CN113611945A - 新能源汽车移动充电电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新能源汽车移动充电电池，包括电池包和设于电池包内的电池组，所述电池组的两侧板和中板上均设有液冷板，所述电池组的单体电池之间的间隙内填充冷却介质，所述电池包包括相适配的上箱体和下箱体，所述下箱体的内部底端设与液冷板连通的循环水道，所述下箱体上设有与循环水道连通的进液口和出液口，所述下箱体的两端侧壁上设有对流风机；本发明提供的充电电池，采用管道与电池包相结合的方式，既节省了空间，又增强了冷却效果。

Description

新能源汽车移动充电电池
技术领域
本发明属于新能源电池技术领域，具体涉及一种新能源汽车移动充电电池。
背景技术
新能源汽车是指采用新型动力的汽车，主要包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等，其优点是零排放、无污染，动力电池又称为二次电池，在工作的时候电池内部进行着可逆的电化学反应，能够不断地释放和存储电能，作为电动汽车的动力来源，动力电池分为蓄电池和燃料电池，蓄电池主要包括锂离子电池、铅酸蓄电池、镍氢电池、锂聚合物电池，其中锂离子电池的组成主要包括正、负极材料、电解液、电池隔膜，目前在锂离子电池正极材料中应用较为广泛的主要是锰酸锂、三元材料、磷酸铁锂，锂离子电池的负极材料一般由石墨等复合而成，电池的隔膜一般由聚乙烯或者聚丙烯微孔膜构成，锂离子电池由于其成本低，循环可充电次数多而被广泛应用。
锂离子电池在使用的过程中对温度的敏感性较强，长时间使用后容量减少，有一定的安全隐患，甚至引发***。动力电池在工作过程中，频繁的充放电，会引起电池温度过高，由于电池所在空间位置狭小，热量难以散发出去，会形成热量的积累，导致电池的温度升高，而温度又影响着电池诸如电池容量、循环寿命、充放电电流大小等性能，从而影响着电池动力的输出与输入及电池的安全性能；此外，在极寒地区，由于电池处于较低温度环境下工作，会使得电池容量减少，放电异常等问题，所以电池温度的有效控制对其工作效率和安全性能至关重要，动力电池在工作时，内部中心位置电池单体温度高，而边缘位置电池单体温度适宜，此种情况下动力电池的温度一致性降低，会影响电池的使用性能及寿命。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中所提出的问题，而提供一种新能源汽车移动充电电池，采用管道与电池包相结合的方式，既节省了空间，又增强了冷却效果。
本发明的目的是这样实现的：
新能源汽车移动充电电池，包括电池包和设于电池包内的电池组，所述电池组的两侧板和中板上均设有液冷板，所述电池组的单体电池之间的间隙内填充冷却介质，所述电池包包括相适配的上箱体和下箱体，所述下箱体的内部底端设与液冷板连通的循环水道，所述下箱体上设有与循环水道连通的进液口和出液口，所述下箱体的两端侧壁上设有对流风机。
优选的，所述进液口和出液口设于下箱体的同侧，所述电池包的下箱体上、进液口和出液口的同侧面上还设有与电池组连接的低压连接器和48V连接器。
优选的，所述下箱体远离进液口和出液口的一侧设有防爆阀，所述上箱体的上端面设有加强条。
优选的，所述对流风机包括进风机和出风机，所述下箱体的外部底端、出风机的一侧设有风冷翅片。
优选的，所述循环水道采用U型管道，所述液冷板和U型管道内填充乙二醇水溶液。
优选的，所述冷却介质采用石蜡。
优选的，所述乙二醇水溶液为水和乙二醇溶液各50％的混合体，所述乙二醇水溶液的密度ρ1为1060-1088kg/m3，比热容C1为3126-3362·kg-1·k-1，导热系数λ1为0.32-0.41W·m-1·k-1，动力粘度μ1为2.2-22.5pa·s。
优选的，所述液冷板和循环水道内乙二醇水溶液的雷诺数Re满足：
Re＝ρ1vL/μ1，
其中v为截面的平均速度(m/s)，L为特征长度(m)。
优选的，所述液冷板和循环水道均采用铝材质，所述铝材质的，密度ρ2为2564-2731kg/m3，比热容C2为198-253J·kg-1·k-1，导热系数λ2为855-964W·m-1·k-1，且ρ2(C2+λ2)/(λ2-C2)大于3685且小于等于5512。
优选的，所述电池组的单体电池为锂电池，所述锂电池的负极采用采用氧化镍纳米颗粒/碳纳米头盔复合材料。
优选的，所述复合材料的制备包括如下步骤：
S1、制备SiO2纳米球，将异丙醇与超纯水和氨水混合搅拌均匀，加入正硅酸乙酯，室温搅拌60min，再滴加正硅酸乙酯,35℃搅拌2h，将产物离心再用水和酒精清洗3次，70℃真空干燥10h，得到SiO2球；
S2、通过溶胶凝胶法在SiO2球上覆盖酚醛树脂涂层(RF)形成RF/SiO2，将SiO2球加入水和乙醇混合液中超声分散30min，依次往其中加十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，间苯二酚和氨水室温搅拌30min，再加甲醛溶液，35℃搅拌8h，将产物离心再用酒精和水清洗3次，70℃真空干燥10h，得到RF/SiO2纳米球；
S3、用水热法在RF/SiO2上制备Ni(OH)2，将RF/SiO2纳米球，六水合硝酸镍，六次亚甲基四胺，超纯水与乙醇的混合物加入到具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，将密封的反应釜放入100℃电烘箱中保温10h，将产物通过离心收集，80℃真空干燥10h，得到Ni(OH)2/RF/SiO2；
S4、将所制备的Ni(OH)2/RF/SiO2在Ar气氛中退火使Ni(OH)2转化为NiO同时使RF碳化，将所制备的Ni(OH)2/RF/SiO2纳米球在管式炉Ar气氛中以1℃/min升温至600℃保温2h，冷却至350℃后再通空气，彻底冷却后将产物在3M的NaOH溶液中70℃搅拌48h，将产物离心并用水清洗3次，70℃真空干燥10h，得到NiO/CNHs复合材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的新能源汽车移动充电电池，采用风冷和液冷相结合，并与电池包结合为一体，将电池包底板和侧板作为散热板，直接作用于电池组的底部和侧壁，与电芯底部直接接触。
2、本发明提供的新能源汽车移动充电电池，用液冷管道将电池单体和冷却液隔开，电池所散发的热量主要被液冷管道传递至流动的冷却液中并带出电池组，这种散热方式的冷却液可以使用导热系数大、比热容大、粘度小的冷却介质，且电池组成本稍低，安全性有保障。
3、本发明提供的新能源汽车移动充电电池，在电池包在底面做一体式风冷翅片，底面用薄板封闭，从两侧进出风，进风口采用两个风扇进行强制进风，出风口自由出流，空调风经过翅片冷却之后，直接排出电池包。
4、本发明提供的新能源汽车移动充电电池，采用开放式的氧化镍纳米颗粒/碳纳米头盔复合材料作为锂电池的负极材料，解决空心碳结构复合材料堆积密度低，碳内壁无法利用的问题，相比于封闭的球状或碗状NiO/C异质结构，开放式头盔状结构CNHs的内壁得到了充分利用；NiO纳米颗粒与CNHs之间的良好接触显著降低了电极内阻，多孔开放的碳骨架为电解液提供了更有效的扩散路径，且还保留了空心结构能够缓冲充放电过程中体积变化应力和碗状结构提升活性材料堆积密度的优势。
附图说明
图1是本发明新能源汽车移动充电电池的电池包示意图。
图2是本发明新能源汽车移动充电电池的电池组示意图。
图3是本发明新能源汽车移动充电电池的下箱体俯视图。
图4是本发明新能源汽车移动充电电池供能箱液冷板示意图。
图中：10、电池包；20、电池组；30、循环水道；11、上箱体；111、加强条；12、下箱体；121、防爆阀；13、低压连接器；14、48V连接器；15、进液口；16、出液口；17、出风机；18、进风机；19、风冷翅片；21、侧板；22、中板；23、液冷板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
结合图1-4，新能源汽车移动充电电池，包括电池包10和设于电池包10内的电池组20，所述电池包10包括相适配的上箱体11和下箱体12，上箱体11和下箱体12密封连接，所述电池组20的两侧板21和中板22上均设有液冷板23，所述电池组20的单体电池之间的间隙内填充冷却介质，侧板21和中板22采用框架结构，液冷板23的四周边固定于侧板21和中板22的框架结构内。
所述下箱体12的内部底端设与液冷板23连通的循环水道30，所述下箱体12上设有与循环水道30连通的进液口15和出液口16，所述下箱体12的两端侧壁上设有对流风机，所述对流风机包括进风机18和出风机17，所述下箱体12的外部底端、出风机17的一侧设有风冷翅片19，进风口采用两个风扇进行强制进风，出风口自由出流，空调风经过翅片冷却之后，直接排出电池包，进风机18和出风机17均为内置风扇，进风机18和出风机17的电池包侧壁上作防尘处理。
电池组中单体电池间隙排列，将石蜡注入电池组，利用石蜡的双介质(固体和液体)耦合散热的形式形成两个耦合面，第一个耦合面：单体电池侧面与石蜡的接触面，第二个耦合面：石蜡与循环水道和液冷板的接触面，将石蜡作为冷却介质在电池组内部包裹住单体锂电池，循环水道和液冷板与石蜡直接接触，在冷却循环过程中，不断带走由电池传递给石蜡的热量，管内冷却液温度逐渐上升，电池包的温度随之逐渐降低。
电池包连接至整车的水泵及供水管路，电池包的侧壁与液冷板接触，电池包的底部循环水道为电池组的底部提供冷却，采用管道与电池包相结合的方式，既节省了空间，又增强了冷却效果。
所述下箱体12远离进液口15和出液口16的一侧设有防爆阀121，所述上箱体11的上端面设有加强条111，增强上箱体11的承载能力。
实施例2
所述循环水道采用U型管道，所述液冷板和U型管道内填充乙二醇水溶液，所述乙二醇水溶液为水和乙二醇溶液各50％的混合体，所述乙二醇水溶液的密度ρ1为1060-1088kg/m3，比热容C1为3126-3362·kg-1·k-1，导热系数λ1为0.32-0.41W·m-1·k-1，动力粘度μ1为2.2-22.5pa·s。
所述液冷板和循环水道内乙二醇水溶液的雷诺数Re满足：Re＝ρ1vL/μ1，其中v为截面的平均速度(m/s)，L为特征长度(m)。
所述液冷板和循环水道均采用铝材质，所述铝材质的，密度ρ2为2564-2731kg/m3，比热容C2为198-253J·kg-1·k-1，导热系数λ2为855-964W·m-1·k-1，且ρ2(C2+λ2)/(λ2-C2)大于3685且小于等于5512。
作为液冷***中传递热量最重要的介质，冷却液必须具备导热系数高、热稳定性好、粘度低、对液冷管腐蚀性小等多种物理属性，相对铜材而言，铝材密度小、价格低，工艺性好。
实施例3
所述电池组20的单体电池为锂电池，所述锂电池的负极采用采用氧化镍纳米颗粒/碳纳米头盔复合材料，所述复合材料的制备包括如下步骤：
S1、制备SiO2纳米球，将63.3ml的异丙醇与23.5ml超纯水和13ml氨水混合搅拌均匀，加入0.6ml正硅酸乙酯，室温搅拌60min，再滴加5ml正硅酸乙酯，35℃搅拌2h，将产物离心再用水和酒精清洗3次，70℃真空干燥10h得到SiO2球；
S2、通过溶胶凝胶法在SiO2球上覆盖酚醛树脂涂层(RF)形成RF/SiO2，将1gSiO2球加入70ml的水和28ml的乙醇混合液中超声分散30min，依次往其中加2.3g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，0.35g间苯二酚，0.11ml氨水室温搅拌30min，再加0.5ml甲醛溶液，35℃搅拌8h，将产物离心再用酒精和水清洗3次，70℃真空干燥10h，得到RF/SiO2纳米球；
S3、用水热法在RF/SiO2上制备Ni(OH)2，将1gRF/SiO2纳米球，1.45g六水合硝酸镍，1.4g六次亚甲基四胺，25ml超纯水10ml乙醇的混合物加入到具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，将密封的反应釜放入100℃电烘箱中保温10h，将产物通过离心收集，80℃真空干燥10h，得到Ni(OH)2/RF/SiO2；
S4、将所制备的Ni(OH)2/RF/SiO2在Ar气氛中退火使Ni(OH)2转化为NiO同时使RF碳化，将所制备的Ni(OH)2/RF/SiO2纳米球在管式炉Ar气氛中以1℃/min升温至600℃保温2h，冷却至350℃后再通空气，彻底冷却后将产物在3M的NaOH溶液中70℃搅拌48h，将产物离心并用水清洗3次，70℃真空干燥10h，得到NiO/CNHs复合材料。
采用开放式的氧化镍纳米颗粒/碳纳米头盔复合材料作为锂电池的负极材料，解决空心碳结构复合材料堆积密度低，碳内壁无法利用的问题，相比于封闭的球状或碗状NiO/C异质结构，开放式头盔状结构CNHs的内壁得到了充分利用，NiO纳米颗粒与CNHs之间的良好接触显著降低了电极内阻，多孔开放的碳骨架为电解液提供了更有效的扩散路径，且还保留了空心结构能够缓冲充放电过程中体积变化应力和碗状结构提升活性材料堆积密度的优势。
实施例4
所述的电池包10为方体结构，连接有提手，所述的方体结构的左右侧面分别为A面和C面，所述的方体结构的前后侧面分别为B面和D面，其中在B面上依次设有充电卡槽、充电孔和与充电孔铰链接的保护盖，C面上设有充电触头，D面上设有用于显示电量的显示屏，整个电池包10的重量不大于15kg，长度为30cm，宽度为25cm，高度为20cm。
在A面上贴附有用于取用和归还电池的二维码，用于扫描支付后，电池包内部的限位锁自动解开，弹出满电量的电池包，用户在扫描二维码点击归还后，储存电池包的储存箱内部与充电触头接触后自动锁死，完成归还。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的保护范围内所做的任何修改，等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.新能源汽车移动充电电池，其特征在于：包括电池包(10)和设于电池包(10)内的电池组(20)，所述电池组(20)的两侧板(21)和中板(22)上均设有液冷板(23)，所述电池组(20)的单体电池之间的间隙内填充冷却介质，所述电池包(10)包括相适配的上箱体(11)和下箱体(12)，所述下箱体(12)的内部底端设与液冷板(23)连通的循环水道(30)，所述下箱体(12)上设有与循环水道(30)连通的进液口(15)和出液口(16)，所述下箱体(12)的两端侧壁上设有对流风机。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车移动充电电池，其特征在于：所述进液口(15)和出液口(16)设于下箱体(12)的同侧，所述电池包(10)的下箱体(12)上、进液口(15)和出液口(16)的同侧面上还设有与电池组(20)连接的低压连接器(13)和48V连接器(14)。
3.根据权利要求2所述的新能源汽车移动充电电池，其特征在于：所述下箱体(12)远离进液口(15)和出液口(16)的一侧设有防爆阀(121)，所述上箱体(11)的上端面设有加强条(111)。
4.根据权利要求1所述的新能源汽车移动充电电池，其特征在于：所述对流风机包括进风机(18)和出风机(17)，所述下箱体(12)的外部底端、出风机(17)的一侧设有风冷翅片(19)。
5.根据权利要求1所述的新能源汽车移动充电电池，其特征在于：所述循环水道(30)采用U型管道，所述液冷板(23)和循环水道(30)内填充乙二醇水溶液。
6.根据权利要求1所述的新能源汽车移动充电电池，其特征在于：所述冷却介质采用石蜡。
7.根据权利要求1所述的新能源汽车移动充电电池，其特征在于：所述电池组(20)的单体电池为锂电池，所述锂电池的负极采用采用氧化镍纳米颗粒/碳纳米头盔复合材料。
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