一种动力电池包的外制热和制冷装置的制作方法

本技术涉及电动汽车的电池，具体而言，尤其涉及能够直接对汽车动力电池的温度调控以及提供良好的碰撞保护的外制热和制冷装置。

背景技术：

1、在电动车得到广泛推广得今天，大众对于电动车的问题也越发重视，其主要问题集中于电动车电池的问题，主要有五大要点问题：

2、1.温度和续航里程突变

3、锂离子电池对于温度相对敏感，温度可以说是电动汽车锂电池的杀手。

4、一般锂电池的工作温度范围集中在-20℃到200℃之间。但是，对于不同材料种类的锂电池的温度敏感性也各具差异。

5、其中，目前国内应用最为普遍的磷酸铁锂电池，其高温性能比较好，但是对于低温则缺乏忍受力。对于一些品质较好的产品，在-20℃时也只能释放出80％的电能，而低于-40℃，则往往会导致电池被“冻伤”，出现内部材料结晶的不可逆损坏。

6、尽管目前部分厂家已经研发出掺有锰元素或橄榄石晶型结构的磷酸铁锂电池，能够应对更低的温度，但是在功率、续航里程上也会大些折扣，而且成本较高。

7、而三元材料和钴酸锂材料的锂电池，除了温度较低(-40℃以下)放电衰减外，其对于高温也比较敏感。当工作温度超过220℃时，将对电池结构产生不可逆损坏。

8、因此，我们有时会发现，在低温环境下，明明启动前还显示有较长的续航里程，行驶中马上就发现数值大幅下降，这往往是低温造成的电池实际可输出电量的减少。

9、2.极端的自燃

10、电动汽车本质上还是安全的。对于人们担心的锂电池自燃事故，随着电池技术的完善和工艺的改进，近些年已经罕有发生。

11、即使发生，也到都是在车辆遭受了严重的交通事故，导致车辆解体，电池安全保护系统失效后，产生的极端情况。而且锂电池自燃也与所采用的电池材料有关。我们手机、充电宝、电动自行车的锂电池通常采用的是三元材料或钴酸锂材料的锂电池，这种电池受材料热不稳定性能的影响，在经受高温时，会释放出可燃物质，从而导致电池自燃，甚至爆炸。

12、特斯拉此前曾经发生的几起自燃事件也正是因为其采用了钴酸锂电池，相关防护措施又不完善的缘故。

13、3.快充

14、电动汽车的充电模式通常都包括慢充和快充两种。

15、对于20多千瓦时的电池能量来说，利用民用普通电源从电池零电量到完全充满大约需要8个小时左右，这是在试验条件下得来的。日常驾驶中电池电量不可能用到零，一般最低也就是剩余10％到20％的电量。也就是说，正常使用时一般6小时左右便可充满。

16、而对于像特斯拉这样动则85千瓦时电池能量的车型，实现慢充则需要近30小时。

17、因此，有不少人希望能实现快速充电，即用半个小时或者更短时间就可以充满电。例如，特斯拉就宣称其一种快速充电器可以装在家庭墙壁或者停车场，充电时间可缩短为5小时；45分钟能充80％的电量。

18、然而，对于绝大多数汽车厂家而言，并不赞同过多地采用这种快速充电的方式。

19、因为，缩短充电时间就意味着，根据能量守恒定律，就必须加大充电电流和电压，而采用大的电流、电压充电会给电池造成一定的电压冲击和过热危险，从而导致对电池结构的不可逆损伤。大大影响电池的循环使用寿命。

20、对于目前绝大多数在售电动汽车而言，尚未能实现无损伤的快速充电。

21、4.电池保险难题

22、电池作为电动汽车的关键部件，其成本占到总车价的大致30％。然而，目前对于电动汽车，保险公司还难以推出单独针对电池损坏的保险项目。即使在整车车损险中，也不包含电池受损的赔偿。

23、对于个人而言一但电池出现了问题，维修费用高，也没有保险措施。

24、5.电池质保问题

25、目前，针对消费者对电动汽车电池质量和使用寿命的担心，各个电动汽车厂家纷纷退出了电池的厂家质保承诺。

26、有的承诺5年10万公里，电池发生质量问题免费更换，有的则承诺6年15万公里，比亚迪甚至提出了电池发生质量问题永久免费更换。

27、我们发现，一方面越是规模较大、技术较强的企业电池质保的里程和年限越长。这说明我们的企业对于产品还是拥有足够的信心。

28、另一方面，我们发现在这些承诺中，尚缺乏细节的承诺。

29、首先是如何认定电池已经发生质量问题，这里缺乏明确标准。直观来看电池的续航里程如果在短期内大幅减少，或在行驶中电池电量经常出现突然减少，可以作为电池已经出现问题的证据。但是，这些直观现象却缺乏相应的技术数据作为判定标准。

30、此外，如何认定是电池质量问题，还是消费者使用不当造成故障，也是一个扯皮的问题。

31、综上，可以知晓决定电动车的核心在于电池性能，电池安全性，电池使用寿命，然而体积这些核心作用时均会提及温度和碰撞变形，然而目前，尚未出现，可在现有的电池(所指现有电池所用材料)基础上可全面优化电池性能，电池安全性，电池使用寿命的装置。

技术实现思路

1、根据上述提出的技术问题，而提供一种能够直接对汽车动力电池的温度调控以及提供良好的碰撞保护的电池控温装置。

2、本实用新型采用的技术手段如下：

3、一种动力电池包的外制热和制冷装置，包括：

4、顶部能够打开和封闭的带有容纳腔室的外壳体和设置于外壳体内部位于动力电池下方的制冷制热一体式控温装置；

5、上述制冷制热一体式控温装置包括：

6、装设于外壳体内部腔室底部的换热底座,安装于换热底座上方顶部与动力电池下端接触支撑的电池支撑座，制冷集管，制热集管，制冷轴流风机，制热轴流风机，若干根电热丝卷筒和若干个浮球柱塞阀；

7、制冷轴流风机和制热轴流风机均为两路出气管，且一路出气管通过三通与制冷集管入口连接，另一路出气管通过三通与制热集管入口连接；

8、各个三通入口均设置有单向止回阀；

9、上述换热底座上端面加工有若干横向贯穿的截面为半圆的条形孔，上述电池支撑座下端面加工与换热底座上端面的条形孔对应的条形孔，当电池支撑座下端面与换热底座上端面接合对应的条形孔相互扣合形成横向贯穿的通孔；

10、上述每一个通孔内部嵌入装设有电热丝卷筒；

11、上述电热丝卷筒包括：电热丝和卷筒支架；

12、上述电热丝卷曲缠绕于卷筒支架外壁形成电热丝卷筒，卷筒支架外壁上设置有若干个将相邻缠绕的电热丝分隔的间隔块；

13、卷筒支架、换热底座和电池支撑座材质为高强度铝合金；

14、上述电池支撑座与电池接触的上端面加工有若干跟横纵交错且连通的条形凹槽，且每一根与通孔平行的凹槽均加工有若干个竖孔与对应的通孔连通；

15、上述制冷集管的分支管路数量与通孔数量一致且与通孔的一端开口连接，制热集管的分支管路数量与通孔数量一致且与通孔的另一端开口连接；

16、上述制热轴流风机的进气口位于外壳体内部，且该位置设置有单向止回阀；

17、上述制冷轴流风机的进气口置于外壳体外部，且该位置设置有单向止回阀和一个浮球柱塞阀；

18、上述控制电热丝通电状态的控制装置设置于外壳体外部与车的控制终端连接，电热丝的供电源为动力电池；

19、上述外壳体侧壁顶部设置有与其内部腔室连通的换气管路，该管路上设置有换气轴流风机，且换气轴流风机出口处设置有单向止回阀和一个浮球柱塞阀；

20、上述浮球柱塞阀包括：

21、阀体为方钢管，橡胶圆柱塞，弹簧，弹簧卡扣，拉杆，柔性钢丝绳，支架，浮球连杆和浮球；

22、弹簧设置于阀体内部，橡胶圆柱塞设置于弹簧上方，阀体上端侧壁设置有用于弹簧卡扣前端嵌入的锁口，锁口与阀体内部弹簧安装位置连通，弹簧卡扣前端嵌入于锁口内，且压于弹簧顶部，保持弹簧压缩状态；

23、上述拉杆为l形杆，且竖直杆体部分和平直杆体部分夹角大于等于100°小于等于110°；

24、弹簧卡扣前端下部与阀体外壁的卡扣支座顶部铰接，弹簧卡扣后端下端面设置有弧形凹槽，阀体外壁设置有连杆支座，拉杆拐角部分与连杆支座顶部铰接，拉杆前端设置有与连杆支座上端面接触的凸起，该凸起阻止拉杆向阀体侧翻转；

25、拉杆头部为球头，且嵌入到弧形凹槽内，拉杆头部完全嵌入在弹簧卡扣的弧形凹槽内为弹簧卡扣的初始状态，该状态为弹簧卡扣处于压缩弹簧状态；

26、拉杆另一端尾部与柔性钢丝绳连接，柔性钢丝绳另一端通过四根钢丝绳ⅰ，每根钢丝绳ⅰ的另一端连接有浮球连杆，浮球连杆末端端部设置有浮球，浮球连杆前端与支架铰接，该支架与车体底盘刚性连接。

27、进一步的，

28、卷筒支架为轴心贯通管状结构，且径向加工有若干个圆形通孔。

29、进一步的，

30、与浮球柱塞阀的橡胶圆柱塞接合密封的刚性管口的开口处设置有接触开关，该开关与电源总开关连接。

31、进一步的，

32、还包括：空调制冷装置和换热制冷座；

33、上述空调制冷装置的冷风出口管通过三通连接有两组集管；

34、换热制冷座设置有若干个贯通的通孔，两组集管的分支管路分别与通孔的两端开口连接；

35、换热制冷座下端面加工有若干个横纵交错且相连的弧形槽，与弧形槽204底部加工有若干个与通孔连通的竖孔。

36、采用上述技术方案的本实用新型在使用时：

37、制冷需求时，位于制热轴流风机所在管路阀门关闭，制热轴流风机不工作，电热丝不通电；

38、制冷轴流风机开启将外部空气吸入到外壳体内部，通过制冷集管和与制热集管将空气注入到电池支撑座下端面与换热底座上端面接合对应的条形孔相互扣合形成横向贯穿的通孔内，又通过与通孔连通的竖孔将空气导入到电池支撑座上端面的横纵交错且连通的条形凹槽内，竖直孔实现对电池的直接吹气降温，其他开孔负责将冷空气扩散到整个外壳体内部，同时换气管路的换气轴流风机工作将热气抽出外排；自动连续的进行风冷循环，让动力电池始终处于安全的温度条件下。

39、根据选择是否装配空调制冷装置和换热制冷座，由于空调制冷的成本高耗电高如需求不大则不装配。

40、当选择了空调制冷装置时，单独启动空调制冷装置辅助制冷即可，可实现电池的快速降温。

41、制热需求时，

42、制冷轴流风机所在管路的所有阀门关闭，制冷轴流风机不工作，如果有空调制冷装置则不启动；换气管路所有阀门关闭。

43、电热丝通电，并通过控制装置控制其加热功率，制热轴流风机所在管路所有阀门开启，制热轴流风机启动吸取外壳体内部的气体，制热轴流风机105同样通过制冷集管和与制热集管输送至电池支撑座与换热底座的条孔内，条孔由于装设了电热丝卷筒，电热丝的通电对流经气体进行加热，进而通过同样的结构吹出的均为热气，进而实现制热；制热的控制为自动控制和人工控制两种模式结合，以保障动力电池最佳工作状态。

44、浮球柱塞阀的工作原理：

45、当车发生任何一个方向的侧翻或者翻转时，无论是否接触水，该浮球均为驱动浮球连杆摆动，进而拉动四根钢丝绳ⅰ拉动柔性钢丝绳，柔性钢丝绳拉动拉杆尾端，促使拉杆向外旋转，进而拉杆头部的嵌入到弹簧卡扣后端下端的弧形凹槽内的球头部分与弧形凹槽脱离，进而弹簧卡扣失去旋转阻挡，弹簧弹性复位将弹簧卡扣前端弹开，弹簧顶部将橡胶圆柱塞弹出，橡胶圆柱塞伸出后与外部的封堵部分接合密封，实现一次性封堵。

46、浮球柱塞阀本体、刚性管口匹配后与车地盘刚性连接。

47、其中，外壳体的强度要求是抵抗撞击吨以上，同时具备防水密封性和保温功能。

48、其中，本技术所有进气管路和排气管路上均设置有空气过滤器。

49、其中，所有与轴流风机连接的管路均为橡胶软管。

50、较现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

51、1、从实际应用出发的实用性可靠性成本低廉，结构简单，易于开发利用，从根本上可以有效杜绝因外部环境温度的变化对电池的影响，保障电池的安全使用以及电池的续航里程得到有效保证。

52、在符合安全工况要求下，动力电池能量力度达标值时，不发生自燃自爆，即在热季不怕高温，在寒季不怕低温。

53、同时，在多种水灾面前，本装置自动防水。

54、2、能够实现在行驶、停放或充电时自动开启所需的降温、升温和防水，保证使用动力电池的各类车辆、机械装备的安全以及发挥动力电池的高效能。

55、为了保障动力电池的安全温度状态，制冷装置是全时自动进行工作。

56、制热采用自动和人工控制两种模式，可以实现出行之前的预约制热。