一种用于氢燃料电池汽车的恒温电池箱的制作方法

1.本实用新型涉及动力蓄电池热管理系统技术领域，尤其涉及一种用于氢燃料电池汽车的恒温电池箱。


背景技术：

2.随着能源危机和环境污染日益严重，电动汽车的发展越来越引起人们的重视，动力蓄电池作为纯电动汽车的动力来源，是提高整车性能和降低成本的关键一环，其温度特性直接影响电动车的性能、寿命和耐久性。锂离子电池因比能大、循环寿命长、自放电率低、允许工作温度范围宽、低温效应好等优点，是电动车目前首选的动力电池。
3.锂离子电池包热管理的要求：根据锂离子电池发热机理，合理设计电池包结构，选择合适的热管理方式，保证电池包内各个单体电池工作在合理温度范围内的同时尽量维持包内各个电池及电池模块间的温度均匀性。由于电池组中单体电池是互相串并联的，任何一只电池性能下降都会影响电池组的整体表现。动力电池在温差为5℃、10℃、15℃时，相同充电条件下电池组的荷电态分别下降10％、15％、20％。
4.热管理系统不仅能使电池组在高温条件下有效散热，而且能够在低温条件下对电池进行有效加热，使电池组工作在适宜的环境温度，并且会减少对电池组加热和散热产生的温差。电池热管理系统方式主要有空气冷却、液体冷却、相变材料冷却三种。相变材料冷却方式尚在初步研究应用阶段，目前电动车热管理系统主要为空气冷却和液体冷却两大方式，液冷方式虽然电池壁面之间换热系数高、冷却、加热速度快，体积较小，但是存在漏液的可能，而且重量相对较大，维修和保养复杂，需要水套、换热器等部件、结构相对复杂。空冷方式虽然电池壁面之间换热系数低，冷却、加热速度慢但是其结构简单、重量相对较小，没有发生漏液的可能，有害气体产生时能够有效通风，成本较低在国内外得到了广泛的应用，在一般工况下，采用空气介质冷却即可满足要求。
5.目前，市场上的动力电池箱普遍采用最为成熟的空气冷却方式，极少采用其它的冷却方式。公开号为cn102255115b的专利公开了一种电动汽车电池包热管理系统及其热管理方法，此种结构中进气风扇、出气风扇、加热风扇和散热风管、ptc加热器距离电池模组较远，循环风道在上下单体电池间难以对流，不利于电池包的热管理系统对单体电池使用环境的要求。公开号为 cn102139646b的专利公开了一种动力电池热管理系统及其控制方法，此种结构在对电池包进行热管理时完全依赖于整车用电动空调，在整车拥有较多电池包时将难于布置，热管理系统缺乏电池包的独立性，难于批量应用在电动汽车上。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于针对已有的技术现状，提供一种用于氢燃料电池汽车的恒温电池箱，不仅能使电池组在高温条件下有效散热，而且能够在低温条件下有效加热，从而始终工作在适宜的环境温度下。
7.为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
8.一种用于氢燃料电池汽车的恒温电池箱，包括箱体，所述箱体包括外箱以及固定设置在外箱中的内箱，外箱的侧板与内箱的侧板之间具有间隙，所述内箱的一侧板上设有进风口，内箱设有进风口的侧板的对侧侧板上设有出风口，所述进风口处设有温控装置，温控装置包括加热器和制冷器，所述外箱的侧板与内箱的侧板之间的间隙位于出风口的两侧均设有回风机，使进风口、内箱的内部空间、出风口、外箱与内箱之间的间隙形成循环回路。
9.进一步的，所述内箱顶板、底板和侧板的内侧和/或外侧均贴附设有隔热保温层，以提高内箱中的恒温效果。
10.进一步的，所述隔热保温层为隔热保温棉。
11.进一步的，所述进风口为三组，且进风口在内箱的侧板上均匀分布。
12.进一步的，所述出风口为一组，且出风口在内箱的侧板的正中间。
13.进一步的，所述内箱中设有框架式电池模组，所述框架式电池模组包括两绝缘端座和若干单体电池，单体电池相互独立地安装于两绝缘端座之间，使各个单体电池之间具有间隙，绝缘端座与单体电池轴向非对应的区域设有若干第一散热孔，以实现由进风口引入的气流流经散热孔后，再流经各个单体电池之间的间隙，最后流向出风口。
14.进一步的，所述框架式电池模组还包括电极软连接板，所述电极软连接板为两组，两电极软连接板分别固定在两绝缘端座远离单体电池的一侧，电极软连接板与每一单体电池与之靠近一端的电极电性连接。
15.进一步的，所述绝缘端座上的t型通孔呈两列分布，所述电极软连接板为与绝缘端座上所设两列t型通孔匹配的u型结构，以减小面积并避免遮覆第一散热孔和第二散热孔。
16.进一步的，所述电极软连接板上设有连接孔且连接孔与绝缘端座上的t型通孔一一对应，电极软连接板通过第二连接件配合连接孔与对应单体电池与之靠近一端的电极电性连接。
17.进一步的，所述框架式电池模组还包括绝缘护罩，所述绝缘护罩为两组，两绝缘护罩分别固定在两绝缘端座上电极软连接板的外侧，绝缘护罩上与单体电池轴向非对应的区域设有若干第二散热孔，使各单体电池的间隙、第一散热孔、第二散热孔形成散热风道。
18.本实用新型的有益效果为：
19.相比于现有技术，其用于氢燃料电池汽车的恒温电池箱采用双层结构设计，将内箱作为电池组的装配空间，外箱与内箱之间的间隙作为循环风道，并结合温控装置和回风机对内箱中的电池组进行控温，不仅能使电池组在高温条件下有效散热，而且能够在低温条件下有效加热，从而始终工作在适宜的环境温度下，极大地提高了整车的安全可靠性和续航里程。
附图说明
20.图1为实施例1中恒温电池箱的立体图(含电池组)；
21.图2为实施例1中结构示意图；
22.实施例1标注说明：1-1、箱体，1-2、电池组，1-3、把手，1-4、温控装置， 1-5、回风机，1-6、外箱，1-7、内箱，1-8、进风口，1-9、出风口。
23.图3为实施例2中框架式电池模组的立体图(箭头为散热风道的气流流向)；
24.图4为实施例2中框架式电池模组的拆分结构示意图；
25.图5为实施例2中绝缘护罩的结构示意图；
26.图6为实施例2中电极软连接板的结构示意图。
27.实施例2标注说明：2-1、单体电池，2-2、绝缘端座，2-2-1、t型通孔，2-2-2、第一散热孔，2-3、第一连接件，2-4、绝缘护罩，2-4-1、第二散热孔，2-5、手提结构，2-6、电极软连接板，2-6-1、连接孔，2-7、第二连接件。
具体实施方式
28.下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
29.实施例1：
30.请参阅图1-2所示，一种用于氢燃料电池汽车的恒温电池箱，包括箱体1-1，箱体1-1上设有若干把手1-3，利于电池箱装运。
31.箱体1-1包括外箱1-6以及固定设置在外箱1-6中的内箱1-7，为保证电池组1-2正常工作，外箱1-6应满足ip67的防护等级。外箱1-6的顶板与内箱1-7 的顶板之间以及外箱1-6的底板与内箱1-7的底板之间无间隙(外箱1-6和内箱 1-7可以共用顶板和底板)，外箱1-6的侧板与内箱1-7的侧板之间具有间隙，也就说，外箱1-6与内箱1-7之间具有环向通道。
32.内箱1-7的一侧板上设有进风口1-8，本实施例中，进风口1-8为三组，且进风口1-8在内箱1-7的侧板上均匀分布。内箱1-7设有进风口1-8的侧板的对侧侧板上设有出风口1-9，出风口1-9为一组，且出风口1-9在内箱1-7的侧板的正中间。进风口1-8处设有温控装置1-4，温控装置1-4包括加热器和制冷器，分别用于空气加热和空气制冷，加热器和制冷器为现有技术，此处不再赘述。外箱1-6的侧板与内箱1-7的侧板之间的间隙位于出风口1-9的两侧均设有回风机1-5。
33.通过上述设计，使进风口1-8、内箱1-7的内部空间、出风口1-9、外箱1-6 与内箱1-7之间的间隙形成循环回路。图1所示回风机1-5处为局部剖视图，图 2箭头所示为箱体1-1内空气流动的方向，即进风口1-8-内箱1-7-出风口1-9-环向通道。
34.其中，内箱1-7顶板、底板和侧板的内侧和/或外侧均贴附设有隔热保温层，以提高内箱1-7中的恒温效果。可选的是，隔热保温层为隔热保温棉。
35.为配合电池组1-2工作，加热器、制冷器和回风机1-5均与bms电池管理系统连接，bms电池管理系统中包括温度传感器等部件。
36.当温度传感器检测到电池箱内部温度过低时，bms电池管理系统将启动加热器对电池箱内部加热，具体的，加热器的热风通过图2所示中间三条箭头的方向引入电池箱内部，热气流穿过所有单体电池对其加热，在加热器的对侧将冷空气排出，再经过回风机1-5的作用将冷空气通过图2所示两侧反向箭头的方向引入加热器端继续加热，当电池箱内部温度达到要求值时，bms电池管理系统将会关闭加热器。
37.当温度传感器检测到电池箱内部温度过高时，bms电池管理系统将启动制冷器对电池箱内部散热，具体的，制冷器的冷风通过图2所示中间三条箭头的方向引入电池箱内部，冷气流穿过所有单体电池对其降温，在制冷器的对侧将热空气排出，再经过回风机1-5的作用将热空气通过图2所示两侧反向箭头的方向引入制冷器端继续制冷，当电池箱内部温度达到要求值时，bms电池管理系统将会关闭制冷器。
38.总的来说，本实施例的恒温电池箱采用双层结构设计，将内箱1-7作为电池组1-2
的装配空间，外箱1-6与内箱1-7之间的间隙作为循环风道，并结合温控装置1-4和回风机1-5对内箱1-7中的电池组1-2进行控温，不仅能使电池组1-2 在高温条件下有效散热，而且能够在低温条件下有效加热，从而始终工作在适宜的环境温度下，极大地提高了整车的安全可靠性和续航里程。
39.实施例2：
40.请参阅图3-6所示，在实施例1的基础上，恒温电池箱中设有若干框架式电池模组。框架式电池模组包括单体电池2-1、绝缘端座2-2、电极软连接板2-6 和绝缘护罩2-4。
41.本实施例中，单体电池2-1为八组，且其为圆柱状，单体电池2-1选用磷酸铁锂电池。
42.绝缘端座2-2为两组，且其为矩形，绝缘端座2-2上设有八组t型通孔2-2-1，且t型通孔2-2-1与单体电池2-1相适配，即t型通孔2-2-1的其一直径与单体电池2-1的直径相同、另一直径小于单体电池2-1的直径，使单体电池2-1插入 t型通孔2-2-1后可以露出电极，八组单体电池2-1设置在两绝缘端座2-2之间，且每一单体电池2-1的两端分别插入两绝缘端座2-2上对应的t型通孔2-2-1之中以被独立支撑，两绝缘端座2-2通过第一连接件2-3锁紧并将两者之间的单体电池2-1固定。本实施例中，绝缘端座2-2上的t型通孔2-2-1呈两列分布，每列包含四组t型通孔2-2-1。
43.上述技术方案，可选的是，第一连接件2-3为双头螺栓杆。
44.电极软连接板2-6为两组，两电极软连接板2-6分别固定在两绝缘端座2-2 远离单体电池2-1的一侧，电极软连接板2-6与每一单体电池2-1与之靠近一端的电极电性连接。
45.具体的，电极软连接板2-6上设有连接孔2-6-1且连接孔2-6-1与绝缘端座 2-2上的t型通孔2-2-1一一对应，电极软连接板2-6通过第二连接件2-7配合连接孔2-6-1与对应单体电池2-1与之靠近一端的电极电性连接。可选的是，第二连接件2-7为螺钉。上述电性连接方式能够使电极接触更趋稳定，防止短路和接触不良等安全事故。
46.绝缘护罩2-4为两组，两绝缘护罩2-4分别固定在两绝缘端座2-2上电极软连接板2-6的外侧。其中，绝缘护罩2-4顶部设有手提结构2-5，利于电池模组搬运与装配。优选的是，手提结构2-5为提手线，减少体积占用。
47.在上述结构的基础上，绝缘端座2-2上与单体电池2-1轴向非对应的区域设有若干第一散热孔2-2-2，绝缘护罩2-4上与单体电池2-1轴向非对应的区域设有若干第二散热孔2-4-1，使各单体电池2-1的间隙、第一散热孔2-2-2、第二散热孔2-4-1形成散热风道，利于两绝缘端座2-2之间所设单体电池2-1沿其轴向散热。
48.优选的是，电极软连接板2-6为与绝缘端座2-2上所设两列t型通孔2-2-1 匹配的u型结构，以减小面积并避免遮覆第一散热孔2-2-2和第二散热孔2-4-1。
49.电池模组装配时，首先将所有单体电池2-1一端装入绝缘端座2-2内，随后套装上另一绝缘端座2-2，采用四组双头螺栓杆将两绝缘端座2-2初步锁紧，并施加规定力矩使单体电池2-1完全固定，保证所有单体电池2-1与绝缘端座2-2 接触到位；然后安装用于正负极并联的电极软连接板2-6，拧紧螺母，保证电极软连接板2-6与所有单体电池2-1的正负极接触良好；最后安装两端的绝缘护罩 2-4和提手线。
50.电池箱装配时，将组装好的电池模组放入电池箱内，电池模组的排列顺序和位置可按实际车辆的需求而变化，电池模组的正极和负极接电池箱输出动力电源线。
51.总的来说，本实施例的恒温电池箱中所设框架式电池模组解决了单体电池成组技术中遇到的安装、维护、电池热管理、轻量化以及安全可靠性等核心问题。对电池在加热、过充或过放电流、振动、挤压等条件下可能导致寿命缩短以致损坏以及诱发着火、爆炸等事件起到了很好的保护和预防作用，也极大的延长了电动汽车的续航里程。
52.当然，以上仅为本实用新型较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的使用范围，故，凡是在本实用新型原理上做等效改变均应包含在本实用新型的保护范围内。