一種新型儲能電源通風散熱結構及方法的研究

付 鵬，文 午，李玉梅

(中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

儲能電源通常由數量龐大的超級電容、蓄電池模塊等儲能器件串并聯構成，每一模塊內部又由多節儲能單體串并聯構成。儲能器件由于自身內阻，在儲能系統充放電過程中會產生一定的熱，同時現有儲能器件大多對工作溫度較為敏感，溫度過高會降低儲能器件的使用壽命，影響其使用性能，嚴重情況下會觸發系統溫度保護功能，影響車輛正常使用。

當前，儲能系統通風散熱技術方案大多簡單利用車輛空調廢排從柜體底部兩側進入，配合安裝于柜體內部的散熱風機，對儲能器件進行通風冷卻，此方案存在以下不足。

1)大部分冷卻風直接經進風口正上方儲能器件流向風機，冷卻風無法較為均勻地流經各位置儲能器件。

2)風機直接安裝于柜體內部，柜體不同位置流向風機的風量僅取決于與風機相對的位置，風量不可調節。

3)進風口處無防漏液結構，儲能器件出現漏液時，有直接流入空調風道的風險。

4)不能根據外界環境溫度，切換自然風或者空調廢排風強迫風冷散熱模式。

基于間歇式供電車輛車載儲能系統工程化樣機項目，我司研究了一種新型的儲能電源散熱結構及方法，可實現冷卻風均勻地流經儲能系統內部各儲能器件，同時可根據運行環境溫度切換自然風或空調廢排風強迫風冷散熱模式，提高散熱效率、降低散熱能耗和減小各儲能器件間溫差。

1 新型儲能電源散熱方法

新型儲能系統散熱方法工作原理示意圖如圖1所示。通風散熱系統，主要由進風區、器件區和出風區三部分組成，其具體工作原理如下。

圖1 儲能系統新型通風散熱方法示意圖

1)空調冷卻風通過防漏液+導風裝置均勻地流向不同位置儲能器件。

2)通過調節柜體兩側自然風口的開閉，切換散熱系統自然冷卻風散熱模式。

3)所有冷卻風流經儲能器件后，通過獨立風道上的排風口進入風道，最終經過風道兩端的離心風機排出。

2 新型儲能電源散熱結構

新型儲能系統通風散熱系統具體結構及工作原理如下。

1)新型儲能系統從柜體底部進風，如圖2所示：空調冷卻風通過導風裝置流向柜體各位置儲能器件，通過儲能模組之間和內部通風間隙散熱，盡可能使冷卻風均勻流向不同位置的儲能器件(圖中實線箭頭方向為冷卻風流向)。同時在進風口處增加了防漏液裝置，當儲能器件出現少量漏液時，電解液可以通過相應導流結構，流入防漏液槽內(圖中虛線箭頭方向為電解液泄露時流向)，避免直接漏入車輛空調風道內。

圖2 防漏液+導風結構示意圖

2)如圖3所示，冷卻風流經各儲能器件后，通過一貫穿柜體兩側風道上開的風口，最后通過風道兩側風機排出柜體，圖中黑色箭頭為冷卻風流向示意。不同風道位置冷卻風量很可能存在差異，可通過改變風道上不同位置風口大小，調節進入風口風量，從而保障冷卻風均勻地流經風道上每個風口，實現對不同位置儲能器件均勻散熱。本散熱方案中，風機選用新型離心風機，可通過儲能系統散熱需求，選用不同的電機與其匹配，通過該風機可通過柜體實時的溫度調節轉速控制風量，從而實現散熱和能源利用的最大化。

圖3 可調節風道示意圖

3)可根據不同季節人工調節自然風口關閉，從而改變儲能系統冷卻風進風方式，其可調節進風結構如圖4所示：儲能柜體兩側側梁為方形管狀型材結構，其底部開有長方形通孔，靠柜體內側面開有方形進風孔。夏秋季節(外界環境平均溫度大于20℃)通過密封板關閉自然進風口，儲能系統通過空調廢排散熱；冬春季節(外部環境平均溫度低于20℃)可將密封板替換成濾網，外界自然風可通過側梁進風口進入柜體內，為儲能系統散熱提供冷卻風。

1.儲能柜體 2.側梁 3.長方形通孔 4.方形進風口 5.密封板

3 結語

散熱仿真計算和實際運行效果表明，新型儲能電源散熱方法對于改善儲能電源內部器件間的散熱均勻性、提高散熱效率和降低能耗等方面均有較好的效果，對于今后儲能電源散熱方法的研究和應用具有一定的參考意義。