CN109546257A - 电池组封装装置及具有其的太阳能无人机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池组封装装置及具有其的太阳能无人机，该电池组封装装置包括：壳体，壳体具有内腔，在内腔内设置有电池组；温控组件，温控组件设置在壳体内，温控组件包括散热导管和温控阀门，温控阀门设置在散热导管内；其中，当壳体内的温度大于或等于设定阈值时，温控阀门打开，散热导管与外界连通以将内腔内的电池组产生的热量导出；当壳体内的温度小于设定阈值时，温控阀门关闭，散热导管与外界不连通。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中储能电池系统的温度控制效果差所导致的工作性能降低的技术问题。

Description

电池组封装装置及具有其的太阳能无人机
技术领域
本发明涉及太阳能无人机技术领域，尤其涉及一种电池组封装装置及具有其的太阳能无人机。
背景技术
以太阳能无人机为代表的高空低速长航时无人机具有飞行高度高、续航能力强等特点，适合应用于广域持久的侦察监视或通信保障等军事任务。太阳能无人机与浮空平台和高速飞行器等其它类别的临近空间装备相比，比浮空平台的飞行速度快，可机动前出部署，执行任务区域范围更广，易于适应任务变化和应急保障的需求，比高速飞行器具有更长的飞行航时和更广的观测覆盖范围，适宜执行常态化高精度观测及侦察任务。
太阳能无人机为满足昼夜持续飞行，除了考虑高空低雷诺数高升阻比气动外形设计、轻质复合材料结构设计及制造外，还需考虑包括太阳能能源系统(含太阳能电池、储能电池和能源管理系统)、电动推进装置(电动机、螺旋桨)的高效长航时电推进动力系统设计。其中，太阳能能源系统技术水平直接决定了太阳能无人机可以采集并加以利用的能量。太阳能无人机在白天飞行过程中能采集到的能量极其有限，太阳能能源系统须展开高转化效率太阳能电池系统、高能量密度储能电池系统、高效能量传输与转换等技术研究，提升能源利用效率，满足无人机昼夜持续飞行中的能源要求。
因此，太阳能无人机要能够在高空昼夜持续飞行，并具有一定的带载能力，必须要突破高效轻质柔性太阳能电池系统、高能量密度储能电池系统、高效率高功率密度电动机设计、高效能量传输与管理等关键技术，以满足未来贴近实战使用需求。
储能电池系统是太阳能无人机能源系统的重要组成部分。太阳能无人机白天从太阳能电池系统获取的能源，需要通过储能电池系统储存起来，并在夜间将贮存的能源按要求进行输出。由于太阳能无人机在运行过程中，其工作环境温度变化幅度较大，为了保证储能电池的性能，需要对储能电池进行温控封装。目前常采用的是在高温时通过常规的散热片和散热风扇来对储能电池进行散热，然而，由于能源系统在高温环境下的工作时间较短，采用散热片和散热风扇的方式不利于在低温环境下的保温要求，此种方式极大地影响了储能电池系统的工作性能，降低了工作效率。
发明内容
本发明提供了一种电池组封装装置及具有其的太阳能无人机，能够解决现有技术中储能电池系统的温度控制效果差所导致的工作性能降低的技术问题。
根据本发明的一方面，提供了一种电池组封装装置，电池组封装装置包括：壳体，壳体具有内腔，在内腔内设置有电池组；温控组件，温控组件设置在壳体内，温控组件包括散热导管和温控阀门，温控阀门设置在散热导管内；其中，当壳体内的温度大于或等于设定阈值时，温控阀门打开，散热导管与外界连通以将内腔内的电池组产生的热量导出；当壳体内的温度小于设定阈值时，温控阀门关闭，散热导管与外界不连通。
进一步地，温控阀门由温度相变材料制成，电池组封装装置还包括加热电阻，加热电阻设置在温控阀门内，当壳体内的温度大于或等于设定阈值时，加热电阻工作以打开温控阀门；当壳体内的温度小于设定阈值时，加热电阻不工作，温控阀门保持关闭状态。
进一步地，散热导管包括：管体，管体具有两端开口的空腔；至少一个散热孔，至少一个散射孔设置在管体的管壁，至少一个散热孔与空腔连通。
进一步地，在管体的第一端的位置处，空腔与内腔连通，温控阀门设置在管体的第二端，温控阀门用于控制空腔可选择地与外界连通。
进一步地，电池组封装装置包括多个散热导管，多个散热导管间隔设置在壳体内。
进一步地，壳体包括：第一层和第二层，第一层和第二层的材质均为碳纤维材料；第三层，第三层设置在第一层和第二层之间，第三层的材质为纳米轻质隔热材料。
进一步地，第一层为第一碳纤维编织层，第一碳纤维编织层包括多个交叉编制的第一碳纤维骨材；第二层为第二碳纤维编织层，第二碳纤维编织层包括多个交叉编制的第二碳纤维骨材。
进一步地，第一碳纤维编织层平行于第二碳纤维编织层，在沿着垂直于第一碳纤维编织层的方向第一碳纤维编织层的多个交叉点的投影与第二碳纤维编织层的多个交叉点的投影互不重合。
进一步地，纳米轻质隔热材料包括气凝粘。
根据本发明的另一方面，提供了一种太阳能无人机，太阳能无人机包括电池组封装装置和电池组，电池组封装装置为上述提供的电池组封装装置，电池组位于电池组封装装置内。
应用本发明的技术方案，通过在电池组封装装置的壳体内设置温控组件，当电池组的工作环境温度较高时，散热导管通过与外界连通以将电池组散发的热量排出，在电池组的工作温度较低时，将散热导管与外界隔离，从而避免热量消耗，以实现对电池组的保温操作。本发明所提供的电池组封装装置能够适应于太阳能无人机大范围的工作环境温度变化幅度，可以同时满足电池组长时段的保温要求和短时偶发的散热需求，极大地提高了电池组的工作性能，满足了太阳能无人机的飞行需求。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明的具体实施例提供的温控组件的结构示意图；
图2示出了根据本发明的具体实施例提供的散热导管在壳体内的排布的结构示意图；
图3示出了根据本发明的具体实施例提供的散热导管的结构示意图；
图4示出了根据本发明的具体实施例提供的壳体的局部结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、温控组件；11、散热导管；111、管体；112、散热孔；12、温控阀门；21、第一层；22、第二层；23、第三层；30、加热电阻引线。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。
在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
如图1至图4所示，根据本发明的具体实施例提供了一种电池组封装装置，该电池组封装装置包括壳体和温控组件10，壳体具有内腔，在内腔内设置有电池组，温控组件10设置在壳体内，温控组件10包括散热导管11和温控阀门12，温控阀门12设置在散热导管11内，其中，当壳体内的温度大于或等于设定阈值时，温控阀门12打开，散热导管11与外界连通以将内腔内的电池组产生的热量导出；当壳体内的温度小于设定阈值时，温控阀门12关闭，散热导管11与外界不连通。
应用此种配置方式，通过在电池组封装装置的壳体内设置温控组件10，当壳体内的温度大于或等于设定阈值时，温控阀门12打开，散热导管11与外界连通以将内腔内的电池组产生的热量导出，当壳体内的温度小于设定阈值时，温控阀门12关闭，散热导管11与外界不连通，此种方式能够在电池组的工作环境温度较高时，散热导管通过与外界连通以将电池组散发的热量排出，在电池组的工作温度较低时，将散热导管与外界隔离，从而避免热量消耗，以实现对电池组的保温操作。本发明所提供的电池组封装装置能够适应于太阳能无人机大范围的工作环境温度变化幅度，可以同时满足电池组长时段的保温要求和短时偶发的散热需求，极大地提高了电池组的工作性能，满足了太阳能无人机的飞行需求。
进一步地，在本发明中，为了实现温控阀门12根据温度变化可选择地打开或关闭，可将温控阀门12配置为由温度相变材料制成，电池组封装装置还包括加热电阻，加热电阻设置在温控阀门12内，当壳体内的温度大于或等于设定阈值时，加热电阻工作以打开温控阀门12，当壳体内的温度小于设定阈值时，加热电阻不工作，温控阀门12保持关闭状态。
具体地，如图1所示，加热电阻埋置在温控阀门12内，加热电阻引线30与加热电阻相连接，其中，可将设定阈值设定为电池组工作警戒温度以下两摄氏度，电池组工作警戒温度根据电池组类型的不同会有变化，此处不做限定。
作为本发明的一个具体实施例，在壳体内设置有温度采集芯片，温度采集芯片可实时采集壳体内的温度，当壳体内的温度升高至电池组工作警戒温度以下两摄氏度时，加热电阻引线30通电，加热电阻开始工作，由于温控阀门12由温度相变材料制成，因此当加热电阻工作一段时间以使温度相变材料达到变性的时间点后，温度相变材料发生变性，温控阀门12打开以进行降温操作，此时散热导管11与外界连通以将内腔内的电池组产生的热量导出。当壳体内的温度小于设定阈值时，即壳体内的温度小于电池组工作警戒温度以下两摄氏度时，此时认为电池组工作在低温环境下，需要进行保温工作。此时，加热电阻引线30不通电，加热电阻不工作，温控阀门12保持关闭状态，散热导管11与外界不连通，从而使得散热导管内部空气不能够形成对流等强热传递形式，保证散热导管处于非散热状态。
在本发明中，为了在电池组工作温度较高时有效地进行热量的传导，如图3所示，可将散热导管11配置为包括管体111和至少一个散热孔112，管体111具有两端开口的空腔，至少一个散射孔112设置在管体111的管壁，至少一个散热孔112与空腔连通。
应用此种配置方式，当壳体内的温度升高至电池组工作警戒温度以下两摄氏度时，壳体内的热量可以通过至少一个散热孔112导入散热导管11的管体111的内部，此种方式能够均匀地将电池组散射的热量导出至外界，从而有效均匀地降低电池组的温度。如图3所示，作为本发明的一个具体实施例，散热导管11包括多个散热孔112，多个散热孔112均匀间隔地设置在管体111的管壁。
具体地，在本发明中，考虑电池组封装装置的结构紧凑性，可将散热导管11设置在壳体的壳壁内，散热导管11与位于壳体的内腔中的电池组内部相连通，因此能够有效快速地将电池组散射的热量导出至外界，有效均匀地降低电池组的温度。
在本发明中，为了实现对电池组的有效控温，可在管体111的第一端的位置处，空腔与内腔连通，温控阀门12设置在管体111的第二端，温控阀门12用于控制空腔可选择地与外界连通。
应用此种配置方式，通过设置在管体111的第二端的温控阀门12的关闭和打开，能够同时满足电池组长时段的保温要求和短时偶发的散热需求，极大地提高了电池组的工作性能，满足了太阳能无人机的飞行需求。
进一步地，为了提高散热效率，如图2所示，可将电池组封装装置配置为包括多个散热导管11，多个散热导管11间隔设置在壳体内。
在本发明中，为了减轻壳体重量同时保证壳体的强度，可将壳体配置为包括第一层21、第二层22和第三层23，其中，第一层21和第二层22的材质均为碳纤维材料，第三层23设置在第一层21和第二层22之间，第三层23的材质为纳米轻质隔热材料。
应用此种配置方式，通过将壳体的第一层21和第二层22的材质均配置为碳纤维材料，能够极大地减轻壳体重量，同时保证壳体具有一定的强度和支撑作用。再者，将第三层23的材质配置为纳米轻质隔热材料，一方面可以减轻壳体重量，另一方面能够起到很好的保温效果，进而提升电池组的工作性能。
为了进一步地减轻壳体重量，可将第一层21配置为第一碳纤维编织层，第一碳纤维编织层包括多个交叉编制的第一碳纤维骨材，第二层22配置为第二碳纤维编织层，第二碳纤维编织层包括多个交叉编制的第二碳纤维骨材。
应用此种配置方式，通过将第一层21和第二层22均配置为碳纤维编织层，碳纤维编织层由多个交叉编制的碳纤维骨材制成，从而使得第一层21的多个第一碳纤维骨材之间具有多个小缝隙，第二层22的多个第二碳纤维骨材之间具有多个小缝隙，该种方式相对于直接使用片状材质而言，能够在保证一定强度的前提下进一步地减轻壳体的重量。
进一步地，在本发明中，为了进一步地增大壳体的强度，可将第一碳纤维编织层配置为平行于第二碳纤维编织层，在沿着垂直于第一碳纤维编织层的方向第一碳纤维编织层的多个交叉点的投影与第二碳纤维编织层的多个交叉点的投影互不重合。
具体地，如图4所示，第一碳纤维编织层包括多个相互平行的水平方向的第一碳纤维骨材和多个相互平行的竖直方向的第一碳纤维骨材，其中，多个相互平行的水平方向的第一碳纤维骨材和多个相互平行的竖直方向的第一碳纤维骨材相互交叉编制，形成多个第一碳纤维交叉点(如图4中的方框图形)。第二碳纤维编织层包括多个相互平行的水平方向的第二碳纤维骨材和多个相互平行的竖直方向的第二碳纤维骨材，其中，多个相互平行的水平方向的第二碳纤维骨材和多个相互平行的竖直方向的第二碳纤维骨材相互交叉编制，形成多个第二碳纤维交叉点(如图4中的圆形图形)。由于在沿着垂直于第一碳纤维编织层的方向第一碳纤维编织层的多个交叉点的投影(如图4中的方框图形)与第二碳纤维编织层的多个交叉点的投影(如图4中的圆形图形)互不重合，从而壳体能够在多个位置处抵抗受力，极大地提高了壳体的强度。
进一步地，为了减轻壳体重量同时保证壳体的保温隔热效果，可将纳米轻质隔热材料配置为包括气凝粘。作为本发明的一个具体实施例，第三层23为气凝粘夹层，气凝粘是使用气凝胶材料制成的高隔热阻燃材料，质量非常轻，具有很好保温隔热效果，而且具有很好的韧性。
根据本发明的另一方面提供了一种太阳能无人机，该太阳能无人机包括如上所述的电池组封装装置和电池组，电池组位于电池组封装装置内。应用本发明的电池组封装装置来对电池组进行封装，能够实现轻质高效的能电池组温控封装。对于太阳能无人机而言，重量的减轻能够极大地减少能耗，提高太阳能无人机的工作性能。
此外，本发明的电池组封装装置能够在电池组的工作环境温度较高时，散热导管通过与外界连通以将电池组散发的热量排出，在电池组的工作温度较低时，将散热导管与外界隔离，散热导管位于壳体的壳壁内，低温状态有保温层阻隔，能够避免热量消耗，以实现对电池组的保温操作。基于此，本发明所提供的电池组封装装置能够适应于太阳能无人机大范围的刚工作环境温度变化幅度，可以同时满足电池组长时段的保温要求和短时偶发的散热需求，极大地提高了电池组的工作性能，满足了太阳能无人机的飞行需求。
如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。
这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种电池组封装装置，其特征在于，所述电池组封装装置包括：
壳体，所述壳体具有内腔，在所述内腔内设置有电池组；
温控组件(10)，所述温控组件(10)设置在所述壳体内，所述温控组件(10)包括散热导管(11)和温控阀门(12)，所述温控阀门(12)设置在所述散热导管(11)内；
其中，当所述壳体内的温度大于或等于设定阈值时，所述温控阀门(12)打开，所述散热导管(11)与外界连通以将所述内腔内的电池组产生的热量导出；当所述壳体内的温度小于所述设定阈值时，所述温控阀门(12)关闭，所述散热导管(11)与外界不连通。
2.根据权利要求1所述的电池组封装装置，其特征在于，所述温控阀门(12)由温度相变材料制成，所述电池组封装装置还包括加热电阻，所述加热电阻设置在所述温控阀门(12)内，当所述壳体内的温度大于或等于设定阈值时，所述加热电阻工作以打开所述温控阀门(12)；当所述壳体内的温度小于所述设定阈值时，所述加热电阻不工作，所述温控阀门(12)保持关闭状态。
3.根据权利要求1所述的电池组封装装置，其特征在于，所述散热导管(11)包括：
管体(111)，所述管体(111)具有两端开口的空腔；
至少一个散热孔(112)，至少一个所述散射孔(112)设置在所述管体(111)的管壁，至少一个所述散热孔(112)与所述空腔连通。
4.根据权利要求3所述的电池组封装装置，其特征在于，在所述管体(111)的第一端的位置处，所述空腔与所述内腔连通，所述温控阀门(12)设置在所述管体(111)的第二端，所述温控阀门(12)用于控制所述空腔可选择地与外界连通。
5.根据权利要求1所述的电池组封装装置，其特征在于，所述电池组封装装置包括多个散热导管(11)，多个所述散热导管(11)间隔设置在所述壳体内。
6.根据权利要求1所述的电池组封装装置，其特征在于，所述壳体包括：
第一层(21)和第二层(22)，所述第一层(21)和所述第二层(22)的材质均为碳纤维材料；
第三层(23)，所述第三层(23)设置在所述第一层(21)和所述第二层(22)之间，所述第三层(23)的材质为纳米轻质隔热材料。
7.根据权利要求6所述的电池组封装装置，其特征在于，所述第一层(21)为第一碳纤维编织层，所述第一碳纤维编织层包括多个交叉编制的第一碳纤维骨材；所述第二层(22)为第二碳纤维编织层，所述第二碳纤维编织层包括多个交叉编制的第二碳纤维骨材。
8.根据权利要求7所述的电池组封装装置，其特征在于，所述第一碳纤维编织层平行于所述第二碳纤维编织层，在沿着垂直于所述第一碳纤维编织层的方向所述第一碳纤维编织层的多个交叉点的投影与所述第二碳纤维编织层的多个交叉点的投影互不重合。
9.根据权利要求8所述的电池组封装装置，其特征在于，所述纳米轻质隔热材料包括气凝粘。
10.一种太阳能无人机，其特征在于，所述太阳能无人机包括电池组封装装置和电池组，所述电池组封装装置为权利要求1至9中任一项所述的电池组封装装置，所述电池组位于所述电池组封装装置内。
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