一种基于机车的改进型动力电池模块结构的制作方法

本实用新型属于动力电池系统的技术领域，具体而言，涉及一种基于机车的改进型动力电池模块结构。

背景技术：

混合动力车多数以电动机推动，能源则来自电池及内燃机。混合动力车多数无需从电网上充电，但是消耗汽油较少，而加速表现却较佳。被视为比普通由内燃引擎发动车辆较为环保的选择。

动力电池系统散热是一直困扰行业的难题，围绕动力电池系统散热展开的研究也持续多年，由于动力电池系统的要求越来越高，其能量密度也越来越高，而且需要满足ip67防护安全级别的要求，动力电池系统使用寿命长几乎成了行业的标准配置，而因各种因素的限制，目前市场上主流的散热方式只有液冷，风冷和自然冷却三种。然而，液冷方式的动力电池系统结构复杂，成本高，风冷方式的动力电池系统结构均衡性差，难以满足ip67防护安全级别的要求，自然冷却的方式则效率低，冷却速度慢。因此,动力电池系统散热技术上以风冷作为突破点。

现有的动力电池系统主要存在以下问题：

(1)多采用风冷结构，但为保证其内部风道的密封性，导致内部装配结构较为复杂，生产和组装过程均较为复杂；

(2)多采用整体结构设计，导致后期的检修、维修难度较大，若开设检修门虽然能够解决后期检修难度大的问题，但检修门的密封效果不佳，影响整体结构的散热性能；

(3)在动力电池系统中缺乏相应的防火材料，导致动力电池系统在使用过程中，不能够及时避免火灾事故的发生；

(4)在现有的动力电池模块中顶盖与壳体多为整体结构，或采用螺栓的形式连接，导致顶盖的拆卸过程较为复杂，不能够对动力电池模块内部进行高效清理。

技术实现要素：

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种基于机车的改进型动力电池模块结构以达到实现动力电池系统的内部模块化设计以简化生产和组装要求，并通过改进动力电池内部结构以优化其散热性能和后期维护成本的目的。

本实用新型所采用的技术方案为：一种基于机车的改进型动力电池模块结构，包括壳体，该壳体内设有至少一个冷却风道，冷却风道与壳体之间设有回风风道；所述冷却风道内设有至少一个电池腔，且冷却风道上密封装配有与各个电池腔对应匹配的检修门，各所述电池腔内均装有动力电池包；所述检修门的周围均匀分布有多个压紧机构，各所述压紧机构均装于壳体上并对该检修门提供压紧作用力；还包括空调机组，该空调机组的出风口、冷却风道、回风风道和空调机组的进风口依次连通并形成循环通路。

进一步地，所述压紧机构包括转动设于所述壳体上的l型压杆，所述l型压杆的端部设有压紧弹簧杆，压紧弹簧杆的端部转动连接有压轮座且压轮座上装有压轮，仅需转动l型压杆，使其端部的压轮压紧或脱离所述检修门的表面，即可实现检修门的良好密封或打开，对壳体内部的密封性提供可靠保障。

进一步地，还包括顶盖，该顶盖的一侧铰接于所述壳体的端部上，另一侧设有对其锁紧的锁紧机构，且所述空调机组位于该顶盖内，顶盖用于对其内部管路、风道和各个器件保护。

进一步地，所述锁紧机构包括铰接于所述壳体上的u型挂架，该u型挂架内均匀分布有多个压紧弹簧杆，各所述压紧弹簧杆的端部装有挂轮座且挂轮座上装有挂轮；所述顶盖的一侧设有与所述u型挂架对应匹配的外沿，且外沿上设有内倾槽口，仅需转动u型挂架，使其挂靠或脱离所述顶盖，便可对顶盖进行快速装配锁紧或拆卸，以保证顶盖内部能够及时清理，确保空调机组处于良好的工作环境。

进一步地，还包括位于所述顶盖内的泄压管道，泄压管道的一端装有防爆泄压器，另一端与所述冷却风道密封连接，以对壳体内部起到防爆保护。

进一步地，所述壳体内设有动力电池仓，该动力电池仓的两端分别开设有电池仓进风口和电池仓出风口，电池仓进风口、动力电池仓的内腔和电池仓出风口连通以形成所述冷却风道，且壳体上开设有与动力电池仓相通的检修口，检修口上配设有所述检修门。

进一步地，所述壳体内设有与所述电池仓出风口连通的通风风道，通风风道的另一端连接有导流管，导流管与所述回风风道连通；所述导流管内转动设置有导流叶片，且导流叶片与通风风道的出口相对应，采用导流叶片可良好利用经通风风道排出的空气，在导流叶片的旋转过程中可起到辅助导流的作用，不会额外耗费电路和产生热量。

进一步地，各所述电池腔沿纵向方向分布于所述冷却风道内，以提升动力电池模块内部空气对流的效果。

进一步地，所述壳体内设有接触器箱，该接触器箱内设有多个熔断器，各个熔断器分别与各所述动力电池包连接。

进一步地，所述检修门、顶盖、壳体的底部、壳体的侧部和电池腔的侧部均采用防火墙制成，防火墙由绝热材料和贴附于绝热材料两侧的钢板构成，以起到良好的防火作用。

本实用新型的有益效果为：

1、采用本实用新型所提供的基于机车的改进型动力电池模块结构，通过在其内部设置多个电池腔，各个电池腔内装配动力电池包，以实现模块化的设计，便于生产和组装，简化生产流程，节约生产周期，同时，在后期应用过程中，既可以实现单独对动力电池包进行起吊和检修，也可以实现动力电池模块结构的整体起吊和检修，为运行后期检修的多样性和快捷性提供保证，同时便于极端故障后迅速吊离。

2、在动力电池模块结构内部通过空调机组、通风机、回风风道、冷却风道形成循环通路，循环通路的空气流通能够对每个动力电池组实现通风和冷却的作用，同时，在空气流动过程中，在导流叶片的作用下能够辅助加快空气在循环通路内从上至下的流动速度，达到快速冷却电池的作用，且导流叶片不会额外耗费电能，也不会额外产生热能，使用成本更低且对电池包的影响更小。

3、在检修门、顶盖、壳体的底部、壳体的侧部和电池腔的侧部均采用防火墙结构，由于各个电池腔均设有防火墙结构，若电池出现热失控后，将每个动力电池仓防火隔热进行了有效分割，同时，对动力电池仓内动力电池包也进行隔离，动力电池包及电池腔进行绝缘设计，有效实现能量分割和物理隔离。

4、在检修门的四周均匀分布有多个压紧机构，当检修门装配在检修口上，再通过各个压紧机构对检修门进行压紧，能够对检修门提供均匀的压紧力，以防止检修门关门后，因其密封效果不佳，导致壳体内部散热效果较差的问题；同时，在壳体上装配锁紧机构，通过锁紧机构对顶盖进行快速锁紧或打开，以便于工作人员对顶盖内进行维护和检修。

附图说明

图1是本实用新型提供的基于机车的改进型动力电池模块结构的整体结构示意图；

图2是图1的内部局部结构示意图；

图3是本实用新型提供的基于机车的改进型动力电池模块结构中动力电池仓的结构示意图；

图4是本实用新型提供的基于机车的改进型动力电池模块结构中冷风循环示意图；

图5是本实用新型提供的基于机车的改进型动力电池模块结构中防火墙的布置示意图；

图6是本实用新型提供的基于机车的改进型动力电池模块结构中防火墙结构示意图；

图7是本实用新型提供的基于机车的改进型动力电池模块结构中压紧机构的结构示意图；

图8是本实用新型提供的基于机车的改进型动力电池模块结构中锁紧机构的装配结构示意图；

图9是本实用新型提供的基于机车的改进型动力电池模块结构中u型挂架的结构示意图；

图10是本实用新型提供的基于机车的改进型动力电池模块结构中导流叶片的装配结构示意图；

附图中标注如下：

壳体-1，动力电池包-2，顶盖-3，空调机组-4，检修门-5，接触器箱-6，导流管-7，防爆泄压器-8，风管-9，动力电池仓-10，壳体板-11，中间隔板-12，回风风道-13，出风风道-14，通风风道-15，钢板-16，泄压管道-17，绝热材料-18，l型压杆-19，压紧弹簧杆-20，压轮座-21，压轮-22，内倾槽口-23，u型挂架-24，挂轮-25，导流叶片-26。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例1

如图1所示，在本实施例中具体提供了一种基于机车的改进型动力电池模块结构，包括壳体1，该壳体1由钢结构制成，以作为整个模块结构的承载体，在该壳体1内设有2个并排排列的动力电池仓10，各所述动力电池仓10的两端分别开设有电池仓进风口和电池仓出风口，电池仓进风口、动力电池仓10的内腔和电池仓出风口连通以形成所述冷却风道，冷却风道用于流通经空调机组4排出的冷空气，并在冷却风道内实现冷空气与动力电池包2所产生的热量进行热交换；动力电池仓10的外部与与壳体1之间设有回风风道13，回风风道13用于流通经动力电池仓10之后的热空气。

如图6所示，在动力电池仓10的冷却风道内设有5个电池腔，各所述电池腔内均装有动力电池包2，各所述电池腔沿纵向方向分布于所述冷却风道内，以实现空调机组4排出的冷空气由上至下流动过程中并进行热交换。

如图1所示，在冷却风道上密封装配有与各个电池腔对应匹配的检修门5，检修门5可进行开启或关闭，所述检修门5的周围均匀分布有多个压紧机构，压紧机构装于壳体1上并对所述检修门5提供压紧作用力；以实现当其关闭时，能够对检修口进行密封并保证冷却风道的密封性；当其开启时，能够对单个动力电池包2进行起吊和检修。

优选的，在本实施例中，如图7所示，所述压紧机构包括转动设于所述壳体上的l型压杆19，所述l型压杆19的端部设有压紧弹簧杆20，压紧弹簧杆20的端部转动连接有压轮座21且压轮座21上装有压轮22，压轮22设为球形轮；所述压紧弹簧杆20包括套座和套设于该套座内的压紧杆，所述压紧杆与套座的底部之间设有弹簧，在压紧杆的端部装有所述压轮座21，当需要对检修门5进行压紧密封时，仅需扳动l型压杆19，并使压轮22滚动至检修门的表面上即可，由于检修门的周围均受到压紧弹簧杆20的作用力，可保证检修门在配合密封胶条(密封胶条设于检修口的四周或检修门的四周均可)的作用下能够起到良好的密封性。

在壳体1上开设有与动力电池仓10相通的检修口，检修口上密封装配有所述检修门5，检修口与检修门5之间设有密封胶条。在本实施例中，如图3所示，采用如下结构设计壳体1和动力电池仓10，所述壳体1包括安装架和包覆在安装架周围的壳体板11，在安装架的内部还装配有多个相互平行的中间隔板12，相邻两中间隔板12之间则形成所述冷却风道，在壳体1的壳体板11上则开设有检修口，检修口上铰接有所述检修门5，打开检修门5后即可对冷却风道内部的动力电池包2进行吊装检修。

如图1、图8所示，还包括顶盖3，该顶盖3密封装配于所述壳体1的端部，且顶盖3内装有空调机组4，在本实施例中，空调机组4设有两台并分别对两个动力电池仓10内部提供冷风，该空调机组4的出风口、冷却风道、回风风道13和空调机组4的进风口依次连通并形成循环通路。优选的，在壳体1与动力电池仓10之间形成回风风道13，回风风道13的端部通过风管9与所述空调机组4的进风口连通(如图2所示)，以将热风传输到空调机组4中进行热交换冷却；在空调机组4的出风口设有出风风道14，出风风道14与所述冷却风道的内部连通。

由于空调机组位于顶盖内部，一方面，空调机组在工作时需具有良好的通风环境以进行散热，因此，顶盖上需开设有散热口进行通风，必然会导致外界灰尘进入顶盖内，需定期对其清理；另一方面，顶盖内包含多处密封连接口，需对其定期进行检修，为进一步提升工作效率，如图8所示，将顶盖的一侧铰接于所述壳体的端部上，另一侧设有对其锁紧的锁紧机构，在锁紧机构的配合下，实现对顶盖的快速开启或锁紧关闭。

优选的，如图8、图9所示，所述锁紧机构包括铰接于所述壳体上的u型挂架24，该u型挂架24内均匀分布有多个压紧弹簧杆20(压紧弹簧杆20的结构类似于上述所记载的结构)，各所述压紧弹簧杆20的端部装有挂轮座且挂轮座上装有挂轮25，该挂轮25的转轴方向与所述顶盖的铰接轴方向相平行；所述顶盖的一侧设有与所述u型挂架24对应匹配的外沿，且外沿上设有内倾槽口23，内倾槽口23可对挂轮25起到辅助锁定作用，当u型挂架24翻转之后挂在所述外沿上时，挂轮25则会落入至内倾槽口23内，通过挂轮25压紧在内倾槽口23内，并通过压紧弹簧杆20对顶盖的外沿提供足够的压紧作用力，此时，顶盖关闭牢固；反之，扳动u型挂架24则可促使挂轮25脱离内倾槽口23，此时，顶盖则能够顺利打开。

所述顶盖3内设有泄压管道17(附图未示出)，泄压管道17的一端装有防爆泄压器8，防爆泄压器8应设置在远离人工操作区和危险源，保证人员安全，防止次生灾害，另一端与所述冷却风道密封连接，当动力电池仓10的内部空气压力过大时，可通过防爆泄压器8实现泄压。在本实施例中，在顶盖3的两侧分别设有泄压管道17，若动力电池系统热失控后，动力电池包2的内部会产生大量的热能和化学能，并释放大量气体。当动力电池仓10的内部气压过大时，防爆泄压器8启动，动力电池仓10内气压差减小，延缓对壳体1的整体框架结构造成破坏。优选的，泄压的排气方向朝向机车的两侧面，避免对司乘人员造成危害以及对设备形成损害。

具体使用过程中：防爆泄压器8的泄压值应低于动力电池包2在热失控时产生可燃气体浓度，实现了防爆泄压器8在动力电池模块内可燃气体浓度达到电池失效产生的可燃气体爆炸浓度前的压力值时打开，泄放动力电池仓10内的压力，第一时间降低可燃气体的浓度。

如图10所示，在所述壳体1内设有与所述电池仓出风口连通的通风风道15，通风风道15的另一端连接有导流管7，导流管7与所述回风风道13连通；所述导流管7内转动设置有导流叶片26，且导流叶片26与通风风道15的出口相对应，在本实施例中，导流叶片26能够辅助加快空调机组4冷风在动力电池包2内部循环速度，使动力电池包2快速冷却，电池不易过热。优选的，该通风风道15设有风道出口，风道出口的周围均设有倾斜的导流面，以能够快速收集冷却风道内部的热空气并从该风道出口排出，风道出口与所述导流叶片26相对应，在风道出口排风的作用下促使导流叶片26转动，以辅助加快空气的流动(不会因风道的转弯对风速产生影响)最终进入至回风风道13。再者，运用导流叶片26借助排风作用力进行导流，能够加速空气的循环，相较于采用通风机加速空气流动，本方案不会额外耗费电能(节约整体的散热运行成本)，也不会额外产生热能(对电池包的影响更小)。

如图1所示，在所述壳体1内设有接触器箱6，各个所述动力电池包2的输出连接至该接触器箱6，该接触器箱6内设有多个熔断器，各个熔断器分别与各所述动力电池包2连接。熔断器在电路发生短路情况下，可直接对电路进行保护，且该熔断器额定电流低于动力电池包2内部预设熔断器的额定电流，各个单节动力电池包2均设置熔断器，在外围主电路出现短路的情况下，以免故障蔓延到动力电池模块结构内；同时，还可实现不同动力电池包2之间短路保护。

本实施例所提供的基于机车的改进型动力电池模块结构，如图4所示，其工作原理如下：

动力电池模块结构包括两个动力电池仓10，每个动力电池仓10设置有独立通风冷却系统。动力电池仓10的通风由独立的通风风道15和回风风道13完成。通风风道15和回风风道13分别由动力电池仓10外侧的安装架及动力电池仓10顶部的密封结构隔绝，防止串风。

冷却时，顶部的空调机组4提供冷却风源对下部的动力电池仓10内部进行通风和散热，动力电池仓10的四周侧面封闭实现由上至下通风，在动力电池仓10内部循环后的热风进入下部空腔并通过周围空间进入通风风道15，通风风道15经导流叶片26进行辅助导流后，最后进入空调机组4内部进行冷却压缩，并进行下一个循环以达到对动力电池包2的内部进行通风和冷却的作用。

实施例2

如图5所示，若电池出现热失控后，电池内部的电能和化学能释放出来，电池会产生可燃性气体，进而升温、爆燃，为进一步提升该动力电池模块结构的防火隔热作用，将所述壳体1的底部、壳体1的侧部和电池腔的侧部均采用防火墙制成，在实施例1的基础上，在所述安装架侧面和底面的壳体板11均替换成防火墙，将组成所述动力电池仓10的中间隔板12也采用防护墙，并且将所述检修门5和顶盖3也采用防火墙制成，以最终实现将实施例1中两个动力电池仓10完全进行物理隔离。

设置于所述壳体1外部的防火墙、以及其内部的中间隔墙，将每个动力电池仓10的防火隔热进行了有效分割，同时，对动力电池仓10内相邻两电池腔之间也采用防火墙(该防火墙上应开设有足够多的通风孔)进行隔离，动力电池仓10与电池腔之间进行绝缘设计，有效实现能量分割和物理隔离。

如图6所示，本实施例中采用的防火墙包括绝热材料18和贴附于绝热材料两侧的钢板16构成，绝热材料18采用陶瓷纤维，具有低导热率、良好的隔热性能。

动力电池模块结构的内部动力电池包2发生热失控后，在防火墙进行隔热之后，不会导致相邻动力电池仓10也发生热失衡，可给司机采取救援措施与逃生留有足够时间，也能有效防止故障进一步扩大。

本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。