沿着箱体出风风道66的顶部67流向较高的箱体出风口62，进而从电池箱3的侧面排出。
44.由此，当电池箱3内的电芯31的温度升高时，电芯31的热量通过热传导传递到底板63、风罩64及其内部的空气，热空气在箱体出风风道66内上浮，并沿着箱体出风风道66的顶部67流向位于高处的箱体出风口62，进而从电池箱3的侧面排出，柜体进风结构7内的冷气在对流作用下，从箱体进风口61流入底板63，沿着箱体换热风道65从电芯31的下方流向出口端652，从而带走由电芯31传导至底板63的热量，在换热过程中该冷气被加热，继而通过箱体换热风道65的出口端652上浮进入箱体出风风道66，进而沿着箱体出风风道66的顶部67流向位于高处的箱体出风口62，从电池箱3的侧面排出，从而可以通过自然对流形成冷却循环，有效地对电芯31进行散热，可以不必额外设置风机提供吸力，可以减少电能损耗，降低噪音，减少故障率，提高系统的可靠性，简化电池柜1和电池箱3的结构，降低控制系统的复杂性，降低制造和维护的成本。
45.此外，箱体换热风道65设置在底板63内，通过电芯31的底部进行换热，从而不需要在电芯31之间设置间隙，可以缩短电池模组30的长度，且除了与风罩64相邻的两排电池模组30，其他相邻的电池模组30之间的间隙较小，电池模组30与电池箱3的侧面之间的间隙也较小，从而可以在电池箱3内设置数量较多的电池模组30，极大地提高体积成组效率。
46.箱体换热风道65包括第一风道653和第二风道654，入口端651包括第一入口端655和第二入口端656，第一入口端655和第二入口端656分别位于底板63的相对的两侧，出口端652位于该相对的两侧之间，且位于其中两排电池模组30之间，第一风道653和第二风道654分别从第一入口端655和第二入口端656延伸至出口端652。
47.出口端652位于底板63的中部，例如，当电池箱3内的电池模组30的数量为偶数时，出口端652的两侧的电池模组30的数量相等；当电池箱3内的电池模组30的数量为奇数时，出口端652的其中一侧的电池模组30的数量比另一侧的电池模组30的数量多一个。
48.由此，冷气从底板63的两侧流入，从中部流出，可以缩短换热路径，提高风量的均匀性，提高换热效率，降低电池箱3内各电芯31之间的温差，提高电池箱3内的温度一致性，从而可以在电池箱3内设置数量较多的电池模组30，提高体积成组效率。
49.在本技术的描述中，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。
50.参照图1至图11，多个电池箱3在柜体2内沿竖直方向排列，柜体进风结构7设置在柜体2的侧面，例如安装在柜体的立柱21上，多个送风口72在柜体进风结构7内沿竖直方向排列，柜体进风口71位于柜体进风结构7的顶端，从而可以利用冷气的下沉作用，使冷气易于到达每个送风口72，继而通过对应的连接结构8和箱体进风口61进入各箱体风道结构6。
51.在另一个实施方式中，柜体进风结构7设置在柜体2的顶端，连接结构8包括管道，以将各送风口72与对应的箱体进风口61之间流体连接。
52.可选地，各送风口72的尺寸沿远离柜体进风口71的第一方向d1逐渐增大，由于离柜体进风口71越近的位置风压越大，离柜体进风口71越远的位置风压越小，将各送风口72的尺寸设置为沿第一方向d1逐渐增大，可以使各箱体风道结构6的进风量和进风速度较为均匀，使进入各箱体风道结构6的冷风的换热能力较为一致，从而提高电池柜1内的温度一致性，避免各电池箱3间存在温差，提高系统的整体寿命。
53.进一步地，可以通过仿真模拟计算各送风口72的尺寸，以保证各箱体风道结构6的进风量和进风速度均匀。
54.可以理解的是，附图所示的电池柜1内的电池箱3数量仅为示例，在另一些实施方式中，电池柜1内依据系统需求安装其他数量的电池箱。
55.参照图1至图14，柜体进风结构7包括第一围板73、第二围板74和导风板75，送风口72和导风板75设置在第二围板74的出风侧板741，送风口72为贯穿出风侧板741的开口。第一围板73和第二围板74通过焊接、或铆接、或粘接、或其他方式密封连接，第一围板73和第二围板74的顶端围合成柜体进风口71，第一围板73和第二围板74内形成从柜体进风口71到送风口72的封闭的柜体进风风道70，从而可以避免风量损失，提高冷气的利用率，提高散热效率。
56.导风板75与送风口72一一对应地设置在柜体进风风道70的内部，且设置在送风口72的远离柜体进风口71的一侧，导风板75用于将柜体进风风道70内的冷气导向送风口72。
57.例如，导风板75为平板，导风板75与第二围板74的出风侧板741之间具有夹角α，即导风板75与送风口72之间具有夹角α，夹角α为锐角，即导风板75与送风口72倾斜相对，从而可以较为顺滑和平缓地将改变冷气的流动方向，以减少对冷气的冲击，减少风速衰减，保证流向箱体风道结构6的冷气的风速，从而可以不必额外设置风机提供吸力将冷气吸入箱体风道结构6。
58.由此，从柜体进风口71进入柜体进风结构7的冷气在沿第一方向d1流动过程中，当遇到每个导风板75时，部分风量会沿着导风板75改变方向，进入对应的送风口72，继而通过
对应的连接结构8和箱体进风口61进入各箱体风道结构6。
59.可选地，各导风板75的长度或/和各夹角α沿第一方向d1逐渐增大，即离出柜体进风口71较近的导风板75的长度较短或/和坡度较陡，导风板75的自由端751与对应的送风口72的靠近柜体进风口71侧的边缘721之间形成的开口76较小，因此只将较少的冷气导向对应的送风口72，而离柜体进风口71较远的导风板75的长度较长或/和坡度较缓，导风板75与送风口72之间的开口76较大，可以将冷气较多的导向对应的送风口72，从而使各箱体风道结构6的进风量和进风速度较为均匀，使进入各箱体风道结构6的冷风的换热能力较为一致，以提高电池柜1内的温度一致性，避免各电池箱3间存在温差，提高系统的整体寿命。
60.进一步地，可以通过仿真模拟计算各导风板75的长度或/和各夹角α，以保证各箱体风道结构6的进风量和进风速度均匀。
61.在另一些实施方式中，导风板75包括多段斜率不同的平板，或导风板75包括曲面。
62.参照图4至图14，各送风口72与对应的箱体进风口61的位置相对，以便于通过连接结构8进行连接。每个箱体风道结构6包括相对的两个箱体进风口61，分别与柜体2的两个侧面相对，对应地，电池柜风道组件5包括两个柜体进风结构7，分别设置在该两个侧面，即每个箱体风道结构6的两个箱体进风口61分别与该两个柜体进风结构7相对。
63.在另一个实施方式中，每个箱体风道结构6包括一个箱体进风口61，对应地，电池柜风道组件5包括一个柜体进风结构7，该柜体进风结构7与每个箱体风道结构6的箱体进风口61相对。
64.参照图4至图14，连接结构8设置在第二围板74与底板63之间的间隙内。连接结构8包括弹性结构80和密封垫片83。弹性结构80包括相对的第一端81和第二端82。第一端81用于与送风口72密封连接，例如第一端81通过粘接、或焊接、或铆接、或其他安装方式固定连接至第二围板74的出风侧板741，并包围送风口72的边缘。密封垫片83设置在柜体2的托架22与第二围板74的出风侧板741之间的间隙内，且靠近箱体进风口61的下边缘，弹性结构80的第二端82用于与箱体进风口61的其余边缘紧密贴合，第二端82与密封垫片83配合实现连接结构8与箱体进风口61之间的密封连接。
65.在另一个实施方式中，连接结构8不设置密封垫片83，弹性结构80的第二端82与箱体进风口61的整个边缘紧密贴合。
66.由此，通过连接结构8可以将箱体风道结构6与柜体进风结构7密封连接，以避免风量损失，提高冷气的利用率，并避免从箱体出风口62排出的热空气回流入箱体进风口61，从而可以提高散热效率。
67.继续参照图4至图14，弹性结构80包括第一垫片84、第二垫片85和弹性体86，第一垫片84和第二垫片85分别位于第一端81和第二端82，弹性体86设置在第一垫片81和第二垫片82之间，弹性体86、第一垫片81和第二垫片82通过粘接或其他方式相连接以形成组件，以便于安装弹性结构80。
68.弹性体86采用海绵、或橡胶、或其他弹性材料制成，可选地，弹性体86在厚度方向，即第一端81到第二端82的方向上的截面包括齿状结构，以利用齿状结构的凹入部位提供压缩空间，提高弹性结构80的压缩和回弹性能。
69.第一垫片81采用金属或塑料等材料制成，以便于弹性结构80与出风侧板741之间进行定位和安装。
70.第二垫片82采用金属或塑料等材料制成，第二垫片82用于保护弹性体86，以避免电池箱3在安装过程中损坏弹性体86。
71.在另一些实施方式中，弹性结构80不包括第一垫片84或第二垫片85，或弹性结构80仅包括弹性体86。
72.该弹性结构80可以自动补偿送风口72与对应的箱体进风口61之间的位置误差，包括但不限于制造误差和安装误差，且在将电池箱3安装入柜体2的过程中，弹性结构80可以自动与箱体进风口61的边缘形成紧密贴合，从而可以简化安装操作。该弹性结构80的结构简单，易于加工制造，成本较低，且结构紧凑，可以减少电池柜1的体积。
73.参照图12至图14，在将电池箱3推入柜体2的托架22的过程中，推力的作用方向可能存在倾斜，导致电池箱3的运动方向发生一定的倾斜，通过第二垫片85与电池箱3相接触，可以保护弹性体86，并带动弹性体86通过压缩和回弹自动调节弹性结构80的厚度和角度，以灵活适应电池箱3的位置和运动方向，保证电池箱3顺利推入，在电池箱3安装到位后，弹性结构80可以自动与箱体进风口61的边缘形成紧密贴合，从而将送风口72与箱体进风口61密封连接。
74.在另一些实施方式中，连接结构8包括由柔性材料制成的管道，或波纹管状结构，等等，以补偿送风口72与对应的箱体进风口61之间的位置误差。
75.该电池柜风道组件5在柜体进风口71与箱体出风口62之间形成完整的系统风道，使冷风从进入电池柜风道组件5到最终变成热风排出电池柜风道组件5的过程中均在封闭的风道内流动，可以防止风量损失，充分利用来自冷气源的冷气对电池箱3进行散热，并避免热风回流入系统风道，从而可以提高散热效率，降低电池柜1对于外置冷气源的风量要求，根据模拟计算结果，该电池柜风道组件5与现有的风冷电池柜相比，可以将外置冷气源的冷风风量减小到20％以下，可以极大地节约能源，降低成本，并可以减少对散热空间的需求，从而可以在有限的空间内布置更多的能量，提高体积成组效率。
76.通过前述的箱体换热风道65、箱体出风风道66和导风板75的设计，可以保证冷气在该电池柜风道组件5内具有较高的流速，可以不必额外设置风机提供吸力，从而可以减少电能损耗，降低噪音，减少故障率，提高系统的可靠性，简化电池柜1和电池箱3的结构，降低控制系统的复杂性，降低制造和维护的成本。
77.可选地，该电池柜风道组件5还包括柜体出风结构(未图示)，柜体出风结构与各箱体出风口62相连接，用于将各箱体风道结构6内经过换热后的热空气导出电池柜1，以进一步提高该电池柜风道组件5的散热效率，并避免热风回流。
78.该电池柜1通过采用该电池柜风道组件5，可以防止风量损失，充分利用来自冷气源的冷气对电池箱3进行散热，并避免热风回流，从而可以提高散热效率，降低对于外置冷气源的风量要求，可以极大地节约能源，降低成本，并可以减少对散热空间的需求，从而可以在有限的空间内布置更多的能量，提高体积成组效率。
79.本技术虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本技术，任何本领域技术人员在不脱离本技术的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本技术技术方案的内容，依据本技术的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本技术权利要求所界定的保护范围之内。