CN108777273A - 高效控温型新能源汽车用动力电池箱 - Google Patents

高效控温型新能源汽车用动力电池箱 Download PDF

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Abstract

公开了一种高效控温型新能源汽车用动力电池箱，包括壳体，壳体为矩形框架结构，壳体的内壁沿其周向设有环形槽，环形槽内设有环形板，环形板为中空结构，环形板内设有多个散热盒，每个散热盒均固定连接在环形板的内壁上；壳体的外侧底壁上开设有内凹槽，内凹槽的底壁开设有贯通至壳体的所述容纳空间的散热口，散热口上设有散热网，散热网的底壁上可拆卸连接有第一散热柱和第二散热柱，第一散热柱与第二散热柱间隔设置，第一散热柱包括柱体和导热筒。该动力电池箱实现了对动力电池组的分工况、多途径、分梯度散热，使得新能源汽车能够适应各种外部环境，实现对动力电池组的高效控温。并且提高了新能源汽车的续航能力，提高了电池的使用寿命。

Description

高效控温型新能源汽车用动力电池箱
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种高效控温型新能源汽车用动力电池箱。
背景技术
随着技术的进步，汽车的能源越来越多样化，现在已经出现了混合动力汽车和纯电动汽车等新能源汽车。
新能源汽车的电池是新能源汽车的核心，现有技术中的动力电池箱，尽管也具有散热功能，但是散热效果欠佳。如此，使得新能源汽车在充电和行驶时，电池产生的大量热量不能及时排出车外，不仅给电池造成较大的负担，还增加了新能源汽车制冷系统的负担，增加了电量的消耗，进一步的影响了新能源汽车的续航能力。
因此，亟待一种具有较佳散热效果的动力电池箱出现来解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高效控温型新能源汽车用动力电池箱。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供一种高效控温型新能源汽车用动力电池箱，包括壳体，所述壳体为矩形框架结构，壳体内形成动力电池组的容纳空间，所述壳体的内壁沿其周向设有环形槽，所述环形槽内设有环形板，所述环形板为中空结构，其具有中空腔，所述环形板由炭纤维材料制成，所述环形板的中空腔内排设有多个散热盒，每个所述散热盒均固定连接在环形板的所述中空腔的内壁上，所述散热盒为导热材料制成，所述散热盒内填充有低熔点金属；
所述壳体的外侧底壁上开设有内凹槽，所述内凹槽的底壁开设有贯通至壳体的所述容纳空间的散热口，散热口上设有散热网，散热网的底壁上可拆卸连接有第一散热柱和第二散热柱，所述第一散热柱与第二散热柱间隔设置；
其中，所述第一散热柱包括柱体和导热筒，所述柱体内设有溶液腔，所述溶液腔内填充有液体，所述液体用于吸热及导热，所述导热筒自所述柱体的顶部穿入所述溶液腔内并固定于所述柱体上，所述导热筒位于所述液体的上方，所述导热筒用于吸收来自动力电池组的热量并将热量快速导向液体，
当所述液体吸收动力电池组的热量使得液面上涨至与所述导热筒接触时，动力电池组内的热量经导热筒快速传输至液体内。
优选地，所述溶液腔内设有可自由运动的气囊，所述气囊连接于溶液腔的底壁上。
优选地，所述气囊经连接杆连接于溶液腔底壁上，
所述连接杆的一端与所述气囊的底部经球型铰链连接，所述连接杆的另一端经球型铰链连接于溶液腔的底壁上。
优选地，所述液体为氯化钠水溶液，气囊至少部分浸泡于该氯化钠水溶液中。
优选地，所述壳体的下端设有四个支撑装置，四个所述支撑装置之间呈矩形设置，所述支撑装置的下端固定连接有固定座。
优选地，所述支撑装置包括固定盘，所述固定盘通过四个固定螺钉固定连接在壳体的下端，每个所述固定螺钉位于壳体与固定盘之间的部分套设有弹簧，所述固定盘的下端固定连接有支撑腿，所述支撑腿的下端固定连接在固定座的上端。
优选地，所述低熔点金属为合金，其包括45重量份的铋、23重量份的铅、8重量份的锡，以及5重量份的镉合金，其熔点为65℃。
优选地，所述环形槽的槽口处设有防护网板，所述防护网板通过锁紧螺钉固定连接在壳体的内壁上，
防护网板固定于壳体的内壁上，其上下两端分别固定于壳体内壁上环形槽的上下两侧。
优选地，所述导热筒包括筒体、导热芯和导热盘管，
所述导热芯设于所述筒体内，并与所述筒体同轴设置，导热芯的下端穿出筒体，所述导热盘管套设于所述导热芯上。
优选地，壳体的外侧底壁上设有固定架，固定架跨过整个内凹槽，两端分别固定于壳体外侧底壁上内凹槽的两侧，所述固定架上固定连接有两个散热风扇，两个散热风扇位于内凹槽的下方。
有益效果：
本发明提供的用于新能源汽车的动力电池总成箱体能够根据不同工况，实现对动力电池组的分工况、多途径、分梯度散热，使得新能源汽车能够适应各种外部环境。如此，可实现对动力电池组的有效温度控制，达到快速有效散热的目的，尤其是可有效防止动力电池组在外部环境温度较高时，例如夏季的温度骤升(例如新能源汽车急加速引起的动力电池组温度骤升)导致的电池损伤以及电池续航能力的急剧下降，并大大延长了电池的使用寿命。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1为本发明提出的一种高效控温型新能源汽车用动力电池箱的结构示意图；
图2为本发明提出的一种高效控温型新能源汽车用动力电池箱的关于第一散热柱和第二散热柱部分的局部结构示意图；
图3为本发明提出的一种高效控温型新能源汽车用动力电池箱支撑装置的结构示意图；
图4为本发明提出的一种高效控温型新能源汽车用动力电池箱固定盘的结构示意图。
图中：1壳体、2环形板、3支撑装置、31固定螺钉、32固定盘、33支撑腿、34弹簧、41散热网、42第二散热柱、43第一散热柱、431柱体、432导热筒、4321筒体、4322导热芯、4323导热盘管、44液体、45气囊、451连接杆、5盖板、6密封圈、7散热盒、8防护网板、9固定架、10散热风扇、11干燥剂放置盒、12低熔点金属、13固定座。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
参照图1-4，本发明提供一种高效控温型新能源汽车用动力电池箱。该高效控温型新能源汽车用动力电池箱包括壳体1，壳体1为矩形框架结构，壳体1内形成动力电池组的容纳空间。壳体1的内壁沿其周向设有环形槽，环形槽的槽口朝向容纳空间设置。环形槽内设有环形板2，环形板2为中空结构，环形板2具有中空腔，环形板2由炭纤维材料制成，环形板2的中空腔内排设有多个散热盒7，每个散热盒7均固定连接在环形板2的中空腔的内壁上，散热盒7为导热，例如铝材或者铜材材料制成。使用时，动力电池组在充电或者荷载时，动力电池组本身会产生大量的热量，动力电池组散发的热量传递到环形板2上，炭纤维材料制成的环形板2具有良好的导热性能，可以快速将电池散发的热量传递至散热盒7内。散热盒7内填充有低熔点金属12，散热盒7内的低熔点金属12快速吸热并融化为液体，进而给电池初步的降温。所述低熔点金属为合金，其包括45重量份的铋、23重量份的铅、8重量份的锡，以及5重量份的镉，其熔点为65℃。当然，低熔点金属的成分不限于铋、铅、锡和镉，还可根据需要添加其他元素。
该实施例中，动力电池组的工作温度为-30℃-65℃，适宜工作温度为10℃-30℃。
进一步地，环形槽的槽口处设有防护网板8，防护网板8通过锁紧螺钉固定连接在壳体1的内壁上。防护网板8具体固定于壳体1的内壁上，其上下两端分别固定于壳体1内壁上环形槽的上下两侧。防护网板8与环形槽形成密闭空间，用于将散热盒7密闭与其内，形成防护作用。防护网板8可避免动力电池组的窜动损坏环形板2内的散热盒7。
壳体1的上端面上设有密封圈放置槽，密封圈放置槽内设有凸出的密封圈6，壳体1的上端设有盖板5，盖板5的朝向壳体1的一面上设有干燥剂放置盒11。密封圈6用于对盖板5与壳体1的结合面进行密封。壳体1的外侧底壁上设有内凹槽，内凹槽的底壁上开设有贯通至壳体1的容纳空间的散热口，从而使得内凹槽与容纳空间之间经散热口连通。壳体1的外侧底壁上设有固定架9，固定架9位于内凹槽的下部并跨过整个内凹槽，固定架9的两端分别固定于壳体1外侧底壁上内凹槽的两侧。固定架9上固定连接有两个散热风扇10，两个散热风扇10位于内凹槽的下方。壳体1内还设有温度传感器(图中未示)，用于采集壳体1内的温度信息，并传输至新能源汽车的控制装置。散热风扇10根据动力电池组的温度信息，即温度传感器采集的温度信号，开启或者关闭，起到加速气流交换进行快速散热的作用。
壳体1的下端设有四个支撑装置3，四个支撑装置3之间呈矩形设置。支撑装置3的下端固定连接有固定座13。支撑装置3包括固定盘32，固定盘32通过四个固定螺钉31固定连接在壳体1的下端，每个固定螺钉31位于壳体1与固定盘32之间的部分上套设有弹簧34，固定盘32的下端固定连接有支撑腿33，支撑腿33的下端固定连接在固定座13的上端面上。
散热口内设有散热网41，散热网41固定连接在散热口的外周壁上。散热网41上的下部设有多个第一散热柱43和第二散热柱42，第一散热柱43与第二散热柱42之间间隔设置，在横向和纵向上分别排布。
该实施例中，第一散热柱43和第二散热柱42竖直设置，并且，第一散热柱43和第二散热柱42分别可拆卸的固定于散热网41上，例如经螺钉或者卡合结构固定于散热网41上。第一散热柱43的长度大于第二散热柱42的长度。第一散热柱43的中部设有溶液腔，该溶液腔用于容纳吸热散热液体。第一散热柱43的外侧壁上部还设有补液孔，补水孔上设有补液阀(图中未示)，打开补液阀就可向溶液腔内补液。
该实施例中，溶液腔内填充有液体44，溶液腔内还设有可自由运动的气囊45，气囊45至少部分地浸泡于液体44内。进一步地，所述气囊45经连接杆451连接于溶液腔底壁上，所述连接杆451的一端与所述气囊45的底部经球型铰链连接，所述连接杆451的另一端经球型铰链连接于溶液腔的底壁上。气囊45能够随着新能源汽车的运动实现在液体44内的快速摆动。连接杆451一方面起到连接的作用，另一方面起到搅拌液体44加速散热的作用。
更进一步地，气囊45的外壁上等间距安装有多个稳定状态下为螺旋状的记忆合金条(图中未示)，各个记忆合金条的一端分别垂直固定于气囊45的外壁上，另一端为自由端。液体44为氯化钠水溶液。动力电池组散发出的热量通过散热网41传递到第一散热柱43和第二散热柱42上，第一散热柱43受到热量，将热量传递到记忆合金条上，记忆合金条受热使其达到变态温度。该实施例中记忆合金条选为镍-钛合金条，形变温度为40℃。记忆合金条通过液体44吸热达到变态温度时，会立即恢复到原来处于稳定状态的螺旋形状。该处所指稳定状态是指记忆合金触发变态温度，达到形变时的状态。
具体地，所述第一散热柱43包括柱体431和导热筒432，所述柱体431内设有溶液腔，所述溶液腔内填充有液体44，所述液体44用于吸热及导热。柱体431上设有法兰，柱体431经法兰连接于散热网41上。所述导热筒432自所述柱体431的顶部穿入所述溶液腔内并固定于所述柱体431上，所述导热筒432位于所述液体44的上方，所述导热筒432用于吸收来自动力电池组的热量并将热量快速导向液体44。所述导热筒432包括筒体4321、导热芯4322和导热盘管4323，所述导热芯4322设于所述筒体4321内，并与所述筒体4321同轴设置，导热芯4322的下端穿出筒体4321，所述导热盘管4323套设于所述导热芯4322上。筒体4321经螺纹连接于柱体431的顶壁上，筒体4321和柱体431的结合面之间设有密封圈。导热芯4322经细牙螺纹连接于筒体的底壁上，通过上下旋拧导热芯，能够调节导热芯4322的底端与液体44液面的间隔距离，从而实现动力电池组的热量经导热筒432直接传递至液体44的触发温度。
该实施例中，导热筒的筒体4321、导热芯4322和导热盘管4323采用具有一定导热性能的金属材料，例如铁、铜或者铝材制成，其中导热芯4322的导热能力尤佳，可由铜制成。筒体4321的上端开口，形成热量收集结构，并且导热芯4322和筒体4321自下而上形成梯级导热结构。导热盘管4323快速吸收热量，并将热量传输至导热芯4322，导热芯4322将热量再次快速传递至液体44，从而实现对动力电池组的快速导热降温。
该实施例中，气囊45由弹性材料，例如橡胶材料制成，在吸收热量时，能够快速膨胀。液体44的液面离导热筒底端的间隔预设距离，当所述液体44吸收动力电池组的热量使得液面上涨至与所述导热筒432接触时，液体44与导热筒的下端接触，动力电池组内的热量经导热筒432快速传输至液体44内。当动力电池组的温度继续上升，使得液体44的液面上涨至与筒体4321接触时，筒体4321和导热芯4322同时将动力电池组产生的热量传输至液体44，从而形成梯级导热散热结构。
记忆合金条在变形的过程中，记忆合金条拨动液体44，由于气囊45外侧的不同记忆合金条达到变态温度的时间不同，进而使气囊45在溶液腔内不规则运动。各个记忆合金条在形变的过程中吸收热量，对动力电池组进行散热，同时气囊45在液体44内不规则运动，包括摆动和自身的旋动，对液体44进行搅拌、混合，使得不同温度的液体快速均衡并达到同一温度，进而起到加速散热的作用，并最终通过第一散热柱43的外壳将热量散掉。当所述液体44吸收动力电池组的热量使得液面上涨至与所述导热筒432接触时，液体44与导热筒432的下端接触，动力电池组内的热量经导热筒432快速传输至液体44内。当动力电池组的温度继续上升，使得液体44的液面上涨至与筒体接触时，筒体和导热芯同时将动力电池组产生的热量传输至液体44，从而形成梯级导热散热结构。
氯化钠水溶液相对空气在吸热速率方面优势极大，通过在第一散热柱43内灌注氯化钠水溶液，并在溶液内设置气囊45，能够有效解决动力电池组温度骤升时的热量散失问题。例如，我国南北方夏季外部温度环境较高，仅仅通过热气流流经散热网41来进行动力电池组与外部环境的温度交换来实现对动力电池组的降温非常低效，尤其是新能源汽车急加速时，使得动力电池组温度骤升，大大提高了电能损耗，甚至损坏动力电池组，而该实施例中的第一散热柱-气囊结构能够很好的解决这一问题。
本发明中的高效控温型新能源汽车用动力电池箱，电池在充电或者荷载时，电池本身会产生大量的热量。当该壳体1内的温度低于第一预设温度值时，壳体1内的热量主要通过壳体1内外气流交换来散热，气流交换时通过散热网41作为气流交换的窗口。当该壳体1内的温度高于第一预设温度值且低于第二预设温度值时，主要通过散热网41以及第一散热柱42和第二散热柱43散热，具体为主要通过散热网41以及第一散热柱42的壳体和第二散热柱43散热，此时散热风扇10开启，加快箱体内外的空气流通速度，从而加快散热速度。
当该总成箱体壳体1内的温度高于第二预设温度值时，又分两种情况：
1、当该壳体1内的温度高于第二预设温度值的时长小于预设时长时，例如瞬间的急加速超车时，散热盒7内的低熔点金属12吸收热量熔化，实现对壳体1内热量的快速吸收和降温；
2、当该壳体1内的温度高于第二预设温度值的时长超过预设时长时，例如较长时长的持续急加速超车时，由于第一散热柱42经其壳体将热量持续传输至溶液44，溶液44持续吸热升温，触发梯级导热散热结构启动进行导热散热。
具体地，记忆合金条达到变形触发温度，记忆合金条变形，记忆合金条在变形的过程中，记忆合金条拨动液体44，由于气囊45外侧的不同记忆合金条达到变态温度的时间不同，进而使气囊45在溶液腔内不规则运动。各个记忆合金条在形变的过程中快速吸收热量，对动力电池组进行散热，同时气囊45在液体44内不规则运动，包括摆动和自身的旋动，对液体44进行搅拌、混合，使得不同温度的液体快速均衡并达到同一温度，进而起到加速散热的作用，并最终通过第一散热柱43的外壳将热量散掉。当所述液体44吸收动力电池组的热量使得液面上涨至与所述导热筒432接触时，液体44与导热筒432的下端接触，动力电池组内的热量经导热筒432快速传输至液体44内。当动力电池组的温度继续上升，使得液体44的液面上涨至与筒体接触时，筒体和导热芯同时将动力电池组产生的热量传输至液体44，从而形成梯级导热散热结构，该梯级导热散热结构能够根据壳体1内的热量情况自动调节导热散热量(导热散热速度)。
该实施例中，第一预设温度值为30℃，第二预设温度值为65℃，预设时长为5秒。当然，各项具体的参数值也可根据需要设定。
本发明中的用于新能源汽车的动力电池总成箱体能够根据不同工况，实现对动力电池组的分工况、多途径、分梯度散热，使得新能源汽车能够适应各种外部环境。如此，可实现对动力电池组的有效温度控制，达到快速有效散热的目的，尤其是可有效防止动力电池组在外部环境温度较高时，例如夏季的温度骤升(例如新能源汽车急加速引起的动力电池组温度骤升)导致的电池损伤以及电池续航能力的急剧下降，并大大延长了电池的使用寿命。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种高效控温型新能源汽车用动力电池箱，包括壳体(1)，其特征在于，所述壳体(1)为矩形框架结构，壳体(1)内形成动力电池组的容纳空间，所述壳体(1)的内壁沿其周向设有环形槽，所述环形槽内设有环形板(2)，所述环形板(2)为中空结构，其具有中空腔，所述环形板(2)由炭纤维材料制成，所述环形板(2)的中空腔内排设有多个散热盒(7)，每个所述散热盒(7)均固定连接在环形板(2)的所述中空腔的内壁上，所述散热盒(7)为导热材料制成，所述散热盒(7)内填充有低熔点金属(12)；
所述壳体(1)的外侧底壁上开设有内凹槽，所述内凹槽的底壁开设有贯通至壳体(1)的所述容纳空间的散热口，散热口上设有散热网(4)，散热网(4)的底壁上可拆卸连接有第一散热柱(43)和第二散热柱(42)，所述第一散热柱(43)与第二散热柱(42)之间间隔设置；
其中，所述第一散热柱(43)包括柱体和导热筒，所述柱体内设有溶液腔，所述溶液腔内填充有液体(44)，所述液体(44)用于吸热及导热，所述导热筒自所述柱体(431)的顶部穿入所述溶液腔内并固定于所述柱体上，所述导热筒位于所述液体(44)的上方，所述导热筒用于吸收来自动力电池组的热量并将热量快速导向液体(44)，
当所述液体(44)吸收动力电池组的热量使得液面上涨至与所述导热筒接触时，动力电池组内的热量经导热筒快速传输至液体(44)内。
2.根据权利要求1所述的一种高效控温型新能源汽车用动力电池箱，其特征在于，所述溶液腔内还设有可自由运动的气囊(45)，所述气囊(45)连接于溶液腔的底壁上。
3.根据权利要求2所述的一种高效控温型新能源汽车用动力电池箱，其特征在于，所述气囊(45)经连接杆连接于溶液腔底壁上，
所述连接杆的一端与所述气囊(45)的底部经球型铰链连接，所述连接杆的另一端经球型铰链连接于溶液腔的底壁上。
4.根据权利要求2所述的一种高效控温型新能源汽车用动力电池箱，其特征在于，所述液体(44)为氯化钠水溶液，气囊(45)至少部分浸泡于该氯化钠水溶液中。
5.根据权利要求1所述的一种高效控温型新能源汽车用动力电池箱，其特征在于，所述壳体(1)的下端设有四个支撑装置(3)，四个所述支撑装置(3)之间呈矩形设置，所述支撑装置(3)的下端固定连接有固定座(13)。
6.根据权利要求5所述的一种高效控温型新能源汽车用动力电池箱，其特征在于，所述支撑装置包括固定盘(32)，所述固定盘(32)通过四个固定螺钉(31)固定连接在壳体(1)的下端，每个所述固定螺钉(31)位于壳体(1)与固定盘(32)之间的部分套设有弹簧(34)，所述固定盘(32)的下端固定连接有支撑腿(33)，所述支撑腿(33)的下端固定连接在固定座(13)的上端。
7.根据权利要求1所述的一种高效控温型新能源汽车用动力电池箱，其特征在于，所述低熔点金属为合金，其包括45重量份的铋、23重量份的铅、8重量份的锡，以及5重量份的镉合金，其熔点为65℃。
8.根据权利要求1所述的一种高效控温型新能源汽车用动力电池箱，其特征在于，所述环形槽的槽口处设有防护网板(8)，所述防护网板(8)通过锁紧螺钉固定连接在壳体(1)的内壁上，
防护网板(8)固定于壳体(1)的内壁上，其上下两端分别固定于壳体(1)内壁上环形槽的上下两侧。
9.根据权利要求1所述的一种高效控温型新能源汽车用动力电池箱，其特征在于，所述导热筒包括筒体(4321)、导热芯(4322)和导热盘管(4323)，
所述导热芯设于所述筒体(4321)内，并与所述筒体(4321)同轴设置，导热芯(4322)的下端穿出筒体(4321)，所述导热盘管(4323)套设于所述导热芯(4322)上。
10.根据权利要求1所述的一种高效控温型新能源汽车用动力电池箱，其特征在于，壳体(1)的外侧底壁上设有固定架(9)，固定架(9)跨过整个内凹槽，两端分别固定于壳体(1)外侧底壁上内凹槽的两侧，所述固定架(9)上固定连接有两个散热风扇(10)，两个散热风扇(10)位于内凹槽的下方。
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