CN108448206B - 一种锂电池叉车散热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂电池叉车散热系统。包括车架本体、车体前板、车体后板、车体左侧板、车体右侧板及尾架底板，车体前板及车体后板之间形成第一空间，车体后板与尾架底板之间形成第二空间，车体右侧板上设有进风口，车体左侧板上设有出风口，进风口、第一空间、出风口形成车体横向方向的第一散热通道，进风口、第二空间、出风口形成车体横向方向的第二散热通道，车体前板上设有进风空隙，车体后板上设有排热空隙，进风空隙、第一空间、排热空隙形成车体纵向方向的散热通道。由上述技术方案可知，横向散热通道及纵向散热通道提升了车体与锂电池自身的散热能力；锂电池与车体热源分隔的结构降低了车体热源对锂电池温升的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂电池叉车散热系统。
背景技术
时下，新能源汽车市场发展迅速，动力锂离子电池(以下简称锂电池)技术在汽车行业中的应用亦日渐普及。汽车行业针对锂电池热性能管控技术的研究与应用也已逐渐成熟，较为典型的做法如液冷系统，以电池包液循环吸热的方式提升电池的散热性能，保障电池在较为合适的温度范围内工作，从而保障电池的应用安全并延长电池的使用寿命。而在叉车行业，由于叉车本身结构、性能及系统成本的限制，目前尚无法应用汽车上的热性能管控技术。
首先，与新能源汽车的高压电源系统不同，锂电池叉车通常采用的为48V或80V的低压电源系统。在电池大功率输出时，低压系统要求电池以大电流输出，由此造成了电池发热量的剧增。其次，叉车相较于汽车，其还包含了液压起重系统，高热的液压油温及频繁工作的泵电机所辐射的热量导致了叉车内部车身的高温。电池本身的热积累再加上由叉车工作所辐射的热量，最终导致锂电池很快地进入高温保护状态而使车辆无法工作。再者，根据锂电池性能测试，在室温环境下一组电池可循环充放电2000-3000余次，而在高温(55℃)环境下，其循环使用寿命只能达到800-1000次。因此，可靠的散热系统既能保障电池安全、可靠的使用，也能大幅提高电池的在叉车上的使用寿命。
根据锂电池叉车所用锂电池的结构特点及对应的车辆工况数据进行锂电池循环充、放电时的电芯温度场模拟仿真，其仿真结果与车辆实际应用结果基本相符，即电池在30℃±5℃的环境温度下，在第二轮循环充、放电时便进入了高温保护模式，且下层电芯温度高于上层，下层电芯温度基本都已达50℃以上。因此，叉车锂电池需要解决的问题主要有：1、针对叉车用锂电池的结构特点，合理设计叉车结构，降低叉车热源对锂电池温升的影响；2、设计电池电芯布局结构，保障电池自身的散热性能，以降低电池本身的热积累。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂电池叉车散热系统，该散热系统一方面将车体热源与锂电池分隔，降低车体热源对锂电池温升的影响；另一方面通过横向及纵向用热通道的设计，提升了车体与锂电池自身的散热能力，保障了电池应用的可靠性。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括车架本体以及焊接在车架本体上的车体前板、车体后板、车体左侧板、车体右侧板及尾架底板，所述的车体前板及车体后板之间形成容纳锂电池总成的第一空间，所述的车体后板与尾架底板之间形成容纳控制器总成及泵电机的第二空间，所述车架本体的左侧边焊接有液压油箱，且液压油箱位于车体前板及车体后板之间的位置，所述的车体右侧板上设有进风口，所述的车体左侧板上设有出风口，所述的进风口、第一空间、出风口形成车体横向方向的第一散热通道，所述的进风口、第二空间、出风口形成车体横向方向的第二散热通道，所述的车体前板上设有进风空隙，所述的车体后板上设有排热空隙，所述的进风空隙、第一空间、排热空隙形成车体纵向方向的散热通道；
所述的锂电池总成包括电池箱体以及固定在电池箱体内的电池模组，所述电池箱体的右侧板靠近车体右侧板设置，且该右侧板上设有电池入风口，所述的电池入风口为百叶窗结构，所述电池箱体的左侧板靠近车体左侧板设置，且该左侧板上设有电池出风口，所述的电池出风口处安装有散热风扇，进风口、电池入风口、电池模组、电池出风口、出风口形成第一散热通道；
所述的进风口为设置在车体右侧板上的百叶窗式进风口，所述进风口的位置位于车体后板的后方，且车体后板的右侧板面上设有连通进风口及第一空间的缺口；所述的出风口为设置在车体左侧板上的蜂窝式出风口，所述车体后板的左侧板面位于出风口的中间位置；
所述的车体前板由上下方向布置的上板及下板组成，所述的进风空隙包括上板及下板之间形成的第一进风口以及下板上设置的两个第二进风口；所述的排热空隙包括设置在车体后板左侧板面上的方形缺口以及设置在车体后板底部位置的两个圆形散热孔。
所述的电池模组包括上下方向叠放的上层电芯单元及下层电芯单元，所述的上层电芯单元及下层电芯单元分别由行列方向均匀间隔布置的多个电芯组构成，电芯组之间通过钣金件固定安装。
所述的电芯组包括并列贴合设置的两个电芯，所述的电芯由外壳及电芯本体组成，所述外壳的前后两个大面形成网格状的外凸结构，所述外壳的左右两个窄面分别设有方形散热孔，所述的外壳由绝缘阻燃材料制成。
所述的车体前板及车体后板在相靠近的板面上分别设有用于限定电池箱体位置的第一定位销及第二定位销，所述电池箱体的左侧板与液压油箱之间留有间隙。
所述的第一定位销及第二定位销呈对角方向布置。
所述的出风口处设有排热风扇，所述的排热风扇固定在车体后板上。
由上述技术方案可知，本发明通过设置横向散热通道及纵向散热通道来提升车体与锂电池自身的散热能力；通过将锂电池与车体热源分隔的结构来降低车体热源对锂电池温升的影响。整个散热系统保障了电池应用的可靠性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图一；
图2是本发明的结构示意图二；
图3是本发明去除锂电池总成后的结构示意图；
图4是本发明锂电池总成的结构示意图；
图5是本发明电池入风口的结构示意图；
图6是本发明电芯的结构示意图；
图7是本发明电池模组的布置结构示意图；
图8是本发明车体前板的结构示意图；
图9是本发明车体后板的结构示意图；
图10是本发明车体右侧板的结构示意图；
图11是本发明车体左侧板的结构示意图；
图12是本发明整体叉车的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1、图2、图3、图12所示的一种锂电池叉车散热系统，包括车架本体1以及焊接在车架本体1上的车体前板2、车体后板3、车体左侧板4、车体右侧板5及尾架底板6，车体前板2及车体后板3之间形成容纳锂电池总成7的第一空间，车体后板3与尾架底板6之间形成容纳控制器总成8及泵电机9的第二空间，具体地说，控制器总成8安装在车体后板3上，泵电机9安装在尾架底板6上；车架本体1的左侧边焊接有液压油箱10，且液压油箱10位于车体前板2及车体后板3之间的位置，车体右侧板5上设有进风口51，车体左侧板4上设有出风口41，出风口41处设有排热风扇11，1排热风扇11固定在车体后板3上。进风口51、第一空间、出风口41形成车体横向方向的第一散热通道，进风口51、第二空间、出风口41形成车体横向方向的第二散热通道，车体前板2上设有进风空隙，车体后板3上设有排热空隙，进风空隙、第一空间、排热空隙形成车体纵向方向的散热通道。也就是整个散热系统包括横向散热通道及纵向散热通道。横向散热通道的原理为：车体外的自然风由进风口51进入车体后，分成两路，一路经过放置锂电池总成7的第一空间，另一路经过放置控制器总成8及泵电机9的第二空间，带走锂电池总成7、控制器总成8及泵电机9散发的热量后由出风口41排出车体；纵向散热通道的原理为：车体外的自然风由前板2上的进风空隙进入第一空间，再由后板3上设置的排热空隙直接排出车体。
进一步的，如图4、图5、图7所示，锂电池总成7包括电池箱体71以及固定在电池箱体71内的电池模组72，电池箱体的右侧板73靠近车体右侧板5设置，且该右侧板73上设有电池入风口74，电池入风口74为百叶窗结构，电池箱体的左侧板75靠近车体左侧板4设置，且该左侧板75上设有电池出风口76，也就是电池入风口74的外侧与车体右侧板73相邻，电池出风口76的外侧与液压油箱10及车体左侧板75相邻，电池出风口76处安装有散热风扇(散热风扇在图中未视出)，优选的，电池出风口76设置三个，相应的散热风扇也设置三个；进风口51、电池入风口74、电池模组72、电池出风口76、出风口41形成第一散热通道。即车体外的自然风通过进风口51进入车体，再经过电池入风口74进入电池箱体71，带走电池模组72的热量后由电池出风口76处的散热风扇排出电池箱体71，排出的热风由出风口41排出。
进一步的，如图7所示，电池模组72包括上下方向叠放的上层电芯单元721及下层电芯单元722，上层电芯单元721及下层电芯单元722分别由行列方向均匀间隔布置的多个电芯组构成，电芯组包括并列贴合设置的两个电芯78，电芯组之间通过钣金件77固定安装。即两个电芯78并列设置组成一个电芯组，多个电芯组呈行列状均匀间隔布置并通过钣金件77固定，这样相邻行或相邻列之间的电芯组均留有间隙，可以保证电池模组72的通风性；自然风由电池入风口74进入电池箱体71后，可以从电芯组之间的间隙穿过，带走电池模组72散发的热量，而后经过电池出风口76处的散热风扇排出，散热风扇与控制器相连以控制风扇的打开或关闭。更为优选的，如图6所示，电芯78由外壳781及电芯本体组成，外壳781的前后两个大面形成网格状的外凸结构782，外壳781的左右两个窄面分别设有方形散热孔783，外壳781由绝缘阻燃材料制成。具体地说，电芯组虽然由两个电芯78并列组成，但可以通过电芯78的外壳781上的外凸结构782及方形散热孔783排出热量，外凸结构形成的网格状空间以及方形散热孔可以增大电芯78的散热面积。
进一步的，如图10、图11所示，进风口51为设置在车体右侧板5上的百叶窗式进风口，进风口51的位置位于车体后板3的后方，且车体后板3的右侧板面上设有连通进风口51及第一空间的缺口31；也就是车体右侧板5上的进风口51位于车体后板3的后方，也就是进风口51对准第二空间，车体外的自然风进入进风口51后，一部分直接进入第二空间对控制器总成8及泵电机9进行散热，一部分通过车体后板3上的缺口31进入第一空间对锂电池总成7进行散热；出风口41为设置在车体左侧板4上的蜂窝式出风口，车体后板3的左侧板面位于出风口41的中间位置，也就是出风口41分别对准第一空间和第二空间。
进一步的，如图8、图9所示，车体前板2由上下方向布置的上板21及下板22组成，进风空隙包括上板21及下板22之间形成的第一进风口23以及下板22上设置的两个第二进风口24；排热空隙包括设置在车体后板3左侧板面上的方形缺口32以及设置在车体后板3底部位置的两个圆形散热孔33。
进一步的，车体前板2及车体后板3在相靠近的板面上分别设有用于限定电池箱体71位置的第一定位销25及第二定位销，电池箱体的左侧板75与液压油箱10之间留有间隙。优选的，第一定位销25及第二定位销呈对角方向布置。也就是第一定位销25及第二定位销可以限定电池箱体71的位置，使其与液压油箱10之间留有安装间隙，避免液压油的高温影响锂电池总成7。
锂电池叉车在工作时的发热部位(即热源)主要有锂电池总成7、液压油箱10中的液压油、控制器总成8及泵电机9，本发明主要用于解决锂电池放电发热触发热保护导致车辆无法正常使用及高温对电池本身寿命的影响这两个问题。其工作原理如下：
1)车体热源的隔离：将控制器总成安装在车体后板上，将泵电机安装在尾架底板上，车体后板、尾架底板、整车配重与车体外表面的其他覆盖件形成了车体发热电气零部件的第二空间，控制器总成及泵电机在工作中所辐射出的热量将处于第二空间内，保障了这部分热量与第一空间内锂电池总成的隔离；同时，锂电池总成与液压油箱之间存有安装间隙，可预防液压油箱中的高温液压油对锂电池总成造成影响。
2)纵向散热通道：当车辆前进时，自然风在车速的驱动下，快速由车体前板上的进风空隙进入车体内部，自然风沿电池箱体的四周流动，最后通过车体后板上的排热空隙流出车体。车辆开动时，源源不断的凉风进入车体内部，一方面可以有效降低车体内部锂电池总成四周的环境温度，另一方面也散去了锂电池总成放电工作中产生的部分热量。
3)横向散热通道：当车辆前进时，自然风通过车体右侧板上的百叶窗式进风口进入车体，分为两路继续行走。一路自然风进入第二空间后流经控制器总成和泵电机，将两者释放出的热量通过方形缺口由排热风扇排出车体；另一路自然风由车体后板上的缺口进入第一空间，电池出风口上的三个散热风扇开始将出风口内侧的电池热空气往外侧排出，相应的电池入风口从第一空间吸入自然风，自然风源源不断地从电池模组中穿过，经过各个电芯，最终将电芯工作中放出的热量排出至电池出风口，排热风扇将电池出风口出的热量及液压油箱辐射的热量排出车体。
本发明的有益效果在于：1)从车体零部件布局、钣金结构设计、热源隔离等方面入手，大幅降低了锂电池叉车车身系统的热辐射对锂电池温升的影响；2)通过对锂电池电芯结构、模组结构、箱体结构进行散热系统设计，增强了锂电池自身的散热性能，降低了锂电池工作中的温升；3)锂电池与叉车相结合，在散热系统设计方面，形成了电池与车体热源的箱式隔离设计、纵向风道设计、横向风道设计等创新设计方法，最终解决了锂电池在叉车上应用时的高温保护及循环寿命低、可靠性差等问题。
以上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，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种锂电池叉车散热系统，包括车架本体(1)以及焊接在车架本体(1)上的车体前板(2)、车体后板(3)、车体左侧板(4)、车体右侧板(5)及尾架底板(6)，其特征在于：所述的车体前板(2)及车体后板(3)之间形成容纳锂电池总成(7)的第一空间，所述的车体后板(3)与尾架底板(6)之间形成容纳控制器总成(8)及泵电机(9)的第二空间，所述车架本体(1)的左侧边焊接有液压油箱(10)，且液压油箱(10)位于车体前板(2)及车体后板(3)之间的位置，所述的车体右侧板(5)上设有进风口(51)，所述的车体左侧板(4)上设有出风口(41)，所述的进风口(51)、第一空间、出风口(41)形成车体横向方向的第一散热通道，所述的进风口(51)、第二空间、出风口(41)形成车体横向方向的第二散热通道，所述的车体前板(2)上设有进风空隙，所述的车体后板(3)上设有排热空隙，所述的进风空隙、第一空间、排热空隙形成车体纵向方向的散热通道；
所述的锂电池总成(7)包括电池箱体(71)以及固定在电池箱体(71)内的电池模组(72)，所述电池箱体的右侧板(73)靠近车体右侧板(5)设置，且该右侧板(73)上设有电池入风口(74)，所述的电池入风口(74)为百叶窗结构，所述电池箱体的左侧板(75)靠近车体左侧板(4)设置，且该左侧板(75)上设有电池出风口(76)，所述的电池出风口(76)处安装有散热风扇，进风口(51)、电池入风口(74)、电池模组(72)、电池出风口(76)、出风口(41)形成第一散热通道；
所述的进风口(51)为设置在车体右侧板(5)上的百叶窗式进风口，所述进风口(51)的位置位于车体后板(3)的后方，且车体后板(3)的右侧板面上设有连通进风口(51)及第一空间的缺口(31)；所述的出风口(41)为设置在车体左侧板(4)上的蜂窝式出风口，所述车体后板(3)的左侧板面位于出风口(41)的中间位置；
所述的车体前板(2)由上下方向布置的上板(21)及下板(22)组成，所述的进风空隙包括上板(21)及下板(22)之间形成的第一进风口(23)以及下板(22)上设置的两个第二进风口(24)；所述的排热空隙包括设置在车体后板(3)左侧板面上的方形缺口(32)以及设置在车体后板(3)底部位置的两个圆形散热孔(33)。
2.根据权利要求1所述的锂电池叉车散热系统，其特征在于：所述的电池模组(72)包括上下方向叠放的上层电芯单元(721)及下层电芯单元(722)，所述的上层电芯单元(721)及下层电芯单元(722)分别由行列方向均匀间隔布置的多个电芯组构成，电芯组之间通过钣金件(77)固定安装。
3.根据权利要求2所述的锂电池叉车散热系统，其特征在于：所述的电芯组包括并列贴合设置的两个电芯(78)，所述的电芯(78)由外壳(781)及电芯本体组成，所述外壳(781)的前后两个大面形成网格状的外凸结构(782)，所述外壳(781)的左右两个窄面分别设有方形散热孔(783)，所述的外壳(781)由绝缘阻燃材料制成。
4.根据权利要求1所述的锂电池叉车散热系统，其特征在于：所述的车体前板(2)及车体后板(3)在相靠近的板面上分别设有用于限定电池箱体(71)位置的第一定位销(25)及第二定位销，所述电池箱体的左侧板(75)与液压油箱(10)之间留有间隙。
5.根据权利要求4所述的锂电池叉车散热系统，其特征在于：所述的第一定位销(25)及第二定位销呈对角方向布置。
6.根据权利要求1所述的锂电池叉车散热系统，其特征在于：所述的出风口(41)处设有排热风扇，所述的排热风扇固定在车体后板上。
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