一种用于电芯冷却试验的布风装置与试验方法

技术领域

本发明涉及电化学储能系统技术领域，具体地，涉及一种用于电芯冷却试验的布风装置与试验方法。

背景技术

电化学储能飞速发展，电化学储能系统的安全性也应该得到更多的关注与重视。对于现阶段的电化学储能系统热管理技术，大多采用空气冷却的方式。大型电化学储能系统的空冷系统设计与优化，取决于储能系统基础单元-电芯的释热特性。

针对电芯自身的释热特性的研究，除了模型研究(如基于电芯生热率常用的Bernardi模型、或基于电阻的热模型、电热模型等)，试验与数值方法是相对简单有效的测试与评估方法，其结果可应用于空冷热管理系统的设计与优化。在试验与数值方法的耦合中，由于电芯尺寸较小，需要通过均匀且连续的电芯冷却气流以准确构建电芯冷却环境、精准还原数值模拟设置进而获取电芯释热特性，而均匀且连续的电芯冷却气流需要通过布风装置来产生。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明实施例提出一种用于电芯冷却试验的布风装置，该用于电芯冷却试验的布风装置简易化，能够提供均匀且连续的电芯冷却气流，且气流风速与风向均可以连续调节，为电芯释热特性的测量提供了便利条件。

本发明实施例还提出一种用于电芯冷却试验的布风试验方法。

本发明实施例的用于电芯冷却试验的布风装置，包括：

第一轨道和第二轨道，所述第一轨道和所述第二轨道均呈半圆形且水平相对设置，所述第二轨道设于所述第一轨道的弧形内侧且与所述第一轨道同轴设置，所述第二轨道相对所述第一轨道在竖直方向上高度可调；

移动单元和出风单元，所述移动单元沿所述第二轨道周向滑动设于所述第二轨道，所述出风单元与所述移动单元转动连接，所述出风单元的背离所述移动单元的一端设有出风口，所述出风单元用于在所述出风口产生速度分布均匀的气流并对准位于所述第一轨道轴线上的电芯；

出风单元和电芯的连线与出风单元和电芯的连线在水平面上的投影线之间形成角度可调的第一空间角，出风单元与电芯连线在水平面上的投影线与第二轨道对称线在水平面上的投影线之间形成角度可调的第二空间角。

本发明实施例的用于电芯冷却试验的布风装置简易化，布设方便，且操作简单，该布风装置能够提供均匀且连续的电芯冷却气流，且气流风速与风向均可以连续调节，为电芯释热特性的测量提供了便利条件。

在一些实施例中，所述出风单元包括第一连接板和出风筒，所述第一连接板与所述移动单元转动连接，所述出风筒包括依次设置的风室、第一均流部和第二均流部，所述风室上设有用于泵送气体的进风孔，所述第一均流部和所述第二均流部用于依次降低气流的湍流度以使气流在所述出风口的喷射速度分布均匀。

在一些实施例中，所述第一均流部为多孔介质层，所述多孔介质层的孔隙率在0.4～0.6。

在一些实施例中，所述第二均流部为蜂窝均流器，所述蜂窝均流器上阵列排布有多个尺寸相同的直通孔，所述直通孔的延伸方向与所述出风筒的延伸方向相同，所述蜂窝均流器端部中所述直通孔的孔壁面积之和占所述蜂窝均流器端部的总面积的比例不超过2％。

在一些实施例中，包括激光器，所述激光器设于所述第一均流部和所述第二均流部之间且位与所述第一均流部端部的中心位置，所述激光器的照射方向与所述出风筒的延伸方向相同，所述激光器的激光束用于穿出所述第二均流部以对准电芯。

在一些实施例中，所述进风孔上连接有进风管，所述进风管上依次连接有流量计、调节阀门和通风机，所述通风机用于泵送风量，所述调节阀门用于控制通流面积，所述流量计用于测量通风量。

在一些实施例中，所述移动单元包括夹持部和连接部，所述夹持部包括两个呈弧形的竖直板段和连接两个所述竖直板段的水平板段，两个所述竖直板段卡接在所述第二轨道的径向两侧，所述连接部包括沿所述第二轨道径向设置的第二连接板，所述第二连接板与所述出风单元转动连接。

在一些实施例中，所述第一轨道底部设置有多个支架，所述支架高度可调以用于调整所述第一轨道至与水平面平行。

在一些实施例中，所述第二轨道的两端沿切向水平设有延伸板，所述延伸板的底部设有升降器，所述升降器沿竖直方向高度可调以用于调节所述第二轨道的高度。

本发明实施例的用于电芯冷却试验的布风试验方法包括上述任一实施例的用于电芯冷却试验的布风装置，包括第一测温件和第二测温件，所述第一测温件设于进风管内，所述第二测温件设于电芯的迎风面，定义出风单元与电芯的连线与出风单元与电芯连线在水平面上的投影线的夹角为空间角θ，第二轨道的对称线为中线，出风单元与电芯连线在水平面上的投影线与中线在水平面上的投影线的夹角为空间角α；

所述布风试验方法包括以下步骤：

S1、将第二轨道在竖直方向上移动至与第一轨道平齐的位置，将移动单元移动至第二轨道的中线位置，此时θ＝0°，α＝0°；

S2、在第二轨道上调节移动单元位置，并观察空间角α变化，定义出风单元相对电芯的高度为h，第二轨道的半径为r，由h＝r×tanθ，在升高第二轨道以调整出风单元的高度时，对空间角θ进行计算；

S3、确定空间角α和空间角θ，将移动单元移动到位，调整出风口至对准电芯，并固定出风单元的倾斜角度；

S4、确定电芯的测试风速范围，并匀速增加出风口的风速至设定最大值；

S5、通过第一测温件和第二测温件对电芯在不同风向和风速下的冷却特性进行测试，记录试验结果，形成该电芯在0～90°的空间角α与空间角θ、以及不同风速的出风口风速下从电芯开始充电或放电到电芯充电完毕或放电完毕整个过程对应的电芯表面温度的数据库；

S6、结合空间对称关系，对上述数据库进行映射处理，或基于上述测试方法构建电芯前方整个半球空间内的布风设置并测试，得到0～180°的空间角α与空间角θ、以及不同风速的出风口风速下的充放电过程对应的电芯表面温度的全部数据库；

S7、基于上述不同空间角α、空间角θ与风速的设置，对电芯构建数值模型并计算，得到电芯体释热率的拟合值。

附图说明

图1是本发明实施例的用于电芯冷却试验的布风装置的结构示意图。

图2是本发明实施例的用于电芯冷却试验的布风装置中第二轨道的俯视图。

图3是本发明实施例的用于电芯冷却试验的布风装置中出风单元和移动单元的连接示意图。

图4是本发明实施例的用于电芯冷却试验的布风装置中蜂窝均流器的结构示意图。

附图标记：

第一轨道1；

第二轨道2；

移动单元3；夹持部31；连接部32；

出风单元4；第一连接板41；出风筒42；风室421；第一均流部422；第二均流部423；进风孔424；直通孔425；出风口43；进风管44；流量计45；调节阀门46；通风机47；

支架5；

延伸板6；

升降器7；

基座8。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明实施例的用于电芯冷却试验的布风装置包括第一轨道1、第二轨道2、移动单元3和出风单元4，第一轨道1和第二轨道2均呈半圆形且水平相对设置，第二轨道2设于第一轨道1的弧形内侧且与第一轨道1同轴设置，第二轨道2相对第一轨道1在竖直方向上高度可调，移动单元3沿第二轨道2周向滑动设于第二轨道2，出风单元4与移动单元3转动连接，出风单元4的背离移动单元3的一端设有出风口43，出风单元4用于在出风口43产生速度分布均匀的气流并对准位于第一轨道1轴线上的电芯，出风单元4和电芯的连线与出风单元4和电芯的连线在水平面上的投影线之间形成角度可调的第一空间角，出风单元4与电芯连线在水平面上的投影线与第二轨道2对称线在水平面上的投影线之间形成角度可调的第二空间角。

本发明实施例的用于电芯冷却试验的布风装置在使用时，通过调节第二轨道2的高度，可实现第一空间角的变化，通过转动出风单元4的朝向可对准电芯，通过在第二轨道2上沿第二轨道2轴向调节移动单元3位置可实现第二空间角的变化，并通过改变出风口43的冷却气流速度，实现在空间上对电芯进行连续且均匀的冷却气流。

本发明实施例的用于电芯冷却试验的布风装置简易化，布设方便，且操作简单，该布风装置能够提供均匀且连续的电芯冷却气流，且气流风速与风向均可以连续调节，为电芯释热特性的测量提供了便利条件。

可选的，第二轨道2的外直径与第一轨道1的内直径相等，第二轨道2与第一轨道1处于同一水平高度时相互贴合。

在一些实施例中，如图3所示，出风单元4包括第一连接板41和出风筒42，第一连接板41与移动单元3转动连接，出风筒42包括依次设置的风室421、第一均流部422和第二均流部423，风室421上设有用于泵送气体的进风孔424，第一均流部422和第二均流部423用于依次降低气流的湍流度以使气流在出风口43的喷射速度分布均匀。

气流通过进风孔424进入风室421内，并通过第一均流部422和第二均流部423在出风口43排出，气流在第一均流部422和第二均流部423依次降低气流的湍流度下在出风口43喷射出速度分布均匀的冷却气流，便于实现对电芯提供均匀且联系的冷却气流。

在一些实施例中，第一均流部422为多孔介质层，多孔介质层的孔隙率在0.4～0.6。

将第一均流部422设为多孔介质层，多孔介质层的孔隙率在0.4～0.6，既能降低流通空气的湍流度，又能有效控制通流阻力，便于匀速气流通过。

在一些实施例中，如图3和图4所示，第二均流部423为蜂窝均流器，蜂窝均流器上阵列排布有多个尺寸相同的直通孔425，直通孔425的延伸方向与出风筒42的延伸方向相同，蜂窝均流器端部中直通孔425的孔壁面积之和占蜂窝均流器端部的总面积的比例不超过2％。

将多个直通孔425设置为尺寸相同且具有一定长度的孔流道，便于对气流的湍流度进一步降低，以保证在出风口43形成速度均匀分布的冷却气流，通过控制蜂窝均流器端部直通孔425的孔壁面积，减小孔壁对气流的阻扰，保证出风口43的通流面积。

在一些实施例中，包括激光器，激光器设于第一均流部422和第二均流部423之间且位与第一均流部422端部的中心位置，激光器的照射方向与出风筒42的延伸方向相同，激光器的激光束用于穿出第二均流部423以对准电芯。

设置激光器，通过激光束的对准效果，便于对出风单元4的倾斜方向进行调整，出风口43可快速对准电芯，以保证冷却气流的喷射效果。

在一些实施例中，如图3所示，进风孔424上连接有进风管44，进风管44上依次连接有流量计45、调节阀门46和通风机47，通风机47用于泵送风量，调节阀门46用于控制通流面积，流量计45用于测量通风量。

通过在进风管44上设置流量计45、调节阀门46和通风机47，通过调节阀门46和通风机47可实现对通风量的调节，由于出风口43位置可形成速度分布均匀的的气流，气流的平均速度亦可视为出风口43中心处的气流速度，等于流量计45测量的体积风量除以出风口43的通流面积，根据流量计45的测量可计算出出风口43的气流速度并便于调节出风口43的气流速度。

在一些实施例中，如图3所示，移动单元3包括夹持部31和连接部32，夹持部31包括两个呈弧形的竖直板段和连接两个竖直板段的水平板段，两个竖直板段卡接在第二轨道2的径向两侧，连接部32包括沿第二轨道2径向设置的第二连接板，第二连接板与出风单元4转动连接。

结构简单，方便加工和安装，且便于调节。

可选的，两块竖直板段中的一个上螺纹连接有定位螺栓，定位螺栓用于抵压在第二轨道2上以保证移动单元3位置固定时的稳定性。

可选的，第一连接板41和第二连接板通过紧固螺栓和紧固螺母连接。

在一些实施例中，如图1所示，第一轨道1底部设置有多个支架5，支架5高度可调以用于调整第一轨道1至与水平面平行。

通过设置支架5，可使第一轨道1与支撑面之间存在设定的高度，便于第二轨道2的高度调节，且操作方便，方便对第一轨道1的水平度进行调节。

在一些实施例中，如图2所示，第二轨道2的两端沿切向水平设有延伸板6，延伸板6的底部设有升降器7，升降器7沿竖直方向高度可调以用于调节第二轨道2的高度。

第二轨道2的两端沿切向水平设有延伸板6，方便升降器7的安装，避免升降器7在作业时与第一轨道1发生干涉。

可选的，升降器7可采用电动液压推杆，且在电动液压推杆的活动杆上设置刻度线，以便于对第二轨道2高度变化的测量。

在一些实施例中，如图1和图2所示，包括基座8，基座8对应第一轨道1设于第一轨道1的轴线上，电芯安装于基座8的朝向第一轨道1的一侧。

通过设置基座8，便于对电芯进行安装固定，将电芯提高设定距离，避免电芯所处位置对气流均匀性产生影响。

可选的，基座8的安装电芯的一端缕空处理，以避免其空间存在对气流均匀性产生影响，进而影响对电芯的正常冷却。

在一些实施例中，支架5与升降器7以及的底部固定连接有底板。

方便对第一轨道1，第二轨道2以及基座8的整体移动。

下面描述本发明实施例的用于电芯冷却试验的布风试验方法。

本发明实施例的用于电芯冷却试验的布风试验方法包括上述任一实施例的用于电芯冷却试验的布风装置，包括第一测温件和第二测温件，第一测温件设于进风管44内，第二测温件设于电芯的迎风面，定义出风单元4与电芯的连线与出风单元4与电芯连线在水平面上的投影线的夹角为空间角θ，第二轨道2的对称线为中线，出风单元4与电芯连线在水平面上的投影线与中线在水平面上的投影线的夹角为空间角α；

布风试验方法包括以下步骤：

S1、将第二轨道2在竖直方向上移动至与第一轨道1平齐的位置，将移动单元3移动至第二轨道2的中线位置，此时θ＝0°，α＝0°；

S2、在第二轨道2上调节移动单元3位置，并观察空间角α变化，定义出风单元4的高度为h，第二轨道2的半径为r，由h＝r×tanθ，在升高第二轨道2以调整出风单元4的高度时，对空间角θ进行计算；

S3、确定空间角α和空间角θ，将移动单元3移动到位，调整出风口43至对准电芯，并固定出风单元4的倾斜角度；

S4、确定电芯的测试风速范围，并匀速增加出风口43的风速至设定最大值；

S5、通过第一测温件和第二测温件对电芯在不同风向和风速下的冷却特性进行测试，记录试验结果，形成该电芯在0～90°的空间角α与空间角θ、以及不同风速的出风口43风速下从电芯开始充电或放电到电芯充电完毕或放电完毕整个过程对应的电芯表面温度的数据库；

S6、结合空间对称关系，对上述数据库进行映射处理，或基于上述测试方法构建电芯前方整个半球空间内的布风设置并测试，得到0～180°的空间角α与空间角θ、以及不同风速的出风口43风速下的充放电过程对应的电芯表面温度的全部数据库；

S7、基于上述不同空间角α、空间角θ与风速的设置，对电芯构建数值模型并计算，得到电芯体释热率的拟合值。

本发明实施例的用于电芯冷却试验的布风试验方法构建了不同风向与风速的实现方法，实现了连续可调节且风速分布均匀的布风条件，通过直接测量，建立电芯在0～180°的空间角α与空间角θ、以及不同风速的出风口43风速下对应的电芯表面温度的数据库，基于该数据库，通过数值模拟方法可以得到电芯体释热率的拟合值，以便于对电芯的释热特性进行分析。

可选的，在S5中，出风口43的风速为1～10m/s，并以0.2m/s的增量自1m/s逐渐增加至10m/s。

在一些实施例中，将移动单元3移动至第二轨道2的中心处，并将第二轨道2的左半部分等分成N

通过对第二轨道2进行划分，根据移动单元3所在位置可计算出对应位置的空间角α。

在一些实施例中，第二轨道2上对应移动单元3设有用于显示移动单元3相对第二滑轨转动角度的刻度线。

通过设置刻度线，可直接观察出对应空间角α，操作方便快捷。

在一些实施例中，当移动单元3位置固定时，调整升降器7高度，逐渐升高第二轨道2以调整出风单元4高度h，实现对空间角θ的调整，将第二轨道2的左半部分空间角θ为90°时等分成N

通过将第二轨道2的左半部分空间角θ为90°时等分成N

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体地限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。