一种储能集装箱的散热型电池支架的制作方法

1.本实用新型属于储能设备技术领域，尤其涉及一种储能集装箱的散热型电池支架。


背景技术：

2.随着新能源技术的发展，储能集装箱作为一类储能设备得到了越来越广泛的应用。储能集装箱基于集装箱设施构建，是一种高度集成的储能设备，具备集成度高、占地面积小、便于布置以及转移位置等诸多特点。储能集装箱内设置有电池模组以及电源管理系统（bms）、能量管理系统（ems）以及储能变流器（pcs）等。为了提升储能集装箱的储能能力，在箱内空间应尽可能多地设置电池模组，然而电池模组和储能变流器等装置在运行时产生大量的热量，导致模组温度升高，进而导致电池模组和储能变流器等装置处于不利的工作环境中，因此对储能集装箱的内部热环境控制是重要的开发设计内容之一。
3.现有的储能集装箱通过布置温度传感器和风扇进行散热，通过在内部建立风冷散热通道，将电池模组和储能变流器等装置产生的热量向集装箱的外部转移输送。然而如前所述，为了提升储能集装箱的储能能力，通常在内部密集放置电池模组及相关组件，电池模组一般由支架、电池模块及附属组件等构成，为了充分利用空间，在支架上电池模块通常进行密集装载。以上因素导致了不易构建风冷散热的通道，导致电池模块之间以及电池模块之间空隙内的热气流由于流动不畅而无法散失热量，设备长期运行时，在箱内形成对系统工况产生不稳定影响的局部高温环境，导致设备运行故障率上升，运行安全系数下降。
4.因此，需要对储能集装箱内的设施布局以及设施的结构进行优化设计，提升储能集装箱设备对内部温度环境的控制能力，电池支架作为储能集装箱内电池模组的重要组件，其结构设计直接影响了电池模组和相关组件的装载效果以及散热效果。


技术实现要素：

5.本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种结构设计合理、保证电池模块及附属组件装载密度的同时提升整体散热效果的储能集装箱的散热型电池支架。
6.本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种储能集装箱的散热型电池支架包括主支撑架，主支撑架包括左侧框架、中部框架和右侧框架，在左侧框架与中部框架之间、中部框架与右侧框架的上部之间各安装有多个普通型托撑框架和吸热型托撑框架且在竖直方向上相邻的托撑框架等间距设置并且在相邻的托撑框架之间形成电池装载空间，在中部框架与右侧框架的下部之间安装有多个普通型托撑框架且相邻的托撑支架之间形成设备装载空间；在各吸热型托撑框架上均安装有吸热组件且吸热组件的厚度小于吸热型托撑框架的厚度，在主支撑架的顶部安装有散热组件，各吸热组件与散热组件通过循环管路连接且在循环管路内设有导热介质。
7.优选地：散热组件设置有左右两个，分别与下方的各吸热组件连接；散热组件包括顶壁和底壁上各自带有多个气流窗口的外壳，在外壳的内部安装有波浪形的散热管，在散
热管上设有散热翅片，在底壁的气流窗口下方安装有散热风扇，散热管的两端延伸至外壳的侧部并且在端部设有管路接头。
8.优选地：吸热组件包括前部连接板和后部连接板，在两者之间设有波浪形的吸热管，在吸热管上设有吸热螺旋翅片，吸热管的两端延伸至后部连接板的后方并且在端部设有接口管。
9.优选地：吸热型托撑框架包括与主支撑架固定的前部横梁和两个后部横梁，在前部横梁与两个后部横梁之间设有左右两个连接纵梁，吸热组件位于两个连接纵梁之间。
10.优选地：吸热型托撑框架的前部横梁和连接纵梁具有c形截面，在吸热组件的前部连接板的两端安装有前部支撑块，在后部连接板的两端安装有后部支撑块，前部支撑块和后部支撑块各自落入所在侧的连接纵梁的内部空间。
11.优选地：普通型托撑框架包括与主支撑架固定的左右两个侧部托撑梁，在两个侧部托撑梁的前部之间安装有前部连接梁。
12.优选地：在主支撑架的顶部安装有顶部安装框架，散热组件与顶部安装框架固定连接，顶部安装框架包括两个前后横梁，在前后横梁之间安装有两个左右横梁，前后横梁与主支撑架固定连接。
13.优选地：设备装载空间包括至少一个主设备装载空间和至少一个辅助设备装载空间，在主设备装载空间的前部安装有箱门。
14.优选地：还包括带有多个安装窗口的背板，背板与主支撑架固定连接，在各安装窗口上安装有背部风扇组件。
15.优选地：在主支撑架的左侧框架和右侧框架上均安装有侧板，在左侧框架、中部框架和右侧框架的顶部背部均设有带有连接板的背架。
16.本实用新型的优点和积极效果是：
17.本实用新型提供了一种结构设计合理的储能集装箱的散热型电池支架，应用于储能集装箱内，用于装载电池模块及附属组件/设备，提升储能集装箱设备对箱内温度环境的控制能力。与现有的电池支架设施相比，本实用新型中的电池支架采用普通型托撑框架和吸热型托撑框架构建了电池装载空间、采用普通型托撑框架构建了设备装载空间，令电池模块以及附属组件/设备具备各自独立的装载空间，模块化的电池模块以及模块化的附属组件/设备能够向相应的装载空间内进行插装安装，标准化的装载空间设计提升了电池模块和附属组件的装载密度，有利于充分利用集装箱的内部空间，提升整个储能集装箱的储能水平。
18.通过在主支撑架的中部设置多个吸热型托撑框架并且在吸热型托撑框架上安装吸热组件、在主支撑架的顶部安装散热组件并且采用循环管路连接吸热组件与散热组件，令本电池支架实现了中部从电池模块之间吸热、从顶部进行散热的技术效果，因而对于支架内部气流流通不畅的位置尤其是电池模块之间的空间来说增设了主动吸热-散热的技术手段，这样电池支架内部产生的热量能够进行及时快速地排出，因而提升了电池模组（包括支架、电池模块以及附属组件/设备）的整体散热效果，有利于保持电池模块及附属组件/设备运转的温度环境，提升了储能集装箱设备的运行可靠性，提升了储能集装箱设备的运行安全系数。
附图说明
19.图1是本实用新型的主视结构示意图；
20.图2是本实用新型主体部分的结构示意图；
21.图3是图1中散热组件的结构示意图，上部视角；
22.图4是图1中散热组件安装状态的俯视结构示意图；
23.图5是图1中电池装载框架的结构示意图；
24.图6是图1中吸热组件安装状态的俯视结构示意图；
25.图7是图6中吸热组件的结构示意图。
26.图中：
27.1、背部风扇组件；2、主支撑架；2-1、左侧框架；2-2、中部框架；2-3、右侧框架；2-4、侧板；2-5、背架；3、电池装载空间；4、散热组件；4-1、外壳；4-2、防护网罩；4-3、散热翅片；4-4、散热管；4-5、散热风扇；4-6、管路接头；4-7、气流窗口；5、背板；5-1、安装窗口；6、箱门；7、主设备装载空间；8、辅助设备装载空间；9、顶部安装框架；9-1、前后横梁；9-2、左右横梁；10、普通型托撑框架；10-1、侧部托撑梁；10-2、前部连接梁；11、吸热型托撑框架；11-1、前部横梁；11-2、连接纵梁；11-3、后部横梁；12、吸热组件；12-1、前部连接板；12-2、前部支撑块；12-3、吸热螺旋翅片；12-4、后部支撑块；12-5、吸热管；12-6、后部连接板；12-7、接口管。
具体实施方式
28.为能进一步了解本实用新型的内容、特点及功能，举以下实施例详细说明。
29.请参见图1和图2，本实用新型的储能集装箱的散热型电池支架包括主支撑架2，主支撑架2包括左侧框架2-1、中部框架2-2和右侧框架2-3。如图中所示，左侧框架2-1、中部框架2-2和右侧框架2-3三者各自由前后两个纵向金属型材构成，整体成长方体形状。
30.向储能集装箱内进行安装时，主支撑架2直立在箱体的内部，为了提升直立的稳定性，在左侧框架2-1、中部框架2-2和右侧框架2-3三者各自的纵向金属型材的底部设置连接板，采用螺栓将主支撑架2的底部与集装箱的地面固定连接。本实施例中，在主支撑架2的左侧框架2-1和右侧框架2-3上均安装有侧板2-4，两侧的侧板2-4将内部空间的左侧和右侧封装起来，在左侧框架2-1、中部框架2-2和右侧框架2-3的顶部背部均设有带有连接板的背架2-5，主支撑架2向储能集装箱的内部进行安装时通常贴靠在集装箱的箱壁上，此时采用螺栓将背架2-5与集装箱的箱壁固定连接。
31.在左侧框架2-1与中部框架2-2之间、中部框架2-2与右侧框架2-3的上部之间各安装有多个普通型托撑框架10和吸热型托撑框架11且在竖直方向上相邻的托撑框架等间距设置，在相邻的托撑框架之间形成电池装载空间3，电池模块向各电池装载空间3内插装安装。在各吸热型托撑框架11上均安装有吸热组件12，吸热组件12用于吸收所在空间的热量。
32.在中部框架2-2与右侧框架2-3的下部之间安装有多个普通型托撑框架10且相邻的托撑支架之间形成设备装载空间，电池模组的组件/设备例如电源管理系统（bms）、能量管理系统（ems）以及储能变流器（pcs）等向设备装载空间内进行安装。
33.普通型托撑框架10是指普通框架，这种普通框架只提供对电池模块的托撑功能。吸热型托撑框架11是指能够安装吸热组件12的框架，不仅提供对电池模块的托撑功能，而且通过安装吸热组件12，实现电池支架中部不易对流空间内热量的吸收和转移，提升对内
部空间的主动吸热-散热效果。
34.普通型托撑框架10和吸热型托撑框架11根据要求进行配置，理想情况下，普通型托撑框架10与吸热型托撑框架11宜采用间隔设置的方式进行配置，即在竖直方向上来看，两个普通型托撑框架10之间设置一个吸热型托撑框架11，两个吸热型托撑框架11之间设置一个普通型托撑框架10。水平方向来看，左侧框架2-1和中部框架2-2上部之间的普通型托撑框架10与中部框架2-2和右侧框架2-3之间的吸热型托撑框架11横向对应，左侧框架2-1和中部框架2-2上部之间的吸热型托撑框架11与中部框架2-2和右侧框架2-3之间的普通型托撑框架10横向对应。这样能够令每个电池模块均与一个吸热组件12相邻，运行时产生的热量能够及时快速地被吸热组件所吸收。
35.当然可以想到的是，可以根据设计要求适当减少吸热型托撑框架11的数量，减少配置吸热型托撑框架11的位置采用普通型托撑框架10替代，为了尽量保证本电池支架内部各位置的散热能力，应该令各吸热型托撑框架11在支架内部分散配置。
36.为了尽可能提升电池模块的装载密度，左侧框架2-1与中部框架2-2之间相邻的托撑框架之间的距离、中部框架2-2与右侧框架2-3之间相邻托撑框架之间的距离即电池装载空间3的高度略大于电池模块的厚度，这样不会浪费支架上的有效装载空间。
37.本实施例中，设备装载空间包括至少一个主设备装载空间7和至少一个辅助设备装载空间8，主设备装载空间7内用于装载主要组件/设备，辅助设备装载空间8内用于装载辅助组件/设备，可以根据功能、贵重程度以及操作权限等因素划分电池模组各组件/设备是主要设备还是辅助设备。在主设备装载空间7的前部安装有箱门6，在箱门6上可以配置锁具，因此置入主设备装载空间7内的组件/设备受到箱门6及锁具的防护，例如带有操作权限的主要设备置入主设备装载空间7内，不带有操作权限的一般设备置入辅助设备装载空间8内，采用锁具将箱门6锁闭，只有有操作权限的人员才能够用专用钥匙开启箱门6并对内部的设备进行操作。
38.主设备装载空间7和辅助设备装载空间8的空间高度显著大于电池装载空间3的高度，如图中所示，主设备装载空间7设置有一个、辅助设备装载空间8设置有两个，三者的空间高度均等于电池装载空间3的高度的两倍。主要组件/设备和辅助组件/设备置入设备装载空间内时，在组件/设备周围会存在一定的空间，因此相较于电池模块在电池装载空间3内的占位装载而言，组件/设备在设备装载空间内装载后，其周围的气流流通情况更好，因此本实施中并未在中部框架2-2与右侧框架2-3之间配置吸热型托撑框架11，而是全部配置了普通型托撑框架10，可以想到的是，也可以将其中一个或者多个普通型托撑框架10替换为吸热型托撑框架11并安装吸热组件12。
39.请参见图5，可以看出：
40.普通型托撑框架10包括与主支撑架2固定的左右两个侧部托撑梁10-1，在两个侧部托撑梁10-1的前部之间安装有前部连接梁10-2。如图中所示，两个侧部托撑梁10-1的截面为“几”字形，侧部托撑梁10-1与主支撑架2的左侧框架2-1、中部框架2-2和右侧框架2-3之间均采用螺栓固定连接或者焊接，侧部托撑梁10-1的端部与前部连接梁10-2的端部之间采用螺栓固定连接或者焊接。电池模块向电池装载空间3内置入时，底部两侧分别由左右两个侧部托撑梁10-1托撑，电池模块向电池装载空间3内滑行置入。
41.请参见图6，可以看出：
42.吸热型托撑框架11包括与主支撑架2固定的前部横梁11-1和两个后部横梁11-3，在前部横梁11-1与两个后部横梁11-3之间设有左右两个连接纵梁11-2，整个吸热型托撑框架11为“π”字形。吸热组件12位于两个连接纵梁11-2之间。前部横梁11-1的外端、两个后部横梁11-3的外端与主支撑架2的左侧框架2-1、中部框架2-2和右侧框架2-3之间均采用螺栓固定连接或者焊接，连接纵梁11-2的前端与前部横梁11-1焊接固定、后端与后部横梁11-3的内端焊接固定。
43.吸热组件12的厚度小于吸热型托撑框架11的厚度，如此设计的目的是：令吸热组件12整体落入吸热型托撑框架11的内侧，其上表面和下表面并不从吸热型托撑框架11的上表面和下表面凸出，因而在向电池装载空间3内滑入装载电池模块时，电池模块10不会与吸热组件发生碰撞。
44.请参见图6和图7，可以看出：
45.吸热组件12整体为扁平状，包括前部连接板12-1和后部连接板12-6，在两者之间设有波浪形的吸热管12-5，在吸热管12-5上设有吸热螺旋翅片12-3，通过设置吸热螺旋翅片12-3，能够提升吸热管12-5内的介质与外部环境吸热换热的热交换效率。吸热管12-5的两端延伸至后部连接板12-6的后方并且在端部设有接口管12-7，接口管12-7用于连接介质管路。
46.本实施例中，在吸热组件12的前部连接板12-1的两端安装有前部支撑块12-2，在后部连接板12-6的两端安装有后部支撑块12-4，相应地，吸热型托撑框架11的前部横梁11-1和连接纵梁11-2具有c形截面，如图6中所示，前部支撑块12-2和后部支撑块12-4各自落入所在侧的连接纵梁11-2的内部空间，并且位于前部连接板12-1前方的吸热管12-5落入前部横梁11-1的内部空间。因此，吸热组件12在吸热型托撑框架11上是可拆卸安装的，拆卸时只需将吸热组件12向后方拉出，吸热组件12取出时并不影响吸热型托撑框架11对电池模块的托撑作用。电池模块向电池装载空间3内置入时，底部两侧分别由左右两个连接纵梁11-2托撑，电池模块向电池装载空间3内滑行置入。
47.在主支撑架2的顶部安装有散热组件4，各吸热组件12与散热组件4通过循环管路连接且在循环管路内设有导热介质，并且在循环管路上安装有介质循环泵。在介质循环泵的作用下，导热介质在各吸热组件12与散热组件4之间循环流动，吸热组件12在所在位置吸收的热量由换热介质吸收，换热介质升温，流动到散热组件4的换热介质将热量散发出去，降温后的换热介质再次循环流经各吸热组件12。
48.请参见图1、图3和图4，可以看出：
49.散热组件4设置有左右两个，分别与下方的各吸热组件12连接，即左侧的散热组件4与支架左侧的各吸热组件12连接，右侧的散热组件4与支架右侧的各吸热组件12连接，两组介质循环各自运行、互不干扰。
50.散热组件4包括顶壁和底壁上各自带有多个气流窗口4-7的外壳4-1，在外壳4-1的内部安装有波浪形的散热管4-4，在散热管4-4上设有散热翅片4-3，散热翅片4-3用于提升换热效率。在底壁的气流窗口4-7下方安装有散热风扇4-5，散热管4-4的两端延伸至外壳4-1的侧部并且在端部设有管路接头4-6，管路接头4-6用于提升与介质管路连接的便利性。各散热风扇4-5将气流向上吹，向上的气流通过散热管4-4及散热翅片4-3，带走介质含有的热量，之后高温的气流向上排出壳体4-1之外，本实施例中，为了避免异物从顶部的气流窗口
4-7掉入内部，在顶部的各气流窗口4-7上安装防护网罩4-2。
51.下方的各吸热组件12与散热组件4之间以串联的形式连接，具体地：散热组件4的一个管路接头4-6通过介质管路连接至介质循环泵的入口，介质循环泵的出口通过介质管路连接至下方第一个吸热组件12的一个接口管12-7，该吸热组件12的另一个接口管12-7通过介质管路再连接至下一个吸热组件12的接口管12-7，最下方吸热组件12的接口管12-7通过介质管路连接至散热组件4的另一个管路接头4-6，形成了循环通路。换热介质可以选取为现有多种类型的换热介质，值得注意的是，考虑到储能集装箱内对水分的要求比较严格，因此为了避免出现由于介质泄漏导致的问题，令换热介质优选为导热油。
52.在主支撑架2的顶部安装有顶部安装框架9，散热组件4与顶部安装框架9固定连接。如图中所示，顶部安装框架9包括两个前后横梁9-1，在前后横梁9-1之间安装有两个左右横梁9-2，前后横梁9-1与主支撑架2固定连接，具体地：前后横梁9-1的端部与主支撑架2的左侧框架2-1、中部框架2-2和右侧框架2-3采用螺栓固定或者焊接的方式固定连接。散热组件4整体置于顶部安装框架9的上方，其外壳4-1采用螺栓与顶部安装框架9的前后横梁9-1和/或左右横梁9-2固定连接。
53.本实施例中，为了进一步提升散热效果，还包括带有多个安装窗口5-1的背板5，背板5与主支撑架2固定连接，具体地，背板5采用螺栓与主支撑架2的左侧框架2-1、中部框架2-2和右侧框架2-3固定连接，在各安装窗口5-1上安装有背部风扇组件1，背部风扇组件1包括壳体以及风扇，产生的冷却气流由前向后。
54.运行方式：
55.如图1中所示，本电池支架安装固定到集装箱内的合适位置；将电池模组的多个电池模块分别置入各电池装载空间3内，将主组件/设备安装到主设备装载空间7内，将辅助组件/设备安装到辅助设备装载空间8内，将各电池模块与主组件/设备和辅助组件/设备、将主组件/设备与辅助组件/设备采用内部线束连接；将各背部风扇组件1与各散热组件4的散热风扇4-5、介质循环泵通过线束与温度控制器连接。
56.运行时，各背部风扇组件1产生由前向后的冷却气流，将本电池支架前部的气流吸入内部，带走内部热气后排放至背板5后方的空间，介质循环泵令换热介质循环流动，换热介质在吸热组件12处于外界气流换热升温，循环流动到散热组件4时，在散热风扇4-5的作用下与由下向上通行散热组件4的气流换热，因而支架内部的热量转移到本电池支架的上方空间。
57.可以在集装箱内、本电池支架的后方和上方设置散热专用通道，在散热专用通道内设置风扇将汇集进入通道内的热气向集装箱外部转移输送。