CN117497905A - 具有高效散热装置的电池pack箱和散热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有高效散热装置的电池PACK箱和散热方法，包括外壳、安装在外壳内的散热装置和多个电池，所述散热装置包括第一风扇和多个散热组件，多个电池排成至少一列，每列的相邻两个电池之间布置一个散热组件，散热组件包括框架和安装在框架上的信号采集控制器、接触板、导风板、第二风扇，框架上设有连通框架内部的导风口，导风口上设有可对空气进行导流的导风板，设置有应变片的接触板接触电池，所述应变片和信号采集控制器电连接。本发明随着电池温度不断升高，散热手段不断升级，确保散热有效，保证电池能够安全运行。

Description

具有高效散热装置的电池PACK箱和散热方法
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体为具有高效散热装置的电池PACK箱和散热方法。
背景技术
电池充放电的过程中会因为内部电化学能会转化为一部分热能，导致电池内部受热膨胀、老化、性能下降，会引起短路、起火等危险因素。因此要抑制和避免电池温度过高，确保电池各单体散热充分。传统的储能PACK箱电池包内的散热大部分是通过散热风扇进行，即在电池包内放置一个风扇，通过启动风扇对电池包进行散热，防止电池包内热量累积影响电池包的性能和使用寿命。这显然属于一种比较粗放型的散热设计，可能出现散热不均匀，不能对单个电池散热进行精准调控，也会出现风扇不必要的启动，即电池包内温度不高但风扇持续启动，造成能源的浪费；或者出现散热效果不好的情况，即电池包内某个区域温度持续偏高，不能实现快速降温。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种具有高效散热装置的电池PACK箱和散热方法，随着电池温度不断升高，散热手段不断升级，确保散热有效，保证电池能够安全运行，同时不因过渡散热导致散热装置耗费较大能源；所述散热组件不会额外占据电池包内过多空间，结构紧凑。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种具有高效散热装置的电池PACK箱，包括外壳、安装在外壳内的散热装置和多个电池，所述散热装置包括第一风扇和多个散热组件，多个电池排成至少一列，每列的相邻两个电池之间布置一个散热组件，散热组件包括框架和安装在框架上的信号采集控制器、接触板、导风板、第二风扇，框架上设有连通框架内部的导风口，导风口上设有可对空气进行导流的导风板，设置有应变片的接触板接触电池，所述应变片和信号采集控制器电连接。
作为上述技术方案的进一步改进：
优选的，散热组件还包括接触装置，第二风扇和信号采集控制器电连接，第二风扇可通过信号采集控制器控制启动和关闭或通过接触装置实现机械启动和关闭，接触装置包括连接第二风扇的可导通的A端和B端，当电池受热膨胀带动接触板移动设定距离后，接触板带动所述A端和B端接触导通、第二风扇启动。
优选的，每个散热组件包括两个接触板，两个接触板分别接触相邻的两个电池，两个接触板之间设有第一弹簧，第一弹簧的一端连接一个接触板、另一端和框架相对固定，每个接触板上安装有第一弹簧。
更优选的，接触装置和第二风扇位于两个接触板之间，所述A端和B端分别位于两个接触板上。
更优选的，所述A端包括第一限位装置、第一空心连杆、第一导线和接口，所述B端包括第二限位装置、第二空心连杆和第二导线，第一限位装置和第二限位装置分别连接在两个接触板上，第一空心连杆的一端连接第一限位装置、另一端安装有为导体的接口，第一导线的一端接入第二风扇所在电路、另一端插入第一空心连杆内后连接接口，第二空心连杆的一端连接第二限位装置、另一端设有插孔，第二导线的一端接入第二风扇所在电路、另一端插入第二空心连杆内后连接插孔，接口可插入所述插孔中使第一导线和第二导线导通。
更优选的，第一空心连杆和第二空心连杆之间设有第二弹簧，第二弹簧的两端分别连接第一空心连杆和第二空心连杆。
优选的，多个电池排成间隔布置的至少两列，第一风扇布置在两列电池之间的通道的一端。
优选的，导风板位于框架的靠近所述通道的一端。
优选的，接触板内设有相变材料。
一种散热方法，基于上述电池PACK箱的散热装置，所述方法为：当信号采集控制器接收到的接触板上的应变片的应变范围逐渐增大时，可采用如下至少一种方式：启动并调节第一风扇、启动第二风扇、调节导风板的电机的转动范围、信号采集控制器发出降低电池PACK箱输出功率请求、信号采集控制器发出停止电池PACK箱的工作的请求。
优选的，当信号采集控制器接收到的接触板上的应变片的应变范围在第一设定范围内时，信号采集控制器控制第一风扇启动并控制导风板的电机转动设定范围，提升电池内部风流量；
当信号采集控制器接收到的接触板上的应变片的应变范围在第二设定范围内时，信号采集控制器控制第一风扇功率提高和/或控制导风板的电机继续转动设定范围以提高导风板进风量和/或启动第二风扇和/或信号采集控制器发出降低电池PACK箱输出功率请求；
当信号采集控制器接收到的接触板上的应变片的应变范围在第三设定范围内时，第一风扇功率设置为最大同时导风板的电机驱动导风板转动至最大角度同时第二风扇保持启动；
当接触板上的应变片的应变大于所述第三设定范围的最大值时，所述电池PACK箱停止输出功率。
所述第二设定范围的最小值不小于所述第一设定范围的最大值，所述第三设定范围的最小值不小于所述第二设定范围的最大值。
本发明的有益效果是：
(1)实现电池PACK箱各单体单独散热，更有利于降低电池系统工作温差，确保电池各单体一致性，提升电池PACK箱性能，延长使用寿命。
(2)实现三级升温防护，随着电池温度不断升高，散热手段不断升级，确保散热有效，保证电池能够安全运行，同时不因过渡散热导致散热装置耗费较大能源。
(3)所述散热组件同时起到多种作用：一是作为一种状态监测装置，监测电池的温度及故障状态；二是起到散热作用，确保电池安全运行；三是避免相邻电池直接相互接触，起到热失控隔离预防短路。
(4)所述散热组件结构紧凑，便于安装实施，方便批量推广应用。
(5)通过采集应变片的状态还能对电池系统当前健康状态(如各单体鼓包、温差过大等)进行评估。
附图说明
图1是本发明一个实施例的结构示意图。
图2是本发明一个实施例的去掉外壳后的结构示意图。
图3是图2的俯视示意图。
图4是本发明一个实施例的相邻两个电池及它们之间的散热组件的示意图。
图5是图4的去掉一块电池后的示意图。
图6是本发明一个实施例的散热组件的结构示意图。
图7是本发明一个实施例的导风板安装在接触板上的示意图。
图8是本发明一个实施例的导风板和转轴示意图。
图9是本发明一个实施例的散热组件去掉一块接触板后的局部示意图。
图10是本发明一个实施例的散热组件去掉一块接触板和第二风扇后的局部示意图。
图11是本发明一个实施例的接触装置的结构示意图。
图12是图11的去掉第二弹簧后的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
一种具有高效散热装置的电池PACK箱，包括外壳1、散热装置和电池3。电池3设有多个，散热装置和多个电池3安装在外壳1内。
所述散热装置包括第一风扇2和多个散热组件4，多个电池3排成至少一列，每列的相邻两个电池3之间布置一个散热组件4。
散热组件4如图4～6所示，包括框架41和安装在框架41上的信号采集控制器43、接触板42、导风板45、第二风扇46、接触装置47。
框架41为框架形结构，包括两块平行间隔布置的支撑板，每块支撑板中部有方形通孔，即每块所述支撑板的形状为“口”字形。两块所述支撑板通过连接窄板连接，具体的，一块所述连接窄板的两端分别连接两块所述支撑板的顶部，另一块所述连接窄板的两端分别连接两块所述支撑板的底部。如此，使两块所述支撑板能连接在一起同时两块所述支撑板之间的相对的两端未被封闭，空气能在两块所述支撑板之间流通。
较佳的，两块所述支撑板之间未被封闭的两端端部为导风口413，通过导风口413空气能流经两块所述支撑板之间。导风口413上设有对空气进行导流的导风板45。如图6～8所示，一块所述支撑板的边沿上设有滑轨411，滑轨411的长度方向平行于其所在的所述支撑板的边的长度方向。导风板45固定连接一转轴451，转轴451嵌入滑轨411内能自转同时不会从滑轨411内脱出。如此，导风板45可围绕转轴451转动，以引导空气流向。较佳的，转轴451连接有电机，电机驱动转轴451自转。所述电机和信号采集控制器43电连接。
接触板42设有两个，两个接触板42通过支撑架412分别安装在两块所述支撑板中间的通孔中。具体的，接触板42为方形或菱形，接触板42所在平面和所述支撑板所在平面重合，接触板42位于所述支撑板的中心。支撑架412连接在所述支撑板中间的通孔的孔壁上，接触板42卡入支撑架412上的安装位中或者通过其它方式固定连接在支撑架412上。
接触板42为空心板，接触板42内设置有相变材料，相变材料周围温度较高时，相变材料则吸收热量同时变为液态；相变材料周围温度较低时，相变材料释放热量并凝固。接触板42上设有排气口421，排气口421主要用于释放相变材料在进行固液转化时的热量。
接触板42上还设有应变片，应变片和所述信号采集控制器43电连接。应变片作为一种传感装置，用于测量电池3升温膨胀过程中给与接触板42的挤压力。
两个接触板42之间设有至少一个第一弹簧44，第一弹簧44的一端连接接触板42、另一端连接支撑架412。安装时，两个接触板42分别接触相邻的两个电池3。由于第一弹簧44的存在，可以确保两个接触板42分别和相邻的两块电池3处于接触状态。
本实施例中，设有八个第一弹簧44，每个接触板42连接四个第一弹簧44，四个第一弹簧44为一个长方体的四条平行的棱边。
接触装置47和第二风扇46位于两个接触板42之间，如图9～12所示，接触装置47包括连接第二风扇46的可导通的A端和B端，所述A端和B端分别位于两个接触板42上的中心。所述A端包括第一限位装置4711、第一空心连杆4712、第一导线4713和接口4714；所述B端包括第二限位装置4721、第二空心连杆4722和第二导线4723。第一限位装置4711和第二限位装置4721分别连接在两个接触板42上，第一空心连杆4712的一端连接第一限位装置4711、另一端安装有为导体的插杆形式的两个接口4714，第一导线4713的一端接入第二风扇46所在电路、另一端插入第一空心连杆4712内后连接接口4714。第二空心连杆4722的一端连接第二限位装置4721、另一端设有两个插孔4724，第二导线4723的一端接入第二风扇46所在电路、另一端插入第二空心连杆4722内后连接插孔4724。两个接口4714可分别插入两个所述插孔4724中使第一导线4713和第二导线4723导通。第一空心连杆4712和第二空心连杆4722之间设有第二弹簧473，第二弹簧473套接在接口4714外，第二弹簧473的两端分别连接第一空心连杆4712和第二空心连杆4722。第二弹簧473对接触板42施加压力，保证电池3在没有受热膨胀时，接触板42不会受到挤压，所述A端和B端处于断开状态、不会接通。
第二风扇46安装在接触装置47上的第一限位装置4711和/或第二限位装置4721上且不影响所述A端和B端的移动。第一限位装置4711或第二限位装置4721可以保持第二风扇46不偏移，处于所述散热组件4的中间位置。
本实施例中，多个电池3排成间隔布置的至少两列，两列电池3之间的通道的一端布置有第一风扇2。外壳1上设有安装第一风扇2的安装孔，供空气进入和排出。
基于上述散热装置，提供一种散热方法：
设定应变片的应变范围包括第一设定范围、第二设定范围和第三设定范围，所述第二设定范围的最小值不小于所述第一设定范围的最大值，所述第三设定范围的最小值不小于所述第二设定范围的最大值；
当信号采集控制器43接收到的接触板42上的应变片的应变范围在第一设定范围内时，信号采集控制器43控制第一风扇2启动并控制导风板45的电机转动设定范围，使导风板45的仰角(导风板45面对第一风扇2的一侧和所述通道长度方向的夹角)增大，提升电池3内部风流量，实现对电池3的降温；
当信号采集控制器43接收到的接触板42上的应变片的应变范围在第二设定范围内时，信号采集控制器43控制第一风扇2功率提高和/或控制导风板45的电机继续转动设定范围使所述仰角继续增大以提高导风板45进风量和/或启动第二风扇46和/或信号采集控制器43发出降低电池PACK箱输出功率请求；
当信号采集控制器43接收到的接触板42上的应变片的应变范围在第三设定范围内时，第一风扇2功率设置为最大同时导风板45的电机驱动导风板45转动至仰角为最大值90°同时所有第二风扇46保持启动；
当接触板42上的应变片的应变大于所述第三设定范围的最大值时，所述电池PACK箱停止输出功率，即所述电池PACK箱停止工作，从而停止产生新的热量。
基于上述方法，本发明形成三级散热功能：
第一级散热：当电池3发热处于轻微膨胀时，其接触的散热组件4的两个接触板42受到挤压，接触板42上的应变片发生形变，信号采集控制器43接收到应变片的形变信息并控制第一风扇2启动、导风板45打开一定角度，使导风板45引导空气流动，形成的空气流场流经两块接触板42之间，相邻电池3之间的热量从相邻接触板42之间被第一风扇2的动力引入所述通道内、最后通过第一风扇2导出。由于导风板45安装时的初始位置是确定好了的，在设计时可确定好导风板45的中间位置和最终位置，根据导风板45的初始位置和最终位置之间的距离和角度即可确定导风板45和电机每次需要转动的角度。
第二级散热：当电池3过度膨胀时，信号采集控制器43可以采用以下至少一种或一种以上方式的结合：提高第一风扇2的功率、启动第二风扇46、降低所述电池PACK箱的输出功率、增加导风板45的仰角。具体采用哪种方式可具体使用时灵活选择。降低所述电池PACK箱的输出功率的原因是电池3输出功率越大，产生的热能越多。
第三级散热：当电池3极度膨胀时，所有散热手段开启到最大效能：第一风扇2开启到最大、导风板45的仰角为最大、所有第二风扇46保持开启。
当电池3的膨胀度达到极度膨胀的最大值时，此时证明所述电池PACK箱形变较大，因停止工作。
所述轻微膨胀、过度膨胀和极度膨胀的界定可根据具体设计和使用场景灵活设置，显然，电池3的膨胀度越大，所述应变片的应变越大。由上，所述散热装置可实现三重防护的散热功能。
第二风扇46可通过信号采集控制器43直接控制启动或停止，或者通过接触装置47机械控制，具体的，两个接触板42受到挤压、彼此靠近的移动至所述A端和B端导通，使第二风扇46所在回路导通，第二风扇46启动，强化散热。所述A端和B端移动至导通的距离可自行设计。当接触板42上的应变片的应变范围降低后，所述A端和B端在第二弹簧473的作用下复位，所述A端和B端彼此远离并切断，第二风扇46所在通路断开，第二风扇46停止。
上述过程中，第一弹簧44还起到复位的作用，使两个接触板42恢复初始位置。当电池PACK箱内的温度较高时，接触板42内的相变材料吸收热量同时变为液态；当电池PACK箱内的温度较低时，接触板42内的相变材料释放热量加热电池3同时相变材料凝固。
最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有高效散热装置的电池PACK箱，其特征在于，包括外壳(1)、安装在外壳(1)内的散热装置和多个电池(3)，所述散热装置包括第一风扇(2)和多个散热组件(4)，多个电池(3)排成至少一列，每列的相邻两个电池(3)之间布置一个散热组件(4)，散热组件(4)包括框架(41)和安装在框架(41)上的信号采集控制器(43)、接触板(42)、导风板(45)、第二风扇(46)，框架(41)上设有连通框架(41)内部的导风口(413)，导风口(413)上设有可对空气进行导流的导风板(45)，设置有应变片的接触板(42)接触电池(3)，所述应变片和信号采集控制器(43)电连接。
2.根据权利要求1所述的电池PACK箱，其特征在于：散热组件(4)还包括接触装置(47)，第二风扇(46)和信号采集控制器(43)电连接，第二风扇(46)可通过信号采集控制器(43)控制启动和关闭或通过接触装置(47)实现机械启动和关闭，接触装置(47)包括连接第二风扇(46)的可导通的A端和B端，当电池(3)受热膨胀带动接触板(42)移动设定距离后，接触板(42)带动所述A端和B端接触导通、第二风扇(46)启动。
3.根据权利要求1或2所述的电池PACK箱，其特征在于：每个散热组件(4)包括两个接触板(42)，两个接触板(42)分别接触相邻的两个电池(3)，两个接触板(42)之间设有第一弹簧(44)，第一弹簧(44)的一端连接一个接触板(42)、另一端和框架(41)相对固定，每个接触板(42)上安装有第一弹簧(44)。
4.根据权利要求3所述的电池PACK箱，其特征在于：接触装置(47)和第二风扇(46)位于两个接触板(42)之间，所述A端和B端分别位于两个接触板(42)上。
5.根据权利要求4所述的电池PACK箱，其特征在于：所述A端包括第一限位装置(4711)、第一空心连杆(4712)、第一导线(4713)和接口(4714)，所述B端包括第二限位装置(4721)、第二空心连杆(4722)和第二导线(4723)，第一限位装置(4711)和第二限位装置(4721)分别连接在两个接触板(42)上，第一空心连杆(4712)的一端连接第一限位装置(4711)、另一端安装有为导体的接口(4714)，第一导线(4713)的一端接入第二风扇(46)所在电路、另一端插入第一空心连杆(4712)内后连接接口(4714)，第二空心连杆(4722)的一端连接第二限位装置(4721)、另一端设有插孔(4724)，第二导线(4723)的一端接入第二风扇(46)所在电路、另一端插入第二空心连杆(4722)内后连接插孔(4724)，接口(4714)可插入所述插孔(4724)中使第一导线(4713)和第二导线(4723)导通。
6.根据权利要求5所述的电池PACK箱，其特征在于：第一空心连杆(4712)和第二空心连杆(4722)之间设有第二弹簧(473)，第二弹簧(473)的两端分别连接第一空心连杆(4712)和第二空心连杆(4722)。
7.根据权利要求1所述的电池PACK箱，其特征在于：多个电池(3)排成间隔布置的至少两列，第一风扇(2)布置在两列电池(3)之间的通道的一端，导风板(45)位于框架(41)的靠近所述通道的一端。
8.根据权利要求1所述的电池PACK箱，其特征在于：接触板(42)内设有相变材料。
9.一种散热方法，基于权利要求1～8任一所述的电池PACK箱的散热装置，其特征在于：当信号采集控制器(43)接收到的接触板(42)上的应变片的应变范围逐渐增大时，可采用如下至少一种方式：启动并调节第一风扇(2)、启动第二风扇(46)、调节导风板(45)的电机的转动范围、信号采集控制器(43)发出降低电池PACK箱输出功率请求、信号采集控制器(43)发出停止电池PACK箱的工作的请求。
10.根据权利要求9所述的散热方法，其特征在于：
当信号采集控制器(43)接收到的接触板(42)上的应变片的应变范围在第一设定范围内时，信号采集控制器(43)控制第一风扇(2)启动并控制导风板(45)的电机转动设定范围，提升电池内部风流量；
当信号采集控制器(43)接收到的接触板(42)上的应变片的应变范围在第二设定范围内时，信号采集控制器(43)控制第一风扇(2)功率提高和/或控制导风板(45)的电机继续转动设定范围以提高导风板(45)进风量和/或启动第二风扇(46)和/或信号采集控制器(43)发出降低电池PACK箱输出功率请求；
当信号采集控制器(43)接收到的接触板(42)上的应变片的应变范围在第三设定范围内时，第一风扇(2)功率设置为最大同时导风板(45)的电机驱动导风板(45)转动至最大角度同时第二风扇(46)保持启动；
当接触板(42)上的应变片的应变大于所述第三设定范围的最大值时，所述电池PACK箱停止输出功率；
所述第二设定范围的最小值不小于所述第一设定范围的最大值，所述第三设定范围的最小值不小于所述第二设定范围的最大值。
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