CN106654443A - 一种能够自动实现温度闭环控制的电池箱 - Google Patents

一种能够自动实现温度闭环控制的电池箱 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种能够自动实现温度闭环控制的电池箱，包括：电池箱本体，以及设置在电池箱本体内部的若干电池组，其中：所述电池箱本体内设计成货架形式，包含若干层和若干列，用于放置电池组，其中列与列之间预留间隙，层与层之间预留间隙，这些间隙形成通风道，保证整个气体的流畅，使电池与气流充分接触，达到温度均衡；所述电池箱本体内采用矩管作为货架的骨架形成各列和各层，所述矩管同时作为风道，并且在所述矩管上设置大小不等的出风口，使出风口正对电池组中预留的通风道，通过出风口的大小调节风量的大小，从而使冷风有了一个大致的分布，同时，通过通风道、出风口以及矩管的风道使电池箱内部风量均匀分布，达到温度调控的目的。

Description

一种能够自动实现温度闭环控制的电池箱
技术领域
本发明涉及一种电池箱，具体地，涉及一种用于安放电池组、能够自动实现温度闭环控制的电池箱。
背景技术
随着新能源的发展，锂电池以其高电压、循环寿命长的特点，应用越来越广泛，锂电池作为车辆等动力电池，一般是采用成组使用的方式，锂电池通常设置在电池箱中。而锂电池组使用过程中，电池箱的温度控制对其使用的安全和可靠性具有重要的影响，由于电池箱体庞大，电池箱体与外界存在着热交换以及电池自身的发热，累计之后电池包内的温度将不断上升，严重影响电池的使用寿命。比如电池箱内温度过高会直接导致电池组放电性能下降，电池的使用寿命衰减，温度过高可能导致电池组无法正常使用，还有可能带来安全问题。
为了保证电池组能较好的工作，电池箱的设计变得尤为重要，为了实现温度控制，现有技术中的电池箱通常采用通风冷却进行散热，同时会采用相应的加热控制温度避免温度过低。比如中国专利公开号CN203967140U(申请号201420304972.5)，该实用新型专利公开了一种电池箱，包括：箱体，箱体内中空形成容置腔，一侧形成进风口，另一侧形成出风口；制冷片，制冷片设置在进风口；进风风扇，进风风扇设置在箱体内侧，并且进风风扇与进风口相通；外部温度传感器，外部温度传感器设置在箱体外侧；电池包，电池包容置在容置腔中；加热膜，加热膜贴附在电池箱内；以及内部温度传感器，内部温度传感器设置在电池包上。这种电池箱，通过制冷片、进风风扇、加热膜和内部温度传感器，当电池包温度较高时，启动制冷片和进风风扇降温，当电池包温度较低时，启动加热膜加温箱体内部空气。这种电池箱能够对内部电池包的温度进行调节。
但是上述专利存在以下不足：
1、将外界气体、粉尘带入电池箱体内部，使外界气体、粉尘与电池接触，容易腐蚀电池，对电池造成不可逆损坏，粉尘进入容易造成电池短路，带来安全隐患；
2、在湿度较大环境下运行，电池箱内部湿度会加大，严重影响电池的寿命及使用安全；
3、通过简单的风扇处理很容易造成电池箱内部风道分布不均匀造成电芯温度差异较大，严重影响电芯寿命和使用安全。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种能够实现自动实现温度闭环控制的电池箱，解决电池箱与外界的热交换以及电池箱内部热量的消除，使电池箱工作在一个理想的温度范围。
为实现上述目的，本发明所述的能够实现自动实现温度闭环控制的电池箱，包括：电池箱本体，以及设置在电池箱本体内部的若干电池组，其中：
所述电池箱本体内设计成货架形式，包含若干层和若干列，用于放置电池组，其中列与列之间预留间隙，层与层之间预留间隙，这些间隙形成通风道，保证整个气体的流畅，使电池与气流充分接触，达到温度均衡；
所述电池箱本体内采用矩管作为货架的骨架形成各列和各层，所述矩管同时作为风道，并且在所述矩管上设置大小不等的出风口，使出风口正对电池组中预留的通风道，通过出风口的大小调节风量的大小，从而使冷风有了一个大致的分布，同时，通过通风道、出风口以及矩管的风道使电池箱内部风量均匀分布，达到温度调控的目的。
进一步的，在所述电池箱主体内部主出风区域设置导风部件，所述主出风区域设有主出风口，所述导风部件与所述主出风口平行安装，在所述导风部件上开大小不等的通风口，通风口数量从上向下逐渐减少，以此来细调所述导风部件上流过的风量，使每个电池接触的风量尽可能的均匀。
进一步的，所述电池箱本体，其内部贴装一层导热系数非常低的保温部件，从而达到隔绝热交换的目的，使外界热量尽可能少的传递到电池箱内部。
进一步的，所述电池箱本体，其设有冷却系统，通过冷却系统来消除电池箱内的热量，使电池工作在一个理想温度范围，从而达到温控的目的。
进一步的，所述冷却系统可以是设置在所述电池箱本体四周的、具有除湿功能的空调。
本发明电池箱本体采用全密封设计，IP防护等级为IP65，可以有效的防止粉尘等进入，通过风道及导风部件有效的保证了电池箱内部风道的均匀，从而使电芯的温度接近一致，通过冷却系统可以对电池箱进行除湿操作有效的保证了电池箱在使用过程中的安全性，同时也保障了电池的使用寿命。全密封设计是指整个箱体设计包含空调在内。冷却系统的出风口和电池箱本体主梁(矩管)连接，通过主梁(矩管)将冷风带入电池箱本体内部。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明方案成功的解决了电池箱内部温度调控的问题，可以使得电池箱内部工作温度范围控制在10—25℃；电池箱内部温差控制在5℃，电池寿命保证了最大化，极大的节约了更换电池的成本；进一步的，通过空调冷却有效的减少了海上腐蚀气体进入电池箱内部，减少对电池的损坏，同时，空调自身具有除湿功能，可以避免电池箱内部由于温差带来的冷凝水，保障了电池内部的安全。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明电池箱的总体原理图；
图2为本发明一实施例中电池箱中电池组示意图；
图3-4为本发明一实施例中导风部件示意图；
图中：1为电池箱本体，2为电池组，3为列与列之间的间隙，4为层与层之间的间隙，5为矩管，6为出风口，7为导风部件，8为冷却系统，9为保温部件。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1-4所示，一种能够自动实现温度闭环控制的电池箱，包括：电池箱本体1，以及设置在电池箱本体1内部的若干电池组2，其中：所述电池箱本体1内设计成货架形式，货架包含若干层和若干列，用于放置电池组2，其中列与列之间预留间隙3，层与层之间预留间隙4，这些间隙形成通风道，保证整个气体的流畅，使电池与气流充分接触，达到温度均衡；
所述电池箱本体1内采用矩管5作为货架的骨架形成各列和各层，所述矩管5同时作为风道并且在所述矩管5上设置大小不等的出风口6，使出风口6正对电池组2中预留的通风道，通过出风口6的大小调节风量的大小，从而使冷风有了一个大致的分布，同时，通过通风道、出风口6以及矩管5的风道使电池箱内部风量均匀分布，达到温度调控的目的。
进一步的，在所述电池箱本体1内部主出风区域设置导风部件7，所述主出风区域设有主出风口6，所述导风部件7与所述主出风口6平行安装，在所述导风部件7上开大小不等的圆形通风口，通风口数量从上向下逐渐减少，以此来细调所述导风部件7上流过的风量，使每个电池接触的风量尽可能的均匀。从而通过导风部件7对风量进行细调。所述主出风区域可以根据需要设置，比如可以是在电池箱本体1内货架的骨架(矩管)处。如图3中所示，为货架的每层矩管处。
进一步的，所述电池箱本体1，其内部贴装一层导热系数低的保温部件9，从而达到隔绝热交换的目的，使外界热量尽可能少的传递到电池箱内部。
进一步的，所述电池箱本体1，其设有冷却系统8，通过冷却系统8来消除电池箱内的热量，使电池工作在一个理想温度范围，从而达到温控的目的。
进一步的，所述冷却系统8可以是设置在所述电池箱本体1四周的、具有除湿功能的空调。
根据本发明，采用上述的货柜形式的电池成组的方案，并设计导风板，通过导风板调节电池组2层与层、列与列之间的风量，使电池组2达到风量的均匀，避免电池组2温度的差异；同时，利用电池箱主体的矩管5作为主风道，并在主风道上根据电池成组的方案与热量聚焦的程度，适当加开小的出风口6来平衡电池箱内部的热量；通过保温部件9尽量将外界热量屏蔽在外，通过冷却系统8平衡电池箱内电池的自发热，从而让电池工作在一个合理的温度范围。
本发明在工作时：通过电池箱内部均匀分布的温度采样点采集电池的温度，根据电池的温度来启动冷却系统8，冷却系统8根据已经分布在电池箱内部的风道及导风部件7将风均匀的送达每个电池，使电芯温度基本保持一直，同时实时检测电池温度信息，当电池温度达到关闭冷却系统8条件，即停止冷却系统8工作以达到节能的目的。当电池温度再次上升，重新启动冷却系统8，如此反复循环保障电池箱内部温度在一个理想状态。
基于上述电池箱总体的结构和原理，以下提供本发明一个应用实验：
本实验主要应用于上海某港码头运输集装箱的自动导引运输车(AGV)的动力总成部分，为AGV提供持续的动力。
本实验中采用日本汤浅锂电池作为动力电池，整个电池的储存能量为330KWH。电池箱长宽高分别为3000X3000X800(mm)，电池箱庞大外界的热辐射为3000w，电池箱内部空间比较狭小，电池发热为1000w，对温度是一个很大的挑战。由于电池箱整体造价比较高，单个电池包电池成本在150万人民币，保障电池的使用寿命对整个电池包至关重要，温度技术成为决定电池包成败的关键因素，且电池箱应用在上海某港，位于海边，海边的腐蚀气体将严重影响到电池的使用寿命，所以电池箱的防护等级较高达到IP65，使温控更加困难。
本实验中采用货架形式设计电池成组方案，如图2所示，即：电池箱本体内设计成货架形式，包含多层和多列，用于放置电池组，其中列与列之间预留间隙，层与层之间预留间隙，这些间隙形成通风道，保证整个气体的流畅，使电池与气流充分接触，达到温度均衡；
同时，电池箱本体内采用矩管作为货架的骨架，所述矩管同时作为风道，在所述矩管上设置大小不一的出风口，通过出风口的大小调节风量的大小，从而使冷风有了一个大致的分布。如图2所示。
如图3-4所示，在矩管上开大小不等的出风口，使出风口正对电池成组方案中预留的通风道，通过通风道、通风孔以及矩管的风道使电池箱内部风量均匀分布，达到温度调控的目的。
本实验中，在电池箱的内部贴装一层导热系数非常低的保温棉，从而达到隔绝热交换的目的，使外界热量尽可能少的传递到电池箱内部。
本实验中，冷却系统采用四台空调分布在电池箱的四周(空调放在在电池箱本体之外)通过空调来消除电池箱内的热量，使电池工作在一个理想温度范围，从而达到温控的目的。
本实验中，电池箱本体的主框架以及导风板对风量进行调节，在风道畅通的地方通过减小出风口及导风板上通风口数量达到减少风量，风道受阻的地方通过增大出风口及增加导风板上通风口数量达到增加风量目的，使风量在整个电池箱内部达到平衡。
综上所述，上述实验通过在电池成组方案预留通风道，通过导风措施调节电池箱内部不同位置风量的大小，通过保温措施尽量将外界热量屏蔽在外，通过冷却系统平衡电池箱内电池的自发热，从而让电池工作在一个合理的温度范围，通过空调冷却有效的减少了海上腐蚀气体进入电池箱内部，减少对电池的损坏；空调自身具有除湿功能，可以避免电池箱内部由于温差带来的冷凝水，保障了电池内部的安全。
上述实验很好的解决了存在的技术问题，依据电池最佳工作温度为10～25℃，将电池最高温度控制在25℃(电池温度过高或者过低都将影响到电池的使用寿命和续航里程)，使整个电池包内电池温度控制在一个理想的状态，其使用寿命，续航里程等都将大幅提高，有效的节约了成本。实验证明，本发明对于电池组的温度控制具有非常好的效果。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种能够自动实现温度闭环控制的电池箱，其特征在于，包括：电池箱本体，以及设置在电池箱本体内部的若干电池组，其中：
所述电池箱本体内设计成货架形式，包含若干层和若干列，用于放置电池组，其中列与列之间预留间隙，层与层之间预留间隙，这些间隙形成通风道，保证整个气体的流畅，使电池与气流充分接触，达到温度均衡；
所述电池箱本体内采用矩管作为货架的骨架形成各列和各层，所述矩管同时作为风道，并且在所述矩管上设置大小不等的出风口，使出风口正对电池组中预留的通风道，通过出风口的大小调节风量的大小，从而使冷风有了一个大致的分布，同时，通过通风道、出风口以及矩管的风道使电池箱内部风量均匀分布，达到温度调控的目的。
2.根据权利要求1所述的能够自动实现温度闭环控制的电池箱，其特征在于，在所述电池箱内部主出风区域设置导风部件，所述主出风区域设有主出风口，所述导风部件与所述主出风口平行安装，在所述导风部件上开大小不等的通风口，通风口数量从上向下逐渐减少，以此来细调所述导风部件上流过的风量，使每个电池接触的风量尽可能的均匀。
3.根据权利要求1所述的能够自动实现温度闭环控制的电池箱，其特征在于，所述电池箱本体，其内部贴装一层导热系数低的保温部件，从而达到隔绝热交换的目的，使外界热量尽可能少的传递到电池箱内部。
4.根据权利要求3所述的能够自动实现温度闭环控制的电池箱，其特征在于，所述保温部件为保温棉。
5.根据权利要求1所述的能够自动实现温度闭环控制的电池箱，其特征在于，所述电池箱本体，其设有冷却系统，通过冷却系统来消除电池箱内的热量，使电池工作在一个理想温度范围，从而达到温控的目的。
6.根据权利要求5所述的能够自动实现温度闭环控制的电池箱，其特征在于，所述冷却系统是设置在所述电池箱本体四周的、具有除湿功能的空调。
7.根据权利要求1-6任一项所述的能够自动实现温度闭环控制的电池箱，其特征在于，所述电池箱本体，其内部均匀分布有温度采样点，用于采集电池的温度。
8.根据权利要求1-6任一项所述的能够自动实现温度闭环控制的电池箱，其特征在于，所述电池箱本体采用全密封设计，冷却系统的出风口和电池箱本体的矩管连接，通过矩管将冷风带入电池箱本体内部。
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