一体式温控充放电设备的制作方法

1.本实用新型涉及一种一体式温控充放电设备，属于锂电池多通道化成分容设备技术领域。


背景技术：

2.一体式水冷温控充放电设备，顾名思义就是利用水冷系统对一体式充放电设备进行温度控制，从而保证充放电设备内的多通道电池温升及温度均匀性满足相应的技术指标，但目前常规的一体式水冷温控充放电设备，无法对其水冷系统进行智能控制，从而导致可能无法满足相应的技术指标，即：(一)无法对电池进行温升控制：常规的一体式水冷温控充放电设备的水冷系统，无法根据当前电池温升智能调整水冷系统的热交换能力，只能通过感知水冷系统水冷机组的冷却水出水温度，选择开启或关闭水冷机组，则常规的一体式水冷温控充放电设备无法更高效的实时调整电池温升；(二)无法控制电池温度的均匀性：常规的一体式水冷温控充放电设备的冷却系统，无法根据当前电池温度分布情况，智能局部调整托盘电池对应冷却系统的冷却能力，当一体式水冷温控充放电设备的电池温度均匀性不满足设计要求时，则无法通过软件方式调整现状，只能更改结构设计，重新布局风道设计，引入设计风险。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本实用新型提出了一种既可以点对点调控电池温度、又可以系统控制电池温度，可细微调整电池温度均匀性、调节快速精确的一体式温控充放电设备。
4.本实用新型所述的一体式温控充放电设备，其特征在于：包括：
5.外壳，内设充放电腔和热交换腔，且充放电腔的上部、下部分别与热交换腔的上部、下部连通；
6.充放电机构，设置于外壳的充放电腔，包括支撑框架、升降运动机构和电源部，所述的支撑框架内设有中框；升降运动机构设置于支撑框架的内顶部，升降运动机构的竖向升降端与下方的中框相连接，用于驱动中框在支撑框架内升降；电源部设置于支撑框架的内顶部，且电源部的下端设有用于与电池表面接触的温度探头；
7.控温机构，包括位于外壳外部的水冷机构、设置于热交换腔内的内换热机构以及设置在充放电腔的风冷机构，所述水冷机构包括水冷机和电控阀，水冷机的冷水出口依次连通电控阀、内换热机构的冷水进口，水冷机的热水进口与内换热机构的热水出口管路连通；风冷机构包括若干设置于中框底部的出风风机，用于将托盘电池产生的热量向充放电机构上部吹送形成热风；
8.控制系统，设置于外壳的充放电腔内，控制系统的信号输入端与温度探头的信号输出端电连接，控制系统的信号输出端与电控阀的控制端电连接，用于控制水冷机构提供的冷却水的流速；控制系统的信号交互端口与水冷机的信号交互端口信号连接，用于控制水冷机构提供的冷却水的温度；控制系统通过pwm电路与各个出风风机电连接，用于控制风
冷机构运行；
9.以及供电电源，设置于外壳的充放电腔内，所述供电电源分别与升降运动机构、内换热机构、出风风机以及控制系统电连接，用于为温控充放电设备正常工作提供必要的电源。
10.优选的，所述支撑框架包括依次从上到下平行间隔设置的上支撑板、中框和下支撑板，中框上固定设有数个直线轴承，每个直线轴承中可滑动地穿设有导向轴，导向轴的两端分别与上支撑板、下支撑板固定连接；中框的底部设有出风风机，顶部与升降运动机构的升降端相连接，整个中框在升降过程中始终与上支撑板、下支撑板平行；上支撑板与外壳的顶部之间设有上风道，上支撑板与中框之间的区域为检测区，下支撑板与中框之间的区域为下风道，且上风道、下风道均与检测区相连通。
11.优选的，所述风冷机构还包括回风风机和送风风机，充放电腔的紧邻热交换腔的内侧板的上部配装有回风风机、充放电腔的紧邻热交换腔的内侧板的下部配装送风风机，所述回风风机位于上风道的出风端，所述送风风机位于下风道的进风端，且回风风机、送风风机均通过pwm电路与所述控制系统电连接。
12.优选的，所述内部换热机构为翅片式换热器，包括翅片组和穿插于翅片组中的换热管，翅片组由若干相互平行间隔一定距离排列的翅片组成；换热管反复交替弯折穿插于翅片组的各翅片中，换热管的两端分别连接冷水进管、热水出管，且冷水进管的冷水进口、热水出管的热水出口位于翅片式换热器的同一侧，且冷水进口通过送水管依次与电控阀、水冷机的冷水出口相连通，热水出口通过回流管与水冷机的热水进口相连通。
13.优选的，翅片式换热器设置在热交换腔的中部，使得热交换腔的上部空间用于走热空气、下部空间用于走冷空气，热空气穿过翅片之间的间隙后与翅片式换热器发生热交换，变成冷空气重新通入充放电腔内。
14.优选的，所述的下支撑板的内表面设有限位架，用于限定中框在支撑框架中的最低位置。
15.本实用新型的冷却机理为：
16.风冷机构：出风风机将托盘电池产生的热量，向运动机构上部吹送，形成热风。热风进入充放电机构上部的上风道，然后经回风风机吸入侧面的热交换腔，热风在该热交换腔处与翅片式换热器做能量交换后变成冷风；冷风经送风风机被吹送到出风风机下方的下风道中，然后经出风风机吸入后，吹到托盘电池表面，带走电池表面热量，从而形成运动机构冷却系统内循环温控。
17.水冷机构：翅片式换热器的翅片间隙用于走空气，换热管内走冷却水。翅片式换热器经过能量交换，翅片式换热器上方的热空气，流经翅片间隙后变成冷空气，从翅片式换热器的下方流出；从冷水进口处流入的冷却水流经翅片式换热器后变成热水，从翅片式换热器的热水出口处流出的热水经由外部的回水管回到水冷机。热水在水冷机里再次做能量交换后变成冷水，经由外部的送水管流到电控阀处，通过电控阀后回到翅片式换热器的冷水进口处，从而形成水冷系统外循环温控。
18.利用本实用新型所述的一体式温控充放电设备对电池进行控温的方法，其特征在于，包括以下步骤：
19.步骤1启动温控充放电设备，使得各个机构处于正常工作状态；
20.步骤2在充放电机构的中框上放置装有电池的托盘，升降运动机构驱动中框向上运动，直至托盘内的电池上端与充放电电源下端的检测探头、温度探头接触；
21.步骤3温度探头采集电池表面温度信息，并将获取的温度信息交互传输给控制系统，控制系统根据获取的温度信息控制水冷机构、内换热机构以及风冷机构协同运行，实现对电池进行控温。
22.进一步，步骤3中控制系统对内换热机构和风冷机构的控制包括以下步骤：
23.当托盘内部分电池温度中极大值超过t+1℃时，控制系统控制中框底部对应电池温度极大值处的出风风机，通过pwm电路控制提升对应的出风风机的电压，加快该对应的出风风机的转速，局部增强该区域的空气对流，从而点对点的提升了电池温度极高值部位的冷却散热能力，直到所有电池温度极大值稳定在t℃；
24.当托盘内部分电池温度中极小值低于t-1℃时，控制系统操控中框对应电池温度极小值处的出风风机，通过pwm控制降低该对应风机电压，减弱该对应的出风风机的转速，局部降低该区域的空气对流，从而点对点的削弱了电池温度极小值部位的冷却散热能力，直到所有电池温度极小值稳定在t℃；t为电池表面的要求温度值。
25.进一步，步骤3中控制系统对水冷机构的控制包括以下步骤：
26.当托盘内所有的电池温度的平均值超过t℃时，控制系统操控电控阀，增大水冷机的冷却水的流量，增强翅片式换热器的热交换能力，直到托盘内所有的电池温度平均值均稳定在t℃；当托盘内所有的电池温度的平均值低于t℃时，则控制系统操控电控阀，减小水冷机的冷却水的流量，减弱翅片式换热器的热交换能力，直到托盘内所有的电池温度平均值均稳定在t℃；
27.当托盘内所有电池温度均超过t+1℃时，控制系统操控水冷机，自动调低水冷机的冷却水的出水温度，增强翅片式换热器的热交换能力；当托盘内所有电池温度均低于t-1℃时，控制系统操控水冷机，自动调高水冷机的冷却水的出水温度，减弱翅片式换热器的热交换能力，直到托盘内所有电池温度均稳定在t℃。
28.本实用新型的有益效果是：
29.(1)控制系统可通过电源部采集托盘多通道所有电池的温度信息，并与风冷机构及水冷机构做信息交互；
30.(2)可局部调整电池温度均匀性：当托盘内部分电池温度均匀性异常时(极大值超过t+1℃或极小值低于t-1℃)，则可通过操控风冷机构，点对点局部调整温度差异较大处电池部位冷却散热能力；
31.(3)可系统地调整电池温升：当托盘内所有电池平均温度超过t+1℃或低于t-1℃时，则可通过操控水冷机构的电控阀，调整水冷机冷却水流量，增强或减弱翅片式换热器的热交换能力，从而系统的提升或降低电池平均温度，直到电池平均温度稳定在t℃；
32.(4)可快速系统地调整电池温升：当托盘内所有电池温度均超过t+1℃或低于t-1℃时，则可通过操控水冷机构的水冷机，调整水冷机冷却水温度，快速增强或减弱翅片式换热器的热交换能力，从而快速的提升或降低所有电池整体温度，直到所有电池温度稳定在t℃；
33.(5)结构简单，降低试错风险，提升设计效率。
附图说明
34.图1是本实用新型的结构图之一(图中a处箭头代表热水回流方向，b处箭头代表冷水出流方向)。
35.图2是图1的温度探头处的放大图。
36.图3是本实用新型的结构图之二(a处箭头代表热水回流方向，b处箭头代表冷水出流方向，虚线箭头代表空气流动方向，其中c处为冷风，d处为热风)。
37.图4是本实用新型的内换热机构的结构图。
38.图5是本实用新型的控制流程图。
具体实施方式
39.以下结合附图对本实用新型实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型实施例，并不用于限制本实用新型实施例。
40.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。
41.下面将参考附图并结合示例性实施例来详细说明本实用新型。
42.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。
43.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
44.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
45.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
46.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表
述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
47.本实用新型所述的一体式温控充放电设备，包括：
48.外壳1，内设充放电腔11和热交换腔12，且充放电腔11的上部、下部分别与热交换腔12的上部、下部连通；
49.充放电机构2，设置于外壳的充放电腔，包括支撑框架21、升降运动机构22和电源部23，所述的支撑框架21内设有中框211；升降运动机构22设置于支撑框架21的内顶部，升降运动机构22的竖向升降端与下方的中框211相连接，用于驱动中框211在支撑框架21内升降；电源部23设置于支撑框架21的内顶部，且电源部23的下端设有用于与电池表面接触的温度探头231；
50.控温机构，包括位于外壳外部的水冷机构31、设置于热交换腔内的内换热机构32以及设置在充放电腔的风冷机构，所述水冷机构31包括水冷机311和电控阀312，水冷机311的冷水出口依次连通电控阀312、内换热机构32的冷水进口，水冷机311的热水进口与内换热机构32的热水出口管路连通；风冷机构包括若干设置于中框底部的出风风机331，用于将托盘电池产生的热量向充放电机构上部吹送形成热风；
51.控制系统4，设置于外壳1的充放电腔内，控制系统4的信号输入端与温度探头的信号输出端电连接，控制系统4的信号输出端与电控阀的控制端电连接，用于控制水冷机构31提供的冷却水的流速；控制系统的信号交互端口与水冷机的信号交互端口信号连接，用于控制水冷机构提供的冷却水的温度；控制系统4通过pwm电路与各个出风风机331电连接，用于控制风冷机构运行；
52.以及供电电源5，为强弱电源，设置于外壳1的充放电腔内，所述供电电源5分别与升降运动机构22、内换热机构32、出风风机331以及控制系统4电连接，用于为温控充放电设备正常工作提供必要的电源。
53.在本实用新型的一种实施例中，外壳1为一长方体壳体，内部被竖向设置的内侧板13分隔成充放电腔和热交换腔，内侧板的上部和下部均设有风机安装孔，其中上方的风机安装孔处安装回风风机332，下方的风机安装孔处安装送风风机333。
54.在本实用新型的一种实施例中，所述支撑框架21包括依次从上到下平行间隔设置的上支撑板212、中框211和下支撑板213，中框211上固定设有数个直线轴承214，每个直线轴承214中可滑动地穿设有导向轴215，导向轴215的两端分别与上支撑板212、下支撑板213固定连接；中框211的底部设有出风风机331，顶部与升降运动机构22的升降端相连接，整个中框21在升降过程中始终与上支撑板212、下支撑板213平行；上支撑板212与外壳1的顶部之间设有上风道24，上支撑板21与中框之间的区域为检测区，下支撑板213与中框211之间的区域为下风道25，且上风道24、下风道25均与检测区相连通。
55.在本实用新型的一种实施例中，所述风冷机构还包括回风风机332和送风风机333，充放电腔的紧邻热交换腔的内侧板13的上部配装有回风风机332、充放电腔的紧邻热交换腔的内侧板的下部配装送风风机333，所述回风风机332位于上风道的出风端，所述送风风机333位于下风道的进风端，且回风风机332、送风风机333均通过pwm电路与所述控制
系统4电连接。
56.在本实用新型的一种实施例中，所述内部换热机构32为翅片式换热器，包括翅片组321和若干穿插于翅片组中的换热管322，翅片组由若干相互平行间隔一定距离排列的翅片组成；换热管322反复交替弯折穿插于翅片组321的各翅片中，换热管322的两端分别连接冷水进管323、热水出管324，且冷水进管的冷水进口3231、热水出管的热水出口3241位于翅片式换热器的同一侧，且冷水进口3231通过送水管34依次与电控阀312、水冷机311的冷水出口相连通，热水出口3241通过回流管35与水冷机311的热水进口相连通。
57.在本实用新型的另一种实施例中，冷水进管323、热水出管324均为铜管。冷水进管323设有一个冷水进口和多个冷出水口，冷水进口与电控阀相连通；热水出管324设有一个热水出口和多个热进水口，热水出口与水冷机的热水进口相连，各个换热管的两端分别与冷出水口、热进水口相连通。
58.在本实用新型的一种实施例中，热交换腔的中部设有横隔板，翅片式换热器设置在热交换腔中部的横隔板上，使得热交换腔的上部空间用于走热空气、下部空间用于走冷空气，热空气穿过翅片之间的间隙后与翅片式换热器发生热交换，变成冷空气经送风风机重新送入充放电腔的下风道内。
59.在本实用新型的一种实施例中，所述的下支撑板213的内表面设有限位架216，用于限定中框在支撑框架中的最低位置。
60.本实用新型的风冷机构的冷却机理为：出风风机332将托盘6内的电池61产生的热量向充放电机构2的上部吹送，形成热风后送入充放电机构2上部的上风道24，热风经回风风机332吸入侧面的热交换腔，热风在该热交换腔处与翅片式换热器做能量交换后变成冷风；冷风经送风风机333被吹送到出风风机331下方的下风道25中，然后经出风风机331吸入后，吹到托盘6电池61表面，带走电池61表面热量，从而形成运动机构冷却系统内循环温控。
61.本实用新型的水冷机构31的冷却机理为：翅片式换热器的翅片间隙用于走空气，换热管322内走冷却水。翅片式换热器经过能量交换，翅片式换热器上方的热风，流经翅片间隙后变成冷风，从翅片式换热器的下方流出；从冷水进口处流入的冷却水流经翅片式换热器后变成热水，从翅片式换热器的热水出口处流出的热水经由外部的回水管回到水冷机。热水在水冷机里再次做能量交换后变成冷水，经由外部的送水管流到电控阀处，通过电控阀后回到翅片式换热器的冷水进口处，从而形成水冷系统外循环温控。
62.利用本实用新型所述的一体式温控充放电设备对电池进行控温的方法，包括以下步骤：
63.步骤1启动温控充放电设备，使得各个机构处于正常工作状态；
64.步骤2在充放电机构的中框上放置装有电池的托盘，升降运动机构驱动中框向上运动，直至托盘内的电池上端与充放电电源下端的检测探头、温度探头接触；
65.步骤3温度探头采集电池表面温度信息，并将获取的温度信息交互传输给控制系统，控制系统根据获取的温度信息控制水冷机构、内换热机构以及风冷机构协同运行，实现对电池进行控温。
66.步骤3中控制系统对内换热机构和风冷机构的控制包括以下步骤：
67.当托盘内部分电池温度中极大值超过t+1℃时，控制系统控制中框底部对应电池温度极大值处的出风风机，通过pwm电路控制提升对应的出风风机的电压，加快该对应的出
风风机的转速，局部增强该区域的空气对流，从而点对点的提升了电池温度极高值部位的冷却散热能力，直到所有电池温度极大值稳定在t℃；
68.当托盘内部分电池温度中极小值低于t-1℃时，控制系统操控中框对应电池温度极小值处的出风风机，通过pwm控制降低该对应风机电压，减弱该对应的出风风机的转速，局部降低该区域的空气对流，从而点对点的削弱了电池温度极小值部位的冷却散热能力，直到所有电池温度极小值稳定在t℃；t为电池表面的要求温度值。
69.步骤3中控制系统对水冷机构的控制包括以下步骤：
70.当托盘内所有的电池温度的平均值超过t℃时，控制系统操控电控阀，增大水冷机的冷却水的流量，增强翅片式换热器的热交换能力，直到托盘内所有的电池温度平均值均稳定在t℃；当托盘内所有的电池温度的平均值低于t℃时，则控制系统操控电控阀，减小水冷机的冷却水的流量，减弱翅片式换热器的热交换能力，直到托盘内所有的电池温度平均值均稳定在t℃；
71.当托盘内所有电池温度均超过t+1℃时，控制系统操控水冷机，自动调低水冷机的冷却水的出水温度，增强翅片式换热器的热交换能力；当托盘内所有电池温度均低于t-1℃时，控制系统操控水冷机，自动调高水冷机的冷却水的出水温度，减弱翅片式换热器的热交换能力，直到托盘内所有电池温度均稳定在t℃。
72.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。