CN110190232A - 一种机车用风冷软包动力电池箱 - Google Patents

一种机车用风冷软包动力电池箱 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种机车用风冷软包动力电池箱，属于轨道交通的技术领域，所述电池箱体通过隔热墙分隔成多个独立的散热框，各所述散热框的一端设有绝缘封板且绝缘封板上开设有进风口，另一端设有出风口；各所述散热框内均设有至少一个电池模组，电池模组的顶部与绝缘封板之间形成极耳风道，电池模组的两侧留有间隙并形成侧面风道；所述电池模组包括若干个支架，相邻两支架之间夹持有电池芯，且电池芯的侧面和电池极耳分别裸露于所述侧面风道中和极耳风道中，以达到提高电池的散热效果，使电池内部的温度分布更加均匀，减少了电池内部的电流分布不均，提升了电池的循环寿命；同时，结构简单紧凑，重量较轻和使用安全的目的。

Description

一种机车用风冷软包动力电池箱
技术领域
本发明属于轨道交通中混合动力机车、新能源机车的技术领域，具体而言，涉及一种机车用风冷软包动力电池箱。
背景技术
目前，由于机车装用的软包动力电池箱数量较多，电池的冷却均是通过水冷管的方式将使用中产生的热量从电池表面带走，但是由于电池内部是由正极、隔膜和负极构成三明治结构，而隔膜的导热性比较差，导致电池垂直表面方向的导热性比较差，造成电池散热效果不佳，在电池内部产生较大的温度梯度，从而造成电池内部的电流分布的不均匀现象，在循环中容量衰降的速度较快，降低了电池的循环寿命。同时，电池需增加导热的铝或铜翅片以及水冷基板和水管路系统，结构复杂，重量增加较多，并存在冷却液泄漏造成电池损坏的风险。
发明内容
鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种机车用风冷软包动力电池箱以达到提高电池的散热效果，使电池内部的温度分布更加均匀，减少了电池内部的电流分布不均，提升了电池的循环寿命；同时，结构简单紧凑，重量较轻和使用安全的目的。
本发明所采用的技术方案为：一种机车用风冷软包动力电池箱，包括至少一个电池箱体，所述电池箱体通过隔热墙分隔成多个独立的散热框，各所述散热框的一端设有绝缘封板且绝缘封板上开设有进风口，另一端设有出风口；各所述散热框内均设有至少一个电池模组，电池模组的顶部与绝缘封板之间形成极耳风道，电池模组的两侧留有间隙并形成侧面风道，进风口、极耳风道、侧面风道和出风口依次连通；所述电池模组包括若干个沿同一方向堆叠的支架，相邻两支架之间夹持有电池芯，且电池芯的侧面和电池极耳分别裸露于所述侧面风道中和极耳风道中。
进一步地，所述电池箱体设有多个且各电池箱体沿同一方向依次堆叠，相邻两电池箱体上的进风口和出风口连通。
进一步地，各所述电池箱体上分别设有不同数量的风量调节孔，且位于同一电池箱体上的多个风量调节孔均分成多个组，各个组的风量调节孔分别开设于该电池箱体的各所述绝缘封板上，且该绝缘封板所对应的侧面风道与该组的风量调节孔连通。
进一步地，各所述支架的四周分别贯穿有一拉杆，各所述支架上开设有分别与各个拉杆对应匹配的夹持安装孔。
进一步地，所述支架设为框体结构，该框体结构的一侧侧边设有凸腿，相邻两支架的凸腿呈交错排布，且凸腿与所述绝缘封板连接。
进一步地，所述绝缘封板、各个凸腿和各个框体结构形成所述极耳风道。
进一步地，所述框体结构的一侧侧面设有凹槽通道；相邻两支架的凹槽通道组成装配空间，该装配空间与电池芯相匹配。
进一步地，所述散热框的底部设有支撑梁，支撑梁上设有所述电池模组。
进一步地，还包括设于电池箱体内的熔断器和设于电池箱体侧壁上的动力电池管理系统。
进一步地，所述绝缘封板上开设有多个进风孔以组成所述进风口，且各个进风孔分别与各个电池芯的电池极耳相对应。
本发明的有益效果为：
1.采用本发明所公开的机车用风冷软包动力电池箱，通过在电池箱体内分隔成多个散热框，散热框的内部通过支架对电池芯夹持，以使电池芯的电池极耳和电池侧面分别裸露在极耳风道和侧面风道中并进行强制散热，由于电池极耳直接与正负极及电解液相连，电池芯的侧面通过电解液与正负极进行热交换，避开了隔膜导热性差的问题，因此电池芯的散热效果较好，电池芯内部的温度分布更加均匀，减少了电池芯内部的电流分布不均，提升了电池芯的循环寿命。
2.在本发明中，将多个电池箱体沿同一方向依次堆叠并使相邻两电池箱体的进风口和出风口连通，只需要进风口通入冷却空气，便可实现电池箱体的风冷，由于电池没有导热的铝或铜翅片和水冷基板及水管路，因此，结构简单紧凑，重量较轻；不存在冷却液及冷却液泄漏的问题，电池的安全性较高。
3.冷空气通过绝缘封板的各个进风孔均匀分配给每个电池芯的电池极耳，冷空气通过电池极耳表面后经极耳风道进入至侧面风道，冷却电池芯的侧面，以提供较好的冷却效果。
4.本发明可根据实际需要，风源系统可以提供冷空气或热空气来对电池芯进行冷却或加热，以满足电池芯在合适的温度范围内工作。
5.本发明所公开的机车用风冷软包动力电池箱，其可实现不同数量的电池箱体组合，以满足机车不同电量的需求；同时，在电池箱体堆叠后风道自动相连，以同时对各个电池箱体进行散热。
6.当多个电池箱体堆叠时，可在位于不同层电池箱体的绝缘封板设置不同数量的风量调节孔，用于调节不同层电池箱体内电池极耳的通风量和通风温度，以保证不同层电池箱体的冷却效果一致，散热性能相对均衡。
7.在电池箱体的内部分成了多个独立区域，将动力电池能量进行分割，电池模组之间、电池模组与动力电池管理系统之间均进行了隔离，电池芯有支架保护，电池极耳有绝缘封板保护，提高了电池的安全性。
附图说明
图1是本发明提供的机车用风冷软包动力电池箱的整体结构示意图；
图2是本发明提供的机车用风冷软包动力电池箱的剖视示意图；
图3是本发明提供的机车用风冷软包动力电池箱中冷却空气流向示意图；
图4是本发明提供的机车用风冷软包动力电池箱中支架的主视示意图；
图5是图4的左视示意图；
图6是本发明提供的机车用风冷软包动力电池箱中各支架与电池芯的装配结构示意图；
图7是本发明提供的机车用风冷软包动力电池箱中各支架装配后的俯视示意图；
图8是本发明提供的机车用风冷软包动力电池箱的整体剖视示意图；
图9是本发明提供的机车用风冷软包动力电池箱中绝缘封板的结构示意图；
附图中标注如下：
动力电池管理系统-1，电池模组-2，隔热墙-3，熔断器-4，电池箱体-5，支架-6，电池极耳-7，绝缘封板-8，极耳风道-9，侧面风道-10，支撑梁-11，电池芯-12，电池芯侧面-13，凸腿-14，凹槽通道-15，进风孔-16，风量调节孔-17。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
实施例1
如图1所示，在本实施例中具体提供了一种机车用风冷软包动力电池箱，包括一个电池箱体5，在该电池箱体5内通过隔热墙3分隔成三个独立的散热框，在每个所述散热框的一端端口密封装配有绝缘封板8，并在绝缘封板8上开设有进风口，进风口由多个沿同一方向排布的进风孔16组成，另一相对的端部设有出风口，通过进风口将风源系统的冷却空气输入至散热框，经过热交换后从出风口排出并回流至风源系统中。
如图1、图2、图3所示，各所述散热框内均设有三个电池模组2，三个电池模组2呈并排排列的方式装配固定，各个电池模组2的两端分别抵靠在散热框的相对两内侧壁上，同时，电池模组2的顶部侧与绝缘封板8之间形成极耳风道9，电池模组2的两侧留有间隙并形成侧面风道10(即两电池模组2之间、电池模组2与散热框的侧壁之间均构成所述侧面风道10)，电池模组2的底部侧通过支撑梁11承载于所述散热框的底部上，将进风口、极耳风道9、侧面风道10和出风口依次连通，以形成对散热框内部进行散热的气流通道，冷却空气的流经途径为：冷却空气→进风口→极耳风道9(电池极耳7热交换)→侧面风道10(电池芯的侧面热交换)→出风口→返回风源系统。
所述电池模组2包括若干个沿同一方向堆叠的支架6，相邻两支架6之间夹持有电池芯12，且电池芯侧面13和电池极耳7分别裸露于所述侧面风道10中和极耳风道9中，电池芯侧面13在侧面风道10中与冷空气进行热交换，电池极耳7在极耳风道9中与冷空气进行热交换，以实现分别对电池极耳7和电池芯侧面13强制散热，由于电池极耳7直接与正负极及电解液相连，电池芯侧面13通过电解液与正负极进行热交换，避开了隔膜导热性差的问题，因此电池芯12的散热效果较好，电池芯12内部的温度分布更加均匀，减少了电池芯内部的电流分布不均，提升了电池的循环寿命。
如图4、图5所示，各所述支架6的四周分别贯穿有一拉杆，各所述支架6上开设有分别与各个拉杆对应匹配的夹持安装孔，即夹持安装孔分布在所述支架6的四周。实际装配过程中，先将多个支架6沿同一方向依次堆叠，并保证各支架6上各个夹持安装孔一一对应，在通过拉杆贯穿位于同一直线的各个夹持安装孔，并在拉杆的两端通过螺母拧紧，以对各个所述支架6进行加固。
如图6所示，所述支架6设为框体结构，该框体结构的一侧侧边设有凸腿14，凸腿14的两侧表面与该侧侧边的两表面相平齐且凸腿14可通过一体成型的方式形成于框体结构上，相邻两支架6的凸腿14呈交错排布，且凸腿14与所述绝缘封板8连接。以图示为例，相邻两支架6中，一支架6的凸腿14位于左侧，另一支架6的凸腿14位于右侧，依次往复排布，以实现位于同一侧的各个凸腿14之间形成间隙，该间隙与所述侧面风道10连通；同时，分别位于两侧的各个凸腿14均用于承载所述绝缘封板8。
所述绝缘封板8、各个凸腿14和各个框体结构的一侧表面形成所述极耳风道9，位于同一侧的各个凸腿14之间所形成的间隙看作该极耳风道9的一分部，通过该间隙实现与所述侧面风道10之间连通。
如图5所示，在所述框体结构的一侧侧面设有凹槽通道15，在所述框体结构上相对两框边上均开设有凹槽，两相对凹槽组成该凹槽通道15；相邻两支架6的凹槽通道15组成装配空间，该装配空间与电池芯12相匹配，当电池芯12夹持于装配空间之后，能够使电池芯12的相对两侧侧面裸露，以使电池芯侧面13裸露在侧面风道10中。
如图1所示，还包括设于电池箱体5内的熔断器4和设于电池箱体5侧壁上的动力电池管理系统1，熔断器4和动力电池管理系统1均属于现有设备，其具体的接线电路此处不再赘述。通过将动力电池管理系统1置于所述电池箱体5的侧壁上，其能够将动力电池管理系统1与内部的电池芯进行隔离，提高了安全性。
如图9所示，所述绝缘封板8上开设有多个进风孔16以组成所述进风口，且各个进风孔16分别与各个电池芯的电池极耳7相对应，以实现经风源系统提供的冷/热空气通过绝缘封板8的各个进风孔16均匀分配给每个与其对应的电池极耳7，通过电池极耳7的表面进行热交换后，经极耳风道9进入至侧面风道10，以冷却各个电池芯侧面13，达到各个电池芯12冷却效果一致的目的。
本实施例所提供的机车用风冷软包动力电池箱的工作原理如下：
将各个电池模组2呈水平排布的方式安装在电池箱体5内，电池模组2安装后在两电池模组2之间及电池模组2与散热框的侧壁之间形成侧面风道10，电池模组2的顶部安装绝缘封板8，绝缘封板8安装后，与电池模组2的顶部之间形成冷却风道；从风源来的空气通过绝缘封板8的进风口均匀分配给每个电池芯的电池极耳7，通过电池极耳7表面后，经极耳风道9进入至侧面风道10，以冷却各个电池芯侧面13，然后从电池箱底部的出风口返回至风源系统。根据电池箱体5的实际需求，风源系统可提供冷空气或热空气来对电池芯进行冷却或加热，以满足电池芯在合适的温度范围内工作。
实施例2
如图8所示，在实施例1的基础上，在本实施例中具体提供了一种机车用风冷软包动力电池箱，包括四个电池箱体5，四个电池箱体5沿同一方向依次堆叠，组合成不同电量需求的动力电池系统。在本实施例中，沿竖直方向进行堆叠以形成四层，每层为一个电池箱体5，相邻两电池箱体5上的进风口和出风口连通，以实现整个动力电池箱的内部构成贯通的散热通道。
如图9所示，各所述电池箱体5上分别设有不同数量的风量调节孔17，且位于同一电池箱体5上的多个风量调节孔17均分成多个组，各个组的风量调节孔17分别开设于该电池箱体5的各所述绝缘封板8上，且该绝缘封板8所对应的侧面风道10与该组的风量调节孔17连通。其作用在于：用于调节不同层上电池极耳7的通风量和通风温度，以保证不同层中电池芯12的冷却效果基本一致。
具体如下：
令：四个电池箱体5堆叠后，由上至下分别为第一层、第二层、第三层和第四层，第一层、第二层、第三层和第四层上设有不同数量的风量调节孔17；在本实施例中，将每层的风量调节孔17均分为两组，在第一层中每组含有四个风量调节孔17，在第二层中每组含有三个风量调节孔17，在第三层中每组含有二个风量调节孔17，在第四层中每组含有一个风量调节孔17或不含有风量调节孔17。由于风量调节孔17与侧面风道10是相连通，因此，风源系统将冷却风从第一层输入后，由于第一层的下方还设有若干层，通过在位于上层的电池箱体5的绝缘封板8上设置风量调节孔17，实现位于上层的电池箱体5内不会在其内部出现热量累积，从而调节不同层的电池箱体5内的通风量和通风温度，以保证不同层电池芯12的冷却效果达到一致。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机车用风冷软包动力电池箱，包括至少一个电池箱体，其特征在于，所述电池箱体通过隔热墙分隔成多个独立的散热框，各所述散热框的一端设有绝缘封板且绝缘封板上开设有进风口，另一端设有出风口；各所述散热框内均设有至少一个电池模组，电池模组的顶部与绝缘封板之间形成极耳风道，电池模组的两侧留有间隙并形成侧面风道，进风口、极耳风道、侧面风道和出风口依次连通；所述电池模组包括若干个沿同一方向堆叠的支架，相邻两支架之间夹持有电池芯，且电池芯的侧面和电池极耳分别裸露于所述侧面风道中和极耳风道中。
2.根据权利要求1所述的机车用风冷软包动力电池箱，其特征在于，所述电池箱体设有多个且各电池箱体沿同一方向依次堆叠，相邻两电池箱体上的进风口和出风口连通。
3.根据权利要求2所述的机车用风冷软包动力电池箱，其特征在于，各所述电池箱体上分别设有不同数量的风量调节孔，且位于同一电池箱体上的多个风量调节孔均分成多个组，各个组的风量调节孔分别开设于该电池箱体的各所述绝缘封板上，且该绝缘封板所对应的侧面风道与该组的风量调节孔连通。
4.根据权利要求1所述的机车用风冷软包动力电池箱，其特征在于，各所述支架的四周分别贯穿有一拉杆，各所述支架上开设有分别与各个拉杆对应匹配的夹持安装孔。
5.根据权利要求1所述的机车用风冷软包动力电池箱，其特征在于，所述支架设为框体结构，该框体结构的一侧侧边设有凸腿，相邻两支架的凸腿呈交错排布，且凸腿与所述绝缘封板连接。
6.根据权利要求5所述的机车用风冷软包动力电池箱，其特征在于，所述绝缘封板、各个凸腿和各个框体结构形成所述极耳风道。
7.根据权利要求5所述的机车用风冷软包动力电池箱，其特征在于，所述框体结构的一侧侧面设有凹槽通道；相邻两支架的凹槽通道组成装配空间，该装配空间与电池芯相匹配。
8.根据权利要求1所述的机车用风冷软包动力电池箱，其特征在于，所述散热框的底部设有支撑梁，支撑梁上设有所述电池模组。
9.根据权利要求1所述的机车用风冷软包动力电池箱，其特征在于，还包括设于电池箱体内的熔断器和设于电池箱体侧壁上的动力电池管理系统。
10.根据权利要求1所述的机车用风冷软包动力电池箱，其特征在于，所述绝缘封板上开设有多个进风孔以组成所述进风口，且各个进风孔分别与各个电池芯的电池极耳相对应。
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