CN113328191A - 一种散热保温及吸能减振双功能电池仓结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于新能源领域，尤其是涉及一种散热保温及吸能减振双功能电池仓结构，包括底板和顶板，底板和顶板的左右两侧通过侧板连接、前后两侧分别通过前板和后板连接，并共同形成一个用于放置锂电池组的空腔；底板和顶板上均设有前后贯穿的空气通道，空气通道的前后端均设有滑动机构。本发明应用通孔泡沫铝作为填充材料，通过智能温控系统实现电池仓滑板的闭合和开启，以控制电池仓的保温和散热功能，同时，泡沫铝材料与外壳钢板结构形成夹层结构，可以吸收不同路况产生的振动能量，从而可以消除锂电池储能特性对温度过度依赖性，满足新能源汽车在四季温差大及高寒、高热地区的对电池仓装置结构的需求，有利于避免锂电池由于振动带来的安全威胁。

Description

一种散热保温及吸能减振双功能电池仓结构
技术领域
本发明属于新能源领域，尤其是涉及一种散热保温及吸能减振双功能电池仓结构。
背景技术
对于新能源汽车来说，由于其广泛采用锂离子动力电池作为其动力系统，为了获得足够的电压和电池容量以达到足够的驱动功率和续航里程，通常成百上千个电池通过串并联的方式集成一个大型电池模块。而动力锂离子电池在充、放电过程中由于反应热、欧姆热和极化热产生大量的热量，而它的性能受温度影响很大，在高温情况和高倍率充放电时容易造成电池过热和温度不一致的现象，造成电池单体的容量和功率衰减，以及电池组的容量损失和寿命缩短，严重时导致电池的热失控，甚至起火、爆炸。特别是随着锂离子电池能量密度的进一步提高，使用条件越来越苛刻，锂离子电池的生热量也会越来越高。温度对锂离子电池的性能、寿命和安全性影响极大。同时，锂离子电池的温度不一致性会影响电池组的使用寿命，大大降低了电池成组后的性能。
同时，低温条件下锂电池的化学反应活性下降较快，电池的内阻上升明显，电池充电端的电压会升高至充电截止电压，电池可充入电量减少以至于可放出电量下降，从而降低锂电池循环寿命。其原理是锂离子电池低温充电时，容易在石墨负极表面析出锂枝晶，刺破隔膜诱发电池内短路，造成电池容量衰减，降低电池使用寿命。在低温环境下，锂电池的充放电性能将明显下降，电池充放电将变得困难，电动汽车在低温环境中的启动和充电受到阻碍，降低其在低温环境下的整体使用性能。
锂电池在汽车行驶过程中承受着振动载荷的持续作用，容易发生挤压变形严重，刺破电池单体或造成电气连接处断裂，引发电池漏液、漏电、短路，进而出现自燃与爆炸等现象。
总之，锂离子电池的性能对温度十分敏感，只能在一定的温度范围内正常工作，过低或者过高的温度都会影响电池的可用容量、充放电峰值功率以及循环寿命等性能参数，严重情况下还会造成安全事故。
现阶段，新能源汽车锂离子电池的冷却方式主要有三种，包括空冷、相变冷却及液冷，这三种冷却方法都有各自的特点，其中空冷方式是在动力电池仓设置进(排)气格栅结构，利用车辆行驶过程中形成的风压或强制鼓风在仓内形成空气对流，对流空气将动力电池自发热产生的热量排出的方案。自然风冷式通过空气对流可以对电池仓形成一定的降温作用，结构简单，可实现性强。但自然风受环境温度影响较大，当外界温度较高时，自然风温度也较高，冷却效果不佳。同时，对电池仓整体冷却无法实现精准控制，温控速度慢，精度低，电池组温控一致性差，该种结构对于电池仓空间相对较大，且电池容量较低的车辆可以起到一定的温度改善作用。液冷方式在系统设计上比较复杂，同时在设计液冷系统时，还要考虑到液体是否会发生泄漏的问题，而且需要采取相应的节能降耗措施来降低泵的功耗。相变冷却虽然不用进行复杂的系统设计，但其散热只能通过单次循环的方式来实现，而且散热效果也并不理想。
在不增加电池箱体体积、风机功耗的前提下，设计新的空气流场来提升空冷的散热效果，将是近期可实现能实际应用的车用锂电池散热方式。而目前普通型电池仓具有如下特点：①结构简单、电池安装紧凑，不利于散热；②底部散热良好，但对电池的强度保护降低；③电池仓侧壁全封闭，不利于散热；④电池仓壁只有肋和仓壁薄板，碰撞吸能性不足。
为此，我们提出一种散热保温及吸能减振双功能电池仓结构来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种应用通孔泡沫铝作为填充材料，通过智能温控系统实现电池仓滑板的闭合和开启，以控制电池仓的保温和散热功能，同时，泡沫铝材料与外壳钢板结构形成夹层结构，可以吸收不同路况产生的振动能量，从而不仅可以消除锂电池储能特性对温度过度依赖性，满足新能源汽车在四季温差大及高寒、高热地区的对电池仓装置结构的需求，而且有利于避免锂电池由于振动带来的安全威胁的散热保温及吸能减振双功能电池仓结构。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种散热保温及吸能减振双功能电池仓结构，包括底板和顶板，所述底板和顶板的左右两侧通过侧板连接、前后两侧分别通过前板和后板连接，并共同形成一个用于放置锂电池组的空腔；
所述底板和顶板上均设有前后贯穿的空气通道，所述空气通道的前后端均设有滑动机构，所述滑动机构上下滑动以控制空气管道的打开、闭合以及部分闭合；
所述空腔内还设有智能温控系统，用于实现对滑动机构的自动控制。
在上述的散热保温及吸能减振双功能电池仓结构中，所述顶板由上顶板和上通孔板组成。
在上述的散热保温及吸能减振双功能电池仓结构中，所述底板由上底板、下底板和下通孔板组成，所述下通孔板固定在上底板和下底板之间。
在上述的散热保温及吸能减振双功能电池仓结构中，所述上顶板、上底板和下底板均采用钢质材料制成。
在上述的散热保温及吸能减振双功能电池仓结构中，所述上通孔板和下通孔板均采用泡沫铝板制成。
在上述的散热保温及吸能减振双功能电池仓结构中，所述上通孔板和下通孔板上的通孔均水平设置，且所述通孔的轴线沿前后分布，使空气能够从通孔的前侧进入、从通孔的后侧排出。
在上述的散热保温及吸能减振双功能电池仓结构中，所述滑动机构包括上滑动盖板和下滑动盖板，所述前板和后板上均设有滑道，使所述上滑动盖板和下滑动盖板能够沿着竖直方向移动。
在上述的散热保温及吸能减振双功能电池仓结构中，所述上滑动盖板和下滑动盖板之间设有两组导杆，两组所述导杆之间设有伺服马达电机，所述伺服马达电机通过控制导杆实现对上滑动盖板和下滑动盖板的控制。
在上述的散热保温及吸能减振双功能电池仓结构中，所述智能温控系统包括温度传感器、智能温度控制器和电源组成，所述智能温度控制器通过伺服电机信号传输数据线控制伺服马达电机，所述温度传感器通过温度信号传输数据线将温度信号数据传导至智能温度控制器，所述温度传感器安装在空腔的中部位置。
在上述的散热保温及吸能减振双功能电池仓结构中，所述智能温度控制器以单片机作为控制核心，并设置电池仓温度的上、下限数值。
与现有的技术相比，本散热保温及吸能减振双功能电池仓结构的优点在于：
1、本发明通过设置通孔泡沫铝板和滑盖，可以在温暖或高温地区行驶时，打开上、下滑动盖板，可以实现车辆在行驶过程中，加速空气在通孔泡沫铝板中的流动，以带走更多的热量，起到较好的散热作用；
在高寒地区，可以通过调节上、下滑动盖板的适当位置，关闭泡沫铝板的部分通孔，既实现空气对流的散热作用，又起到保温的功能。
2、本发明通过设置泡沫铝板，与外壳钢板结构形成夹层结构，路面振动载荷激励通过车轮、悬架、车架底盘传递到电池仓钢质外壳结构的底板上，底板通过泡沫铝板传递到锂电池组上，当振动载荷激励通过泡沫铝板的传递过程中，泡沫铝板具有较好的吸能作用，可以吸收较多的振动能量，从而实现锂电池组的减振效果。
3、本发明通过设置智能温控系统，以单片机为控制核心，并设定电池仓温度的上、下限数值，智能温度控制器通过伺服电机信号传输数据线进行控制伺服电机的正、反转，以实现滑动盖板沿滑道的上、下滑动，温控速度快，精度高。
附图说明
图1是本发明提供的一种散热保温及吸能减振双功能电池仓结构的结构示意图；
图2是本发明提供的一种散热保温及吸能减振双功能电池仓结构中电池仓智能温度控制系统的信号控制图。
图中，1、上顶板；2、上通孔板；3、上滑动盖板；4、导杆；5、伺服马达电机；6、下滑动盖板；7、下通孔板；8、滑道；9、伺服电机信号传输数据线；10、上底板；11、温度信号传输数据线；12、温度传感器；13、电源；14、下底板；15、智能温度控制器；。
具体实施方式
以下实施例仅处于说明性目的，而不是想要限制本发明的范围。
实施例
如图1-2所示，一种散热保温及吸能减振双功能电池仓结构，包括底板和顶板，底板和顶板的左右两侧通过侧板连接、前后两侧分别通过前板和后板连接，并共同形成一个用于放置锂电池组的空腔；
顶板由上顶板1和上通孔板2组成，底板由上底板10、下底板14和下通孔板7组成，下通孔板7固定在上底板10和下底板14之间。
上顶板1、上底板10和下底板14均采用钢质材料制成；上通孔板2和下通孔板7均采用泡沫铝板制成，使底板和顶板均形成夹芯结构，而夹芯结构具有较好的强度、刚度和吸能特性。
其中泡沫金属作为一种轻量化材料，与致密金属相比，具有多种优良性能，如密度小、比表面积大、吸能特性好等。与蜂窝结构相比，泡沫结构具有更突出的优点，其造价更低、性能更优异，泡沫铝结构具有更强的抵抗屈曲和断裂的能力，更重要的是泡沫铝结构的力学性能为各向同性，此外，在火灾中泡沫铝结构不易损坏，在加工制造中可制成曲面或者复杂的3D形状，这些都是蜂窝材料不可比拟的。与其它吸能材料如聚氨酯泡沫等相比，泡沫铝结构具有较低的回弹率、较高的吸能平台应力、较强的吸能能力，同时还具有可焊性等金属材料的固有属性、无毒无害、绿色环保、100％可回收，是聚氨酯泡沫的良好替代材料。考虑到泡沫铝材料的以上特性，将泡沫铝应用于电池仓结构设计中，可提高电池仓结构对电池组的保温/散热能力的同时，还能确保电池组中的温度分布均匀，以及实现吸能减振的目的。
进一步需要说明的是，电池仓安装在车架底盘结构上，路面振动载荷激励通过车轮、悬架、车架底盘传递到电池仓钢质外壳结构的底板上，底板通过泡沫铝板传递到锂电池组上，当振动载荷激励通过泡沫铝板的传递过程中，泡沫铝板具有较好的吸能作用，可以吸收较多的振动能量，从而实现锂电池组的减振效果。
为了提高导热性能，便于将锂电池组产生的热量导出，上通孔板2和下通孔板7的表层均涂导热硅脂胶，并与上顶板1、上底板10和下底板14紧密连接。
上通孔板2和下通孔板7上均设有前后贯穿的空气通道，上通孔板2和下通孔板7上的通孔均水平设置，且通孔的轴线沿前后分布，使空气能够从通孔的前侧进入、从通孔的后侧排出。
空气通道的前后端均设有滑动机构，滑动机构上下滑动以控制空气管道的打开、闭合以及部分闭合：
1、在空气管道内封闭有空气时，由于空气是热的不良导体，可以起到保温作用。
2、在空气管道打开时，空气在泡沫铝板的通孔内流动，可以带走锂电池组产生的热量，起到散热作用。
例如，滑动机构包括上滑动盖板3和下滑动盖板6，前板和后板上均设有滑道8，使上滑动盖板3和下滑动盖板6能够沿着竖直方向移动；上滑动盖板3和下滑动盖板6之间设有两组导杆4，两组导杆4之间设有伺服马达电机5，伺服马达电机5通过控制导杆4实现对上滑动盖板3和下滑动盖板6的控制，例如，两导杆4相对的侧壁上可设置有齿槽，伺服马达电机5的输出轴上固定齿轮，且齿轮与两导杆4上的齿槽同时啮合，从而实现，在伺服马达电机5启动时，会带动齿轮转动，进一步通过齿轮与导杆4的啮合，实现对导杆4的控制，进而能够驱动上滑动盖板3和下滑动盖板6同时向两侧或同时向中间移动，使空气通道打开或关闭。
空腔内还设有智能温控系统，用于实现对滑动机构的自动控制：
智能温控系统包括温度传感器12、智能温度控制器15和电源13组成，智能温度控制器15通过伺服电机信号传输数据线9控制伺服马达电机5，温度传感器12通过温度信号传输数据线11将温度信号数据传导至智能温度控制器15，温度传感器12安装在空腔的中部位置，智能温度控制器15以单片机作为控制核心，并设置电池仓温度的上、下限数值。
如图2所示，温度传感器12实时监测电池仓空腔内锂电池的温度，当电池仓温度高于设定的温度上限阀值时，温度传感器12将温度信号传输到智能温度控制系统(单片机)，智能温度控制器15发出信号传输到伺服电机系统，控制伺服马达电机5的正转，伺服马达电机5正向转动，上滑动盖板3和下滑动盖板6滑动打开，到达极限位置时，触动锁紧开关，例如，锁紧开关可采用电磁阀，通过电磁阀的通电或断电，产生磁场，以实现对上滑动盖板3和下滑动盖板6的固定，在上滑动盖板3和下滑动盖板6被锁定后，伺服马达电机5断电，泡沫铝板的通孔与外界空气对流，实现散热功能。
当电池仓温度低于下限阀值时，温度传感器12将温度信号传输到智能温度控制系统(单片机)，智能温度控制器15发出信号传输到伺服电机系统，伺服电机系统信号传递到锁紧装置，锁紧开关打开，触发伺服马达电机5的反转，伺服马达电机5反向转动，上滑动盖板3和下滑动盖板6闭合，泡沫铝板的通孔与外界空气隔断，实现保温功能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种散热保温及吸能减振双功能电池仓结构，其特征在于，包括：底板和顶板，所述底板和顶板的左右两侧通过侧板连接、前后两侧分别通过前板和后板连接，并共同形成一个用于放置锂电池组的空腔；
所述底板和顶板上均设有前后贯穿的空气通道，所述空气通道的前后端均设有滑动机构，所述滑动机构上下滑动以控制空气管道的打开、闭合以及部分闭合；
所述空腔内还设有智能温控系统，用于实现对滑动机构的自动控制。
2.根据权利要求1所述的散热保温及吸能减振双功能电池仓结构，其特征在于，所述顶板由上顶板(1)和上通孔板(2)组成。
3.根据权利要求2所述的散热保温及吸能减振双功能电池仓结构，其特征在于，所述底板由上底板(10)、下底板(14)和下通孔板(7)组成，所述下通孔板(7)固定在上底板(10)和下底板(14)之间。
4.根据权利要求3所述的散热保温及吸能减振双功能电池仓结构，其特征在于，所述上顶板(1)、上底板(10)和下底板(14)均采用钢质材料制成。
5.根据权利要求3所述的散热保温及吸能减振双功能电池仓结构，其特征在于，所述上通孔板(2)和下通孔板(7)均采用泡沫铝板制成。
6.根据权利要求3所述的散热保温及吸能减振双功能电池仓结构，其特征在于，所述上通孔板(2)和下通孔板(7)上的通孔均水平设置，且所述通孔的轴线沿前后分布，使空气能够从通孔的前侧进入、从通孔的后侧排出。
7.根据权利要求1所述的散热保温及吸能减振双功能电池仓结构，其特征在于，所述滑动机构包括上滑动盖板(3)和下滑动盖板(6)，所述前板和后板上均设有滑道(8)，使所述上滑动盖板(3)和下滑动盖板(6)能够沿着竖直方向移动。
8.根据权利要求7所述的散热保温及吸能减振双功能电池仓结构，其特征在于，所述上滑动盖板(3)和下滑动盖板(6)之间设有两组导杆(4)，两组所述导杆(4)之间设有伺服马达电机(5)，所述伺服马达电机(5)通过控制导杆(4)实现对上滑动盖板(3)和下滑动盖板(6)的控制。
9.根据权利要求8所述的散热保温及吸能减振双功能电池仓结构，其特征在于，所述智能温控系统包括温度传感器(12)、智能温度控制器(15)和电源(13)组成，所述智能温度控制器(15)通过伺服电机信号传输数据线(9)控制伺服马达电机(5)，所述温度传感器(12)通过温度信号传输数据线(11)将温度信号数据传导至智能温度控制器(15)，所述温度传感器(12)安装在空腔的中部位置。
10.根据权利要求9所述的散热保温及吸能减振双功能电池仓结构，其特征在于，所述智能温度控制器(15)以单片机作为控制核心，并设置电池仓温度的上、下限数值。
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