一种新型储能电源通风散热结构及方法的研究

付 鹏，文 午，李玉梅

(中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

储能电源通常由数量庞大的超级电容、蓄电池模块等储能器件串并联构成，每一模块内部又由多节储能单体串并联构成。储能器件由于自身内阻，在储能系统充放电过程中会产生一定的热，同时现有储能器件大多对工作温度较为敏感，温度过高会降低储能器件的使用寿命，影响其使用性能，严重情况下会触发系统温度保护功能，影响车辆正常使用。

当前，储能系统通风散热技术方案大多简单利用车辆空调废排从柜体底部两侧进入，配合安装于柜体内部的散热风机，对储能器件进行通风冷却，此方案存在以下不足。

1)大部分冷却风直接经进风口正上方储能器件流向风机，冷却风无法较为均匀地流经各位置储能器件。

2)风机直接安装于柜体内部，柜体不同位置流向风机的风量仅取决于与风机相对的位置，风量不可调节。

3)进风口处无防漏液结构，储能器件出现漏液时，有直接流入空调风道的风险。

4)不能根据外界环境温度，切换自然风或者空调废排风强迫风冷散热模式。

基于间歇式供电车辆车载储能系统工程化样机项目，我司研究了一种新型的储能电源散热结构及方法，可实现冷却风均匀地流经储能系统内部各储能器件，同时可根据运行环境温度切换自然风或空调废排风强迫风冷散热模式，提高散热效率、降低散热能耗和减小各储能器件间温差。

1 新型储能电源散热方法

新型储能系统散热方法工作原理示意图如图1所示。通风散热系统，主要由进风区、器件区和出风区三部分组成，其具体工作原理如下。

图1 储能系统新型通风散热方法示意图

1)空调冷却风通过防漏液+导风装置均匀地流向不同位置储能器件。

2)通过调节柜体两侧自然风口的开闭，切换散热系统自然冷却风散热模式。

3)所有冷却风流经储能器件后，通过独立风道上的排风口进入风道，最终经过风道两端的离心风机排出。

2 新型储能电源散热结构

新型储能系统通风散热系统具体结构及工作原理如下。

1)新型储能系统从柜体底部进风，如图2所示：空调冷却风通过导风装置流向柜体各位置储能器件，通过储能模组之间和内部通风间隙散热，尽可能使冷却风均匀流向不同位置的储能器件(图中实线箭头方向为冷却风流向)。同时在进风口处增加了防漏液装置，当储能器件出现少量漏液时，电解液可以通过相应导流结构，流入防漏液槽内(图中虚线箭头方向为电解液泄露时流向)，避免直接漏入车辆空调风道内。

图2 防漏液+导风结构示意图

2)如图3所示，冷却风流经各储能器件后，通过一贯穿柜体两侧风道上开的风口，最后通过风道两侧风机排出柜体，图中黑色箭头为冷却风流向示意。不同风道位置冷却风量很可能存在差异，可通过改变风道上不同位置风口大小，调节进入风口风量，从而保障冷却风均匀地流经风道上每个风口，实现对不同位置储能器件均匀散热。本散热方案中，风机选用新型离心风机，可通过储能系统散热需求，选用不同的电机与其匹配，通过该风机可通过柜体实时的温度调节转速控制风量，从而实现散热和能源利用的最大化。

图3 可调节风道示意图

3)可根据不同季节人工调节自然风口关闭，从而改变储能系统冷却风进风方式，其可调节进风结构如图4所示：储能柜体两侧侧梁为方形管状型材结构，其底部开有长方形通孔，靠柜体内侧面开有方形进风孔。夏秋季节(外界环境平均温度大于20℃)通过密封板关闭自然进风口，储能系统通过空调废排散热；冬春季节(外部环境平均温度低于20℃)可将密封板替换成滤网，外界自然风可通过侧梁进风口进入柜体内，为储能系统散热提供冷却风。

1.储能柜体 2.侧梁 3.长方形通孔 4.方形进风口 5.密封板

3 结语

散热仿真计算和实际运行效果表明，新型储能电源散热方法对于改善储能电源内部器件间的散热均匀性、提高散热效率和降低能耗等方面均有较好的效果，对于今后储能电源散热方法的研究和应用具有一定的参考意义。