CN102082313B - 电池降温系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种快速、有效的电池降温系统。该系统包括电池降温工装、通水管路和低温恒温槽，低温恒温槽通过通水管路和电池降温工装连接，并通过通水管路输送制冷介质；电池降温工装主要由冷盒和制冷介质组成，冷盒是主要由冷盒底板、冷盒盖板和四面侧板组成的密封储存盒，冷盒底板上均布三道导流条，冷盒上端口进来的制冷介质依次经三道导流条流经整个冷盒，并从冷盒下端的出口流出，保证了由低温恒温槽输送来的制冷介质能充分置换冷盒内温度较高的介质，并确保了冷盒与电池安装板的接触面一直处于较低的温度状态。本发明解决了卫星舱内发热量较大的单机无法及时降温的问题，将单机的工作温度控制在正常的范围内。

Description

电池降温系统

技术领域

本发明为一种有效的电池降温系统，它可用来解决发热量较大的单机无法及时散热的问题，即：在地面试验时，某种安装在舱内的发热单机在加电工作后，由于温升过快而无法快速将热量散除，而在单机温度上升到一定的温度上限后严重影响了该单机的正常工作。采用了该电池降温系统后，可有效、安全地将单机产生的热量及时地散发掉，进而达到了降低单机温度的目的，使单机能满足正常工作的需求。 

背景技术

在卫星研制过程中，对于星体内功率过大、发热量较大的单机通常采用在单机安装底板内部预先铺设热管的方法，充分利用热管内导热介质具有平衡温度的功能将单机传导给热管的热量，从温度较高的热管一端带至相对温度较低的热管另一端，逐渐达到一个新的温度平衡点，从而使单机的热量逐渐传导到舱外空间环境中，使单机的温度得以降低。 

热管散热效果的好坏，一个关键的因素取决于需散热单机与外界环境之间的温度差，若外界环境温度高于或接近需散热单机温度，则热管将很难将需散热单机的热量传导到外界环境中；若外界环境温度低于需散热单机温度，则热管会将需散热单机的部分热量传导到外界环境中，但传导的速率会受到两者温差大小的影响，温差大则传导速率快，温差小则传导速率缓慢。 

地面试验时厂房环境温度一般控制在20℃±5℃的范围内，考虑到进入厂 房人员的舒适度，通常控制在21℃左右。因此对于发热量较大、上升温度较快、温度过高工作受限的单机，仅仅通过热管的自然传导方式是无法达到快速传导热量、降低温度的理想效果。 

如某卫星使用的一种蓄电池单机在充电后期，电池发热量明显增加，温度急剧上升，由于电池采取了过温(过压)保护措施，即电池单体的温升达到25℃后，电源控制器将切断对电池的充电电路，停止对其再进行充电，从而出现电池单机在地面温度无法有效得到控制、充电容量减少、带负载能力下降的现象。 

发明内容

针对现有散热措施的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种外置式的、快速、有效又安全的电池降温系统，以解决由于舱内发热量大的单机受周围散热条件的局限而无法快速、自然地达到散热的难题，从而将电池工作时产生的热量及时带走，使电池迅速有效地得到降温，以保证电池单机能长时间地正常工作。 

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种电池降温系统，包括电池降温工装、通水管路和低温恒温槽，低温恒温槽通过通水管路和电池降温工装连接，并通过通水管路输送制冷介质；电池降温工装包括冷盒和制冷介质，冷盒是主要由冷盒底板、冷盒盖板和四面侧板组成的密封储存盒，冷盒内部均布三道导流条，冷盒上端口进来的制冷介质依次经三道导流条流经整个冷盒，并从冷盒下端的出口流出，保证了由低温恒温槽输送来的制冷介质能充分置换冷盒内温度较高的介质，并确保了冷盒与电池安装板的接触面一直处于较低的温度状态；在冷盒底板的外表面粘贴一层绝缘的导热硅橡胶；上述冷盒接头端部为倒齿形，冷盒的内、外侧均衬有一块3mm厚橡皮垫圈，冷盒的外侧用接头螺母 将冷盒接头旋紧，并在旋紧部位涂抹适量GD414硅橡胶；通水管路包括进、出水软橡胶管和夹头，进、出水软橡胶管外包裹有一层软泡沫保温管，夹头分别固定软橡胶管与冷盒或低温恒温槽上管嘴的连接；制冷介质为蒸馏水，其电阻率为0.2～0.5MΩ·cm；在低温恒温槽的电源供电线输入端串接一个16A、额定动作漏电流为30mA的漏电保护空气断路器。 

优选地，本发明上述冷盒采用铝板材加工制成，表面均经本色阳极化处理，外形尺寸为：(595，318)mm×240mm×40mm。 

优选地，本发明上述冷盒底板和冷盒盖板的厚度为3mm，四面侧板的厚度为10mm，三道导流条的长度均为200mm、宽均为7mm、高均为34mm。 

优选地，本发明上述冷盒短侧边上、下部位各安装一个采用黄铜棒材加工制成的冷盒接头，冷盒接头与软橡胶管连接形成冷盒与外界之间的传输通道。 

优选地，本发明上述通水管路是由进、出水软橡胶管、软泡沫保温管和软管夹头等组成的，该部分是用来输送低温恒温槽与冷盒之间制冷介质的必要通道。其中，进、出水管选用的是φ14mm/φ9mm绝缘软橡胶管，具有轻便、方便盘绕等特点，而通水管路的长度是决定低温槽内的制冷介质与冷盒之间绝缘性能的关键，因此通过计算选用了长度为10米的软橡胶管，一旦电池降温系统电路中产生漏电现象，其电流值也是非常小的，且绝对不会对人或星体产生任何危害。为防止软管内外温差过大而在软管外产生结露现象，在软管外还设计包裹了一层壁厚为10mm、内径为φ20mm的软泡沫保温材料；软管夹头用于分别固定软管与冷盒或低温恒温槽上管嘴的连接，防止管嘴部位可能发生的漏水现象。 

优选地，本发明上述制冷介质为蒸馏水(四级纯水)，其电阻率为0.2～0.5M Ω·cm，远远大于普通自来水的电阻率(是自来水的6～7倍)，其高阻抗性能，可防护一旦电池降温设备可能发生的漏电现象而引起对星体的损害。 

优选地，本发明上述三道导流条呈手指交叉状。 

本发明上述低温恒温槽(型号：DKB-1915)是市场采购产品，采用220V供电，使用了模块式制冷装置，具有自动制冷、加温、主动循环等功能，配置延时启动，高压多种保护，具有使用安全、运行稳定、操作简便、修理保养方便、升降温快等特点。选用的DKB-1915型低温恒温槽的温度范围可控制在1～99C之间，温度波动范围为±0.1℃，水泵流量为4升/分，水泵扬程为0.8米。在此基础上对低温恒温槽又进行了适应性改装。一是，因厂家生产的低温恒温槽设备是专用于内置式产品的，无外接的进、出水管口。为适应电池降温实际的需要，在低温槽壳体上增加了两个外接的进出水管口，并采用导线将两管口分别与设备中的壳体进行短接，使其与设备壳体形成一个等电位。二是，原低温槽设备的三眼电源插头上含有设备的接地端，但因试验厂房内设备地与电源插座地并非同一个地，为排除电源插座地的不可靠因素，从低温槽电源插头的接地线上单独引出一根10米长的接地导线，同时将设备插头上的保护接地脚剪断，从而提高该套设备工作时的接地可靠性。三是，低温恒温槽内部的主要部件-循环泵和压缩机虽然都采取了绝缘保护措施，但为进一步提高该设备的防漏电保护性能，在低温恒温槽的电源供电线输入端串接了一个16A、额定动作漏电流为30mA的漏电保护空气断路器，当设备中一旦产生15mA～30mA范围内的漏电流时，该漏电保护器能在0.05s～0.06s的短暂时间内迅速切断电源，起到安全保护作用。 

本发明电池降温系统连接完成后，能有效地将安装在单机安装板上的冷源装置中的制冷介质温度快速控制在一个符合要求的温度平衡点，并通过不断循环的制冷介质及时带走电池扩热安装板上的热量，使工作中的电池温度能得到有效的控制。而且该套系统安装、操作简单，安全、可靠。 

本发明具有的有益效果是：所述的降温装置系统的主要特点是填补了由于受舱内散热条件的局限，发热量大的单机温度仅靠热管加扩热板的散热方式无法及时得以降低而影响单机正常工作的空白。在通常21℃环境温度条件下，采用这套降温设备后，可将电池的温度有效地控制在21℃～24℃之间。另外，本发明电池降温系统具有操作便捷、效率高、安全可靠、实用等优点，并着重在设备的安全性、防漏电、防结露、防漏水方面采取了有效的措施，提高了使用的安全性和可靠性，已成功应用于某型号卫星电池的降温，在各项地面试验中满足了单机正常工作的要求。另外对于不同单机降温的需求以及卫星的实际情况，可通过改变冷盒的大小和形状来达到真正的有效降温。另外若将通水管路用金属材料进行替换，并考虑采取适当的保温措施，则该套降温系统也可应用于热试验中对星上单机的降温。因此该套降温系统的应用范围非常广，具有很高的经济效益。 

附图说明

图1是本发明冷盒的结构示意图。 

图1中：1为冷盒底板；2为冷盒盖板；3为冷盒接头；4为接头螺母；5为橡皮垫圈；6为螺杆安装孔绝缘衬套；7为螺杆安装孔绝缘垫圈；8为压紧绝缘垫片；9为压紧垫片；10为导热橡胶垫；11、12、13为紧固件(螺钉、平垫、弹垫)。 

图2是本发明冷盒连接架的结构示意图。 

图2中：1为OSR面连接板；2为冷盒面连接板；3为侧面连接板1；4为绝缘板1；5为侧面连接板2；6为绝缘板2；7为侧面连接板3；8为绝缘板3；9为侧面连接板4；10为绝缘板4；11为侧面连接板5；12为绝缘板5；13为侧面连接板6；14为绝缘板6；15为OSR面绝缘板；16为冷盒面绝缘板17、18为安装紧固件；19为绝缘衬套。 

图3是本发明冷盒安装示意图(安装在电池安装扩热板+X侧)。 

图3中：1为冷盒；2为螺杆；3为扳手；4为螺母；5为软管夹头；6为软橡胶管；7为软泡沫保温管；8为低温恒温槽；9为电池安装扩热板(+X侧)。 

图4是本发明冷盒的另一安装示意图(安装在电池安装扩热板-X侧)。 

图4中：1为冷盒；2为冷盒连接架；3为软管夹头；4为软橡胶管；5为软泡沫保温管；6为低温恒温槽；7为电池安装扩热板(-X侧)；8、9为螺钉及绝缘垫圈；10、11、12为螺钉、绝缘垫圈及螺母。 

图5是本发明电池降温系统的组成示意图。 

图5中：1为电池降温工装；2为通水管路；3为低温恒温槽。 

具体实施方式

如图5所示，本发明优选实施例提供的电池降温系统是由电池降温工装〔1〕、通水管路〔2〕和低温恒温槽〔3〕三部分连接组成，其中： 

电池降温工装是由冷盒、冷盒连接架、安装扳手、螺杆、制冷介质等组成，是本实施例提供的降温系统中直接将电池安装扩热板上热量迅速带走的必要过渡冷源。 

如图1所示，冷盒是由冷盒底板1、冷盒盖板2、冷盒接头3、接头螺母4、 橡皮垫圈5、螺杆安装孔绝缘衬套6和绝缘垫圈7、压紧绝缘垫片8和压紧垫片9、导热橡胶垫10及安装紧固件11、12、13等组成。三角形冷盒采用铝板材加工制成，表面均经本色阳极化处理，其外形是依据电池安装扩热板的形状而设计的，其外形尺寸为：(595，318)mm×240mm×40mm，冷盒底板1和冷盒盖板2的厚度为3mm，四面侧板厚10mm，盒底内部在纵向均布了三横道长200mm、宽7mm、高34mm的导流条A，便于外来的制冷介质能自上而下地不断流动，保证了由低温恒温槽输送来的冷介质能充分置换冷盒内温度较高的介质，同时也起到加强结构的作用，使底盒不易产生变形，保证了安装底面的平面度。冷盒接头3采用了黄铜棒材加工制成，在冷盒短侧边上、下部位各安装一个，其与软橡胶管连接后即可形成冷盒与外界之间的传输通道。冷盒接头3端部设计为倒齿形式，便于软管的安装，又可防止软管的滑脱。冷盒接头3与冷盒在安装过程中，内、外侧均需衬一块3mm厚橡皮垫圈5、外侧再用接头螺母4将冷盒接头3旋紧，并在旋紧部位涂抹适量GD414硅橡胶，以确保冷盒接头3与冷盒连接的密封性。在确保冷盒内部无任何多余物前提下，采用在冷盒盖板2四周内侧涂抹一圈GD414硅橡胶，并用12组M3×10螺钉将冷盒盖板2均匀固定在冷盒底盒上，再在冷盒盖板2外边缘四周涂上GD414硅橡胶进行密封，待硅橡胶完全固化后，需经通水循环以检查确认冷盒接头3部位及冷盒盖板2接缝处的密封情况。 

图1中，在冷盒底板1的外表面粘贴一层绝缘的导热硅橡胶，要求导热硅橡胶粘贴平服、完整、无起翘，若拼接，则拼接处应无任何缝隙(或采用整张粘贴)，粘贴完成后，用500V摇表测量冷盒表面与导热硅橡胶外表面之间的绝缘电阻应达到1000MΩ以上。 

图1中，螺杆安装孔(3处)分别粘贴螺杆安装孔绝缘衬套6和螺杆安装孔绝缘垫圈7(均采用玻璃钢棒材加工而成)，以保证冷盒通过螺杆安装在星体+X侧时，冷盒与星体之间是绝缘的。 

图1中，在冷盒盖板2的外表面对应底盒内部两条斜侧边及三道导流条位置均匀粘贴了15组1mm厚、φ18mm、玻璃钢制成的压紧绝缘垫片8和2mm厚、φ18mm、不锈钢制成的压紧垫片9，该15组压紧垫片是在冷盒采用辅助支架---冷盒连接架安装时，用于安装螺钉的支撑点，它既能保证将冷盒完全紧贴电池安装扩热板表面，又能确保冷盒与冷盒连接架之间的完全绝缘。 

如图2所示，为适应冷盒安装在星体-X侧，在无合适的冷盒装星安装孔的情况下，采用冷盒连接架利用星体侧板安装孔进行辅助安装。冷盒连接架是由OSR面连接板1、冷盒面连接板2、侧面连接板1～6(若干)、绝缘板1～6(若干)、OSR面绝缘板15及冷盒面绝缘板16等组成。上述所有的绝缘板均采用2mm的玻璃钢板加工制成，所有的连接板均采用铝合金材料加工制成。绝缘板1～6用GD414硅橡胶对应粘贴固定在侧面连接板1～6的内侧。OSR面绝缘板15及冷盒面绝缘板16首先采用GD414硅橡胶对应粘贴在OSR面连接板1和冷盒面连接板2的内侧，然后再在OSR面绝缘板15及冷盒面绝缘板16的外侧粘贴一层1mm厚的羊毛毡，以防止冷盒连接架安装时对OSR片或冷盒表面可能产生的磨损。为确保采用冷盒连接架辅助安装冷盒时，冷盒连接架与电池安装扩热板之间的绝缘性能，在OSR面连接板1与电池安装扩热板对接的安装孔内(5处)均用GD414硅橡胶粘贴了绝缘衬套19。 

如图3-4所示，电池降温系统中直接与星体接触的是冷盒。冷盒装星有两种状态：一是安装在星体电池安装扩热板的+X侧(图3)，二是安装在星体电 池安装扩热板的-X侧(图4)。 

冷盒装星之前，应先做好如下准备工作：首先在冷盒接头与低温恒温槽之间连接好软橡胶管(外包裹软泡沫保温材料)，插上低温恒温槽电源插头，开启低温恒温槽，启动循环泵，逐渐将冷盒注满制冷介质(蒸馏水)。 

下面结合附图分别简述冷盒安装在电池安装扩热板不同位置的实施方式。 

如图3所示，冷盒安装在电池安装扩热板的+X侧。确认电池安装扩热板+X侧安装处无任何障碍物后，将3根螺杆分别安装在电池安装扩热板+X侧冷盒安装部位，使M8螺杆的螺纹全部旋到底为止。由2名操作人员小心将冷盒托起，竖直放正，冷盒底部的导热橡胶垫朝向安装板，冷盒接头朝向外侧，慢慢将冷盒上的3个安装孔平行套入螺杆，轻轻将冷盒贴住电池安装扩热板+X侧，在螺杆上各套上一个扳手，并逐个拧上螺母，3个螺母应轮流拧紧，直至冷盒与电池安装扩热板+X面贴紧，目测无间隙即可。 

如图4所示，冷盒安装在电池安装扩热板的-X侧。首先参见附图2，在桌面上用22-螺钉M5×16将侧面连接板1～6(共7块)与冷盒面连接板2(有羊毛毡的一面)连接紧固，侧面连接板1～6粘贴玻璃钢绝缘板的一侧朝里。将冷盒水平放置于冷盒面连接板2上，使冷盒底部的导热橡胶垫朝上(即：冷盒盖板朝向冷盒面连接板2，同时冷盒的进、出水接头位于冷盒连接架的短边)，用3-螺钉M5×55、3-螺母M5将冷盒与冷盒面连接板2连接，不需紧固，但螺母上的螺纹应全部拧上，将OSR面连接板1放置在冷盒上方，其带羊毛毡的一面朝下(即朝向冷盒导热橡胶垫)，用22-螺钉M5×16将其与侧面连接板1～6(7块)连接紧固。参见附图3，由2～3名操作人员将上述组合好的冷盒组合体(冷盒连接架+冷盒)抬起，1人用双手将冷盒拉向冷盒面连接板，使冷盒 底部的导热橡胶垫面与OSR面连接板尽量分开一些空档(约25mm左右)，将空档对准电池安装扩热板的侧边，慢慢往里推进，直至OSR面连接板与电池安装扩热板上的安装孔位对准，用3-螺钉M5×45、2-螺钉M8×20将两者连接紧固，然后在冷盒面连接板中间螺孔位置处拧上15-螺钉M6×20，先将中间的9-螺钉M6×20手动均匀轮流拧紧，直至冷盒与星体-X侧的电池安装扩热板完全接触，目测无间隙后，再将其余6-螺钉M6×20手动拧紧即可。 

上述冷盒安装完成后，检查确认冷盒与电池安装扩热板之间是完全绝缘的，接上冷盒接地线，插上低温恒温槽电源，打开电源开关，开启循环泵，根据使用环境的湿度设置适当的制冷温度值，开启制冷泵，一般经过30～40分钟的运行，系统即可平衡稳定在所需的制冷温度上。 

本发明所述的电池降温系统投入使用后，达到了预期的效果，为某型号蓄电池在地面试验中能连续正常地工作提供了保证。 

在实际应用中，根据需要可通过重新设计不同形状的冷盒，将该套降温系统应用在难于有效降温、但需将热量快速散发、又有便于安装冷盒位置的情况。另外该套降温系统中若将通水管路替换为金属材料，并在外部采取一定的保温措施，则该套降温系统也可应用于热试验中对星上单机的降温。 

Claims (4)

1.一种电池降温系统，其特征是，包括电池降温工装、通水管路和低温恒温槽，低温恒温槽通过通水管路和电池降温工装连接，并通过通水管路输送制冷介质；电池降温工装包括冷盒和制冷介质，冷盒是主要由冷盒底板、冷盒盖板和四面侧板组成的密封储存盒，冷盒内部均布三道导流条，冷盒上端口进来的制冷介质依次经三道导流条流经整个冷盒，并从冷盒下端的出口流出，保证了由低温恒温槽输送来的制冷介质能充分置换冷盒内温度较高的介质，并确保了冷盒与电池安装板的接触面一直处于较低的温度状态；

在冷盒底板的外表面粘贴一层绝缘的导热硅橡胶；

冷盒接头端部为倒齿形，冷盒的内、外侧均衬有一块3mm厚橡皮垫圈，冷盒的外侧用接头螺母将冷盒接头旋紧，并在旋紧部位涂抹适量GD414硅橡胶；

在冷盒盖板的外表面对应底盒内部两条斜侧边及三道导流条位置均匀粘贴了15组1mm厚、Φ18mm、玻璃钢制成的压紧绝缘垫片和2mm厚、Φ18mm、不锈钢制成的压紧垫片；

通水管路包括进、出水软橡胶管和夹头，进、出水软橡胶管外包裹有一层软泡沫保温管，夹头分别固定软橡胶管与冷盒或低温恒温槽上管嘴的连接；所述进、出水软橡胶管选用长度为10米的软橡胶管；

制冷介质为蒸馏水，其电阻率为0.2～0.5MΩ·cm；

在低温恒温槽的电源供电线输入端串接一个16A、额定动作漏电流为30mA的漏电保护空气断路器。

2.根据权利要求1所述的电池降温系统，其特征是，冷盒底板和冷盒盖板的厚度为3mm，四面侧板的厚度为10mm，三道导流条的长度均为200mm、宽均为7mm、高均为34mm。

3.根据权利要求1所述的电池降温系统，其特征是，冷盒短侧边上、下部位各安装一个采用黄铜棒材加工制成的冷盒接头，冷盒接头与软橡胶管连接形成冷盒与外界之间的传输通道。

4.根据权利要求1所述的电池降温系统，其特征是，三道导流条呈手指交叉状。

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