CN115632196B - 一种移动电源内部锂电池组串并联框架结构及排热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动电源内部锂电池组串并联框架结构及排热方法，涉及移动电源技术领域。本发明中：绝缘片下侧安装有多个独立的静电板，电源盒分为三个空间区域：上隔腔、下隔腔和位于上隔腔与下隔腔之间区域的锂电池安装腔。电源盒的前侧安装板配置有位于隔断环板上方位置的排热风扇，电源盒的后侧安装板配置有位于隔断环板上方位置的通风阀、位于隔断环板下方位置的排热网罩。定位长条朝向间隙的一侧设有热双金属片，通电模块设有与热双金属片位置相配合的两个导电金属杆。本发明有利于加速锂电池的冷启动，并且在排热过程中以及排热后将灰尘有效排出电源盒，一定程度提高锂电池使用效率和寿命。

Description

一种移动电源内部锂电池组串并联框架结构及排热方法

技术领域

本发明涉及移动电源技术领域，尤其涉及一种移动电源内部锂电池组串并联框架结构及排热方法。

背景技术

移动电源作为户外使用必备设备，是许多户外作业常常使用的，在户外使用移动电源时，户外环境常常较为恶劣，例如严寒环境、多灰尘环境等，这些环境都会影响移动电源的高效使用，严寒环境会导致移动电源的电池效率降低，而多灰尘环境会导致移动电源内部积灰、散热效果变差。而移动电源作为移动设备，随时还可能投入到炎热环境中使用，因此移动电源还是需要有着较为良好的散热，这些相互矛盾的使用环境，使得移动电源适应使用环境的结构设计成为难题。因此，如何使得移动电源在能够满足正常散热的同时，更好的适应严寒、多灰尘等环境，成为需要解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种移动电源内部锂电池组串并联框架结构及排热方法，从而有利于加速锂电池的冷启动，并且在排热过程中以及排热后将灰尘有效排出电源盒，一定程度提高锂电池使用效率和寿命。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种移动电源内部锂电池组串并联框架结构，电源盒内部固定安装电池组固定框，电池组固定框内围卡合安装带有锂电池组的内围定位框，锂电池组上下端带有串并联焊接镍条，相邻锂电池之间形成环面间隙，电池组固定框安装有位于下侧串并联焊接镍条下方的低位网孔板、位于上侧串并联焊接镍条上方的高位通气板，电源盒顶部安装顶盖，顶盖内壁设有一层绝缘片，绝缘片下侧安装有多个独立的静电板，每个静电板都配置有电插座，电池组固定框外壁与电源盒内内壁之间设有隔断环板。电源盒分为三个空间区域：上隔腔、下隔腔和位于上隔腔与下隔腔之间区域的锂电池安装腔，上隔腔位于隔断环板、高位通气板上方，下隔腔位于隔断环板、低位网孔板下方。电源盒的前侧安装板配置有位于隔断环板上方位置的排热风扇，电源盒的后侧安装板配置有位于隔断环板上方位置的通风阀、位于隔断环板下方位置的排热网罩。高位通气板安装有若干组定位长条，每组定位长条的数目为两个，同组两个定位长条之间留有间隙，定位长条朝向间隙的一侧设有热双金属片，其中一个定位长条侧端卡合安装有与电插座插接配合的通电模块，通电模块设有与热双金属片位置相配合的两个导电金属杆。高位通气板开设有正对于同组两个定位长条之间间隙的下通槽、与下通槽连通的多个下通孔，高位通气板底侧面设有多个锥环管，锥环管与对应位置的下通孔相连通，锥环管配合插接在环面间隙上侧开口位置处。

作为本发明中移动电源内部结构的优选技术方案：高位通气板开设有位于下通槽上方位置的定位安装槽，同组的两个定位长条安装在定位安装槽位置处。

作为本发明中移动电源内部结构的优选技术方案：每个静电板都独立位于同组两个定位长条之间间隙的上方位置，静电板的长度尺寸与定位长条的长度相同，静电板的横向宽度范围大于同组两个定位长条的横向跨度范围。

作为本发明中移动电源内部结构的优选技术方案：热双金属片分为内层片、外层片，内层片朝向下通槽方位，内层片的热形变率小于外层片的热形变率。

作为本发明中移动电源内部结构的优选技术方案：锥环管的高度尺寸大于锂电池组上侧串并联焊接镍条的厚度尺寸。

作为本发明中移动电源内部结构的优选技术方案：通电模块包括塑料壳体，塑料壳体包括凸出于定位长条顶侧面的两个插接柱，插接柱设有导电插口，插接柱配合插接在电插座位置处。

本发明涉及一种移动电源内部锂电池组串并联框架结构的排热方法，包括低温启动的散热抑制、反向下沉散热、上隔腔除尘锂电池状态检测和清灰等内容。

㈠低温启动的散热抑制：电源盒充电或放电启动后，锂电池组开设产热，受外界冷温影响，电源盒内部温度低于第一温度值，锂电池散发的热量加热锂电池周围环境温度，热双金属片未受到高于第一温度值的气流影响，保持平整常态。

㈡反向下沉散热：电源盒启动并持续使用，当锂电池组产生的热量将环面间隙中的环境温度加热到第一温度值，热双金属片受热开始发生形变，同组的两个热双金属片都向下弯曲，其中一个热双金属片接触到通电模块的导电金属杆，通电模块、电插座所在电路导通，当前热双金属片上方位置的静电板启动，排热风扇启动，电源盒外部气流进入上隔腔，并从发生形变的热双金属片位置处进入环面间隙，环面间隙的热量向下吹入下隔腔，并从排热网罩排出电源盒。

㈢上隔腔除尘：锂电池组停止使用后，热双金属片受到热量逐渐减小，热双金属片向上恢复，当高位通气板上的所有热双金属片与两个导电金属杆脱离后，通风阀打开，静电板断电，排热风扇继续向上隔腔吹入外界气流，静电板脱落的灰尘被进入上隔腔中的气流带走，并从通风阀排出，第一预设时间计时结束后，排热风扇断电，通风阀关闭。

㈣锂电池状态检测、清灰：当锂电池组启动后，若系统监测到存在一定数目的静电板已经启动，第二预设时间计时期间，剩余的静电板仍未启动，第二预设时间计时结束后，剩余的静电板开始启动，则判定第二预设时间开始计时前未启动的静电板所对齐的环面间隙出现灰尘覆盖，电源盒启动电池内部积灰提示，操作者按一次“全力清灰”按钮，排热风扇按照最大功率运行至第三预设时间计时结束。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过在电源盒内部设置上隔腔、下隔腔，在锂电池冷启动阶段通过热双金属片对热量进行一定阻隔，有利于加速锂电池的冷启动，一定程度提高锂电池使用效率和寿命。

2.本发明通过在热双金属片形变与通电模块的位置配合，控制当前位置静电板的通电状态，排热风扇排入气流中灰尘被静电板吸附，通过排热风扇将环面间隙内的热量向下排入下隔腔，并从排热网罩排出，既保证了锂电池组的散热效果，也大幅度减少了进入锂电池组内围区域的灰尘量，并且在锂电池组退出使用后，热双金属片形变恢复，通过打开通风阀、静电板断电，将从静电板脱落的灰尘排出电源盒。

3.本发明在锂电池组冷启动过程中，通过对静电板的通电状态进行监测，分析判断对应位置环面间隙中的积灰状态，并通过排热风扇进行相应的清灰操作。

附图说明

图1为本发明移动电源盒装置的整体结构示意图。

图2为图1中A处局部放大的结构示意图。

图3为本发明中锂电池组进行“下沉”排热的示意图。

图4为本发明中电源盒在锂电池组退出使用后、进行无静电除尘的示意图。

图5为本发明中高位通气板的结构示意图。

图6为图5中B处局部放大的结构示意图。

图7为本发明中同组定位长条的结构示意图。

图8为图7中C处局部放大的结构示意图。

附图标记说明：

1-电源盒，101-前侧安装板，102-显示控制器，103-排热风扇，104-后侧安装板，105-排热网罩，106-通风阀，107-低位网孔板，108-支撑柱，109-电池组固定框，110-内围定位框，111-顶盖，112-高位通气板，1121-定位安装槽，1122-下通槽，1123-下通孔，1124-锥环管，113-隔断环板，114-上隔腔，115-绝缘片，116-静电板，117-电插座，118-定位长条，1181-端位安装卡槽，119-热双金属片，1191-内层片，1192-外层片，120-通电模块，1201-塑料壳体，1202-导电金属杆，1203-插接柱，1204-导电插口，121-下隔腔；2-锂电池组，201-串并联焊接镍条，202-环面间隙。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

请参阅图1，电池组固定框109固定于电源盒1内部，隔断环板113位于电池组固定框109外壁与电源盒1内内壁之间的位置，电源盒1的前侧安装板101配置有显示控制器102、排热风扇103，排热风扇103位于隔断环板113上方位置，显示控制器102位于隔断环板113下方位置的，显示控制器102设置了显示屏和相应的控制按键。电源盒1的后侧安装板104配置有通风阀106、排热网罩105，通风阀106位于隔断环板113上方位置，排热网罩105位于隔断环板113下方位置。电池组固定框109内围卡合安装内围定位框110，内围定位框110内安装了锂电池组2，锂电池组2上下端带有串并联焊接镍条201，相邻的四个锂电池之间形成一个环面间隙202，电池组固定框109安装有低位网孔板107，低位网孔板107位于下侧串并联焊接镍条201下方，低位网孔板107通过其底侧的支撑柱108固定安装在电源盒1底板上方，电池组固定框109安装有高位通气板112，高位通气板112位于上侧串并联焊接镍条201上方，顶盖111安装在电源盒1顶部，顶盖111底侧面（也就是朝向内侧的一面）设有一层绝缘片115，绝缘片115下侧安装有多个独立的静电板116。电源盒1分为上隔腔114、下隔腔121和锂电池安装腔，锂电池安装腔位于上隔腔114与下隔腔121之间区域，上隔腔114位于隔断环板113、高位通气板112上方，下隔腔121位于隔断环板113、低位网孔板107下方。

请参阅图2，每个静电板116都电连接有电插座117，其中，电插座117、控制静电板116的开关元件处于同一电回路中，电插座117导通通电后，当前位置的静电板116也就通电，电插座117的电信号。高位通气板112安装了多组定位长条118，每组定位长条118的数目为两个，同组两个定位长条118之间留有间隙，同组两个定位长条118之间间隙的上方位置设置一个静电板116，静电板116的长度尺寸与定位长条118（结合图5）的长度相同，静电板116的横向宽度范围大于同组两个定位长条118的横向跨度范围。定位长条118朝向间隙的一侧设有热双金属片119，两个热双金属片119之间其实也是有间隙的，也就是说两个热双金属片119并未接触，其中一个定位长条118侧端卡合安装有与电插座117插接配合的通电模块120，通电模块120设有与热双金属片119位置相配合的两个导电金属杆1202。高位通气板112底侧面设置锥环管1124的高度尺寸大于锂电池组2上侧串并联焊接镍条201的厚度尺寸，这样便于锥环管1124插入环面间隙202上侧开口位置（图中D区域，是关于定位长条118、热双金属片119、通电模块120等结构的独立截面区域，该截面区域处于靠近定位长条118的侧端位置。下通槽1122、锥环管1124所在的截面区域是下通孔1123（结合图5）所在的截面位置，为了表示这些结构的位置配合关系才放在同一附图中）。

请参阅图3，当电源盒1启动一定时间后，有任意一个静电板116启动，排热风扇103就启动，外界气流进入上隔腔114，从环面间隙202向下排热，热气流从下隔腔121、排热网罩105排出。

请参阅图4，当锂电池组2退出使用后，所有静电板116都断电后，通风阀106打开，排热风扇103将静电板116上脱落的灰尘从通风阀106排出。

请参阅图5、图6，高位通气板112开设有下通槽1122、多个下通孔1123，下通槽1122正对于同组两个定位长条118之间间隙，多个下通孔1123与下通槽1122是连通的，高位通气板112底侧面设有多个锥环管1124（结合图2），锥环管1124与其正上方位置的下通孔1123相连通。高位通气板112开设有定位安装槽1121，定位安装槽1121位于下通槽1122上方位置，同组的两个定位长条118安装在定位安装槽1121位置处。

请参阅图7、图8，热双金属片119分为内层片1191、外层片1192，内层片1191朝向下通槽1122方位，内层片1191的热形变率小于外层片1192的热形变率，受热时，外层片1192的形变量大，内层片1191的形变量小，金属片就朝向内层片1191的方向弯曲。

定位长条118侧端位置开设了端位安装卡槽1181，通电模块120安装在端位安装卡槽1181位置处，通电模块120包括塑料壳体1201，塑料壳体1201包括两个插接柱1203，插接柱1203凸出于定位长条118顶侧面，插接柱1203设有导电插口1204，每个插接柱1203内置有与对应位置的导电金属杆1202电连接的金属管，插接柱1203配合插接在电插座117（结合图2）位置处，其中，电插座117可以设置电插槽，电插槽内还设置了电插杆，电插杆插入插接柱1203的导电插口1204中，此种结构在电插接配合中较为常见，本发明中未具体公开其连接配合的附图，不影响本发明技术方案的实现。

实施例二

本发明涉及一种移动电源内部锂电池组串并联框架结构的排热方法，主要涉及低温启动的散热抑制、反向下沉散热、上隔腔除尘锂电池状态检测和清灰等内容。

一、低温启动的散热抑制：电源盒1充电或放电启动后，锂电池组2开设产热，受外界冷温影响，电源盒1内部温度低于第一温度值（第一温度值为热双金属片119开始形变温度），锂电池散发的热量加热锂电池周围环境温度，热双金属片119未受到高于第一温度值的气流影响，保持平整常态。其中，锂电池组2刚启动时，电源盒1内部环境温度也很低，锂电池组2刚开始散发的热量不仅需要对“寒冷”的本身吸收，还需要加热其外表面附近冷空气，这一阶段，锂电池主产生的主要热量被冷环境“吸收”，平整常态的热双金属片119一定程度也阻断了“一定温度热量”的气流向上溢出，加速锂电池组2的冷启动，保证了锂电池组2能够较快的进入正常高效的运作状态，避免锂电池冷启动阶段的时间过长，保证了锂电池的使用寿命。

二、反向下沉散热：电源盒1启动并持续使用，当锂电池组2产生的热量将环面间隙202中的环境温度加热到第一温度值，热双金属片119受热开始发生形变，同组的两个热双金属片119都向下弯曲，其中一个热双金属片119接触到通电模块120的导电金属杆1202，通电模块120、电插座117所在电路导通，当前热双金属片119上方位置的静电板116启动，排热风扇103启动（此时通风阀106是关闭的，通风阀106采用电控阀），电源盒1外部气流进入上隔腔114，并从发生形变的热双金属片119位置处进入环面间隙202，环面间隙202的热量向下吹入下隔腔121，并从排热网罩105排出电源盒1。

三、上隔腔除尘：锂电池组2停止使用后，热双金属片119受到热量逐渐减小，热双金属片119向上恢复，当高位通气板112上的所有热双金属片119与两个导电金属杆1202脱离后，通风阀106打开，静电板116断电，排热风扇103继续向上隔腔114吹入外界气流，静电板116脱落的灰尘被进入上隔腔114中的气流带走，并从通风阀106排出，第一预设时间计时结束后（电源盒1的PCB主板配置时钟模块，在进行上隔腔除尘时，当通风阀106打开时，时钟模块启动第一预设时间计时动作），排热风扇103断电，通风阀106关闭；

四、锂电池状态检测、清灰：当锂电池组2启动后，若系统监测到存在一定数目的静电板116已经启动，第二预设时间计时期间（电源盒1的PCB主板配置时钟模块，当存在静电板116启动时，时钟模块启动第二预设时间计时动作，本发明中的“第二预设时间”可以根据实际电池组的规格来选择，可以是10S、20S、1min等），剩余的静电板116仍未启动，第二预设时间计时结束后，剩余的静电板116开始启动，则判定第二预设时间开始计时前未启动的静电板116所对齐的环面间隙202出现灰尘覆盖（本发明中的“灰尘覆盖”是指环面间隙202所在位置的几个锂电池外表面有积灰，导致锂电池初始阶段的热量被积灰吸收，能够达到热双金属片119的热量减少，所有热双金属片119才会延迟形变，常规排热气流无法有效排出，但又影响锂电池散热），电源盒1启动电池内部积灰提示，操作者按一次“全力清灰”按钮，例如在显示面板上闪烁提示一个图标，操作者可以启动一次全力清灰操作，按一下控制面板上的“全力清灰”按钮，“全力清灰”按钮是一个信号触发按钮，用来触发系统驱动排热风扇103最大功率的运行，向环面间隙202吹入大气流，来清除锂电池组2内部环面间隙的积灰。注意，系统进行“全力清灰”会在全部静电板116都启动的情况下（也就是所有热双金属片119都打开的情况下）才会启动，排热风扇103按照最大功率运行至第三预设时间计时结束（电源盒1的PCB主板配置时钟模块，当操作者按一次“全力清灰”按钮时，时钟模块启动第三预设时间计时动作，这个时间可能是间断的，因为当排热风扇103风力变大时，环面间隙202的热量被向下带走，热双金属片119可能会向上恢复，导致排热风扇103停止按照最大功率运行。但只要重新出现所有热双金属片119都打开的情况，排热风扇103接着按最大功率运行，直至最大功率运行的时间满足系统预设的单次“清灰”时长）。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种移动电源内部锂电池组串并联框架结构，其特征在于：包括电源盒（1），所述电源盒（1）内部固定安装电池组固定框（109），所述电池组固定框（109）内围卡合安装带有锂电池组（2）的内围定位框（110），所述锂电池组（2）上下端带有串并联焊接镍条（201），相邻锂电池之间形成环面间隙（202），所述电池组固定框（109）安装有位于下侧串并联焊接镍条（201）下方的低位网孔板（107）、位于上侧串并联焊接镍条（201）上方的高位通气板（112），所述电源盒（1）顶部安装顶盖（111），所述顶盖（111）内壁设有一层绝缘片（115），所述绝缘片（115）下侧安装有多个独立的静电板（116），每个静电板（116）都配置有电插座（117），所述电池组固定框（109）外壁与电源盒（1）内内壁之间设有隔断环板（113）；所述电源盒（1）分为三个空间区域：上隔腔（114）、下隔腔（121）和位于上隔腔（114）与下隔腔（121）之间区域的锂电池安装腔，所述上隔腔（114）位于隔断环板（113）、高位通气板（112）上方，所述下隔腔（121）位于隔断环板（113）、低位网孔板（107）下方；所述电源盒（1）的前侧安装板（101）配置有位于隔断环板（113）上方位置的排热风扇（103），所述电源盒（1）的后侧安装板（104）配置有位于隔断环板（113）上方位置的通风阀（106）、位于隔断环板（113）下方位置的排热网罩（105）；所述高位通气板（112）安装有若干组定位长条（118），每组定位长条（118）的数目为两个，同组两个定位长条（118）之间留有间隙，所述定位长条（118）朝向间隙的一侧设有热双金属片（119），其中一个定位长条（118）侧端卡合安装有与电插座（117）插接配合的通电模块（120），所述通电模块（120）设有与热双金属片（119）位置相配合的两个导电金属杆（1202）；所述高位通气板（112）开设有正对于同组两个定位长条（118）之间间隙的下通槽（1122）、与下通槽（1122）连通的多个下通孔（1123），所述高位通气板（112）底侧面设有多个锥环管（1124），所述锥环管（1124）与对应位置的下通孔（1123）相连通，所述锥环管（1124）配合插接在环面间隙（202）上侧开口位置处。

2.根据权利要求1所述的一种移动电源内部锂电池组串并联框架结构，其特征在于：所述高位通气板（112）开设有位于下通槽（1122）上方位置的定位安装槽（1121），同组的两个定位长条（118）安装在定位安装槽（1121）位置处。

3.根据权利要求1所述的一种移动电源内部锂电池组串并联框架结构，其特征在于：每个静电板（116）都独立位于同组两个定位长条（118）之间间隙的上方位置，所述静电板（116）的长度尺寸与定位长条（118）的长度相同，所述静电板（116）的横向宽度范围大于同组两个定位长条（118）的横向跨度范围。

4.根据权利要求1所述的一种移动电源内部锂电池组串并联框架结构，其特征在于：所述热双金属片（119）分为内层片（1191）、外层片（1192），所述内层片（1191）朝向下通槽（1122）方位，所述内层片（1191）的热形变率小于外层片（1192）的热形变率。

5.根据权利要求1所述的一种移动电源内部锂电池组串并联框架结构，其特征在于：所述锥环管（1124）的高度尺寸大于锂电池组（2）上侧串并联焊接镍条（201）的厚度尺寸。

6.根据权利要求1所述的一种移动电源内部锂电池组串并联框架结构，其特征在于：所述通电模块（120）包括塑料壳体（1201），所述塑料壳体（1201）包括凸出于定位长条（118）顶侧面的两个插接柱（1203），所述插接柱（1203）设有导电插口（1204），所述插接柱（1203）配合插接在电插座（117）位置处。

7.一种移动电源内部锂电池组串并联框架结构的排热方法，其特征在于，采用权利要求1至6中任一项所述的一种移动电源内部锂电池组串并联框架结构，包括以下步骤：㈠低温启动的散热抑制：电源盒（1）充电或放电启动后，锂电池组（2）开设产热，受外界冷温影响，电源盒（1）内部温度低于第一温度值，锂电池散发的热量加热锂电池周围环境温度，热双金属片（119）未受到高于第一温度值的气流影响，保持平整常态；㈡反向下沉散热：电源盒（1）启动并持续使用，当锂电池组（2）产生的热量将环面间隙（202）中的环境温度加热到第一温度值，热双金属片（119）受热开始发生形变，同组的两个热双金属片（119）都向下弯曲，其中一个热双金属片（119）接触到通电模块（120）的导电金属杆（1202），通电模块（120）、电插座（117）所在电路导通，当前热双金属片（119）上方位置的静电板（116）启动，排热风扇（103）启动，电源盒（1）外部气流进入上隔腔（114），并从发生形变的热双金属片（119）位置处进入环面间隙（202），环面间隙（202）的热量向下吹入下隔腔（121），并从排热网罩（105）排出电源盒（1）；㈢上隔腔除尘：锂电池组（2）停止使用后，热双金属片（119）受到热量逐渐减小，热双金属片（119）向上恢复，当高位通气板（112）上的所有热双金属片（119）与两个导电金属杆（1202）脱离后，通风阀（106）打开，静电板（116）断电，排热风扇（103）继续向上隔腔（114）吹入外界气流，静电板（116）脱落的灰尘被进入上隔腔（114）中的气流带走，并从通风阀（106）排出，第一预设时间计时结束后，排热风扇（103）断电，通风阀（106）关闭；㈣锂电池状态检测、清灰：当锂电池组（2）启动后，若系统监测到存在一定数目的静电板（116）已经启动，第二预设时间计时期间，剩余的静电板（116）仍未启动，第二预设时间计时结束后，剩余的静电板（116）开始启动，则判定第二预设时间开始计时前未启动的静电板（116）所对齐的环面间隙（202）出现灰尘覆盖，电源盒（1）启动电池内部积灰提示，操作者按一次“全力清灰”按钮，排热风扇（103）按照最大功率运行至第三预设时间计时结束。

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