CN208173642U - 电池箱、电池包和电动汽车 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电池箱、电池包和电动汽车，其中电池箱包括箱壁，箱壁内设置有用于流通液氮的液氮流道，所述箱壁上设置有与所述液氮流道相连的液氮充入口以及与所述液氮流道相连的排氮泄压阀。本申请能够快速降温并使箱内空间维持在较长低温环境下，延长电池包的循环充放电寿命。

Description

电池箱、电池包和电动汽车

技术领域

本申请涉及电池技术领域，具体涉及一种电池箱、配置该电池箱的电池包、配置该电池包的电动汽车。

背景技术

现在电动汽车大发展，大多数电动汽车用锂离子电池作动力电源。为保障安全，所有的锂离子电池组都装有检测电池状态并进行实时控制的电子设备--管理系统。电池运行时产生大量热，使其温度升高，尤其是炎热的夏天，经长途运行到达充电站，电池组内部温度经常达到或高于允许充电的最高温度，管理系统保护，不能正常充电。等待它自然冷却，在炎热的太阳下时间会很长。若能快速冷却无疑是一个节约时间提高效率的好办法。

肖克建等在CN2011110110666.9中提出了用液氮的汽化吸热实现快速降温的方法。降温速度快，成本低，是个好方法。他们使用特制冷却容器，内装冷却通道，进口开关阀，出口开关阀，压力表，液氮罐，液氮压力传感器，温控液氮流量自动控制阀，液氮压力传感器，液氮压力异常报警装置，温度处理模块等，是一套完整的流体控制系统。然而这种结构是在太复杂了。

其实，CN2011110110666.9中的氮气阀一开，冷却通道马上就可充满。让氮气温度和电池温度平衡在时间上是不允许的，氮气必须在电池组里面流动，所以是一个基本持续进气排气的过程。CN2011110110666.9要依电池的温度控制氮气流量，达到节省氮气的效果，实际意义不大，只要输入压力足够低，对排出压力作适当的控制，便可以达到基本不浪费的目的。

发明内容

本申请目的是：针对上述技术问题，本申请提出一种能够快速降温并能够使箱内空间维持在较长低温环境下的电池箱，以延长电池包的循环充放电寿命，同时还提出了一种配置有这种电池箱的电池包以及配置这种电池包的电动汽车。

本申请的技术方案是：

一种电池箱，包括箱壁，所述箱壁内设置有用于流通液氮的液氮流道，所述箱壁上设置有与所述液氮流道相连的液氮充入口以及与所述液氮流道相连的排氮泄压阀。

本申请这种电池箱在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：

所述箱壁内还设置有相变材料容置腔，所述相变材料容置腔中设置有相变材料。

所述液氮充入口处设置有进氮电磁阀。

所述进氮电磁阀与BMS电池管理系统电路连接。

所述排氮泄压阀和所述进氮电磁阀均为单向阀，并且所述排氮泄压阀设置有至少两个。

所述进氮电磁阀的出口连接有至少两根液流管，所述液氮流道形成于所述液流管内。

所述箱壁由若干块拼装在一起的铝合金型材固定连接而成，所述铝合金型材的型腔形成所述液氮流道和所述相变材料容置腔。

所述相变材料容置腔与所述液氮流道紧邻布置。

所述相变材料容置腔环绕所述液氮流道布置。

一种电池包，包括电池箱和收容于所述电池箱内的电池，所述电池箱采用上述电池箱的结构形式。

一种电动汽车，包括：

车架，

形成于所述车架上的动力电池包安装架，以及

固定安装在所述动力电池包安装架上的动力电池包；

所述动力电池包采用上述电池包的结构形式。

作为优选，所述动力电池包安装架上设置有：

用于流通液氮的液氮流道，

与所述液氮流道相连的液氮充入口，以及

与所述液氮流道相连的排氮泄压阀

本申请的优点是：

1、本申请利用液氮作为冷媒，成本低且无污染，并能够快速降低电池包温度，每次对电池包充电之前，利用少许时间预先向液氮流道充入液氮使电池包迅速冷却，即可避免电池包充电时温度过高，延长电池包的使用寿命。每次充电无需占用较多时间便能够对电池包形成快速低温保护，非常方便。

2、本申请在电池外箱内还封闭设置有相变材料，充入的低温液氮首先大量吸收相变材料的温度，再利用低温的相变材料缓和地吸收箱内电池的热量，如此既能够使电池箱内的电池长时间维持在相对低温的状态，以补偿因充电而产生发热，又可防止箱内电池温度急剧降低而影响电池性能。

3、泄压排氮阀采用单向阀，不会影响电池箱的防水密封功能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。

图1为本申请实施例中电池包在动力电池包安装架上的安装结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为图1的X1部放大图；

图4为图1的X2部放大图；

图5为图2的X3部放大图；

图6为进氮电磁阀的安装位置示意图；

图7为排氮泄压阀的结构简图。

其中：1-箱壁，2-液氮流道，3-液氮充入口，4-排氮泄压阀，5-进氮电磁阀，6-相变材料容置腔，7-电池，8-动力电池包安装架，A-液氮，B-相变材料。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本申请而不限于限制本申请的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

图1和图2为本申请这种电池包应用于电动汽车上作为电动汽车动力电池包的结构示意图。其中，附图标记8表示电动汽车的动力电池包安装架，其为电动汽车车架的一部分，该电动汽车可以是纯电动汽车，也可以是油电混合动力汽车。附图标记1为电池箱的箱壁，附图标记7电池电池箱内的电池，二者共同构成该电池汽车的动力电池包。本实施例中，电池箱内的电池7为锂离子电池组，其包括众多串并联组合在一起的圆柱形锂电池单体。

本实施例的关键改进在于，所述箱壁1内设置有用于流通液氮A的液氮流道2，箱壁1上还设置有与所述液氮流道2相连的液氮充入口3以及与所述液氮流道2相连的排氮泄压阀4。

当该电池包需要充电时，预先将液氮瓶的出氮管插接到箱外的液氮充入口3上，轻轻打开液氮瓶出氮口的减压阀，将压力调到0.05MPa左右，从而向箱壁1内的液氮流道2充入超低温的液氮。超低温的液氮进入电池箱的箱壁1内，迅速吸收箱壁1的热量，箱壁吸收箱内电池7的热量，使箱内电池迅速降温。若液氮因温度升高而气化成氮气，液氮流道2内的压力必然会升高，当压力超过预设阈值时，氮气就会从排氮泄压阀4排除，从而避免箱壁内气压过高而产生安全事故。充氮过程用时极短，仅需几秒即可完成，充氮完成后，再对电池包进行充电，如此可避免电池包因充电而温度过高缩短电池包使用寿命的问题。而且在电池包充电完成后，可再向电池箱箱壁内充一次液氮。

如果充入箱壁1内的液氮直接通过箱壁吸收内部电池7的热量，那么电池7的温度将会下降的非常快，这很可能会导致电池7温度过低(比如零下几十度)而影响电池的充放电性能，比如难以或无法充电。为了避免这样问题，本实施例在所述箱壁1内还设置了封闭的相变材料容置腔6，并在相变材料容置腔6中设置相变材料B。本实施例中该相变材料B常温下为固态(或液态)，当其吸收足够多的热量后会由固态相变为液态。

这样一来，进入液氮流道2中的超低温液氮先吸收相变材料B的热量，使相变材料B的温度急剧降低并始终保持为固态(若相变材料B初始状态为液态，则相变材料B放热先由液态变为固态，进一步放热后变为低温固态)，低温的固态的相变材料B再相对缓和地吸收箱内电池的热量，使箱内电池的温度缓缓降低，如此既能够使电池箱内的电池长时间维持在相对低温的状态，使其在充电过程中缓慢补偿因充电而产生发热，又可防止箱内电池温度急剧降低而影响电池充放电性能。

当电池包的温度比较高时，相变材料B吸收电池包热量温度随之升高。当相变材料B吸收到足够的热量后，其由固态相变为液态(固液混合体)。并且在该相变过程中相变材料只吸收热量而温度不会升高(此为相变材料的自身特性)，如此可在一定程度上避免电池包温度过高。向箱壁内充入液氮后，液态的相变材料迅速吸收热量而变为低温的固体形态，为再次吸收电池包热量做好准备。

并且，本实施例在上述液氮充入口3处还设置有进氮电磁阀5，并将该进氮电磁阀5的控制线接入该电池包的BMS电池管理系统。在充液氮时，BMS电池管理系统预先打开该进氮电磁阀5，液氮经过进氮电磁阀5流入液氮流道2，充入所需量的液氮后，电磁阀5关闭，液氮停止进入。并且，液氮的充入量可通过BMS电池管理系统来控制，BMS电池管理系统根据箱内电池7的初始温度控制进氮电磁阀5的开启时间，一般来说，箱内电池7的初始温度越高，进氮电磁阀5的开启时间越长。

本实施例中，上述排氮泄压阀4和进氮电磁阀5均为单向阀，其中排氮泄压阀4只能向外界排氮，而进氮电磁阀5只允许向液氮流道2充氮。

考虑到排氮泄压阀4对该电池包的安全性起到至关重要的作用，如果排氮泄压阀4损坏而导致其无法泄压，那么存在电池箱爆炸的安全隐患。对此，我们设置了多个排氮泄压阀4，当其中一个排氮泄压阀4损坏后，还有其他排氮泄压阀4正常工作。

为了减小电池箱内电池7各处的温度差，保证箱内电池组的温度均一性，我们最好在电池箱箱壁各个范围均设置液氮流道2，也即：使液氮流道2尽可能多的环绕在箱内电池的外围各处。

本实施例中，上述电池箱的箱壁1是由多块拼装在一起的铝合金型材固定连接而成的，并利用铝合金型材自身的型腔来形成上述的液氮流道2和相变材料容置腔6。

当然，上述液氮流道2和相变材料容置腔6也可以采用其他结构形式，比如：在上述进氮电磁阀5的出口连接一根或多根液流管，利用所述液流管的管腔形成所述液氮流道2。

为了提高液氮流道2内液氮A对相变材料容置腔6内相变材料的吸热效率，最好将相变材料容置腔6与液氮流道2紧邻布置。同时，为了让液氮A尽可能多的吸收相变材料B而非箱壁或周围环境的热量，最好将相变材料容置腔6环绕在液氮流道2外围布置。

此外，再参照图1和图2所示，本实施例对安装上述电池包的电动汽车的动力电池包安装架8也进行了类似改造：动力电池包安装架8上也设置有用于流通液氮A的液氮流道2，同时在动力电池包安装架8上设置了与所述液氮流道2相连的液氮充入口(图中未画出)以及与所述液氮流道2相连的排氮泄压阀(图中未画出)。图3为排氮泄压阀的结构示意图。该电池包安装架8的液氮充入口处也设置有进氮电磁阀5，进氮电磁阀5的控制线接入电池包的BMS电池管理系统。

这样，在动力电池包充电前后，我们可以向动力电池包安装架8的液氮流道2通入低温液氮，利用液氮降低电池包安装架8的温度，进而降低与电池包安装架8相接触的电池包的温度。

上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种电池箱，包括箱壁(1)，其特征在于，所述箱壁(1)内设置有用于流通液氮(A)的液氮流道(2)，所述箱壁(1)上设置有与所述液氮流道(2)相连的液氮充入口(3)以及与所述液氮流道(2)相连的排氮泄压阀(4)。

2.根据权利要求1所述的电池箱，其特征在于，所述箱壁(1)内还设置有相变材料容置腔(6)，所述相变材料容置腔(6)中设置有相变材料(B)。

3.根据权利要求1或2所述的电池箱，其特征在于，所述液氮充入口(3)处设置有进氮电磁阀(5)。

4.根据权利要求3所述的电池箱，其特征在于，所述进氮电磁阀(5)与BMS电池管理系统电路连接。

5.根据权利要求3所述的电池箱，其特征在于，所述排氮泄压阀(4)和所述进氮电磁阀(5)均为单向阀，并且所述排氮泄压阀(4)设置有至少两个。

6.根据权利要求3所述的电池箱，其特征在于，所述进氮电磁阀(5)的出口连接有至少两根液流管，所述液氮流道(2)形成于所述液流管内。

7.根据权利要求2所述的电池箱，其特征在于，所述箱壁(1)由若干块拼装在一起的铝合金型材固定连接而成，所述铝合金型材的型腔形成所述液氮流道(2)和所述相变材料容置腔(6)。

8.根据权利要求2所述的电池箱，其特征在于，所述相变材料容置腔(6)与所述液氮流道(2)紧邻布置。

9.根据权利要求7所述的电池箱，其特征在于，所述相变材料容置腔(6)环绕所述液氮流道(2)布置。

10.一种电池包，包括电池箱和收容于所述电池箱内的电池，其特征在于，所述电池箱采用如权利要求1-8中任一所述电池箱的结构。

11.一种电动汽车，包括：

车架，

形成于所述车架上的动力电池包安装架(8)，以及

固定安装在所述动力电池包安装架上的动力电池包；

其特征在于，所述动力电池包采用如权利要求10所述电池包的结构。

12.根据权利要求11所述的电动汽车，其特征在于，所述动力电池包安装架(8)上设置有：

用于流通液氮的液氮流道，

与所述液氮流道相连的液氮充入口，以及

与所述液氮流道相连的排氮泄压阀。