CN216958285U - 一种多功能复合材料储能***结构 - Google Patents

Abstract

一种多功能复合材料储能***结构，属于储能***技术领域。所述多功能复合材料储能***结构包括主框架和包裹于主框架外表面的外壁板，所述外壁板为复合材料壁板拼接而成，所述复合材料壁板包括三明治夹芯结构和搭接边，所述三明治夹芯结构包括依次连接的内蒙皮、夹芯和外蒙皮，所述搭接边与三明治夹芯结构边缘连接，搭接边与三明治夹芯结构连接处设有15‑85°斜角。本新型利用复合材料夹芯结构及材料本身具有的优势，阻燃、防火、耐腐蚀、密度低等，以替代原有储能电箱电柜的钢制蒙皮加涂层方案，对复合材料在储能***行业中的应用，提供更安全、可靠的设计空间，真正实现储能***多重安全保护，带来一定轻量化收益。

Description

一种多功能复合材料储能***结构

技术领域

本实用新型属于储能***技术领域，具体涉及一种多功能复合材料储能***结构。

背景技术

随着可再生能源建设的快速发展，大规模的可再生能源接入电网，储能***在整个电力价值链上起到了至关重要的作用，其主要涉及发电、输电、配电乃至终端电力用户。储能是解决新能源消纳、增强电网稳定性、提高配电***利用率最合理的解决方案。储能***是涉及到机械、电气和热学等多学科的集成产品，目前主要有集装箱式储能、柜体式储能、移动式储能等形式，以电池模组、电池箱PACK、电池簇、储能箱（柜）体四级模块化配置，并结合控制及其他电子元器件，实现储能***的整体化集成。

储能***作为影响能源格局的新兴产业，安全是该前沿技术长期使用的关键问题之一。现有技术中，储能箱（柜）体主要以钢框架与钢蒙皮，配合阻燃、隔热、防腐蚀涂层材料，框架内每组电池簇插槽放置已集成电池模组的电池箱PACK总成，储能电池体系以磷酸铁锂为主，相较三元体系更加安全，但磷酸铁锂电池还是存在着火、***的风险。虽然现在存放电芯模组的电池箱上盖越来越多的采用连续玻纤产品，对阻燃及热失控有一定防护作用，但储能箱体仍需考虑如何进行多重安全防护。在极端情况下，一簇电池箱发生***起火失控，需保证电池簇与簇间、多簇与储能箱体间能够得到内部有效隔离与控制蔓延，以免造成更大的危害。

实用新型内容

解决的技术问题：针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种多功能复合材料储能***结构，采用复合材料三明治夹芯设计，因其结构及材料的特有性，能够有效削弱噪音与震动，增加耐热、抗疲劳、耐腐蚀和阻燃、防火、隔热、隔冷等功能特性，复合材料壁板结构，可采用标准化模块设计，扩展性强，与储能箱体主框架采用胶接或胶铆、胶螺等混合连接方式，有效降低装配难度，整体化集成，提升结构刚强度，减轻重量，并实现电池簇与簇之间、多簇与储能箱体间的有效隔离，提升储能***整体安全性。

技术方案：一种多功能复合材料储能***结构，所述多功能复合材料储能***结构包括主框架和包裹于主框架外表面的外壁板，所述外壁板为复合材料壁板拼接而成，所述复合材料壁板包括三明治夹芯结构和搭接边，所述三明治夹芯结构包括依次连接的内蒙皮、夹芯和外蒙皮，所述搭接边与三明治夹芯结构边缘连接，搭接边与三明治夹芯结构连接处设有15-85°斜角，两个复合材料壁板相接处搭接边与搭接边边缘连接。

作为优选，所述主框架为若干组阵状紧密排列的金属型材框架，所述外壁板包括顶壁板、侧壁板和底壁板，所述顶壁板设于主框架顶部，侧壁板设于主框架四周，底壁板设于主框架底部，顶壁板、侧壁板和底壁板为复合材料壁板拼接而成，拼接处为搭接边与搭接边胶粘连接，顶壁板、侧壁板和底壁板与主框架的连接方式为胶粘连接结合机械连接。

作为优选，当主框架为至少两组阵状紧密排列的金属型材框架时，所述多功能复合材料储能***结构还包括内隔板，所述内隔板竖直向插于两个相连的金属型材框架之间，所述内隔板为复合材料壁板拼接而成，所述复合材料壁板包括三明治夹芯结构和搭接边，所述三明治夹芯结构包括依次连接的内蒙皮、夹芯和外蒙皮，所述搭接边与三明治夹芯结构边缘连接，搭接边与三明治夹芯结构连接处设有15-85°斜角。

作为优选，所述胶粘连接时胶接长度为15~40 mm，胶接厚度为0.5~3 mm。

作为优选，所述机械连接为抽芯铆钉连接、螺栓螺母连接或者拉铆螺栓螺母连接。

作为优选，所述内蒙皮和外蒙皮厚度一致且铺层角度满足对称均衡，内蒙皮和外蒙皮的厚度为0.5~5 mm，夹芯厚度为5~80 mm。

有益效果：1.本新型通过提出一种复合材料多功能储能***壁板结构，利用复合材料夹芯结构及材料本身具有的优势，阻燃、防火、耐腐蚀、密度低等，以替代原有储能电箱电柜的钢制蒙皮加涂层方案。 此结构作为一种优选的设计方案，对复合材料在储能***行业中的应用，提供更安全、可靠的设计空间，真正实现储能***多重安全保护，带来一定轻量化收益。

2.本新型引入复合材料外壁板（包括顶部、底部、侧部）结构，组合拼装集成于储能箱体外部形成蒙皮结构；框架内部增加复合材料内隔板，与框架进行电池簇与簇间的模块化安装，实现电池模组、电池箱PACK、电池簇、储能箱（柜）体的四级被动安全设计。

3.现有技术中钢蒙皮加功能涂层的传统组合，会带来相当一部分的重量上升，且时间久会出现涂层磨损、老化、脱落等现象，而采用本发明所述复合材料壁板替代原有钢蒙皮结构，在保证安全性为前提下，能够满足产品使用环境需求，提升刚强度，并带来一定的轻量化收益。

附图说明

图1 为本实用新型所述储能***结构示意图；

图2为所述复合材料壁板结构示意图，图中（a）为复合材料壁板整体结构图，（b）为A-A向剖视图（内蒙皮、外蒙皮、夹芯以及搭接边结构示意图）；

图3为复合材料壁板（内隔板）与主框架连接断面示意图。

图中各数字标号代表如下：1.主框架；2.外壁板；3.内隔板；4.顶壁板；5.侧壁板；6.底壁板；7.内蒙皮；8.夹芯；9.外蒙皮；10.搭接边。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本新型作进一步描述。

实施例1

一种多功能复合材料储能***结构，参照图1~2，所述多功能复合材料储能***结构包括主框架1和包裹于主框架1外表面的外壁板2，所述外壁板2为复合材料壁板拼接而成，所述复合材料壁板包括三明治夹芯结构和搭接边10，所述三明治夹芯结构包括依次连接的内蒙皮7、夹芯8和外蒙皮9，所述搭接边10与三明治夹芯结构边缘连接，搭接边10与三明治夹芯结构连接处设有15-85°斜角，两个复合材料壁板相接处搭接边与搭接边边缘连接。

本发明所述复合材料壁板结构采用连续纤维（包括但不限于碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维或以上混合纤维等）增强树脂（包括但不限于环氧、聚氨酯、不饱和、乙烯基等树脂）基复合材料，三明治夹芯结构材料（夹芯8包括但不限于Balsa巴沙木或PU、PVC、PET、PMI等闭孔类硬质泡沫或PP蜂窝、铝蜂窝、芳纶纸蜂窝等不同材质蜂窝）加强，复合材料整体采用成熟（预浸料工艺：热压罐、PCM、OOA等；树脂灌注工艺：VARI、LP-RTM、HP-RTM、WCM等，包扩但不限于与以上相关的变种工艺）工艺成型。

复合材料壁板为铺层夹芯结构，内蒙皮7与外蒙皮9满足厚度一致原则，壁板零件铺层角度主要以0°承受拉伸压缩为主、少量90°调节泊松比、少量±45°抗剪切，铺层需满足整体对称均衡原则。在前期样件阶段，壁板铺层可采用玻纤或玻碳混合材料，保证产品刚度及性能；在后期量产阶段，为降低成本提高收益，壁板铺层可采用纯玻纤平纹或多轴向经编材料。玻纤本身具有较强的防腐能力，常用作复合材料表面层用以防电偶腐蚀，且玻纤导热系数低，具有良好的耐热、隔热能力，另一方面，纤维布的特殊网状编织结构，对热失控也具有非常好的抵抗及防护能力。关于树脂使用，可根据工艺性及成本要求，采用热固性树脂体系加阻燃剂的组合，以达到产品阻燃功能需求。

复合材料壁板夹芯结构为壁板中心区域加强，三明治夹芯材料除了具有较高的刚度-重量比之外，还具有多功能性，例如阻燃、低烟、无毒，一些结构芯材（例PVC/PET泡沫或芳纶纸蜂窝）因具有特殊的结构及原料特点，可以在保证无毒的基础上实现自我熄灭功能。芯材通常由微孔结构构成，可以实现良好的隔音降噪效果，在这些微孔中充满了空气从而实现隔热、隔冷、防潮等效果。以PVC/PET泡沫或巴沙轻木为芯材的三明治夹芯结构复合材料，不仅可以在高腐蚀的情况下具有良好的寿命，还能实现抗冲击、抗震、防火等性能。

所述主框架1为钢框架。

实施例2

同实施例1，区别在于，所述主框架1为若干组阵状紧密排列的金属型材框架，所述外壁板2包括顶壁板4、侧壁板5和底壁板6，所述顶壁板4设于主框架1顶部，侧壁板5设于主框架1四周，底壁板6设于主框架1底部，顶壁板4、侧壁板5和底壁板6为复合材料壁板拼接而成，拼接处为搭接边与搭接边胶粘连接，顶壁板4、侧壁板5和底壁板6与主框架1的连接方式为胶粘连接结合机械连接。

参见图3，当主框架1为至少两组阵状紧密排列的金属型材框架时，所述多功能复合材料储能***结构还包括内隔板3，所述内隔板3竖直向插于两个相连的金属型材框架之间，所述内隔板3为复合材料壁板拼接而成，所述复合材料壁板包括三明治夹芯结构和搭接边，所述三明治夹芯结构包括依次连接的内蒙皮、夹芯和外蒙皮，所述搭接边与三明治夹芯结构边缘连接，搭接边与三明治夹芯结构连接处设有15-85°斜角。

所述胶粘连接时胶接长度为15~40 mm，胶接厚度为0.5~3 mm。所述机械连接为抽芯铆钉连接、螺栓螺母连接或者拉铆螺栓螺母连接。为保证快速装配，无需等待胶黏剂固化，可在胶粘结束后立刻增加机械连接紧固，常用的紧固形式包括抽芯铆钉（沉头或凸头）、螺栓螺母、拉铆螺栓螺母等，紧固件与复材防腐连接主要以锌镍涂层为主，如果要求较高，可以用不锈钢紧固件。钢主框架可采用表面喷漆或电泳处理，增强表面胶黏剂附着力，复合材料壁板零件在粘接前同样需对表面进行打磨处理，去除表面脱模剂、氧化皮、杂质等，并采用异丙醇进行擦拭、清洁，去除打磨后的粉末，提高复材接触表面胶接质量。

所述内蒙皮7和外蒙皮9厚度一致且铺层角度满足对称均衡，内蒙皮7和外蒙皮9的厚度为0.5~5 mm，夹芯厚度为5~80 mm。

本实施例中内隔板3的材料同外壁板2。复合材料壁板结构采用标准模块化设计，以内隔板3为例，在电池簇与簇之间，同一列隔板尺寸相同，不同列同一位置尺寸相同，沿用此方法设计，可采用同一套模具生产统一规格零件，装配工装、胶接工装、检具等也具有高度统一沿用性，大幅减少设备模具成本开销及人力投入。

实施例3

同实施例2，区别在于，本实施例中顶壁板4和底壁板6由三块复合材料壁板拼接而成，主框架1为6组矩形阵状紧密排列的金属型材框架（电池簇的位置在图1中用虚线框标出），相邻金属型材框架之间竖向穿插内隔板3。

目前储能***常见形式包括集装箱式储能箱体、储能柜体、移动式储能车等，其结构主要由钢制蒙皮形成外部包络，钢制型材主框架形成内部主体，电池模组集成于整包电池箱PACK，PACK以抽屉形式***主框架电池簇中，簇与簇之间相互贯通，当一处电池箱失控起火，极易对周边电池箱造成牵连，存在极大的安全隐患。

本专利通过将外部包络替换为复合材料外壁板，防火阻燃并提升整体刚强度，减轻重量；簇与簇间增加复合材料内隔板，与箱体型材主框架进行装配，做到不同簇间的电池箱PACK有效隔离，提升储能***整体安全性。

传统钢材比强度为153 MPa/(g/cm³)，比刚度为26 GPa/(g/cm³)；铝合金比强度为151 MPa/(g/cm³)，比刚度为26 GPa/(g/cm³)；碳纤维复合材料层压板比强度为506~1100MPa/(g/cm³)，比刚度为38~81 GPa/(g/cm³)，随铺层方向不同而异；玻璃纤维复合材料层压板比强度为410~898 MPa/(g/cm³)，比刚度为13~28 GPa/(g/cm³)；三明治夹芯结构夹芯材料密度通常在200 kg/m³以下，夹芯结构比传统层压板刚度更大，轻量化效果更高。

Claims (6)

1.一种多功能复合材料储能***结构，其特征在于，所述多功能复合材料储能***结构包括主框架和包裹于主框架外表面的外壁板，所述外壁板为复合材料壁板拼接而成，所述复合材料壁板包括三明治夹芯结构和搭接边，所述三明治夹芯结构包括依次连接的内蒙皮、夹芯和外蒙皮，所述搭接边与三明治夹芯结构边缘连接，搭接边与三明治夹芯结构连接处设有15-85°斜角，两个复合材料壁板相接处搭接边与搭接边边缘连接。

2.根据权利要求1所述的一种多功能复合材料储能***结构，其特征在于，所述主框架为若干组阵状紧密排列的金属型材框架，所述外壁板包括顶壁板、侧壁板和底壁板，所述顶壁板设于主框架顶部，侧壁板设于主框架四周，底壁板设于主框架底部，顶壁板、侧壁板和底壁板为复合材料壁板拼接而成，拼接处为搭接边与搭接边胶粘连接，顶壁板、侧壁板和底壁板与主框架的连接方式为胶粘连接结合机械连接。

3.根据权利要求2所述的一种多功能复合材料储能***结构，其特征在于，当主框架为至少两组阵状紧密排列的金属型材框架时，所述多功能复合材料储能***结构还包括内隔板，所述内隔板竖直向插于两个相连的金属型材框架之间，所述内隔板为复合材料壁板拼接而成，所述复合材料壁板包括三明治夹芯结构和搭接边，所述三明治夹芯结构包括依次连接的内蒙皮、夹芯和外蒙皮，所述搭接边与三明治夹芯结构边缘连接，搭接边与三明治夹芯结构连接处设有15-85°斜角。

4.根据权利要求2所述的一种多功能复合材料储能***结构，其特征在于，所述胶粘连接时胶接长度为15~40 mm，胶接厚度为0.5~3 mm。

5.根据权利要求2所述的一种多功能复合材料储能***结构，其特征在于，所述机械连接为抽芯铆钉连接、螺栓螺母连接或者拉铆螺栓螺母连接。

6.根据权利要求1或3所述的一种多功能复合材料储能***结构，其特征在于，所述内蒙皮和外蒙皮厚度一致且铺层角度满足对称均衡，内蒙皮和外蒙皮的厚度为0.5~5 mm，夹芯厚度为5~80 mm。

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