CN108258365B - 随环境温度自动调节换热高度的动力电池包及温控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种随环境温度自动调节换热高度的动力电池包及温控方法。动力电池底座和上盖密封连接，上盖中心孔内装有中心环，温度计的上端固定于上盖上；活塞杆一端及活塞装在温度计内，另一端伸出上盖并穿过中心环孔后固；动力电池上盖中心孔的四周开有多个孔，孔内分别装有超导热管，每个超导热管的上端固定于上盖上；中心环的外圈有多根连杆，每根连杆的另一端分别安装有绝热盖帽，每个绝热盖帽分别覆盖在各自超导热管的上端。根据电池包内的温度变化，水银推动活塞使活塞杆上升成下降，使绝热盖帽露出超导热管上端的距离大小进行散热。确保动力电池工作在正常温度范围内，提高电池性能，延长电池寿命。整体结构具有密封性及防水防油等功能。

Description

随环境温度自动调节换热高度的动力电池包及温控方法

技术领域

本发明涉及一种动力电池包及其温度控制方法，特别是涉及一种随环境温度自动调节换热高度的动力电池包及温控方法。

背景技术

动力电池包是电动汽车中用来安全承载动力电池的部件，其安全性十分重要。传统动力电池包为钢质材料，随着电动汽车对各项指标的要求越来越高，电池包结构的轻量化也成为主要目标。目前电池包轻量化采用复合材料结构可以比传统金属材料减轻50%的重量，因此越来越被广泛采用。采用复合材料动力电池包以后，其导热性能不如金属壳体，电池散热效率低，但是保温性能提高，这种结构的特点是冬季有利于电池保温而夏季不利于电池散热，而金属壳体的特点散热性能好，但是夏季高温时外面的热量和冬季寒冷季节时的冷量很容易传导电池包里面，影响电池温控。

目前有关动力电池包温度调节的专利主要有朱建华等的CN101047274A“动力电池组用散热装置及动力电池组”，提出了一种动力电池组用的散热装置，包括集热板、散热板和泵，可以将单体电池产生的热量有效散发掉，但是此发明的电池包仅有散热功能，不能在过冷环境中提供热量；朱建华等发明的CN101521265A“一种电动汽车用动力电池包及其电池系统”，其对温度的控制是通过泵驱动流体介质通过加热或冷却单元组成的循环回路，但其装置复杂，可靠性低，且造价高。李立伟等的CN1866608A“电动车动力电池包控温系统和方法”，其控制系统包括驱动装置、流通管路、温度传感器、电子控制单元和循环介质热交换装置等，涉及的附属装置较多，且需要电力驱动，造价高，可靠性亦有待考证；周文会的CN1870347A“具有温度调节功能的电池包”，采用相变温度为0-60^oC的相变材料填充电池组与电池包的空隙，相变材料与电池组直接接触，兼顾电池在过冷与过热两种工况下电池的工作性能，但是其热量控制有限，相变完成后即失去了温度控制功能。此外，大部分涉及温度调节的电池包专利中电池包仍为普通的钢制电池包，复合材料动力电池包虽然已有较多专利，但是具有温度自调节功能的专利还未见申请。

发明内容

为了解决复合材料导热性能低的问题，本发明的目的在于提供一种随环境温度自动调节换热器高度的复合材料动力电池包及温控方法，采用无机超导热管，让电池内的热量快速导出，同时在冬季的时候为了阻止冷量快速导入，设置了绝热盖帽，只有当需要导热的时候才开启导热，而不需要开启的时候不会导热。因此能同时保证电池在过冷或过热的环境中都保持最佳的工作性能。

本发明采用的技术方案是：

一、一种随环境温度自动调节换热高度的动力电池包

动力电池底座和上盖之间密封连接为动力电池包，上盖开有中心孔，中心孔内装有中心环，温度计的下端位于动力电池包内，温度计的上端设有凸缘，将温度计固定于上盖上，活塞杆的一端装在温度计内，经活塞能与热膨胀系数大的测温材料相接触，活塞杆的另一端伸出上盖并穿过中心环孔，用第二锁紧螺母固定在中心环上；动力电池上盖中心孔的四周根据设计需要开有多个孔，每个孔内分别安装有超导热管，每个超导热管的下端位于动力电池包内，每个超导热管的二端之间用螺栓螺母固定于上盖上，每个超导热管的上端伸出于上盖上；中心环的外圈焊接有多根连杆，每根连杆的另一端分别安装有绝热盖帽，每个绝热盖帽分别覆盖在各自超导热管的上端。

所述动力电池底座和上盖之间接合处有密封垫，通过螺栓、螺母和垫片压紧密封连接。

所述温度计，为不锈钢管外涂敷绝缘层制成的一端开口、另一端密封的圆柱形管子；所述热膨胀系数大的测温材料为水银或酒精或乙二醇。

所述温度计上端设有凸缘，凸缘下有外螺纹，用第一锁紧螺母将温度计固定于上盖上。

所述超导热管为圆柱形的二端封闭的金属导管，其内部以0.099MPa的绝对压力封装有无机超导介质。

所述无机盐超导介质的组分由蒸馏水、重铬酸钾、重铬酸银、过硼酸钠、硼酸、过氧化钠、氢氧化铝、三氧化二钴、二氧化锰、氧化铍和单晶硅粉末组合而成。

二、一种随环境温度自动调节换热高度的动力电池包的温控方法，包括如下步骤：

a）当动力电池包内温度上升时，温度计中热膨胀系数大的测温材料受热膨胀，推动活塞上升，活塞、活塞杆及其上安装的中心环、与中心环连接的绝热盖帽一起上升，露出超导热管(4)的上部伸出端，超导热管伸出端外露部分开始与空气对流散热，动力电池包内温度降低。

b）若动力电池包内温度仍持续升高，则绝热盖帽持续上升，直至从超导热管伸出端完全脱离，此时超导热管整个伸出端与空气对流散热，动力电池包内温度快速降低。

c）动力电池包内温度下降时，温度计中热膨胀系数大的测温材料受冷收缩，活塞下降，活塞、活塞杆及其上安装的中心环、与中心环连接的绝热盖帽下降，盖上超导热管的伸出端，超导热管伸出端覆盖部分与空气隔绝不再进行散热，动力电池包内温度不再迅速降低。

d）动力电池包内温度持续降低时，则绝热盖帽继续下降，直至完全盖上超导热管的伸出端。超导热管伸出端与空气隔绝不再进行散热，动力电池包内温度不再降低。

本发明具有的有益效果是：

具有随环境温度自动调节换热高度的复合材料动力电池包具有对电池包内温度进行实时调节的功能，这种机械式控制结构控制方便，可靠性高，造价低，由于超导热管的导热性能可达铜的10000倍，通过该超导热管的快速散热可以减少电池包内温控需要的大量能耗。该技术可以确保动力电池工作在正常温度范围内，提高电池性能，延长电池寿命。同时本复合材料动力电池包整体结构具有密封性，具有防水防油等功能。本发明可用于各类电动汽车、无人机等的动力电池包。

附图说明

图1是本发明电池包的结构主视图。

图2是动力电池包上盖的俯视图。

图3是电池包上盖的剖视图。

图4是测温装置的局部放大图。

图5是超导热管安装的局部放大图。

图中：1、动力电池底座，2、上盖，3、外螺纹，4、超导热管，5、热膨胀系数大的测温材料，6、活塞杆，7、第一密封垫，8、螺栓，9、螺母，10、垫片，11、加强筋，12、螺栓孔，13、第一锁紧螺母，14、第二密封垫，15、第三锁紧螺母，16、温度计，17、活塞，18、中心环，19、第二锁紧螺母，20、绝热盖帽，21连接杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，动力电池底座1和上盖2之间密封连接为动力电池包，上盖2开有中心孔，中心孔内装有中心环18，温度计16的下端位于动力电池包内，温度计16 的上端设有凸缘，将温度计16固定于上盖2上，活塞杆6的一端装在温度计16内，经活塞17能与热膨胀系数大的测温材料相接触，活塞杆6的另一端伸出上盖2并穿过中心环18孔，用第二锁紧螺母19固定在中心环18上；动力电池上盖2中心孔的四周根据设计需要开有多个孔，每个孔内分别安装有超导热管4，每个超导热管4的下端位于动力电池包内，每个超导热管4的上端均分别用一对第三锁紧螺母15和一对第二密封垫14，将超导热管4固定于上盖2上；中心环18的外圈焊接有多根连杆21(图2、图4中是呈对角分布的四根连杆)，每根连杆21的另一端分别安装有绝热盖帽20，每个绝热盖帽20分别覆盖在呈对角分布的各自超导热管4的上端(即绝热盖帽20全部盖住露出在上盖的各自超导热管一端)。

如图1、图2所示，所述动力电池底座1和上盖2之间接合处有密封垫7，通过螺栓8、螺母9和垫片10压紧密封连接。动力电池底座1与上盖2相连接的法兰边的下侧设有加强筋11，法兰边开有多个螺栓孔12；动力电池底座1与上盖2的内部四周转角处均有圆角过渡；动力电池底座1和上盖2均由纤维增强复合材料一体固化成型。

如图3所示，所述温度计16，为不锈钢管外涂敷绝缘层制成的一端开口、一端密封的圆柱形管子；所述热膨胀系数大的测温材料为水银或酒精或乙二醇；本发明采用热膨胀系数大的测温材料为水银。

如图3所示，所述温度计16上端设有凸缘，凸缘下有外螺纹3，用第一锁紧螺母13将温度计16固定于上盖2上。

如图5所示，所述超导热管4为圆柱形的二端封闭的金属导管，其内部以0.099MPa的绝对压力封装有无机超导介质。

所述无机盐超导介质的组分由蒸馏水、重铬酸钾、重铬酸银、过硼酸钠、硼酸、过氧化钠、氢氧化铝、三氧化二钴、二氧化锰、氧化铍和单晶硅粉末组合而成，或其中的部分介质组合而成。

下面介绍本发明的调节原理及温度控制方法。

一、本发明的调节原理

本发明能够根据电池包内温度实时调节超导热管散热量，从而保持电池包内温度基本恒定不变。电池包内的温度由温度计16测定，温度计16内水银的液面需确保：在电池正常工作的低温时（如0^oC），绝热盖帽20要完全盖住超导热管4的外伸端与锁紧螺母15，而在电池正常工作的高温时（如50^oC），绝热盖帽20完全脱离超导热管4的外伸端，确保超导热管4外伸端最大限度导热。

二、本发明温度控制方法

a）当动力电池包内温度上升时，温度计16中热膨胀系数大的测温材料受热膨胀，推动活塞17上升，活塞17、活塞杆6及其上安装的中心环18、与中心环18连接的绝热盖帽20一起上升，露出超导热管4的上部伸出端，超导热管4伸出端外露部分开始与空气对流散热，动力电池包内温度降低。

b）若动力电池包内温度仍持续升高，则绝热盖帽20持续上升，直至从超导热管4伸出端完全脱离，此时超导热管4整个伸出端与空气对流散热，动力电池包内温度快速降低。

c）动力电池包内温度下降时，温度计16中热膨胀系数大的测温材料受冷收缩，活塞17下降，活塞17、活塞杆6及其上安装的中心环18、与中心环18连接的绝热盖帽20下降，盖上超导热管4的伸出端。超导热管4伸出端覆盖部分与空气隔绝不再进行散热，动力电池包内温度不再迅速降低。

d）动力电池包内温度持续降低时，则绝热盖帽20继续下降，直至完全盖上超导热管4）的伸出端。超导热管4伸出端与空气隔绝不再进行散热，动力电池包内温度不再降低。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种随环境温度自动调节换热高度的动力电池包，其特征在于：动力电池底座(1)和上盖(2)之间密封连接为动力电池包，上盖(2)开有中心孔，中心孔内装有中心环(18)，温度计(16)的下端位于动力电池包内，温度计(16)的上端设有凸缘，将温度计(16)固定于上盖(2)上，活塞杆(6)的一端装在温度计(16)内，经活塞(17)能与热膨胀系数大的测温材料相接触，活塞杆(6)的另一端伸出上盖(2)并穿过中心环(18)孔，用第二锁紧螺母(19)固定在中心环(18)上；动力电池上盖(2)中心孔的四周根据设计需要开有多个孔，每个孔内分别安装有超导热管(4)，每个超导热管(4)的下端位于动力电池包内，每个超导热管(4)的二端之间用螺栓螺母固定于上盖（2）上，每个超导热管(4)的上端伸出于上盖(2)上；中心环(18)的外圈焊接有多根连杆(21)，每根连杆(21)的另一端分别安装有绝热盖帽(20)，每个绝热盖帽(20)分别覆盖在各自超导热管(4)的上端；

所述动力电池底座(1)和上盖(2)之间接合处有密封垫(7)，通过螺栓(8)、螺母(9)和垫片(10)压紧密封连接；

所述温度计(16)，为不锈钢管外涂敷绝缘层制成的一端开口、另一端密封的圆柱形管子；所述热膨胀系数大的测温材料为水银或酒精或乙二醇。

2.根据权利要求1所述的一种随环境温度自动调节换热高度的动力电池包，其特征在于：所述温度计(16)上端设有凸缘，凸缘下有外螺纹(3)，用第一锁紧螺母(13)将温度计(16)固定于上盖(2)上。

3.根据权利要求1所述的一种随环境温度自动调节换热高度的动力电池包，其特征在于：所述超导热管(4)为圆柱形的二端封闭的金属导管，其内部以0.099MPa的绝对压力封装有无机超导介质。

4.根据权利要求3所述的一种随环境温度自动调节换热高度的动力电池包，其特征在于：所述无机超导介质的组分由蒸馏水、重铬酸钾、重铬酸银、过硼酸钠、硼酸、过氧化钠、氢氧化铝、三氧化二钴、二氧化锰、氧化铍和单晶硅粉末组合而成。

5.用于权利要求1-4任一所述的一种随环境温度自动调节换热高度的动力电池包的温控方法，包括如下步骤：

a）当动力电池包内温度上升时，温度计(16)中热膨胀系数大的测温材料受热膨胀，推动活塞(17)上升，活塞(17)、活塞杆(6)及其上安装的中心环(18)、与中心环(18)连接的绝热盖帽(20)一起上升，露出超导热管(4)的上部伸出端，超导热管(4)伸出端外露部分开始与空气对流散热，动力电池包内温度降低；

b）若动力电池包内温度仍持续升高，则绝热盖帽(20)持续上升，直至从超导热管(4)伸出端完全脱离，此时超导热管(4)整个伸出端与空气对流散热，动力电池包内温度快速降低；

c）动力电池包内温度下降时，温度计(16)中热膨胀系数大的测温材料受冷收缩，活塞(17)下降，活塞(17)、活塞杆(6)及其上安装的中心环(18)、与中心环(18)连接的绝热盖帽(20)下降，盖上超导热管(4)的伸出端，超导热管(4)伸出端覆盖部分与空气隔绝不再进行散热，动力电池包内温度不再迅速降低；

d）动力电池包内温度持续降低时，则绝热盖帽(20)继续下降，直至完全盖上超导热管(4)的伸出端。超导热管(4)伸出端与空气隔绝不再进行散热，动力电池包内温度不再降低。

Images