一种模块化储能变流器散热系统的制作方法

本申请涉及储能变流器散热，特别是指一种模块化储能变流器散热系统。

背景技术：

1、储能变流器（powerconversionsystem，简称pcs，下同）具备交、直流电双向转换功能，作为储能系统的功率变换系统，其功率密度的逐步升级，对整机热管理能力提出了严苛要求。

2、对于组串式pcs，散热系统需兼顾igbt、电感等大功率发热器件，以及电容等小功率元器件。受设备外形尺寸约束，pcs实现全液冷散热的方案落地性差，难以满足现阶段pcs的设计指标。因此，业内普遍采用主功率器件独立液冷+功率腔气液换热的组合散热架构来解决pcs的散热问题，其中400kw及以上大功率组串式pcs，普遍采用气液换热器+扰流风机的组合散热架构。该散热架构依托气液换热器换热系数高、热交换效率优异的核心优势，可充分满足大功率组串式pcs运行过程中的高功率散热需求。因此，针对性研发设计一套高效的气液换热器+风机换热系统，同时兼顾设备高防护等级、整机内部优异均温性、风机可拆卸便捷维护、机柜空间高效利用等多项核心设计要求，对提升大功率组串式pcs设备运行稳定性、可靠性与可维护性具有重要工程意义。

3、与本申请相关的最接近的已有技术主要包括：

4、1．气液耦合冷却散热技术：目前行业内已有多款针对大功率pcs的气液集成散热方案，核心采用液冷换热器内置、整机风冷循环的组合散热结构，通过液冷介质带走核心功率器件集中热量，配合内部风机实现柜体空气循环换热，可满足400kw及以上大功率pcs的基础散热需求；

5、2．气气换热器散热技术：气气换热器散热技术为储能变流器常用的散热方案，该技术通过内外双风道空气对流换热模式，利用换热器实现柜内热风与柜外冷风的热量交换，无需液冷介质参与，结构简洁、运维成本低，广泛应用于中小功率pcs设备的散热场景。该技术规避了液冷系统漏水、结露的风险，设备防护性、可靠性有一定保障，能够满足中小功率pcs的常规散热需求。

6、目前，组串式pcs的气液耦合冷却散热系统在结构设计上仍存在诸多缺陷，难以兼顾大功率设备高集成、高可靠、易运维的使用需求，具体问题如下：

7、1、现有气液耦合冷却散热系统的风机内置安装于pcs腔体内部，风机出现故障、老化或需要日常维护更换时，需对整机进行拆机拆解作业，运维操作繁琐，大幅增加设备后期维护成本，可维护性较差。

8、2、现有气液换热器与风机的散热系统多集中布置于功率腔核心区域，占用柜内大量有效布局空间，大幅降低储能变流器的整机功率密度与集成度，严重制约设备小型化设计，降低了产品的市场竞争力。

9、3、现有气液耦合冷却散热系统内部存在管路或焊接结构，易形成冷桥效应。在pcs充放电及停机的工况下，设备内部极易产生凝露现象，进而引发器件锈蚀、电路爬电、短路等故障，严重影响设备的运行安全性与长期可靠性。

10、4、现有气液换热器与风机的散热系统空间安装组合形式较为单一，普遍采用气液换热器+导风罩+风机的垂直堆叠安装结构，大幅占用柜体安装空间，进一步降低pcs整机功率密度，不利于设备小型化集成设计。

技术实现思路

1、本申请提供了一种模块化储能变流器散热系统，降低了设备后期维护成本，有效提升设备可维护性。

2、为解决上述技术问题，本申请的技术方案如下：

3、一种模块化储能变流器散热系统，应用于组串式pcs，包括pcs箱体及设置于所述pcs箱体前侧的气液耦合冷却换热系统，所述气液耦合冷却换热系统包括换热风机、气液换热器和导风罩；所述气液耦合冷却换热系统以独立模块化结构装配于所述pcs箱体前侧，所述气液耦合冷却换热系统与所述pcs箱体之间通过所述导风罩和前面板多点位螺纹锁附固定连接，使所述气液耦合冷却换热系统可沿正面方向独立拆装；所述pcs箱体内部无扰流风机，所述换热风机设置于所述气液耦合冷却换热系统内，运行时向所述pcs箱体内部鼓风以形成定向循环气流；所述气液换热器内部设有连续贯通的冷却液流道，所述冷却液流道外部设有一体化成型的外露换热翅片，所述换热翅片形成供气流流通的气流通道，所述换热风机驱动气流经所述气流通道与所述换热翅片进行强制对流换热，以将所述pcs箱体内部热量经所述气液换热器传递至冷却液并带出。

4、本申请的上述方案至少包括以下有益效果：

5、1、将风机和气液换热器组合的散热系统优化为可拆卸的独立安装结构，pcs内无扰流风机，利用气液换热器和风机、风道设计则可实现功率腔内部扰流和均温效果，且无需拆解整机即可从正面实现风机和气液耦合冷却换热系统的快速拆装、检修与更换，简化运维操作流程，大幅降低设备后期维护成本，有效提升设备可维护性。

6、2、优化散热结构布局，将风机和气液换热器布置在pcs端部位置，并且散热系统可根据pcs散热需求往外延借位布置，有效规避占用功率腔核心区域的问题，合理释放柜内有效安装空间，显著提升pcs整机功率密度与集成度，满足设备小型化、集约化设计需求，有效增强产品市场竞争力。

7、3、优化散热系统连接结构，将冷板与气液换热器的管嘴结构外置pcs布置，pcs内部不存在焊接和管路结构，降低pcs内部凝露风险，避免因凝露引发的锈蚀、爬电、短路等故障，大幅提升设备运行的安全性与长期工作可靠性。

8、4、摒弃传统垂直堆叠的单一安装形式，使风机与气液换热器具备灵活的空间组合方式，同时气液换热器可采用v型、l型或常规结构等多种形态适配安装，有效提升柜内空间利用率与整体换热面积，优化散热组件装配结构，减少无效空间占用，可良好适配大功率组串式pcs的高集成化设计需求。

1.一种模块化储能变流器散热系统，应用于组串式pcs，包括pcs箱体（20）及设置于所述pcs箱体（20）前侧的气液耦合冷却换热系统（1），其特征在于：

2.根据权利要求1所述的模块化储能变流器散热系统，其特征在于：所述气液耦合冷却换热系统（1）布置于所述pcs箱体（20）前端并采用向外延伸的布局形式，使所述气液耦合冷却换热系统（1）不占用所述pcs箱体（20）内部功率腔核心区域。

3.根据权利要求2所述的模块化储能变流器散热系统，其特征在于：所述气液换热器（3）设有两个进出水水嘴（501、502），所述进出水水嘴（501、502）外置布置于所述pcs箱体（20）外侧端面；所述进出水水嘴（501、502）分别对接外部二级冷却管路与所述pcs箱体（20）内部的冷板流道结构，以形成所述气液换热器（3）的冷却液流道（303）与所述pcs箱体（20）内置冷板流道的串联换热循环。

4.根据权利要求3所述的模块化储能变流器散热系统，其特征在于：所述进出水水嘴（501、502）及所述pcs箱体（20）内部冷板对应的进出水嘴（503、504）均采用快插式接口结构。

5.根据权利要求4所述的模块化储能变流器散热系统，其特征在于：所述气液耦合冷却换热系统（1）还包括第一可拆卸面板（16）和第二可拆卸面板（17），所述第一可拆卸面板（16）螺纹锁附于所述第二可拆卸面板（17）外侧，所述第二可拆卸面板（17）螺纹锁附固定于所述导风罩（4）端面，形成分层式可拆卸面板结构。

6.根据权利要求5所述的模块化储能变流器散热系统，其特征在于：所述pcs箱体（20）内部中间位置固定安装有隔板（7），所述隔板（7）将所述pcs箱体（20）的容纳腔体隔断为相互独立的第一通风腔（8）与第二通风腔（9），所述第一通风腔（8）与第二通风腔（9）在所述pcs箱体（20）前侧相互隔断、在后侧预留连通通道，使双腔体在后端空间相互贯通形成内部气流循环通道（19）；

7.根据权利要求6所述的模块化储能变流器散热系统，其特征在于：所述第一通风腔（8）内部布置有第三pcb（14）和第四pcb（15），所述第二通风腔（9）内部布置有l1电感（10）、第一pcb（11）、冷板（6）、第二pcb（13）和igbt（12）；所述气液耦合冷却换热系统（1）跨接贯穿所述第一通风腔（8）与第二通风腔（9），实现双腔共用散热结构。

8.根据权利要求7所述的模块化储能变流器散热系统，其特征在于：所述pcs箱体（20）内部装配有冷板（6），所述冷板（6）上贴合布置有igbt（12）和l1电感（10），所述igbt（12）和l1电感（10）与所述冷板（6）换热面之间填充有高导热界面硅脂。

9.根据权利要求8所述的模块化储能变流器散热系统，其特征在于：所述气液换热器（3）的结构形态为一字型、l型或v型中的一种，所述气液换热器（3）与所述换热风机（2）采用非垂直堆叠的空间组合方式装配；所述换热风机（2）与所述气液换热器（3）沿所述第一拆卸面板的拆装方向的前后位置可互换，且当所述换热风机（2）靠近所述第一拆卸面板时，所述换热风机（2）能够从该第一拆卸面板一侧单独拆卸。

10.根据权利要求9所述的模块化储能变流器散热系统，其特征在于：所述气液换热器（3）的冷却液流道（303）采用单流程或双流程结构。