一種電池包風冷系統的製作方法
2023-05-10 01:20:56 2
本發明涉及電動汽車電子電路技術領域，具體涉及一種電池包風冷系統。
背景技術：
作為電動汽車、摩託車、摩託艇等大型設備內電器件的能量提供來源，動力鋰電池在充放電過程中，其內部發生的化學副反應以及電池內阻會產生大量的熱量，若長期處於高溫環境下，其充放電性能和工作壽命會大幅降低，而且會給電池包帶來安全隱患。為了讓電池包內的單體電池均工作在正常的溫度範圍內，電池包內一般會設計有散熱系統，目前國內電動汽車的動力鋰電池包採用的風冷式的散熱系統，普遍出現散熱不均衡以及散熱效果差的問題。
同時，風冷式的散熱系統，由於該系統通過將外部的空氣導入至電池包內並進行熱交換，因此電池包內的單體鋰電池處於未封閉狀態，存在電池包外部的液體通過導風管道進入到電池包內部的可能，尤其對於應用在摩託艇等大型水上交通設備的電池包，電池包外部的液體通過導風管道進入到電池包內的風險更高；為了解決外部液體通過導風管道進入到電池包內這個技術問題，目前一般通過在導流管內設置擋片，或者將入風管設置成具有拐角的兩段並在拐角處設置吸液部件，通過吸液部件對進入到入風管內的液體進行阻擋和吸液，雖然這兩種方案在一定程度上能夠防止液體進一步進入至電池包內，但是，防水效果並不理想。因此如何防止電池包外部的水分等液體進入到電池包內部，從而避免電池包內的單體電池短路以及其他電子元器件損壞，是一個亟需解決的技術問題。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種結構簡單、散熱效果好的電池包風冷系統，在動力鋰電池在充放電過程中，能夠對電池包進行散熱，且散熱較為均衡；同時，解決了電池包外部的水分等液體進入到電池包內部的技術問題，防水效果好。
本發明的技術方案如下：
一種電池包風冷系統，包括有箱體、位於箱體外且通過導流管與箱體內部連通的風機，箱體內腔前後兩側面之間連接有第一導流板和第二導流板，第一導流板頂端和第二導流板頂端均連接在箱體內腔頂部壁上，第一導流板底端和第二導流板底端均連接在箱體內腔底部壁上，第一導流板和第二導流板之間且靠近箱體內腔底部位置連接有一塊或多塊第三導流板；第一導流板、第二導流板以及第三導流板將箱體內腔分隔成第一導流風道、電池裝配腔、第二導流風道以及第三導流風道，第一導流風道通過第一導流板靠近底端部的位置上開設的第一導流孔與第三導流風道連通，第三導流風道通過第三導流板上開設的第三導流孔與電池裝配腔連通，電池裝配腔通過第二導流板上開設的第二導流孔與第二導流板連通；風機的出風口通過導流管與第一導流風道連通，第二導流風道通過導流管與外部連通。
第三導流板為多塊，多塊第三導流板平行布置在第一導流板和第二導流板之間且處於同一平面上；第三導流風道還通過多塊第三導流板之間的空隙與電池裝配腔連通。
電池包風冷系統還包括風罩，風罩通過倒風管與風機的進風口連接。
電池包風冷系統還包括設置在箱體外部的防水裝置，防水裝置包括安裝在箱體外壁上且與箱體底部壁平齊的水感應器、安裝在箱體內且與水感應器通信連接的控制晶片MCU以及安裝在導流管上且與控制晶片MCU通信連接的電磁閥，水感應器用於檢測水位以及將水位信號轉換為電壓信號並傳送至控制晶片MCU，控制晶片MCU用於接收電壓信號並控制電磁閥的通斷。
防水裝置還包括連接在控制晶片MCU與電磁閥之間的電磁閥驅動電路，電磁閥驅動電路包括光電耦合器U3以及繼電器LS1，光電耦合器U3的陽極通過電阻R6與電源VDD1連接，陰極通過電阻R7與電源VDD1連接，集電極與電源VDD2連接，發射極通過電阻R8與三極體Q1的基極連接；三極體Q1的基極還通過R9與地相接，三極體Q1的發射極與地相接，三極體Q1的集電極通過二極體D1與電源VDD2連接；繼電器LS1的接線端1與光電耦合器U3的集電極連接，接線端6與電源VDD2連接，接線端4與電源VDD4相連接，接線端3為控制信號輸出端。
電磁閥驅動電路分為三個部分，即以電阻R6、電阻R7以及光電耦合器U3構成的控制信號輸出部分、以電阻R8、電阻R9以及三極體Q1構成的驅動部分以及以二極體D1、繼電器LS1構成的控制部分；光電耦合器U3起隔離作用，處於關斷狀態的光電耦合器U3能夠防止控制信號進入從控制信號輸出部分進入驅動部分，從而抑制驅動部分的高頻幹擾進入控制部分；當控制信號以低電平的形式使電耦合器U3 的陽極和陰極導通後，致使光電耦合器U3的集電極和發射極導通，通過電阻R8，電阻R9分壓，使三極體Q1導通，輸出電流來驅動繼電器LS1，其中，二極體D1在繼電器器LS1關閉時構成放電通路，從而防止三極體Q1損壞。
控制晶片MCU（也稱為控制晶片或單片機，簡稱為「MCU」）作為一種微控單元，是防水裝置的數據處理和控制核心。在本發明中，控制晶片MCU用於獲取電壓值，根據該電壓值，控制電磁閥3的通斷。
控制晶片MCU用於在接收到電壓信號的情況下，發送關閉信號至電磁閥。
控制晶片MCU用於接收電壓信號，並獲取電壓值；在電壓值大於或等於閾值的情況下，發送關閉信號至電磁閥，或/和，在電壓值小於閾值的情況下，發送開啟信號至電磁閥。
控制晶片MCU還用於通過CAN總線獲取電池包內部溫度值，在電池包內部溫度值低於預設值的情況下，發送關閉信號至電磁閥。
防水裝置還包括連接在水感應器與控制晶片MCU之間的信號調理電路以及連接在信號調理電路與控制晶片MCU之間的A/D信號轉換電路，信號調理電路包括有同相放大器U1和電壓跟隨器U2，同相放大器U1的同相輸入端通過電阻R1與電壓信號輸入端VIN連接以及通過電容C1與地相接，同相放大器U1的反相輸入端通過電阻R3與地相接以及通過電阻R5與同相放大器U1的輸出端連接；電壓跟隨器U2的同相輸入端通過電阻R2與同相放大器U1的輸出端連接以及通過電容C2與地相接，電壓跟隨器U2的反相輸入端與電壓跟隨器U2的輸入端連接，電壓跟隨器U2的輸出端通過電阻R4與電壓信號輸出端連接。
信號調理電路分為由電阻R1、電容C1、同相放大器U1以及電阻R5構成的一級同相放大電路和由電阻R4、電容C2、電壓跟隨器U2以及電阻R4構成的一級電壓跟隨電路；由水感應器輸出的電壓信號經過由電阻R1和電容C2組成的低通濾波器濾除高頻雜波信號後進入同相放大器U1，經同相放大器U1將電壓信號放大後輸出至由電阻R2以及電容C2組成的低通濾波器並進入電壓跟隨器U2，由電壓跟隨器U2降低輸出阻抗後輸出至A/D信號轉換電路，由A/D信號轉換電路進行模數轉換。
防水裝置還包括與控制晶片MCU連接的復位電路，復位電路包括有復位晶片U4，復位晶片U4的接線端1與控制晶片MCU的復位端RESET連接，還通過電阻R10與電源VDD1連接以及通過電容C3與地相接，接線端4與控制晶片MCU的接線端1連接，復位晶片U4的接線端5連接電源VDD1以及通過電容C4與地相接，接線端2與地相接。
控制晶片在運行過程中易受到外部環境的幹擾，造成內部程序跑飛而陷入死循環，或造成內部程序運行中斷而陷入停滯狀態，而復位電路主要用於在控制晶片處於上述情況時，對控制晶片進行復位。當控制晶片MCU處於工作模式時，其通過接線端1不斷輸出「餵狗」的信號至復位晶片U4，復位晶片U4通過接線端4檢測到一次高低電平的變化即表示成功「餵狗」一次；如果復位晶片U4通過接線端4在1.6s內沒有檢測到一次餵狗信號，則復位晶片U4上的接線端1會輸出復位信號並輸出至控制晶片MCU，使控制晶片MCU的程序運行恢復到從程序存儲器的起始位置開始執行的狀態。
本發明所述的電池包風冷系統中，外部空氣經風罩進入風機，經風機產生的高壓氣流經過導流管進入第一導流風道，向下流動穿過第一導流板下端的第一導流孔進入第三導流風道，進入第三導流風道的氣流經第三導流板上均勻分布的第三導流孔以及多塊第三導流板之間的間隙進入電池裝配腔，均勻上升的高壓氣流帶走電池裝配腔內單體電池表面大量熱量，並穿過第二導流板進入導流管，由導流管排出，完成電池包風冷散熱的過程。
防水裝置中，水感應器在正常狀態下兩級探頭被空氣絕緣，而在浸水狀態下探頭導通；浸水狀態下水感應器迅速將水位信息轉換為電壓信號，電壓信號經過信號調理電路濾波和放大後傳遞至A/D信號轉換電路，電壓信號經A/D信號轉換電路由模擬信號轉變為數位訊號後輸出至控制晶片，控制晶片根據電壓信號控制電磁閥的通斷，其包括以下三種情況：
第一種，控制晶片在接收到電壓信號後，立即發送關閉信號至電磁閥，電磁閥立即關閉，同時電池包風冷系統工作停止，從而有效防止外部水分進入電池包風冷系統內部；第二種，控制晶片對電壓信號進行解析並獲取電壓值後，判斷該電壓值是否大於或等於閾值，在電壓值大於或等於閾值的情況下，發送關閉信號至電磁閥，同時電池包風冷系統工作停止，當控制晶片再次獲取的電壓值在小於閾值的情況下，則發送開啟信號至電磁閥，從而有效地對電磁閥的開啟與關閉進行智能控制，有效防止外部水分進入電池包風冷系統內部；第三種，控制晶片通過CAN總線獲取電池包內部溫度值，若電池包內部溫度值低於預設值，則電池包內部不需要進行風冷降溫，則控制晶片發送關閉信號至電磁閥，電磁閥關閉以及電池包風冷系統停止工作，防止外部水分進入電池包風冷系統內部。
本發明產生的有益效果：
1、本發明能夠對大功率的動力鋰電池在充放電過程中會產生的大量熱量進行散熱，散熱較為均衡，散熱效果好，且結構簡單；
2、本發明能夠根據水感應器感應浸水信息來智能控制電磁閥的開啟與閉合，有效解決了電池包外部的水分等液體進入到電池包內部的技術問題，從而確保電池包正常進行充放電，延長了電池的使用壽命。
附圖說明
構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
圖1是本發明所述的電池包風冷系統的結構示意圖；
圖2是圖1的左視圖；
圖3是本發明實施例一所述的防水裝置的示意圖；
圖4是本發明實施例二所述的防水裝置的示意圖；
圖5是本發明所述的信號調理電路的示意圖；
圖6是本發明所述的復位電路的示意圖；
圖7是本發明所述的電磁閥驅動電路的示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
實施例一
如附圖1和附圖2所示，一種電池包風冷系統，包括有箱體1、位於箱體1外且通過導流管與箱體內部連通的風機2、通過倒風管與風機2的進風口連接的風罩12以及設置在箱體1外部的防水裝置。
箱體1內腔前後兩側面之間連接有第一導流板4和第二導流板6，第一導流板4頂端和第二導流板6頂端均連接在箱體內腔頂部壁上，第一導流板4底端和第二導流板6底端均連接在箱體內腔底部壁上，第一導流板4和第二導流板6之間且靠近箱體內腔底部位置連接有三塊第三導流板5；三塊第三導流板5平行布置在第一導流板4和第二導流板6之間且處於同一平面上。
第一導流板4、第二導流板6以及第三導流板5將箱體內腔分隔成第一導流風道7、電池裝配腔8、第二導流風道9以及第三導流風道10，第一導流風道7通過第一導流板4靠近底端部的位置上開設的第一導流孔11-1與第三導流風道10連通，第三導流風道10通過第三導流板5上開設的第三導流孔11-3以及三塊第三導流板5之間的空隙與電池裝配腔8連通，電池裝配腔8通過第二導流板6上開設的第二導流孔11-2與第二導流板6連通；風機的出風口通過導流管與第一導流風道7連通，第二導流風道9通過導流管與外部連通。
如附圖3所示，防水裝置包括安裝在箱體1外壁上且與箱體1底部壁平齊的水感應器13、安裝在箱體1內且與水感應器13通信連接的控制晶片MCU、安裝在導流管上且與控制晶片MCU通信連接的電磁閥3以及連接在控制晶片MCU與電磁閥3之間的電磁閥驅動電路。
本實施例中，水感應器13為電壓型水感應器，在正常狀態下兩級探頭被空氣絕緣，而在浸水狀態下探頭導通，根據水位變化輸出電壓變化，即將水位信號轉換為電壓信號並傳送至控制晶片MCU，控制晶片MCU在接收到電壓信號的情況下，發送關閉信號至電磁閥3。控制晶片MCU一般採用飛思卡爾的一款16位高性能單片機，其性能包括：運行頻率最高可達50MHz；256K的Flash，16K的RAM，4K的EEPROM，32K的D-Flash；3個2.0B的CAN接口； 8通道的12bit的ADC；3.1V~5.5V供電，若干GPIO；輸入外部晶振頻率範圍：2MHz~40MHz；各供電管腳並接去耦電容；外部連接的諧振器選擇16MHz晶體諧振器，精度±20ppm，負載電容16pF。
如附圖7所示，電磁閥驅動電路包括光電耦合器U3以及繼電器LS1，光電耦合器U3的陽極通過電阻R6與電源VDD1連接，陰極通過電阻R7與電源VDD1連接，集電極與電源VDD2連接，發射極通過電阻R8與三極體Q1的基極連接；三極體Q1的基極還通過R9與地相接，三極體Q1的發射極與地相接，三極體Q1的集電極通過二極體D1與電源VDD2連接；繼電器LS1的接線端1與光電耦合器U3的集電極連接，接線端6與電源VDD2連接，接線端4與電源VDD4相連接，接線端3為控制信號輸出端。
本實施例中，外部空氣經風罩進入風機，經風機2產生的高壓氣流經過導流管進入第一導流風道7，向下流動穿過第一導流板4下端的第一導流孔11-1進入第三導流風道10，進入第三導流風道10的氣流經第三導流板5上均勻分布的第三導流孔11-3以及多塊第三導流板5之間的間隙進入電池裝配腔8，均勻上升的高壓氣流帶走電池裝配腔8內單體電池表面大量熱量，並穿過第二導流板6進入導流管，由導流管排出，完成電池包風冷散熱的過程。因此，本發明能夠對大功率的動力鋰電池在充放電過程中會產生的大量熱量進行散熱，散熱較為均衡，散熱效果好。
本實施例中，水感應器13在正常狀態下兩級探頭被空氣絕緣，而在浸水狀態下探頭導通；浸水狀態下水感應器迅速將水位信息轉換為電壓信號並輸出至控制晶片MCU，控制晶片MCU在接收到電壓信號後，立即發送關閉信號至電磁閥3，電磁閥3立即關閉，同時電池包風冷系統工作停止，因此，本發明能有效防止外部水分進入電池包風冷系統內部。
實施例二
如附圖1和附圖2所示，一種電池包風冷系統，包括有箱體1、位於箱體1外且通過導流管與箱體內部連通的風機2、通過倒風管與風機2的進風口連接的風罩12以及設置在箱體1外部的防水裝置。
箱體1內腔前後兩側面之間連接有第一導流板4和第二導流板6，第一導流板4頂端和第二導流板6頂端均連接在箱體內腔頂部壁上，第一導流板4底端和第二導流板6底端均連接在箱體內腔底部壁上，第一導流板4和第二導流板6之間且靠近箱體內腔底部位置連接有三塊第三導流板5；三塊第三導流板5平行布置在第一導流板4和第二導流板6之間且處於同一平面上。
第一導流板4、第二導流板6以及第三導流板5將箱體內腔分隔成第一導流風道7、電池裝配腔8、第二導流風道9以及第三導流風道10，第一導流風道7通過第一導流板4靠近底端部的位置上開設的第一導流孔11-1與第三導流風道10連通，第三導流風道10通過第三導流板5上開設的第三導流孔11-3以及三塊第三導流板5之間的空隙與電池裝配腔8連通，電池裝配腔8通過第二導流板6上開設的第二導流孔11-2與第二導流板6連通；風機的出風口通過導流管與第一導流風道7連通，第二導流風道9通過導流管與外部連通。
如附圖4所示，防水裝置包括安裝在箱體1外壁上且與箱體1底部壁平齊的水感應器13、與水感應器13通信連接的信號調理電路、與信號調理電路通信連接的A/D信號轉換電路、安裝在箱體1內且與A/D信號轉換電路通信連接的控制晶片MCU、與控制晶片MCU通信連接的電磁閥驅動電路、安裝在導流管上且與控制晶片MCU通信連接的電磁閥3以及與控制晶片MCU連接的復位電路。
本實施例中，水感應器13為電壓型水感應器，在正常狀態下兩級探頭被空氣絕緣，而在浸水狀態下探頭導通，根據水位變化輸出電壓變化，以及將水位信號轉換為電壓信號並傳送至信號調理電路。
本實施例中，控制晶片MCU一般採用飛思卡爾的一款16位高性能單片機，其性能包括：運行頻率最高可達50MHz；256K的Flash，16K的RAM，4K的EEPROM，32K的D-Flash；3個2.0B的CAN接口； 8通道的12bit的ADC；3.1V~5.5V供電，若干GPIO；輸入外部晶振頻率範圍：2MHz~40MHz；各供電管腳並接去耦電容；外部連接的諧振器選擇16MHz晶體諧振器，精度±20ppm，負載電容16pF。控制晶片MCU用於接收電壓信號，並獲取電壓值；在電壓值大於或等於閾值的情況下，發送關閉信號至電磁閥3，而在電壓值小於閾值的情況下，發送開啟信號至電磁閥3。控制晶片MCU還用於通過CAN總線獲取電池包內部溫度值，在電池包內部溫度值低於預設值的情況下，發送關閉信號至電磁閥3。
如附圖5所示，信號調理電路包括有同相放大器U1和電壓跟隨器U2，同相放大器U1的同相輸入端通過電阻R1與電壓信號輸入端VIN連接以及通過電容C1與地相接，同相放大器U1的反相輸入端通過電阻R3與地相接以及通過電阻R5與同相放大器U1的輸出端連接；電壓跟隨器U2的同相輸入端通過電阻R2與同相放大器U1的輸出端連接以及通過電容C2與地相接，電壓跟隨器U2的反相輸入端與電壓跟隨器U2的輸入端連接，電壓跟隨器U2的輸出端通過電阻R4與電壓信號輸出端連接。
如附圖7所示，電磁閥驅動電路包括光電耦合器U3以及繼電器LS1，光電耦合器U3的陽極通過電阻R6與電源VDD1連接，陰極通過電阻R7與電源VDD1連接，集電極與電源VDD2連接，發射極通過電阻R8與三極體Q1的基極連接；三極體Q1的基極還通過R9與地相接，三極體Q1的發射極與地相接，三極體Q1的集電極通過二極體D1與電源VDD2連接；繼電器LS1的接線端1與光電耦合器U3的集電極連接，接線端6與電源VDD2連接，接線端4與電源VDD4相連接，接線端3為控制信號輸出端。
如附圖6所示，復位電路包括有復位晶片U4，復位晶片U4的接線端1與控制晶片MCU的復位端RESET連接，還通過電阻R10與電源VDD1連接以及通過電容C3與地相接，接線端4與控制晶片MCU的接線端1連接，復位晶片U4的接線端5連接電源VDD1以及通過電容C4與地相接，接線端2與地相接。其中，復位晶片U4，也為監控晶片，而本實施例採用的是意法半導體公司的STM6824TWY6F型監控晶片，檢測電壓為3.08V時，當晶片檢測到供電電壓低於3.08V時會輸出復位信號，使控制晶片進行復位。
本實施例中，外部空氣經風罩進入風機，經風機2產生的高壓氣流經過導流管進入第一導流風道7，向下流動穿過第一導流板4下端的第一導流孔11-1進入第三導流風道10，進入第三導流風道10的氣流經第三導流板5上均勻分布的第三導流孔11-3以及多塊第三導流板5之間的間隙進入電池裝配腔8，均勻上升的高壓氣流帶走電池裝配腔8內單體電池表面大量熱量，並穿過第二導流板6進入導流管，由導流管排出，完成電池包風冷散熱的過程。因此，本發明能夠對大功率的動力鋰電池在充放電過程中會產生的大量熱量進行散熱，散熱較為均衡，散熱效果好。
本實施例中，水感應器13在正常狀態下兩級探頭被空氣絕緣，而在浸水狀態下探頭導通；浸水狀態下的水感應器13迅速將水位信息轉換為電壓信號，電壓信號經過信號調理電路濾波和放大後傳遞至A/D信號轉換電路，電壓信號經A/D信號轉換電路由模擬信號轉變為數位訊號後輸出至控制晶片，控制晶片對電壓信號進行解析並獲取電壓值後，判斷該電壓值是否大於或等於閾值，在電壓值大於或等於閾值的情況下，發送關閉信號至電磁閥3，同時電池包風冷系統工作停止；而當控制晶片再次獲取的電壓值在小於閾值的情況下，則發送開啟信號至電磁閥3，電磁閥3開啟以及電池包風冷系統工作並進行散熱，因此本發明 能有效地對電磁閥3的開啟與關閉進行智能控制，從而防止外部水分進入電池包風冷系統內部；同時，控制晶片MCU還通過CAN總線獲取電池包內部溫度值，若電池包內部溫度值低於預設值，則電池包內部不需要進行風冷降溫，則控制晶片MCU發送關閉信號至電磁閥3，電磁閥3關閉以及電池包風冷系統停止工作，防止外部水分進入電池包風冷系統內部。