CN212659593U - 一种电池控温系统及充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池控温系统及充电系统，该调温系统包括流体供给装置、电池换热装置，流体供给装置用于驱动流体流经电池换热装置，电池换热装置用于通过流经流体调节电池温度；电池换热装置包括：设于电池中若干电芯之间的流体通道，流体通道的流体出入口设有流体接口，流体接口用于与流体供给装置连接。本实用新型通过流体热量交换的方式实现了电池的温度调控，其中，各种不同的流体通道结构，充分增大了与电池电芯的热量交换面积，提高了电池的温度调节效率，即插即通、即拔即断的流体接口大大提高了连接操作的便捷性，也大大降低了成本。

Description

一种电池控温系统及充电系统

技术领域

本实用新型属于电池技术领域，尤其涉及一种电池控温系统及充电系统。

背景技术

电池是移动设备普遍使用的电源，随着各种电动车辆、无人机及机器人设备的快速涌现，电池的大电流工作特性越来越受到重视：电池的放电电流越大，意味着机器设备能够以更大的功率运行，完成任务及适应环境的能力更强；而增大充电电流则可以减少电池或移动设备因固定充电而损失的移动工作时间，能直接提高使用率。

然而，电池的放电、充电过程所依赖的化学反应会释放或吸收热量，且反应过程自身对温度也十分敏感。通常温度过低会限制电池的放电电流和输出容量、降低充电效率，对使用寿命也有影响。而另一方面，电池在充电、放电过程中都会因电流在内阻上产生压降而释放热量，大倍率(电流大、时间短)充放电过程中电池的发热尤其明显，会高于或远高于电池内部可能存在的化学反应吸热，造成电池温度升高，严重的会破坏电池内部结构，造成短路、气体释放、电解液损失等，影响电池的容量、寿命，造成电池故障、损坏，甚至因发热失控引起燃烧、爆炸等安全问题。

对于移动设备而言，例如无人机，由于无人机耗电快耗电量大，故而无论是在飞行状态下，还是在充电状态下，电池的温度安全更加尤为重要，电池快速充放电的散热问题成为了无人机首要解决的问题。其次，近些年来，无人机更加小型化轻量化，所以，还应尽可能地减少固定附着在电池或移动设备上的导热结构的重量和体积。

实用新型内容

本实用新型为解决上述移动设备电池充放电存在的技术问题，提供了一种电池控温系统及充电系统，本实用新型的技术方案为：

一种电池控温系统，包括：

流体供给装置、电池换热装置，流体供给装置用于驱动流体流经电池换热装置，控温装置用于调节流经流体的温度，电池换热装置用于通过流经流体调节电池温度；

电池换热装置包括：设于电池中若干电芯之间的流体通道，流体通道的流体出入口设有流体接口，流体接口用于与流体供给装置连接。

在其中一个实施例中，沿电芯的排列方向和/或长度方向，流体通道呈S 型排布。

在其中一个实施例中，电芯呈圆柱状排列，流体通道为流体导管，沿电芯的长度方向，流体导管依次穿过相邻电芯之间的间隙。

在其中一个实施例中，电芯呈块状或排状排列，流体通道为导热扁管，沿电芯的排列方向，导热扁管依次绕电芯设置且导热扁管的扁平侧紧贴电芯。

在其中一个实施例中，电芯之间设有散热片，散热片沿电芯的长度方向和/或排列方向形成流体通道。

在其中一个实施例中，电池换热装置还包括：与电芯的表面形状或排列形状匹配的若干导热板，流体通道设于导热板内，导热板设于电芯之间，导热板之间的流体通道串联或并联或独立设置。

在其中一个实施例中，流体通道与电芯之间设有用于降低热阻的导热介质，导热介质包括导热胶、硅脂、硅胶垫片中的至少一种。

在其中一个实施例中，还包括控温装置，流体供给装置还用于驱动流体流经控温装置，控温装置用于调节流经流体的温度。

在其中一个实施例中，流体供给装置和控温装置设于电池对应的充电设备上，电池换热装置设于电池的本体上，充电设备经一充电控温接口与电池充电连接，充电控温接口设有充电接口、以及用于与流体接口连接的控温接口。

在其中一个实施例中，流体接口内沿流入流出方向设有阀门塞，阀门塞的一端设有一弹性件，阀门塞的另一端设有凸台，其中，在流体接口断开状态下，阀门塞受弹性件作用与流体接口的出入口紧密贴合，在流体接口连接状态下，阀门塞受流体压力或外部作用力与流体接口的出入口分离。

一种充电系统，包括如上述任意一项实施例所述的电池控温系统。

本实用新型与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1)本实用新型通过流体热量交换的方式实现了电池的温度控制，其中，电池换热装置在电池中的电芯之间设有流体通道，该流体通道沿电芯的排列方向和/或长度方向呈S型排布，充分增大了与电池电芯的热量交换面积，提高了电池的温度调节效率；

2)本实用新型中当电芯为圆柱状排列时，电芯之间互相紧密贴合，流体通道可以是流体导管，将流体导管依次穿过相邻电芯之间的间隙，使流体导管与其四周的圆柱状电芯相切紧密贴合，如此，不仅提高了热交换面积，而且大大缩小了电池的整体体积，特别适用于小型化的机器设备；

3)本实用新型中当电芯呈块状或排状排列，流体通道可以呈偏平状的导热扁管，以很好地包裹每一电芯的周侧，实现与电芯之间的充分热交换；

4)本实用新型中结合散热片的结构，将散热片中形成流体通道，可以在不增加体积的情况下进一步提高电池温度的控制性能；

5)本实用新型中的流体通道可以封装在一导热板内，形成模块化的换热组件，一则可以方便电池内部的安装与维护，二则基于导热板可以提高热交换的面积与热交换的效率；

6)本实用新型的流体供给装置和控温装置设于充电设备上，而电池换热装置设于电池上，通过充电控温接口上的控温接口与流体接口连接，实现充电情况下电池的温度调控，其中，流体接口内设有阀门塞，可以实现充电控温接口与流体接口之间流体流通的即插即通、即拔即断，大大提高了连接操作的便捷性，也大大降低了成本，另外，如此系统的布局，可以通过电池换热装置更好地均衡电池的温度分布，提高电池的温度均衡性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。

图1为本实用新型的电池控温系统的结构示意图；

图2为如图1所示的电池控温系统的流体循环示意图；

图3为本实用新型的电池控温系统的第一种流体流通方式；

图4为本实用新型的电池控温系统的第二种流体流通方式；

图5为本实用新型的电池控温系统的第三种流体流通方式；

图6为本实用新型的电池控温系统的第四种流体流通方式；

图7为本实用新型的电池控温系统的第一种换热结构；

图8和图9为本实用新型的电池控温系统的第二种换热结构；

图10为本实用新型的电池控温系统的第三种换热结构；

图11至图14为本实用新型的电池控温系统的第四种换热结构；

图15为本实用新型的电池控温系统的流体接口结构。

附图标记说明：

1-流体供给装置；2-控温装置；3-电池换热装置；31-流体通道；32-流体接口；321-阀门塞；322-弹性件；323-凸台；33-导热介质；34-电芯；35-散热片；36-导热板；4-充电控温接口；41-控温接口。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

参看图1、图2和图7，本申请提供了一种电池控温系统，包括：

流体供给装置1、电池换热装置3，流体供给装置1用于驱动流体流经电池换热装置3，电池换热装置3用于通过流经流体调节无人机的电池温度；

电池换热装置3包括：设于电池中若干电芯34之间的流体通道31，流体通道31的流体出入口设有流体接口32，流体接口32用于与流体供给装置1连接。

现具体对本实施例进行详细说明，但不仅限于此。

参看图1，本实施例适用于电池驱动的移动设备，例如电动车辆、无人机及机器人设备等等，其中，本实施例特别适用于充电场景下进行电池温度控制，但本实施例不仅限此，更广泛地，该系统还可以应用于移动设备本体内部，实现移动设备自我的电池温度调控。值得注意的是，本实施例具体结合无人机的应用场景进行详细说明，但是不仅限于此。

较优地，参看图1和图2，本实施例还包括控温装置，所述流体供给装置还用于驱动流体流经所述控温装置，所述控温装置用于调节流经流体的温度。进一步优选地，参看图1，本实施例的流体供给装置1和控温装置2设于无人机对应的充电设备上，电池换热装置3设于无人机的本体上，此设计考虑到无人机轻量化的目的，将体积、重量较大的流体供给装置1、控温装置2设置在充电设备上，如此，无人机上仅需配置电池换热装置3，即可实现无人机实现充电状态下的电池温度调控，其中，充电设备通过充电控温接口4与无人机的电池充电连接，本实施例的充电控温接口4除了充电接口还设置控温接口41，以和无人机的流体接口32连接。

上述系统工作时，参看图2，首先将流体通道与电池换热装置的流体接口相对接，流体进出口具有防呆功能，防止错误对接。完成对接后，流体供给装置通过管道将流体送入电池换热装置内部的流体通道，以进行与电池的换热，完成换热后，流体再从电池换热装置的流体接口回到流体供给装置和控温装置，从而形成往复循环，最终实现对电池的温度控制。

此外，本实施例设置在无人机上的电池换热装置还可以配合其他方式，实现电池放电状态下的电池温度调控，例如，无人机可以在飞行过程中基于自然流入的空气流体通过电池换热装置进行电池温度冷却，对电池放电产生的热量进行散热。

参看图3至图6，本实施例的流体供给装置1可以为不同工作原理的流体驱动设备，其中，可以是注入式也可以抽吸式，注入式为通过给流体施加压力，使其沿压力方向流动，抽吸式为通过抽吸流体，使流体沿其抽吸方向流动。进一步基于流体的不同，流体供给装置1可以为高压气泵、液泵、真空泵等等，以驱动液体、气体等流体在系统内流动。本实施例的控温装置2 可以包括压缩机、风扇、换热器、热泵、加热棒等加热或冷却器件，还可以包括温度控制器等控制感知器件，以满足精准的控温需求，但不仅限于此。

较优地，本实施例还包括控制器、温度传感器、若干电磁阀，控制器分别与流体供给装置、控温装置信号连接，温度传感器设于电池换热装置内，电磁阀设于流体接口处，温度传感器用于检测无人机的电池温度，控制器用于根据电池温度控制流体供给装置、控温装置的工作状态以及电磁阀的开关，以实现温度智能调控。具体地，控制器可以设于无人机上也可以设于充电设备上，充电设备的充电控温接口可以设置上述信号连接的通信线路，也可以采用无线通信。

参看图3至图6，基于流体供给装置1、控温装置2、流体的不同，本实施例的流体流通方式具有多种实施方式，其中，控温/能耗要求较高或流体需要回收利用的，流体供给装置1需要配备成对的出、入接口以便回收流体；控温/能耗要求不高或流体无需回收利用的，流体供给装置1只配备流体出口或入口。出入接口的数量可以按以上情形设置为单个、单对、多个或多对。具体而言：

参看图3，在第一种流体流通方式中，流体供给装置1向电池换热装置3 的流体入口注入流体(通常为空气、水、冷却油)，同时将电池的出口处的流体收集回来，温度控制装置中的温度控制器检测流体温度后通过热泵、压缩机、换热器等对流体适当冷却或加热后再提供给流体供给装置1；

参看图4，在第二种流体流通方式中，流体供给装置1从电池换热装置3 的出口处抽取流体(通常为空气、水、冷却油)，通过风扇、加热器和对抽取到的流体进行强制风冷或加热后再提供给电池的流体入口；

参看图5，在第三种流体流通方式中，流体供给装置1只输出流体到电池换热装置3的流体入口，流体(通常为空气、水)在电池的出口处自然散失(通常为空气)或通过导管流走(通常为水)；

参看图6，在第四种流体流通方式中，流体供给装置1只从电池换热装置3的流体出口处抽取流体，流体从电池的入口处自然进入(通常为空气) 或经由导管进入(通常为水)。

上述四种流体流通方式基于本实施例的系统均能够实现流体在电池换热装置内流通，以对电池进行温度调控，其中，第一、二种方式适用于与充电设备与无人机之间使用，其可以将流体供给装置与温控装置设于充电设备上，将电池换热装置设于无人机本体上，实现充电环境下电池的温度调控，第三、四种方式适用于无人机单独使用，其可以通过小型的流体供给装置(如风扇) 与电池换热装置配合，实现无人机任何情况下电池温度调控。

参看图7至图14，本实施例的电池由一个或多个电芯34串并联组成，使用导热材料同时包裹或紧贴电芯34和流体通道31可以在电池与流体间传递热量。导热材料通常使用铜等高导热系数材料或铝等导热系数较高且轻质的材料，可以在导热材料与电芯34间填充硅胶、硅脂或垫压导热垫片等导热介质33、材料以进一步减少电芯34与导热材料间缝隙造成的热阻。可以利用紧贴电芯34的导热材料的一部分制成流体通道31，或利用导热材料的间隙、形状制成流体通道31。如果使用较厚或局部较厚的导热材料，还可以在导热材料内部制成中空的管道供流体通过。如果使用空气等绝缘且泄露后对电池/电芯34、设备、环境无害的流体，流体通道31可以不严格密封，而是提供一个相对低阻力的流动路径。要求电池换热系统重量较低或散热要求不高时，可以不设置流体通道31甚至不需要用导热材料包裹或紧贴电芯34，直接使用通过的流体接触电芯34或导热材料(若有)导热，利用电芯34的合理排布及电芯34之间、导热材料(若有)之间、电芯34与导热材料(若有)之间、电芯34与电池壳体之间、导热材料(若有)与电池壳体之间由电芯34、导热材料(若有)、壳体形状及间隙构成的通道通过流体(通常为空气)。

参看图7至图14，本实施例基于不同的设计特点，提供了多种不同的流体通道31设置方式，其中，整体结构上，本实施例沿电芯34的排列方向和/ 或长度方向，流体通道31呈S型排布，此处长度方向指图中电芯34的上下方向，排列方向指图中电芯34左右前后方向。较优地，为了最大程度增加流体通道31与电芯34的接触面积，本实施例中的流体通道31设置方式可以采用双S型排布，即流体通道31沿长度方向上下S型排布(从电芯34的侧面看)，同时沿排列方向整体呈S型排布(从电芯34的顶部或底部看)，换句话说，流体通道31在三维空间上呈S型排布，而不仅限于单平面上的S型排布，如此，充分增大了与电池电芯34的热量交换面积，提高了无人机电池的温度调节效率。

参看图7，在本实施例的第一种换热方式中，电芯34呈圆柱状排列，流体通道31可以为流体导管，成排圆柱电池形状示意的电芯34间夹住沿电芯 34长度方向放置流体导管，沿电芯34的长度方向，流体导管依次穿过相邻电芯34之间的间隙。电芯34与流体导管间的缝隙可以用导热板36或导热硅脂、硅胶垫等其它导热介质33、材料填充。该结构电芯34之间互相紧密贴合，可以将流体导管依次穿过相邻电芯34之间的间隙，使流体导管与其四周的圆柱状电芯34相切紧密贴合，如此，不仅提高了热交换面积，而且大大缩小了电池的整体体积，特别适用于小型化的无人机。

参看图8和图9，在本实施例的第二种换热方式中，电芯34呈块状或排状排列，流体通道31为导热扁管，成排块状或圆柱电池形状示意的电芯34 间通过导热介质33(导热板36或导热硅脂、硅胶垫等介质、材料)或其它导热介质33、材料夹住中空的导热扁管，沿电芯34的排列方向，导热扁管依次绕电芯34设置且导热扁管的扁平侧紧贴电芯34，流体沿扁管流过。该结构流体通道31可以呈偏平状的导热扁管，以很好地包裹每一电芯34的周侧，实现与电芯34之间的充分热交换。

参看图10，在本实施例的第三种换热方式中，电芯34之间设有散热片 35，成排块状或电芯34间可以夹有翅片状散热片35，散热片35沿电芯34 的长度方向和/或排列方向形成流体通道31，一端为多孔/隙流体入口(进气口)，一端为多孔/隙流体出口(出气口)。散热片35与电芯34接触的部分可以是与电芯34表面形状匹配的异形以方便散热片35紧密接触电芯34，同时可以在散热片35与电芯34间填充导热胶、硅脂或夹导热硅胶垫片等导热介质33、材料以进一步降低热阻。该结构结合散热片35，将散热片35中形成流体通道31，作为流体的导管，可以在不增加体积的情况下进一步提高电池温度的控制性能。

参看图11，在本实施例的第四种换热方式中，电池换热装置3还包括：与电芯34的表面形状或排列形状匹配的若干导热板36，成排或圆柱电芯34 夹有导热板36，流体通道31设于导热板36内，导热结构与电芯34接触的部分可以是与电芯34表面形状匹配的异形以方便导热结构紧密接触电芯34，同时可以在散热导热结构与电芯34间填充导热胶、硅脂或夹导热硅胶垫片等导热介质33、材料以进一步降低热阻。导热结构中间有回龙状流体通道31。另外，参看图11至图14，导热板36之间的流体通道31串联或并联或独立设置构成流体接口32的出入口。该结构的流体通道31可以封装在一导热板 36内，形成模块化的换热组件，一则可以方便电池内部的安装与维护，二则基于导热板36可以提高热交换的面积与热交换的效率。

较优地，参看图15，本实施例的流体接口32内沿流入流出方向设有阀门塞321，平时自然闭合或受控闭合，门塞的一端设有一弹性件322，阀门塞321的另一端设有凸台323，其中，在流体接口32断开状态下，阀门塞321 受弹性件322作用与流体接口32的出入口紧密贴合，在流体接口32连接状态下，阀门塞321受流体压力或外部作用力与流体接口32的出入口分离。该结构在流体供给装置1和控温装置2设于充电设备上，而电池换热装置3设于无人机上的情况下，当控温接口41插入流体接口32时，通过凸台323可以自然顶开阀门塞321，当控温接口41拔出流体接口32时，阀门塞321受弹性件322自然封闭出入口，如此，可以十分方便的实现流体流通的通断，即插即通、即拔即断，大大提高了连接操作的便捷性，也大大降低了成本。此外，如果流体比较廉价且泄露后不会对电池、设备及环境造成损害，流体供给系统端和/或电池/移动设备端的接口可以不设置阀门。

本申请还提供一种基于上述实施例的充电系统，该系统采用了上述电池控温系统，将流体供给装置、控温装置设置在充电端，将电池换热装置3设置在无人机端，充电端与无人机端之间设置有对应的连接接口，具体可以采用机械臂、充电机器人等方式实现充电端与无人机端直接的对位连接，以实现在对无人机充电的同时，对无人机电池进行温度调控。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式。即使对本实用新型作出各种变化，倘若这些变化属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本实用新型的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种电池控温系统，其特征在于，包括：

流体供给装置、电池换热装置，所述流体供给装置用于驱动流体流经所述电池换热装置，所述电池换热装置用于通过流经流体调节电池温度；

所述电池换热装置包括：设于电池中若干电芯之间的流体通道，所述流体通道的流体出入口设有流体接口，所述流体接口用于与所述流体供给装置连接。

2.根据权利要求1所述的电池控温系统，其特征在于，沿所述电芯的排列方向和/或长度方向，所述流体通道呈S型排布。

3.根据权利要求2所述的电池控温系统，其特征在于，所述电芯呈圆柱状排列，所述流体通道为流体导管，沿所述电芯的长度方向，所述流体导管依次穿过相邻所述电芯之间的间隙。

4.根据权利要求2所述的电池控温系统，其特征在于，所述电芯呈块状或排状排列，所述流体通道为导热扁管，沿所述电芯的排列方向，所述导热扁管依次绕所述电芯设置且所述导热扁管的扁平侧紧贴所述电芯。

5.根据权利要求1所述的电池控温系统，其特征在于，所述电芯之间设有散热片，所述散热片沿所述电芯的长度方向和/或排列方向形成所述流体通道。

6.根据权利要求1所述的电池控温系统，其特征在于，所述电池换热装置还包括：与所述电芯的表面形状或排列形状匹配的若干导热板，所述流体通道设于所述导热板内，所述导热板设于所述电芯之间，所述导热板之间的所述流体通道串联或并联或独立设置。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的电池控温系统，其特征在于，所述流体通道与所述电芯之间设有用于降低热阻的导热介质，所述导热介质包括导热胶、硅脂、硅胶垫片中的至少一种。

8.根据权利要求1至6任意一项所述的电池控温系统，其特征在于，还包括控温装置，所述流体供给装置还用于驱动流体流经所述控温装置，所述控温装置用于调节流经流体的温度。

9.根据权利要求8所述的电池控温系统，其特征在于，所述流体供给装置和所述控温装置设于电池对应的充电设备上，所述电池换热装置设于电池的本体上，所述充电设备经一充电控温接口与电池充电连接，所述充电控温接口设有充电接口、以及用于与所述流体接口连接的控温接口。

10.根据权利要求9所述的电池控温系统，其特征在于，所述流体接口内沿流入流出方向设有阀门塞，所述阀门塞的一端设有一弹性件，所述阀门塞的另一端设有凸台，其中，在所述流体接口断开状态下，所述阀门塞受所述弹性件作用与所述流体接口的出入口紧密贴合，在所述流体接口连接状态下，所述阀门塞受流体压力或外部作用力与所述流体接口的出入口分离。

11.一种充电系统，其特征在于，包括如权利要求1至10任意一项所述的电池控温系统。

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