CN206422181U - 一种电动方程式赛车的紧凑型强制风冷动力电池系统总成 - Google Patents

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李巍华
王桂南
陈炳喆
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Abstract

本实用新型公开了一种电动方程式赛车的紧凑型强制风冷动力电池系统总成，包括电池箱体，电池箱体内部包括将电池箱划分为电池模组区、散热风扇出风缓冲区、继电器防护器件安装区和电池管理系统模块区的BMS模块绝缘支承板、纵向电池模组通风隔板、散热风扇支承隔板、横向电池模组隔板，电池模组区内设置有软包电池模组；散热风扇出风缓冲区设置有若干散热风扇；继电器防护器件安装区设置有电池正极绝缘继电器、熔断器、电池负极绝缘继电器；电池管理系统模块区设置有BMU主控模块、BSU从控模块、电池放电继电器、保护电阻。本实用新型结构紧凑，极大提高动力电池系统的空间利用率和系统能量密度的同时，提升空冷式散热系统的工作效率。

Description

一种电动方程式赛车的紧凑型强制风冷动力电池系统总成
技术领域
本实用新型属于纯电动赛车能源与动力领域，具体涉及一种的结构紧凑、采用强制风冷式散热方案的电动方程式赛车电池箱的内部布置方案和动力电池系统总成。
背景技术
中国大学生电动方程式大赛规则对动力电池系统设计所作的要求包括系统机械特性要求和电气安全防护要求，而且，电动方程式赛车设计以卓越动力性、整车轻量化、经济性、环保性为目标。
纯电动方程式赛车动力电池系统作为整车动力来源，是整车设计要求最为苛刻的系统，也是安全防护等级最高的系统。在赛车行驶中，各项接近极限的工况如高速行驶、频繁加减速等，给动力电池稳定供电带来极大挑战。其中，化学反应和电阻的存在等导致电池单体温升将会直接影响电池模组放电特性，如不能及时移除热量使电池工作在合适的范围内，就可能引发动力中断的问题；此外，电池单体数目多体积大，占用较多的箱体空间。在赛事规则要求范围内，箱体设计应提高空间利用率，以达到电池系统高能量密度、整车轻量化、低风阻等较高的性能目标。
针对电池热管理系统的设计，国内外主流方案有三种，分别为空气冷却、液体冷却、相变材料冷却。空气冷却方案结构简单、质量小、可及时排除有害气体且成本低；但电池壁面换热系数低冷却速度缓慢。液体冷却方案冷却性能相对较高，允许对电池进行加热或冷却，使温度分布更加均匀；缺点在于液冷方式消耗更高的功率、需要采取换热器等外部设备、有漏夜危险，虽可使电池箱体内部布置更加紧凑，但将大大增加动力电池系统的质量和体积。相变材料冷却方案一般采用石蜡为基础材料，其相变温度和电池的最佳工作温度上限相近，因而适用于吸收电池温升时所产生的热量，电池温度偏低时凝固放出热量；但整体机械性能较差，不便防护。
本实用新型采用紧凑型强制风冷方案对电池单体进行独立散热，针对风冷方式的不足对电池冷却效率进行优化。
实用新型内容
本实用新型是为了解决电池箱风冷式散热系统冷却效率较低的问题，而提出了紧凑型强制风冷电池箱内部布置方案和动力系统总成。
本实用新型的目的是通过下述技术方案实现：
一种电动方程式赛车的紧凑型强制风冷动力电池系统总成，包括矩形电池箱体，所述的电池箱体内部包括将电池箱划分为电池模组区、散热风扇出风缓冲区、继电器防护器件安装区和电池管理系统模块区的BMS模块绝缘支承板、纵向电池模组通风隔板、散热风扇支承隔板、横向电池模组隔板，所述的电池模组区内设置有软包电池模组；所述散热风扇出风缓冲区设置有若干散热风扇；所述的继电器防护器件安装区设置有电池正极绝缘继电器、熔断器、电池负极绝缘继电器；所述的电池管理系统模块区设置有BMU主控模块、BSU从控模块、电池放电继电器、保护电阻、电池预充电继电器。
进一步地，软包电池模组的侧面与箱体隔板距离小于5mm。
进一步地，散热风扇与电池箱体右侧板的距离小于8mm。
进一步地，所述的散热风扇支承隔板上设置有用于安装散热风扇的风扇通风口。
进一步地，电池正极绝缘继电器的上端设置有用于容纳高压线路和低压线路的空间，所述电池箱体的引线前板上相邻设置有连接低压线路的低压线路连接器和连接高压线路的高压线路连接器。
进一步地，所述BMU主控模块、BSU从控模块沿纵向分别固定于BMS模块绝缘支承板上，所述电池放电继电器、保护电阻、电池预充电继电器沿纵向分别固定在BMS模块绝缘支承板上，与 BMU主控模块、BSU从控模块并排放置。
进一步地，所述电池正极绝缘继电器位于电池负极绝缘继电器下方并完全错开。从俯视图看两者位置完全错开以便于装配；
进一步地，所述电池负极绝缘继电器、熔断器安装在以悬臂梁方式固定在电池箱侧板中部的绝缘板上。
进一步地，所述BMS模块绝缘支承板与电池箱体左侧板、电池箱体右侧板定位连接。
进一步地，所述电池箱体左侧板开有均布的进风口，所述电池箱右侧板开有均布的出风口；所述纵向电池模组通风隔板开有均布的电池模组隔板通风口。
相比现有技术，本实用新型在采用强制风冷方案的基础上，调整电池箱体内部布置，将电池部分独立分区、优化进出风口尺寸和定位。本实用新型装置设计紧凑，极大提高动力电池系统的空间利用率和系统能量密度的同时，提升空冷式散热系统的工作效率。
附图说明
图1是本实用新型实施例的动力电池系统总成内部立体示意图。
图2是本实用新型动力电池系统总成的俯视图（隐藏了上部D电池管理系统模块区和BMS模块绝缘支承板）。
图3是本实用新型实施例的动力电池系统总成箱体部分的正视图。
图4是本实用新型实施例的动力电池系统总成箱体部分的俯视图。
图5是本实用新型实施例的电池箱体左侧板示意图。
图6是实用新型实施例的纵向电池模组通风隔板示意图。
图7是实用新型实施例的散热风扇支承隔板示意图。
图8是本实用新型实施例的电池箱体右侧板示意图。
图中所示为：1-电池正极绝缘继电器；2-熔断器；3-电池负极绝缘继电器；4- BMU主控模块；5-电池放电继电器；6-保护电阻；7- BSU从控模块；8-电池预充电继电器；9- BMS模块绝缘支承板；10-散热风扇；11-软包电池模组；12-低压线路连接器；13-高压线路连接器；14-电池箱体左侧板；15-横向电池模组隔板；16-纵向电池模组通风隔板；17-散热风扇支承隔板；18-电池箱体右侧板；19-进风口；20-电池模组隔板通风口；21-风扇通风口；22-出风口。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型实现动力电池系统能量提高和强制风冷系统冷却效率提高做进一步说明。
如图1至图4所述，一种电动方程式赛车的紧凑型强制风冷动力电池系统总成，包括矩形电池箱体，所述的电池箱体内部包括将电池箱划分为电池模组区、散热风扇出风缓冲区、继电器防护器件安装区和电池管理系统模块区的BMS模块绝缘支承板9、纵向电池模组通风隔板16、散热风扇支承隔板17、横向电池模组隔板15，所述的电池模组区内设置有软包电池模组11；所述散热风扇出风缓冲区设置有若干散热风扇10，所述的散热风扇支承隔板17上设置有用于安装散热风扇10的风扇通风口21(见图7)；所述的继电器防护器件安装区设置有电池正极绝缘继电器1、熔断器2、电池负极绝缘继电器3；所述的电池管理系统模块区设置有BMU主控模块4、BSU从控模块7、电池放电继电器5、保护电阻6、电池预充电继电器8。如图3和图4所示，其中A区表示电池模组区、B区表示散热风扇出风缓冲区、C区表示继电器防护器件安装区、D区表示电池管理系统模块区，箭头表示空气流向。
针对A、B区：为满足紧凑性设计要求，所述软包电池模组11的侧面与箱体隔板距离小于5mm。散热风扇10与电池箱体右侧板18的距离小于8mm。
针对C区，所述电池正极绝缘继电器1位于电池负极绝缘继电器3下方并完全错开，从俯视图看两者位置完全错开以便于装配；电池正极绝缘继电器1的上端设置有用于容纳高压线路和低压线路的空间，所述电池箱体的引线前板上相邻设置有连接低压线路的低压线路连接器12和连接高压线路的高压线路连接器13。
针对D区，所述BMU主控模块4、BSU从控模块7沿纵向分别固定于BMS模块绝缘支承板9上，所述电池放电继电器5、保护电阻6、电池预充电继电器8沿纵向分别固定在BMS模块绝缘支承板9上，与 BMU主控模块4、BSU从控模块7并排放置。
所述电池负极绝缘继电器3、熔断器2安装在以悬臂梁方式固定在电池箱侧板中部的绝缘板上。
所述BMS模块绝缘支承板9与电池箱体左侧板14、电池箱体右侧板18定位连接。
如图5、图6、图8所示，为实现良好的通风效果，所述电池箱体左侧板14开有均布的进风口19，所述电池箱右侧板18开有均布的出风口22；所述纵向电池模组通风隔板16开有均布的电池模组隔板通风口20。
由散热风扇10从A区抽出温度较高的气体，将其排至B区； A区产生负压将箱体外部空气从进风口19吸入，空气通过电池模组隔板通风口20 后经散热风扇10从出风口22排出，带出电池温升而产生的热量。
电池箱体内部布置分区优化，极大提高电池箱体空间利用率。将电池箱体划分为电池模组区、散热风扇区、绝缘继电器区和顶部电池管理系统模组区四大部分，强制风冷系统仅对电池部分进行散热，避免电池模组和其他元器件组合布置导致的冷却效率低下。
优化通风进出口压力系数。在上述A、B区紧凑设计的基础上，通过BMS模块绝缘支承板9准确定位，为A区上表面进行局部密封。在散热风扇10启动瞬间形成较大的负压力，有效将A区内部气体抽出移除。此方案通过ANSYS有限元分析软件对方案进行CFD分析和优化，最后以实车测试进行效果验证，达到预期效果。
本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动方程式赛车的紧凑型强制风冷动力电池系统总成，其特征在于：包括矩形电池箱体，所述的电池箱体内部包括将电池箱划分为电池模组区、散热风扇出风缓冲区、继电器防护器件安装区和电池管理系统模块区的BMS模块绝缘支承板(9)、纵向电池模组通风隔板(16)、散热风扇支承隔板(17)、横向电池模组隔板(15)，所述的电池模组区内设置有软包电池模组(11)；所述散热风扇出风缓冲区设置有若干散热风扇(10)；所述的继电器防护器件安装区设置有电池正极绝缘继电器(1)、熔断器(2)、电池负极绝缘继电器(3)；所述的电池管理系统模块区设置有BMU主控模块(4)、BSU从控模块(7)、电池放电继电器(5)、保护电阻(6)、电池预充电继电器(8)。
2.根据权利要求1所述的电动方程式赛车的紧凑型强制风冷动力电池系统总成，其特征在于：所述软包电池模组(11)的侧面与箱体隔板距离小于5mm。
3.根据权利要求1所述的电动方程式赛车的紧凑型强制风冷动力电池系统总成，其特征在于：所述散热风扇(10)与电池箱体右侧板(18)的距离小于8mm。
4.根据权利要求1所述的电动方程式赛车的紧凑型强制风冷动力电池系统总成，其特征在于：所述的散热风扇支承隔板(17)上设置有用于安装散热风扇(10)的风扇通风口(21)。
5.根据权利要求1所述的电动方程式赛车的紧凑型强制风冷动力电池系统总成，其特征在于：电池正极绝缘继电器(1)的上端设置有用于容纳高压线路和低压线路的空间，所述电池箱体的引线前板上相邻设置有连接低压线路的低压线路连接器(12)和连接高压线路的高压线路连接器(13)。
6.根据权利要求1所述的电动方程式赛车的紧凑型强制风冷动力电池系统总成，其特征在于：所述BMU主控模块(4)、BSU从控模块(7)沿纵向分别固定于BMS模块绝缘支承板(9)上，所述电池放电继电器(5)、保护电阻(6)、电池预充电继电器(8)沿纵向分别固定在BMS模块绝缘支承板(9)上，与 BMU主控模块(4)、BSU从控模块(7)并排放置。
7.根据权利要求1所述的电动方程式赛车的紧凑型强制风冷动力电池系统总成，其特征在于：所述电池正极绝缘继电器(1)位于电池负极绝缘继电器(3)下方并完全错开。
8.根据权利要求1所述的电动方程式赛车的紧凑型强制风冷动力电池系统总成，其特征在于：所述电池负极绝缘继电器(3)、熔断器(2)安装在以悬臂梁方式固定在电池箱侧板中部的绝缘板上。
9.根据权利要求1所述的电动方程式赛车的紧凑型强制风冷动力电池系统总成，其特征在于：所述BMS模块绝缘支承板(9)与电池箱体左侧板(14)、电池箱体右侧板(18)定位连接。
10.根据权利要求9所述的电动方程式赛车的紧凑型强制风冷动力电池系统总成，其特征在于：所述电池箱体左侧板(14)开有均布的进风口(19)，所述电池箱右侧板(18)开有均布的出风口(22)；所述纵向电池模组通风隔板(16)开有均布的电池模组隔板通风口(20)。
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