一種電動方程式賽車的緊湊型強制風冷動力電池系統總成的制作方法

本發明屬于純電動賽車能源與動力領域，具體涉及一種的結構緊湊、采用強制風冷式散熱方案的電動方程式賽車電池箱的內部布置方案和動力電池系統總成。

背景技術：

中國大學生電動方程式大賽規則對動力電池系統設計所作的要求包括系統機械特性要求和電氣安全防護要求，而且，電動方程式賽車設計以卓越動力性、整車輕量化、經濟性、環保性為目標。

純電動方程式賽車動力電池系統作為整車動力來源，是整車設計要求最為苛刻的系統，也是安全防護等級最高的系統。在賽車行駛中，各項接近極限的工況如高速行駛、頻繁加減速等，給動力電池穩定供電帶來極大挑戰。其中，化學反應和電阻的存在等導致電池單體溫升將會直接影響電池模組放電特性，如不能及時移除熱量使電池工作在合適的范圍內，就可能引發動力中斷的問題；此外，電池單體數目多體積大，占用較多的箱體空間。在賽事規則要求范圍內，箱體設計應提高空間利用率，以達到電池系統高能量密度、整車輕量化、低風阻等較高的性能目標。

針對電池熱管理系統的設計，國內外主流方案有三種，分別為空氣冷卻、液體冷卻、相變材料冷卻。空氣冷卻方案結構簡單、質量小、可及時排除有害氣體且成本低；但電池壁面換熱系數低冷卻速度緩慢。液體冷卻方案冷卻性能相對較高，允許對電池進行加熱或冷卻，使溫度分布更加均勻；缺點在于液冷方式消耗更高的功率、需要采取換熱器等外部設備、有漏夜危險，雖可使電池箱體內部布置更加緊湊，但將大大增加動力電池系統的質量和體積。相變材料冷卻方案一般采用石蠟為基礎材料，其相變溫度和電池的最佳工作溫度上限相近，因而適用于吸收電池溫升時所產生的熱量，電池溫度偏低時凝固放出熱量；但整體機械性能較差，不便防護。

本發明采用緊湊型強制風冷方案對電池單體進行獨立散熱，針對風冷方式的不足對電池冷卻效率進行優化。

技術實現要素：

本發明是為了解決電池箱風冷式散熱系統冷卻效率較低的問題，而提出了緊湊型強制風冷電池箱內部布置方案和動力系統總成。

本發明的目的是通過下述技術方案實現：

一種電動方程式賽車的緊湊型強制風冷動力電池系統總成，包括矩形電池箱體，所述的電池箱體內部包括將電池箱劃分為電池模組區、散熱風扇出風緩沖區、繼電器防護器件安裝區和電池管理系統模塊區的BMS模塊絕緣支承板、縱向電池模組通風隔板、散熱風扇支承隔板、橫向電池模組隔板，所述的電池模組區內設置有軟包電池模組；所述散熱風扇出風緩沖區設置有若干散熱風扇；所述的繼電器防護器件安裝區設置有電池正極絕緣繼電器、熔斷器、電池負極絕緣繼電器；所述的電池管理系統模塊區設置有BMU主控模塊、BSU從控模塊、電池放電繼電器、保護電阻、電池預充電繼電器。

進一步地，軟包電池模組的側面與箱體隔板距離小于5mm。

進一步地，散熱風扇與電池箱體右側板的距離小于8mm。

進一步地，所述的散熱風扇支承隔板上設置有用于安裝散熱風扇的風扇通風口。

進一步地，電池正極絕緣繼電器的上端設置有用于容納高壓線路和低壓線路的空間，所述電池箱體的引線前板上相鄰設置有連接低壓線路的低壓線路連接器和連接高壓線路的高壓線路連接器。

進一步地， 所述BMU主控模塊、BSU從控模塊沿縱向分別固定于BMS模塊絕緣支承板上，所述電池放電繼電器、保護電阻、電池預充電繼電器沿縱向分別固定在BMS模塊絕緣支承板上，與 BMU主控模塊、BSU從控模塊并排放置。

進一步地，所述電池正極絕緣繼電器位于電池負極絕緣繼電器下方并完全錯開。從俯視圖看兩者位置完全錯開以便于裝配；

進一步地，所述電池負極絕緣繼電器、熔斷器安裝在以懸臂梁方式固定在電池箱側板中部的絕緣板上。

進一步地， 所述BMS模塊絕緣支承板與電池箱體左側板、電池箱體右側板定位連接。

進一步地，所述電池箱體左側板開有均布的進風口，所述電池箱右側板開有均布的出風口；所述縱向電池模組通風隔板開有均布的電池模組隔板通風口。

相比現有技術，本發明在采用強制風冷方案的基礎上，調整電池箱體內部布置，將電池部分獨立分區、優化進出風口尺寸和定位。本發明裝置設計緊湊，極大提高動力電池系統的空間利用率和系統能量密度的同時，提升空冷式散熱系統的工作效率。

附圖說明

圖1是本發明實施例的動力電池系統總成內部立體示意圖。

圖2是本發明動力電池系統總成的俯視圖（隱藏了上部D電池管理系統模塊區和BMS模塊絕緣支承板）。

圖3是本發明實施例的動力電池系統總成箱體部分的正視圖。

圖4是本發明實施例的動力電池系統總成箱體部分的俯視圖。

圖5是本發明實施例的電池箱體左側板示意圖。

圖6是發明實施例的縱向電池模組通風隔板示意圖。

圖7是發明實施例的散熱風扇支承隔板示意圖。

圖8是本發明實施例的電池箱體右側板示意圖。

圖中所示為：1-電池正極絕緣繼電器；2-熔斷器；3-電池負極絕緣繼電器；4- BMU主控模塊；5-電池放電繼電器；6-保護電阻；7- BSU從控模塊；8-電池預充電繼電器；9- BMS模塊絕緣支承板；10-散熱風扇；11-軟包電池模組；12-低壓線路連接器；13-高壓線路連接器；14-電池箱體左側板；15-橫向電池模組隔板；16-縱向電池模組通風隔板；17-散熱風扇支承隔板；18-電池箱體右側板；19-進風口；20-電池模組隔板通風口；21-風扇通風口；22-出風口。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明實現動力電池系統能量提高和強制風冷系統冷卻效率提高做進一步說明。

如圖1至圖4所述，一種電動方程式賽車的緊湊型強制風冷動力電池系統總成，包括矩形電池箱體，所述的電池箱體內部包括將電池箱劃分為電池模組區、散熱風扇出風緩沖區、繼電器防護器件安裝區和電池管理系統模塊區的BMS模塊絕緣支承板9、縱向電池模組通風隔板16、散熱風扇支承隔板17、橫向電池模組隔板15，所述的電池模組區內設置有軟包電池模組11；所述散熱風扇出風緩沖區設置有若干散熱風扇10，所述的散熱風扇支承隔板17上設置有用于安裝散熱風扇10的風扇通風口21(見圖7)；所述的繼電器防護器件安裝區設置有電池正極絕緣繼電器1、熔斷器2、電池負極絕緣繼電器3；所述的電池管理系統模塊區設置有BMU主控模塊4、BSU從控模塊7、電池放電繼電器5、保護電阻6、電池預充電繼電器8。如圖3和圖4所示，其中A區表示電池模組區、B區表示散熱風扇出風緩沖區、C區表示繼電器防護器件安裝區、D區表示電池管理系統模塊區，箭頭表示空氣流向。

針對A、B區：為滿足緊湊性設計要求，所述軟包電池模組11的側面與箱體隔板距離小于5mm。散熱風扇10與電池箱體右側板18的距離小于8mm。

針對C區，所述電池正極絕緣繼電器1位于電池負極絕緣繼電器3下方并完全錯開，從俯視圖看兩者位置完全錯開以便于裝配；電池正極絕緣繼電器1的上端設置有用于容納高壓線路和低壓線路的空間，所述電池箱體的引線前板上相鄰設置有連接低壓線路的低壓線路連接器12和連接高壓線路的高壓線路連接器13。

針對D區，所述BMU主控模塊4、BSU從控模塊7沿縱向分別固定于BMS模塊絕緣支承板9上，所述電池放電繼電器5、保護電阻6、電池預充電繼電器8沿縱向分別固定在BMS模塊絕緣支承板9上，與 BMU主控模塊4、BSU從控模塊并排放置7。

所述電池負極絕緣繼電器3、熔斷器2安裝在以懸臂梁方式固定在電池箱側板中部的絕緣板上。

所述BMS模塊絕緣支承板9與電池箱體左側板14、電池箱體右側板18定位連接。

如圖5、圖6、圖8所示，為實現良好的通風效果，所述電池箱體左側板14開有均布的進風口19，所述電池箱右側板18開有均布的出風口22；所述縱向電池模組通風隔板16開有均布的電池模組隔板通風口20。

由散熱風扇10從A區抽出溫度較高的氣體，將其排至B區； A區產生負壓將箱體外部空氣從進風口19吸入，空氣通過電池模組隔板通風口20 后經散熱風扇10從出風口22排出，帶出電池溫升而產生的熱量。

電池箱體內部布置分區優化，極大提高電池箱體空間利用率。將電池箱體劃分為電池模組區、散熱風扇區、絕緣繼電器區和頂部電池管理系統模組區四大部分，強制風冷系統僅對電池部分進行散熱，避免電池模組和其他元器件組合布置導致的冷卻效率低下。

優化通風進出口壓力系數。在上述A、B區緊湊設計的基礎上，通過BMS模塊絕緣支承板9準確定位，為A區上表面進行局部密封。在散熱風扇10啟動瞬間形成較大的負壓力，有效將A區內部氣體抽出移除。此方案通過ANSYS有限元分析軟件對方案進行CFD分析和優化，最后以實車測試進行效果驗證，達到預期效果。

本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明權利要求的保護范圍之內。