一种负泊松比防撞控温一体化电池系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种负泊松比防撞控温一体化电池系统及其控制方法，该系统在电池组的两侧装有负泊松比结构吸能盒，其特殊的单元形状使其具有很好的吸能效果。吸能盒靠内的单元与电池单体之间的冷却片相通，以输送冷却液；吸能盒最靠外的单元与空气接触，作为散热器使用；吸能盒中间部分的单元不仅起到防撞吸能的作用，在电池组温度过低时还可由气泵抽成真空，起到保温作用，同时电池舱底部的加热丝亦可进行加热。在受到撞击时，吸能盒内部的冷却液可以起到分散压力和缓冲的作用，冷却液回路中安装的泄压阀亦可及时将冷却液排出以免危及电池。本发明专利技术将电池防撞结构与散热系统合为一体，提高了汽车内部空间的利用率、电池组散热的均匀性和吸能效果。

A Negative Poisson Ratio Collision Prevention and Temperature Control Integrated Battery System and Its Control Method

The invention discloses a negative Poisson's ratio collision avoidance and temperature control integrated battery system and its control method. The system is equipped with a negative Poisson's ratio structure energy absorption box on both sides of the battery group, and its special unit shape makes it have good energy absorption effect. The cooling sheet between the inner unit of the energy absorbing box and the battery unit is connected to convey the cooling liquid; the outer unit of the energy absorbing box contacts with the air and is used as a radiator; the unit in the middle part of the energy absorbing box not only plays the role of anti-collision and energy absorption, but also can be pumped into a vacuum by an air pump when the temperature of the battery unit is too low to keep warm, and the heating wire at the bottom of the battery cabin can also be added. Heat. When impacted, the coolant in the energy absorbing box can disperse pressure and buffer, and the pressure relief valve installed in the coolant circuit can discharge the coolant in time to avoid endangering the battery. The invention integrates the battery anti-collision structure with the heat dissipation system, improves the utilization ratio of the internal space of the vehicle, the uniformity of the heat dissipation of the battery pack and the energy absorption effect.

【技术实现步骤摘要】
一种负泊松比防撞控温一体化电池系统及其控制方法
本专利技术属于电池组的热管理及防撞
，具体涉及一种负泊松比防撞控温一体化电池系统及其控制方法。
技术介绍
以电动机作为动力的全部或部分来源的车辆，均需要安装大量的电池，并组成一个电池组。电池组在工作时的温度需要保持在一定范围内，否则效率和容量都会大打折扣；在发生事故时，电池组也要得到充足的保护，否则可能发生燃烧、爆炸等二次事故。故电池组必须有一个能够在寒冷或炎热环境中为电池组加热或散热，并能在碰撞中吸收碰撞能量、保证电池组不受到损伤的配套系统与之协同工作。此外，该系统的内部空间必须得到有效利用，以减小体积和重量，降低制造成本和能源的消耗。
技术实现思路
针对于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种负泊松比防撞控温一体化电池系统及其控制方法，以解决现有技术中电动汽车的电池组在工作中的热管理问题和在受到碰撞后的安全问题。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的一种负泊松比防撞控温一体化电池系统，包括：电池箱上盖、电池箱底板、电池箱前围板、电池箱后板、加热丝、左吸能盒、右吸能盒、电池组、水泵、气泵、风道、散热风扇、左冷却片、右冷却片；其中，电池组、水泵、气泵、左吸能盒、右吸能盒安装在由电池箱底板、电池箱上盖、电池箱前围板及电池箱后板组成的空间内；左吸能盒与水泵、气泵及左冷却片以管道相通，右吸能盒与水泵、气泵及右冷却片通过管道相连，左吸能盒与右吸能盒沿车辆纵向轴线镜面对称；风道是左、右吸能盒与风道外板之间自前而后贯通的空间，风道的前、后部均设有可开闭的风门，风道的前部装有散热风扇；所述加热丝布置于电池箱底板的上表面和电池组的下表面之间。进一步地，所述的左吸能盒由若干个横截面形状为内凹六边形的负泊松比结构单元构成，每个单元均为前后通透的管道。进一步地，所述的左吸能盒的若干个单元自内外而内依次分为散热层、真空层、导流层；其中，真空层的后部开口和导流层的前部开口被封堵，其余单元的各口均设有一个接头以与水管或气管相通，接头与左吸能盒之间保持密封。进一步地，所述的风道的外侧用于隔绝风道与外界的风道外板，内侧是左吸能盒或右吸能盒，两侧的风道外板的前、后部都开有风门；风门根据需要要开启或关闭，风门打开时，空气自前至后流过左吸能盒和右吸能盒的表面；散热风扇根据需要开启或关闭，散热风扇的叶片角度可调，在自然通风时转为顺桨模式，在强制通风时转为风扇模式。进一步地，所述的真空层与气阀的X口通过管道连通，气阀的Y口通过气泵与排气管连接，Z口上接有进气管以通向外界。进一步地，所述的电池组由若干个电池单体组成，各电池单体之间留有一定空隙；在前后方向上，电池单体与左冷却片或右冷却片交替排列并紧密贴合；每一个左冷却片均与左吸能盒的导流层中的一个单元相通，经过冷却的冷却液由单元进入左冷却片从而带走电池单体产生的热量，然后汇入电池组右侧的汇总管进而进入右吸能盒的散热层；每层的左冷却片在竖直方向上的数量与左吸能盒的导流层的单元数量相同并与导流层的单元一一对应；右冷却片与右吸能盒及汇总管的连接方式与左冷却片相同。进一步地，所述电池箱前围板上开设有两个孔供排气管和进气管伸出。进一步地，所述的散热层与导流层在左吸能盒或右吸能盒的后部通过管道连通，管道中间与泄压阀的A口连接，泄压阀的B口通向外界。进一步地，所述的散热层与汇总管在左吸能盒或右吸能盒的前部通过管道连通，管道中间装有水泵；在整个冷却液循环中，两个水泵的关系为串联。进一步地，所述的电池箱上盖、电池箱底板、电池箱前围板、电池箱后板均采用防火隔热材料制造。进一步地，所述的真空层内部安装有气压传感器，所述的电池组内部在数个不同位置安装有温度传感器。进一步地，所述的水泵、气泵、风门、散热风扇、气阀、加热丝的工作状态与方式均由一个电子控制器进行控制，各传感器采集的信号均输入至该电子控制器中；所述的电子控制器为独立控制器或为车辆的内部控制单元（ECU）。本专利技术的一种负泊松比防撞控温一体化电池系统的控制方法，基于上述系统，包括步骤如下：当电池组温度高于某一设定值时，系统进入散热模式，水泵开启，带动冷却液在整个水路中流动，带走电池组产生的热量，同时所有风门打开；当散热要求不高时，散热风扇不启动；当散热要求较高时，散热风扇启动；当电池组温度低于某一设定值时，系统进入加热模式，水泵不工作，风门全部关闭，气泵启动并抽出真空层中的空气，同时加热丝发热以加热电池组。进一步地，所述的散热风扇的叶片在散热风扇不启动时保持在顺桨模式，此时叶片平面与空气流动方向平行；散热风扇启动时其叶片保持在风扇模式，叶片平面与空气流动方向成一定角度，使得散热风扇在转动时能够带动空气进行强制通风。进一步地，所述的气泵的工作与气阀相互配合，配合方式为：气泵不工作时，气阀的X、Y、Z口互不相通；气泵工作时，气阀的X、Y口连通，Z口不通。进一步地，所述的气泵的工作状态受电子控制器及安装在真空层内的气压传感器控制，当系统处于加热模式时，只要真空层内的气压高于一定值，便启动气泵将真空层内的气压降低到预定值。进一步地，所述的气阀在系统解除加热模式时的工作方式为：X、Z口连通，Y口不通，外界空气在气压差的作用下通过进气管由Z口经过X口进入真空层；当真空层内部气压与外界气压平衡时，气阀的X、Y、Z口相互不通。本专利技术的有益效果：本专利技术不仅采用了负泊松比结构单元以提高吸能的效率，还利用吸能盒的内部结构特点将散热器与冷却液回路整合在吸能盒内，在提高了整套系统的空间利用率、节省了车内空间；还利用液体能分散压力和缓冲的特性进一步提高了吸能盒的抗冲击能力。同时，通过使用叶片角度可调的散热风扇，在保留了强制通风功能的同时大大提高了自然通风的效率，节省了能源。附图说明图1是本专利技术的冷却液循环、风道结构和水泵安装位置的示意图；图2是本专利技术的气路结构和气泵、气阀安装位置的示意图；图3是本专利技术整体结构的爆炸图；图4是本专利技术结构的外观示意图；图5是本专利技术中导流层、冷却片和汇总管的连接关系的示意图；图6是本专利技术的接头的外形与安装方式的示意图；图7是本专利技术吸能盒的分区方式示意图；图中，1是左吸能盒，1-1是散热层，1-2是真空层，1-3是导流层，1-4是泄压阀，1-5是左冷却片，1-6是汇总管，2是右吸能盒，2-1是右冷却片，3是电池组，3-1是电池单体，4是水泵，5是气泵，6是电池箱底板，7是风道外板，8是风门，9是散热风扇，10是风道，11是气阀，12是排气管，13是进气管，14是电池箱上盖，15是接头，16是电池箱前围板，17是电池箱后板，18是加热丝。具体实施方式为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本专利技术作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本专利技术的限定。参照图3所示，本专利技术的一种负泊松比防撞控温一体化电池系统，包括：电池箱上盖14、电池箱底板6、电池箱前围板16、电池箱后板17、加热丝18、左吸能盒1、右吸能盒2、电池组3、水泵4、气泵5、风道10、散热风扇9、左冷却片1-5、右冷却片2-1；其中，电池组3、水泵4、气泵5、左吸能盒1、右吸能盒2安装在由电池箱底板6、电池箱上盖14、电池箱前围板16及电池箱后板17组成的空间内；左吸能盒1与水泵4、气泵5及左冷却片1-5以管道相通，右吸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负泊松比防撞控温一体化电池系统，其特征在于，包括：电池箱上盖（14）、电池箱底板（6）、电池箱前围板（16）、电池箱后板（17）、加热丝（18）、左吸能盒（1）、右吸能盒（2）、电池组（3）、水泵（4）、气泵（5）、风道（10）、散热风扇（9）、左冷却片（1‑5）、右冷却片（2‑1）；其中，电池组（3）、水泵（4）、气泵（5）、左吸能盒（1）、右吸能盒（2）安装在由电池箱底板（6）、电池箱上盖（14）、电池箱前围板（16）及电池箱后板（17）组成的空间内；左吸能盒（1）与水泵（4）、气泵（5）及左冷却片（1‑5）以管道相通，右吸能盒（2）与水泵（4）、气泵（5）及右冷却片（2‑1）通过管道相连，左吸能盒与右吸能盒沿车辆纵向轴线镜面对称；风道（10）是左、右吸能盒与风道外板（7）之间自前而后贯通的空间，风道的前、后部均设有可开闭的风门（8），风道（10）的前部装有散热风扇（9）；所述加热丝（18）布置于电池箱底板（6）的上表面和电池组（3）的下表面之间。

【技术特征摘要】
1.一种负泊松比防撞控温一体化电池系统，其特征在于，包括：电池箱上盖（14）、电池箱底板（6）、电池箱前围板（16）、电池箱后板（17）、加热丝（18）、左吸能盒（1）、右吸能盒（2）、电池组（3）、水泵（4）、气泵（5）、风道（10）、散热风扇（9）、左冷却片（1-5）、右冷却片（2-1）；其中，电池组（3）、水泵（4）、气泵（5）、左吸能盒（1）、右吸能盒（2）安装在由电池箱底板（6）、电池箱上盖（14）、电池箱前围板（16）及电池箱后板（17）组成的空间内；左吸能盒（1）与水泵（4）、气泵（5）及左冷却片（1-5）以管道相通，右吸能盒（2）与水泵（4）、气泵（5）及右冷却片（2-1）通过管道相连，左吸能盒与右吸能盒沿车辆纵向轴线镜面对称；风道（10）是左、右吸能盒与风道外板（7）之间自前而后贯通的空间，风道的前、后部均设有可开闭的风门（8），风道（10）的前部装有散热风扇（9）；所述加热丝（18）布置于电池箱底板（6）的上表面和电池组（3）的下表面之间。2.根据权利要求1所述的负泊松比防撞控温一体化电池系统，其特征在于，所述的左吸能盒（1）由若干个横截面形状为内凹六边形的负泊松比结构单元构成，每个单元均为前后通透的管道。3.根据权利要求2所述的负泊松比防撞控温一体化电池系统，其特征在于，所述的左吸能盒（1）的若干个单元自内外而内依次分为散热层（1-1）、真空层（1-2）、导流层（1-3）；其中，真空层（1-2）的后部开口和导流层（1-3）的前部开口被封堵，其余单元的各口均设有一个接头（15）以与水管或气管相通，接头（15）与左吸能盒（1）之间保持密封。4.根据权利要求1所述的负泊松比防撞控温一体化电池系统，其特征在于，所述的风道（10）的外侧用于隔绝风道（10）与外界的风道外板（7），内侧是左吸能盒（1）或右吸能盒（2），两侧的风道外板（7）的前、后部都开有风门（8）；风门（8）根据需要开启或关闭，风门（8）打开时，空气自前至后流过左吸能盒（1）和右吸能盒（2）的表面；散热风扇（9）根据需要开启或关闭，散热风扇（9）的叶片角度可调，在自然通风时转为顺桨模式，在强制通风时转为风扇模式。5.根据权利要求1所述的负泊松比防撞控温一体化电池系统，其特征在于，所述的电池组（3）由若干个电池单体（3-1）组成，各电池单体（3-1）之...

【专利技术属性】
技术研发人员：马韬，赵万忠，王崴崴，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32