CN106129525B - 动力电池包风冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动力电池风冷散热系统，它包括动力电池包和风调节结构，所述动力电池包包括壳体、陶瓷壳、金属弧形板、左壳体、右壳体和底板，壳体是由顶板和左板、右板组成的“n”形，所述陶瓷壳为上、下通透的陶瓷烧结件，在陶瓷壳的四个转角处分别设置一个金属弧形体，所述金属弧形体的两边沿卡设在所述定位突卡上，在四个金属弧形体中央位置卡入一个电芯，所述电芯与四个金属弧形板形成线接触；所述冷风进口和热风出口通过风管与外循环风源进行连接。陶瓷壳的热膨胀系数小，解决了电池包膨胀变形的问题，将电芯的变形限定在陶瓷壳体内部，电池包整体上不会形成胀包现象。
Description
技术领域
该发明涉及动力电池技术领域，具体地说是新能源汽车用动力电池包风冷系统。
背景技术
目前我国流行锂离子动力电池，磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。
锂离子电池的正极材料有很多种，主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料，而其它正极材料由于多种原因，目前在市场上还没有大量生产。磷酸铁锂也是其中一种锂离子电池。从材料的原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌过程，这一原理与钴酸锂、锰酸锂完全相同。
磷酸铁锂电池，同样有危险性。因为，磷酸铁锂也是一种锂离子电池。从材料的原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌过程，这一原理与钴酸锂、锰酸锂完全相同。而锂的化学性质非常活泼，很容易燃烧，当电池充放电时，电池内部持续升温，活化过程中所产生的气体膨胀，电池内压加大，压力达到一定程度，如外壳有伤痕，即会破裂，引起漏液、起火甚至爆炸。
从技术理论来看，磷酸铁锂电池，对电池的起火爆炸等危险性有小部分的改善，但很不彻底，危险性一样突出。
在各种情况下，电池外部短路、内部短路、过充都存在发生危险的可能。
如何化解上述的风险，是本领域的重要研究方向。
同时，动力电池包要求具有规则的外形，以方便安装，安装是指安装在车架或者行李箱中，规则的外形尤其适用于装配工序。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供动力电池包，首先用于解决电池包中各个电芯之间散热不充分的问题，提供一种在一定温度范围内可控的近似恒温的动力电池组，同时解决电芯发热膨胀带来的电极错位的问题，同时，便于组装和生产，模块化，结构紧凑化，降低使用和制造成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
动力电池风冷散热系统，包括动力电池包和风调节结构，其特征在于，动力电池包包括壳体、陶瓷壳、金属弧形板、左壳体、右壳体和底板，其中，所述壳体为不燃的工程塑料注塑件，所述壳体是由顶板和左板、右板组成的“n”形，所述左板和右板结构相同且对称设置，在左板和右板中分别设置有相对设置的方形卡槽，所述方形卡槽的中央位置设置有一个通孔，汇流带穿过所述通孔且所述汇流带与电芯电极焊接；
在每一通孔外侧的左板和右板上分别设置有汇流带安装槽，所述汇流带安装在汇流带安装槽中，所述左板和右板上均匀的设置有和陶瓷壳内腔贯通的布风孔；
所述陶瓷壳为上、下通透的陶瓷烧结件，所述陶瓷壳的四个侧面中部设置有向内凹陷的定位突卡，所述陶瓷壳的厚度不大于0.5毫米；
金属弧形板，所述金属弧形板为“(”形，在陶瓷壳的四个转角处分别设置一个金属弧形板，所述金属弧形板的两边沿卡设在所述定位突卡上，在四个金属弧形板中央位置卡入一个电芯，所述电芯与四个金属弧形板形成线接触；
陶瓷壳的左右两端分别固定左接头和右接头，其中左、右接头结构相同且对称设置；所述左、右接头分别抵靠在左板和右板上并固定；
在左板外侧固定一个左壳体，在右板外侧固定一个右壳体，其中，左、右壳体结构相同且对称设置，在左壳体的一侧设置有一个进风口，为冷风进口，右壳体上的接口为热风出口。
所述冷风进口(51)和热风出口(52)通过风管和风调节结构连接外循环风源。
进一步地，所述汇流带的焊接点位置设置有一个冲孔。
进一步地，所述汇流带为铜镍复合片。
进一步地，所述电芯为圆柱锂电池电芯。
进一步地，所述左、右接头为工程塑料注塑件。
进一步地，所述左接头包括环形部和卡爪，所述环形部为方形的结构，在每一个边上设置有一个卡爪，每一个卡爪分别与陶瓷壳上的凹陷的定位突卡进行配合，所述环形部与所述陶瓷壳的对齐。
所述风调节结构包括风机和风闸。
第一支管和第二支管为软管。
本发明的有益效果是：
核心部件包括一个陶瓷壳，可以大量采购，为无机耐温零部件，无论是耐高温、强度，绝缘性都能满足锂电池的使用要求，且在发生猛烈撞击的情况下，可以发生破碎，吸收撞击能量，提高新能源车的安全性能。
剩余的部件采用注塑件和钣金件，比较利于成型和廉价，降低成本。
陶瓷壳的热膨胀系数小，解决了电池包膨胀变形的问题，将电芯的变形限定在陶瓷壳体内部，电池包整体上不会形成胀包现象。
陶瓷壳的散热效果好，可以快速的带走电芯的热量。
便于组装，都是插接结构，提高装配效率，便于后期的维护。
冷风根据设计路线在每一个电芯单体的周围通过，且内腔中的空间较大，可以使得风速减缓，最大程度的与电芯发热进行热交换产生较好的换热效果。
弧形金属板与电芯接触，产生的热量也被带走，形成更好的热交换效果。
质轻，降低动力电池的总重量。
附图说明
图1为多个电池单元组合状态的立体图。
图2为一个电池单元的立体图。
图3为图2的全剖视图。
图4为一组电池芯的安装图。
图5为陶瓷壳的示意图。
图6为左接头的立体图。
图7为壳体的立体图。
图8为壳体的主视图。
图9为壳体的外表面侧视图。
图10为壳体的内表面侧视图。
图11为左壳体的示意图。
图12为底板的立体图。
图13为本电池包在车中的布置示意图。
图14为电池散热系统的进、出风风路示意图。
图中：1壳体，11顶板，12左板，121方形卡槽、122通孔、123汇流带安装槽、124布风孔、125阶梯口、13右板、2陶瓷壳、21定位突卡、3金属弧形板、4底板、5左壳体、5’右壳体、51冷风进口、52热风出口、6电芯、7风机、71第一总管道、72第二总管道、711第一进气口、712第二进气口、721第一出风口、722第二出风口、723第三出风口，73闸阀、8左接头、8右接头’、81环形部、82卡爪。
具体实施方式
如图1至图14所示，针对现有缺陷，本发明的保护主体如下：
开发的是一种动力电池包，现有的圆柱形锂电池在安装过程中存在两种情况，一种是直接进行捆绑，形成动力电池包，这种动力电池包存在的问题是，容易积累热量，造成温度升高，自膨胀、漏液，针对这一问题，现有的解决方案是，增加一个框架，现有的框架具有热证冷缩现象依然明显，例如中国专利CN204927374U中公布的方案，其中支架采用注塑件，具有绝缘和定位的作用，可以方便圆柱形锂电池的装配，但是，上述的结构没有形成风道，对于电芯的散热没有根本上解决。
要解决的技术难题在于：
难题一：在动力电池工作期间，单个电芯存在热胀效应，多个电芯的膨胀量累计在电池包上，就会形成巨大的形变，造成电极位置的错位，目前的解决措施是，电极设计成U型，用于弥补电芯之间的位移和形变。
难题二：单个电芯发生短路的情况下，由于电芯之间是靠近的，电极材料和电芯材料都是易燃材料，会引发相邻之间的电芯的爆燃。
难题三：冷却风处于无序的流动状态，不能针对电芯进行有效的降温，不能在电芯附近形成均匀的风场，各个电芯处的温度不均匀，造成电芯内阻不一致，电芯本身耗电增加。
基于上述的描述，本发明提供的动力电池散热系统，包括动力电池包和风调节结构。
动力电池包包括壳体1、陶瓷壳2、金属弧形板3、左壳体5、右壳体5’、底板4。
壳体1采用不燃的工程塑料材料，例如电木材质，通过截取的方式制作，宽度与电芯的长度吻合，壳体是由三个侧板组成的n形，内部用于安装电芯。
壳体1包括顶板11和左板12、右板13，其中顶板为一平板，左、右板分别垂直的固定在顶板11的两侧，左板和右板为对称结构，在左板和右板中设置有相对设置的方形卡槽121，方形卡槽121的中央位置设置有一个通孔122，该通孔用于汇流带穿过，并在此处完成汇流带与电芯电极的焊接。
在每一通孔122的外侧的左板或者右板上设置有汇流带安装槽123，汇流带安装在此槽中，上述的汇流带，在焊接点附近设置有一个冲孔，冲孔与上述的电芯的电极对应，便于焊接牢靠。
在上述的左板和右板上均匀的设置有布风孔124，用于和陶瓷壳内腔联通，并向陶瓷壳内提供气流。
陶瓷壳2为上、下通透的结构，为陶瓷烧结件，包括四个侧面，四个侧面的中部设置有向内凹陷的定位突卡21。陶瓷壳的厚度不大于0.5毫米，质轻。具有很好的散热性能。
在发生剧烈碰撞过程中，陶瓷壳粉碎性开裂可以吸收大量的碰撞能量。
金属弧形板3，采用金属薄板冲压件，并经过热处理，具有一定弹性，金属弧形板为“(”形，具有一定的弹性，在陶瓷壳的四个转角处分别设置一个金属弧形板3，金属弧形板的两边沿卡设在上述的定位突卡21上，图5，形成定位，有一个预变形，然后在四个金属弧形板中央位置卡入一个圆柱锂电池电芯6，参考图10，电芯6与四个金属弧形板形成线接触，参考图4。
在陶瓷壳2的上端固定一个左接头8，下端固定一个右接头8’，其中左右接头结构相同。以左接头为例进行说明，左接头8，优选工程塑料注塑件，包括环形部81、卡爪82，环形部81为方形的结构，在每一个边上设置有一个卡爪82，卡爪一定的弹性，每一个卡爪分别与陶瓷壳上的凹陷的定位突卡进行配合，即，卡在四个凹槽内，并使得环形部81与上述的陶瓷壳的对齐。
左、右接头分别抵靠在左板12和右板13上，形成端部固定。
在左板12外侧固定一个左壳体5，在右板13外侧固定一个右壳体5’，其中，左、右壳体结构相同，对称设置，以左壳体为例进行说明，左壳体5，优选工程塑料注塑件，整体为罩状结构，扣合在左板的外侧，并在左壳体的一侧设置有一个进风口，为冷风进口51。
右壳体固定在右板外侧，右壳体上的接口为热风出口52。
在上述的电芯的两端分别通过汇流带进行焊接连接，汇流带优选铜镍复合片，用于相邻之间的电芯6的连接，其中，铜镍复合片为直的金属片，并在铜镍复合片的两端为焊接点，通过焊接的方式与上述的电芯的两个电极进行电连接。
上述的多个电芯通过并联的方式形成一列，形成一个单元，参考图6，然后单元之间串联，形成一个动力电池包。多个单元进行靠近设置时，相邻之间的两个冷风进口位于同一侧，相邻之间的热风出口位于同一侧，参考图1。
在左板12和右板13的下端设置有阶梯口125，并在此处安装一个底板4，底板把电芯等固定在内部，形成一体，底板为工程塑料件，并底板的下侧设置有安装结构，通过底板与车架进行连接。
多个动力电池包之间并联连接形成汽车动力源。
一个动力电池包使用一个壳体进行集成，参考图3.
在每一个冷风进口51通过一个弯管连接到第一支管上，多个第一支管汇集后连接到进风管上处，每一个热风出口52通过一个弯管连接到第二支管中，多个第二支管连接到出风管处，通过风循环实现风冷。
一种电动轿车，其中设置有动力电池，动力电池包括多个动力电池包，动力电池包设置在车架的不同位置，多个动力电池包的进风管汇集到第一总管道71，出风管汇集到第二总管道72，其中第一总管连接一个风机7，风机外侧连接一个两个进气口，为便于区分，标记为第一进气口711和第二进气口712，其中第一进气口711位于轿车驾驶室内，且在驾驶室内的第一进气口处设置有过滤棉，第二进气口712位于后侧行李箱内，在第二进气口处设置有过滤装置。该过滤装置为三级过滤，包括过滤棉、过滤布和过滤器，实现精准过滤。
第二总管道72连接三个出风口，为便于区分，标记为第一出风口721、第二出风口722和第三出风口723，其中第一出风口位于轿车驾驶室内，第二出风口位于行李箱内，并与上述的第二进风口合并，对过滤装置进行反吹，具有一定的清理效果，第三出风口723位于车架底盘处，用于排空。
在上述的三个出风口和一个进风口处设置有闸阀73，闸阀为电磁阀，通过电磁阀的切换，用于控制风道的切换。
在冬季，室外低于0摄氏度时，起始阶段需要对电池电芯进行加热，循环风在第一进风口进风，采集的是驾驶室内的空气，对电池降温后的热风返回到驾驶室内，形成内循环模式。
在夏季，室外温度高于30摄氏度时，循环风在第一进风口进风，采集的是驾驶室内的空气，对电池降温后的热风通过第三出风口外排，形成内吸外排模式。
在春季或者秋季等季节，室外温度在十多摄氏度，自第二进风口进风，然后自第三出风口外排，形成循环模式。
通过上述多组模式的选择，可以实现全天候的工作。
进一步地，配合电池管理系统，可以在上述的下罩内侧集成一个温度采集元件，腔内的温度，通过控制风机的鼓风量控制电池包的温度。
通过上述的实施，可以将电芯的温度控制在20至40度之间的合理范围内，且各个电芯的温度场均匀一致。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩如本发明权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (7)
1.动力电池包风冷系统，包括动力电池包和风调节结构，其特征在于，所述动力电池包包括壳体(1)、陶瓷壳(2)、金属弧形板(3)、左壳体(5)、右壳体(5’)和底板(4)，其中，所述壳体(1)为不燃的工程塑料注塑件，所述壳体是由顶板(11)和左板(12)、右板(13)组成的“n”形，所述左板和右板结构相同且对称设置，在左板和右板中分别设置有相对设置的方形卡槽(121)，所述方形卡槽(121)的中央位置有一个通孔(122)，汇流带穿过所述通孔且所述汇流带与电芯电极焊接；
在每一通孔(122)外侧的左板和右板上分别设置有汇流带安装槽(123)，所述汇流带安装在汇流带安装槽(123)中，所述左板和右板上均匀的设置有和陶瓷壳内腔贯通的布风孔(124)；
所述陶瓷壳(2)为上、下通透的陶瓷烧结件，所述陶瓷壳(2)的四个侧面中部设置有向内凹陷的定位突卡(21)，所述陶瓷壳的厚度不大于0.5毫米；
金属弧形板(3)，所述金属弧形板(3)为“(”形，在陶瓷壳的四个转角处分别设置一个金属弧形板(3)，所述金属弧形板的两边沿卡设在所述定位突卡(21)上，在四个金属弧形板中央位置卡入一个电芯(6)，所述电芯(6)与四个金属弧形板形成线接触；
陶瓷壳(2)的左右两端分别固定左接头(8)和右接头(8’)，其中左、右接头结构相同且对称设置；所述左、右接头分别抵靠在左板(12)和右板(13)上并固定；
在左板(12)外侧固定一个左壳体(5)，在右板(13)外侧固定一个右壳体(5’)，其中，左、右壳体结构相同且对称设置，在左壳体的一侧设置有一个进风口，为冷风进口(51)，右壳体上的接口为热风出口(52)；
所述冷风进口(51)和热风出口(52)通过风管和风调节结构连接外循环风源。
2.根据权利要求1所述的动力电池包风冷系统，其特征在于，所述汇流带(61)的焊接点位置设置有一个冲孔。
3.根据权利要求2所述的动力电池包风冷系统，其特征在于，所述汇流带为铜镍复合片。
4.根据权利要求1所述的动力电池包风冷系统，其特征在于，所述电芯为圆柱锂电池电芯。
5.根据权利要求1所述的动力电池包风冷系统，其特征在于，所述左、右接头为工程塑料注塑件。
6.根据权利要求5所述的动力电池包风冷系统，其特征在于，所述左接头包括环形部(81)和卡爪(82)，所述环形部(81)为方形的结构，在每一个边上设置有一个卡爪(82)，每一个卡爪分别与陶瓷壳上的凹陷的定位突卡进行配合，所述环形部(81)与所述陶瓷壳的对齐。
7.根据权利要求1所述的动力电池包风冷系统，其特征在于，所述风调节结构包括风机和风闸。
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