电动汽车用带自主恒温和防震功能的动力电池封装包的制作方法

1.本发明涉及一种电动汽车用带自主恒温和防震功能的动力电池封装包，属于汽车技术领域，该装置适用于容纳电动汽车的动力电池，并为其提供一个与外界隔离开的、能够减轻车辆行驶震动的、利于动力电池储电、放电的较为恒定温度的微环境，将外界过高、过低的温度环境对动力电池储放电、乃至电动汽车行驶里程的影响减到最小，同时也为电动汽车的动力电池提供一个相对安全的保护壳。


背景技术：

2.随着交通科技的进步，汽车工业也迎来了由燃油车向新能源车的转型发展，其中电动汽车发展尤为迅速。为了尽快缩短电动汽车与燃油车在行驶里程之间的差距，各个车企不断增加电动汽车的动力电池数量，增强电量密度，以提高电动汽车的续航里程。目前各类电动汽车主要动力是采用不同技术路径的锂电池，而锂电池工作的最佳环境温度为15-25℃。虽然当前各车企新开发的电动汽车的续航里程越来越高，但在北方冬季气温较低时，电动汽车冬季电池续航衰减导致实际行驶里程大幅缩短的问题也日益突出。以标准行驶里程300公里的电动汽车为例，在北方冬季环境情况下，充满电后的电动汽车经历一晚上低温环境停放后，次日车辆实际行驶里程只能达到约150公里左右。而电动汽车电池包内过多、过密的动力电池布局，使得电动汽车在夏季高温天气使用时，也会因为动力电池使用时的枝晶问题、散热问题，造成电池自燃等安全隐患。而电动汽车的使用环境在一年四季不断于高温、低温环境中切换，对动力电池使用寿命也造成不利影响。此外，电动汽车在行驶过程中的颠簸、碰撞事故，也直接转移到动力电池上，天长日久也容易形成动力电池与容器之间的磨损、碰撞，继而导致动力电池破损等风险。造成这些电动汽车动力电池隐患的根源，一方面是车企在设计车辆时考虑不周，未给电动汽车动力的动力电池提供一个温度相对稳定、能够缓解车辆颠簸或碰撞的微环境，造成动力电池间接暴露在不利于动力电池工作的温度、最平稳的环境下工作，因此电动汽车冬季电池续航衰减快，夏季易自燃；另一方面，则是电动汽车的动力电池舱布局不佳，动力电池堆积过密且不透风，电池组之中没有或很少有实时测量电池温度的装置。造成动力电池发生自燃时，电动汽车使用者并不能第一时间知晓，以至于小短路引发大火灾。此外，电动汽车在遇到较为剧烈的碰撞、导致动力电池破损时，也容易因短路而引起火灾和爆炸事故。为了解决这些问题，传统的办法是在北半球北方地区冬季的外界气温低时，电动汽车使用者将车开进地下车库停放，夏季杜绝将电动汽车停放在阳光下暴晒。另外，也有部分车企提供了ptc加热系统等冬季为动力电池加热的方案，虽然能够保持动力电池温度，但同时也耗费了部分电池电量。这些方法虽然在一定程度上缓和了温度对电动汽车动力电池的影响，提高驾驶的安全性，但依然改变不了动力电池环境温度对电池续航影响等问题、电动汽车被其它车辆撞击后的动力电池安全等问题，电动汽车在使用过程中仍然面临着未知的冬季电池续航衰减、夏季动力电池自燃、使用寿命缩短，以及动力电池在车辆遭受撞击时的挤压破损、短路着火等问题。而随着电动汽车越来越普及，续航里程越来越长，电动汽车的出行半径越来越大，在使用过程中跨越不同气候
带、不同海拔高度的情况也势必越来越普遍，电动汽车的动力电池面临的气温环境急剧变化的情况也越来越普遍。在电动汽车电池功率越来密集的趋势下，如何提供一种相对恒定温度、相对安全的适宜电池工作的微环境，以保障动力电池安全、高效工作就显得尤为重要。


技术实现要素：

3.本发明解决的技术问题在于提供一种电动汽车用带自主恒温和防震功能的动力电池封装包，它是一种封闭结构的储温缓释式电池容器，它分为电池舱和控制舱两部分，配备有温度管理系统，防震电池架，装满承温液、布设加热装置和导温气管的储温桶，压缩机，冷凝器，电池舱温度感应装置，以及各类阀门、气泵装置，用于在冷、热两个方向，以向电池舱缓释温度的方式，维持动力电池舱的恒定温度。该装置在电动汽车充电时，控制舱内的温度管理系统就能感应汽车底盘处的外界温度，并根据外界温度情况加热或冷凝承温液，以保证持续不断地维持动力电池舱恒定温度。当外界温度远低于动力电池最佳工作温度的15-25℃，比如达到0℃甚至以下温度时，充电装置会在充电时加热储温桶内的承温液，视情况可将承温液加热至最高180℃，同时，各类阀门在温度管理系统的控制下，通过储温桶内的导温气管缓慢地将承温液的热量输送到动力电池舱内，使动力电池舱内的温度维持在15-25℃之间。从动力电池充满电以后到车辆被再次使用之前，温度管理系统通过电池舱温度感应装置实时监控动力电池舱内温度，如动力电池舱温度降低到15℃以下，导温气管向电池舱补充承温液的热量，维持动力电池舱整体温度在15-25℃之间。反之，当外界温度过高，比如达到远超动力电池最佳工作温度的40℃时，动力电池在充电过程的同时冷却承温液，将承温液温度最低降低到-40℃，并在充电过程和充电完毕之后，温度管理系统通过操控各类阀门、气泵装置将承温液的低温经导温气管输送到电池舱，以维持电池舱的温度在15-25℃之间。同时，承温液的温度也能向空调输送，以不消耗动力电池电量的方式维持车内的舒适温度。
4.为此，本发明解决技术问题的方案是：提供一种电动汽车用带自主恒温和防震功能的动力电池封装包，它包含容纳动力电池，防震电池架，带温度感应装置的动力电池舱，和一个包含温度管理系统，装满承温液、内部布设加热装置和导温气管的储温桶，冷凝器，压缩机，以及各类阀门、气泵装置的控制舱，用于源源不断的将承温液的热量或冷气输送到电池舱，以维持电池舱15-25℃的最佳工作温度。其中：所述电动汽车用带自主恒温和防震功能的动力电池封装包的动力电池舱部分是一个安放防震电池架、动力电池、导温气管及温度感应装置、且与控制舱完全隔离、与外界隔断温度传导的独立舱室，在必要时，该舱室可以填充惰性气体，以预防动力电池火灾。
5.所述电动汽车用带自主恒温和防震功能的动力电池封装包的控制舱部分是一个布设温度管理系统，一个装满承温液、内部布设加热装置和导温气管的储温桶，以及冷凝器，压缩机和各类阀门、气泵装置的独立舱室。
6.本发明的实现内容包括：1）当外界环境温度过低时，电动汽车在给其搭载的动力电池充电的同时，控制舱内的温度管理系统控制储温桶加热其内部的承温液至最高180℃温度，并通过其内部的导温气管将承温液积攒的热量输入到电池舱，使其电池舱内的温度始终维持在15-25℃的最
佳工作温度。
7.2）当外界环境温度过高时，电动汽车在充电的同时，控制舱内的温度管理系统控制压缩机、冷凝器冷凝储温桶的承温液，使其降低至最低-40℃温度，并通过其内部的导温气管将承温液积攒的低温冷气输入到电池舱，使其动力电池舱内的温度始终维持在15-25℃的最佳工作温度。
8.3）在车辆颠簸和受到撞击时，防震电池架能缓解动力电池所受到的冲击，降低动力电池因受到撞击碰撞短路而引发火灾的风险，舱室内的惰性气体进一步预防了潜在火灾的蔓延。
9.4）在必要时，储温桶内的承温液可用于向电动汽车空调系统供暖或输送冷气，或者向车门框、门锁处输送暖气，防止冬季极端低温天气下，车门被冻死。
10.相对于现行方法，本发明的显著效果是：首先，该封装包内相对独立地布设动力电池舱、控制舱等两个隔温舱室，且两个隔温舱室与外界环境完全隔离，既使得动力电池处于一个不受外界环境温度影响的恒温空间内，降低环境温度对动力电池续航里程的影响，又便于动力电池舱、控制舱之间交换温度。其次，安放动力电池的电池舱内布设多个温度感应装置，和贯穿动力电池舱的导温气管，使控制舱内的温度管理系统能够迅速感应动力电池舱内的平均温度，并判断该温度是否适宜动力电池工作，然后通过导温气管，以干式“气液换热”的方式，向动力电池舱内输送来自承温液的、平衡该舱室温度的温度，使电池舱维持15-25℃的最佳工作温度。再次，控制舱内的储温桶是采取加热或冷凝其内部的承温液，且承温液不流出储温桶、而是由导温气管将承温液的温度带出储温桶的方式，向电池舱内的导温气管输送平衡温度的温度，进一步避免了高温的承温液漏液烫坏动力电池的事故隐患，保证了动力电池的安全性。此外，储温桶内的承温液并非一般的水或防冻液，而是乙二醇之类的化学液体，冰点低于-12℃，沸点高于190℃,且该承温液知保存在储温桶内，不需要流动导温，不经过任何阀门、管道，在高温方向可以加热至略低于沸点温度以下，在低温方向可以冷凝至固体状态的任何温度，亦不影响导温管向外输送承温液温度。当控制舱内的温度管理系统感应到电池舱内温度低于15-25℃区间时，自动打开储温桶上导温气管的阀门，启动气泵，将穿过储温桶的导温气管里的热空气输送到电池舱内的导温气管中，直至电池舱内的气温达到15-25℃区间时自动关闭阀门、气泵，其结构、功能上较为简单，可预见的故障率低，易于实现。最后，动力电池被置于动力电池舱内的防震电池架上，保证了动力电池之间的间隔，且防震电池架被整体置于封装包内，有一定的防震、防碰撞能力，降低了电动汽车在各种不同路况下颠簸、乃至碰撞事故下，动力电池互相撞击，继而破损引发短路、火灾的事故概率，而电池舱充满惰性气体，也确保了潜在火灾不会蔓延，进一步保证了车辆安全。因此，电动汽车用带自主恒温和防震功能的动力电池封装包，能够将承温液的温度带到动力电池舱内，平衡动力电池舱内的温度，营造一个相对恒定的、适宜电动汽车的动力电池工作的15-25℃区间的理想温度环境。承温液凝点到沸点的温度范围广，而动力电池舱内的实际空余空间较小，导温气管从承温液带来的平衡温度能够维持较长时间，完全可以在冬季停车一夜之后，仍然在次日保持15-25℃的电池环境温度，从而保障了电动汽车冬季的正常使用。甚至在动力电池充满电、承温液温度达到最高或最低后，储温桶还能向车内乘、载员舱，或者车内座椅、方向盘供暖或输送冷气，在冬季极端低温环境下，储温桶也能向车门框、门锁输送暖气，以防止车门被冻死。而遇到车内供暖不足且充电时间有限时，甚至
可以用较短时间只给储温桶9内的承温液10加热，以保障车内应急供暖。
附图说明
11.图1是本发明电动汽车用带自主恒温和防震功能的动力电池封装包的示意图。
12.图中：1、动力电池封装包外壳，2、动力电池舱， 3、防震电池架，4、动力电池，5、电池舱温度感应装置，6、导温气管，7、控制舱，8、温度管理系统，9、储温桶，10、承温液，11、加热装置，12、冷凝器，13、压缩机，14、阀门，15、气泵。
具体实施方式
13.本发明主要构思在于提供一种全密封的、带温度调节设备的、隔绝与外界温度交换的电动汽车动力电池容器，便于电动汽车在低温或高温环境下，自主平衡动力电池舱的温度，营造一个适宜动力电池工作的15-25℃温度微环境。它由容纳动力电池的动力电池舱和控制电池舱环境温度的控制舱两部分组成。其中，动力电池舱内包含防震电池架、动力电池、电池舱温度感应装置、导温气管等主要设备，主要用于维持动力电池舱的理想环境温度，使动力电池在外界低温环境下驱动汽车运行时，冬季电池续航不衰减；控制舱内包含温度管理系统、储温桶、承温液、加热装置、冷凝器、阀门、气泵等装置，主要用于制造和储存与环境温度相反的温度，并向电池舱输入这种温度，以平衡电池舱温度，营造一个15-25℃的动力电池工作的环境温度，利于动力电池保存电量。同时这套动力电池环境温度维持系统与防震电池架等构造，一同构成适宜动力电池工作的温度、缓冲车辆震动、碰撞的动力电池微环境。
14.为了更好理解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附附图说明如下。
15.如图1所示的电动汽车用带自主恒温和防震功能的动力电池封装包，包括动力电池封装包外壳1、电池舱2、防震电池架3、动力电池4、电池舱温度感应装置5、导温气管6、控制舱7、温度管理系统8、储温桶9、承温液10、加热装置11、冷凝器12、压缩机13、阀门14、气泵15。
16.当电动汽车在冬季低温状态（如0℃）下运行时，电动汽车用带自主恒温和防震功能的动力电池封装包启动冬季运营模式。在电动汽车充电时，控制舱7内的温度管理系统8感应到电动汽车外界环境温度，及时控制储温桶9内的加热装置11，迫使承温液10受热升温，最终达到180℃。同时，温度管理系统8通过电池舱2内的多个电池舱温度感应装置5，判断电池舱的平均温度，如平均温度低于15-25℃区间，则控制阀门14和气泵15，源源不断地把深入储温桶9内的导温气管6中间的热空气向电池舱2内输入，直至动力电池4充电完毕，电池舱2内维持环境温度25℃为止。当充电完毕至电动汽车再次被使用前，温度管理系统8通过电池舱温度感应装置5一直不间断监控电池舱2内的环境温度，只要温度跌出15-25℃区间，温度管理系统8就通过控制阀门14和气泵15，把储温桶9内的热空气通过导温气管6输入电池舱2内，直至电动汽车被使用为止，温度管理系统8停止平衡电池舱2内的温度。当电动汽车在夏季高温状态（如35℃）下运行时，电动汽车用带自主恒温和防震功能的动力电池封装包启动夏季运营模式。在电动汽充电时，控制舱7内的温度管理系统8感应到电动汽车外界温度，及时控制压缩机13和储温桶9内的冷凝器12工作，将储温桶内的热量带出，使承温液10逐步降温，最终达到-40℃，承温液10凝结成固态。同时，温度管理系统8通过电池舱2
内的多个电池舱温度感应装置5，判断电池舱的平均温度，如高于15-25℃区间，则控制阀门14和气泵15，源源不断地把深入储温桶9内的导温气管6中间的冷空气向电池舱2内输入，直至动力电池4充电完毕，电池舱2内维持环境温度15℃左右为止。当充电完毕至电动汽车再次被使用前，温度管理系统8通过电池舱温度感应装置5一直不间断监控电池舱2内的环境温度，只要温度超出15-25℃区间，温度管理系统8就通过控制阀门14和气泵15，把储温桶9内的冷空气通过导温气管6输入电池舱2内，直至电动汽车被使用为止，温度管理系统8停止平衡电池舱2内的温度。不管是冬季模式还是夏季模式，电动汽车用带自主恒温和防震功能的动力电池封装包的电池舱2内的防震电池架3始终保护着动力电池4，缓冲其受到的震动和碰撞。电池舱2充满二氧化碳等惰性保护气体，以确保动力电池意外失火时能迅速扑灭火苗；必要时，储温桶9内的承温液10可向车内乘、载员舱，或者车内座椅、方向盘供暖或输送冷气，或者向或车门锁单独供暖气，以化解冬季车门被冻住的情况。而遇到车内供暖不足且充电时间有限时，甚至可以用较短时间只给储温桶9内的承温液10加热，以保障车内应急供暖。
17.以上仅仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于商用车和乘用车而言，这种电动汽车用带自主恒温和防震功能的动力电池封装包其装车使用是存在一定差别的，在南方和北方地区装车使用也是存在一定差别的，比如某些车型并不需要一年四季都携带承温液10运行，可设计成为平时可以从储温桶10中释放出来、在天气转冷或转热时再加注到储温桶9中的结构，以减轻电动汽车总质量；比如可以根据车辆使用地区的维度，加注不同比重的承温液10，甚至可以使用铅铋合金等高载热量的液体，使其有不同的沸点和冰点，以对应不同的气候；再比如可以给温度管理系统8加上通信模块，使其能够自动接收当地的天气预报，并根据天气预报自动计算储温桶9、承温液10需要储存多少热量，在充电时规划好储温桶9内的承温液10的储备温度，甚至能让车主能够通过手机app远程控制电池舱2内温度的调节。综上，以保证动力电池4为目的的各种温度输送设备的调整，只要还是坚持干式“气液换热”、缓释供温技术路径的电动汽车电池外缘维持设备，亦属于该专利的保护范围内。