CN117109862A - 一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台，属于锂电池实验测试平台领域。一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台，包括风洞，风洞由入口止回阀、入口连接段、电池放置中段、出口止回阀、出口连接段、风扇控制***、红外热成像观察***和清理机构组成。本发明使得与电动飞行器动力锂电池所处环境最大程度上保持一致，以此最大程度上模拟电动飞行器动力锂电池的工作环境，提升了进行电池风冷实验的科学性的准确性，避免了之前电池风冷实验中直接测量测试风扇吹出的空气速度存在的风速随测量位置不同风速不同的情况，极大提升了风速测量的准确性，使得由风速计算得到的热通量等参数的准确性也相比之前有了提高。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池实验测试平台技术领域，尤其涉及一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台。
背景技术
锂离子电池（LIB）因其具有自放电率低、使用寿命长、功率大、能量密度高等优点越来越成为新能源交通工具中的宠儿，但由于其本身材料特性导致的电池退化以及热安全等问题也在很大程度上制约着锂电池的进一步推广应用。目前商用市场以及科研院所高校为解决这一问题提出的主要措施之一即是对锂电池进行热管理，热管理的主要目标是使锂电池始终处于适宜的工作温度范围，减小发生热失控等灾害的可能性，提高锂电池应用的安全性。目前主流的锂电池热管理方式主要有空气冷却、液体冷却、热管冷却、半导体冷却等。
电动飞行器也是目前最炙手可热的锂电池应用方向之一，由于飞行器运行的特殊要求，特别是轻量化要求，液体冷却等冷却效果显著但是会额外增加飞行器重量的热管理形式在电动飞行器领域并不适用，结构简单且易于实现的空气冷却就成了电动飞行器动力电池热管理的最佳方式。针对使用空气冷却对电动飞行器动力电池进行热管理这种应用场景，目前已有较多科研院所和高校针对此课题进行跟进研究，但是没有针对此场景下的测试平台研究。基于此，我们提出一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中针对使用空气冷却对电动飞行器动力电池进行热管理这种应用场景，目前已有较多科研院所和高校针对此课题进行跟进研究，但是没有针对此场景下的测试平台研究的问题，而提出的一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台，包括风洞，所述风洞由入口止回阀、入口连接段、电池放置中段、出口止回阀、出口连接段、风扇控制***、红外热成像观察***和清理机构组成；
所述入口止回阀布置于入口连接段入口处，所述出口止回阀置于电池放置中段与出口连接段之间，并通过法兰相连接；
所述入口连接段与电池放置中段利用法兰连接，连接部之间使用密封条密封，所述电池放置中段位于风洞最中间，用于放置电池，并进行相关测试；
所述出口止回阀与电池放置中段另一侧利用法兰连接，连接部之间使用密封条密封，所述风扇控制***布置于风洞末端，与风洞出口连接段使用法兰连接，并用密封条进行密封；所述红外热成像观察***与电池放置中段连接。
为了使得清理机构内的清理板能够循环内外滑动，优选地，所述入口止回阀靠近入口连接段的一端固定连接有止回阀法兰，所述止回阀法兰上开设有止回阀连接孔，所述入口止回阀远离入口连接段的一端安装有蝶式叶片，所述入口止回阀的底部开设有排灰口，所述入口止回阀的内侧壁固定连接有磁环。
为了能够使得清理机构转动，以及对空气进行过滤，优选地，所述入口连接段靠近入口止回阀的一端内侧壁固定连接有滤网，所述入口连接段靠近入口止回阀的一端固定连接有固定法兰，所述固定法兰上开设有固定孔，所述滤网的中部转动连接有转轴，所述转轴的外侧壁固定连接有扇叶，所述转轴的一端与入口连接段的内侧壁转动连接。
进一步地，所述电池放置中段两侧壁设有安装部用以固定测试电池，下侧壁设有***安装部用于固定风速测量计，电池放置中段上开设有实验线路预留孔，用于布置电池充放电线以及温度测量线，电池放置中段上开设有电池固定预留孔，用于固定电池。
进一步地，所述入口连接段、电池放置中段以及出口连接段分别作为收缩段、喉部和渐扩段存在，其设计符合文丘里效应。
进一步地，所述风扇控制***放置于出口连接段外侧，所述风扇控制***由供电线、PWM调速模块、直流电源和测试风扇组成。
进一步地，所述红外热成像观察***由观察孔、光学玻璃、红外热成像仪、传输线和控制电脑组成。
为了对滤网进行清理，防止滤网被空气中的灰尘所堵塞，影响空气的进气效率，进一步地，所述清理机构包括与转轴端部固定连接的活塞筒，所述活塞筒的内侧壁滑动连接有活塞板，所述活塞板的一侧固定连接有复位弹簧，所述活塞板靠近复位弹簧的一侧固定连接有连接管，所述连接管远离活塞板的一端固定连接有清理板，所述清理板的外侧壁滑动连接有滑架，所述活塞筒上开设有进气孔。
进一步地，所述止回阀法兰远离入口止回阀的一侧与固定法兰相贴合，并且止回阀连接孔和固定孔相对应。
更进一步地，所述复位弹簧远离活塞板的一端与活塞筒的内侧壁固定连接，所述滑架的端部与活塞筒的端部固定连接，所述连接管贯穿活塞筒并与活塞筒滑动连接，所述清理板与滤网相贴合，所述清理板设置为四个，且相同侧的两个清理板一个与磁环相吸合，另一个与磁环相排斥。
与现有技术相比，本发明提供了一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台，具备以下有益效果：
1、该锂电池风冷测试平台可以测量通道中的空气速度，在充分考虑电池风冷实验的需求下，方便观察电池实验过程中表面温度变化情况，方便充放电设备等测试用线布置，整个平台各部件之间连接紧密，进入平台的冷却空气均匀且可控，止回阀目的是在测试风扇不介入情况下确保电池处于密闭空间，使得与电动飞行器动力锂电池所处环境最大程度上保持一致，以此最大程度上模拟电动飞行器动力锂电池的工作环境，避免因此造成数据可信度低，偏差的问题，提升了进行电池风冷实验的科学性的准确性。
2、测试平台整体采用光敏树脂材料，其热导率相对较低,一般在0.1-0.3W/mK之间，降低了在测试过程中材料本身导致的热量散发，确保了实验数据的精确性，同时整个风洞采用模块化3D打印后组装拼接而成，具有较高的自由度，后期进行加装部件、零件调整、保养维护都较为方便，提升了该测试平台的实用性。
3、该平台设计主要采用文丘里效应，利用测试风扇在尾部将空气吸出从而控制进入风洞的空气都是由于压差改变而自动吸入的，这就使得测量得到的风速具有均一性，避免了之前电池风冷实验中直接测量测试风扇吹出的空气速度存在的风速随测量位置不同风速不同的情况，极大提升了风速测量的准确性，使得由风速计算得到的热通量等参数的准确性也相比之前有了提高，这对于实验整体的科学性是有利的。
4、该电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台，在测试风扇工作时，将会使得扇叶转动，带动转轴转动，使得清理机构沿滤网的外表面转动，在清理机构转动的过程中，清理机构将会在磁环的作用下往复内外滑动，使得清理板转动的过程中提供内外滑动，提高对滤网的清理效率，并且同时能够使得清理板循环向滤网进行吹气，进一步提高对滤网的清洁效率，防止灰尘堵塞滤网，影响风冷测试的质量和效率。
该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现，本发明使得与电动飞行器动力锂电池所处环境最大程度上保持一致，以此最大程度上模拟电动飞行器动力锂电池的工作环境，避免因此造成数据可信度低，偏差的问题，提升了进行电池风冷实验的科学性的准确性，并且具有较高的实用性，避免了之前电池风冷实验中直接测量测试风扇吹出的空气速度存在的风速随测量位置不同风速不同的情况，极大提升了风速测量的准确性，使得由风速计算得到的热通量等参数的准确性也相比之前有了提高，这对于实验整体的科学性是有利的。
附图说明
图1为本发明提出的一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台的正面三维立体结构示意图；
图2为本发明提出的一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台的侧面三维立体结构示意图；
图3为本发明提出的一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台的正面中部剖开结构示意图；
图4为本发明提出的一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台的入口止回阀三维立体结构示意图；
图5为本发明提出的一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台的入口止回阀和入口连接段中部剖开结构示意图；
图6为本发明提出的一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台的入口连接段三维立体结构示意图；
图7为本发明提出的一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台的清理机构三维立体局部剖开结构示意图。
图中：1、入口止回阀；11、蝶式叶片；12、止回阀法兰；13、止回阀连接孔；14、排灰口；15、磁环；2、入口连接段；21、固定法兰；22、固定孔；23、滤网；24、扇叶；25、转轴；3、电池放置中段；31、电池固定预留孔；32、实验线路预留孔；4、出口止回阀；5、出口连接段；6、风扇控制***；61、供电线；62、PWM调速模块；63、直流电源；64、测试风扇；7、红外热成像观察***；71、光学玻璃；72、红外热成像仪；73、传输线；8、活塞筒；81、活塞板；82、复位弹簧；83、连接管；84、清理板；85、滑架；86、进气孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。
参照图1-图7，一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台，包括风洞，风洞由入口止回阀1、入口连接段2、电池放置中段3、出口止回阀4、出口连接段5、风扇控制***6、红外热成像观察***7和清理机构组成；入口止回阀1布置于入口连接段2入口处，出口止回阀4置于电池放置中段3与出口连接段5之间，并通过法兰相连接；入口连接段2与电池放置中段3利用法兰连接，连接部之间使用密封条密封，电池放置中段3位于风洞最中间，用于放置电池，并进行相关测试；出口止回阀4与电池放置中段3另一侧利用法兰连接，连接部之间使用密封条密封，风扇控制***6布置于风洞末端，与风洞出口连接段5使用法兰连接，并用密封条进行密封；红外热成像观察***7与电池放置中段3连接；
各部分之间通过法兰使用螺栓固定，法兰之间垫有密封胶圈，以确保整个风洞除去风道位置外的密封性，降低实验误差，出口止回阀4主要目的在于控制出口空气量，同时保证在风洞不进行实验时，没有活动气流在各部分之间流动，从而减少空气流速流量等参数的测量误差，确保实验数据的可靠性和准确性。
参照图1-图6，入口止回阀1靠近入口连接段2的一端固定连接有止回阀法兰12，止回阀法兰12上开设有止回阀连接孔13，入口止回阀1远离入口连接段2的一端安装有蝶式叶片11，入口止回阀1的底部开设有排灰口14，入口止回阀1的内侧壁固定连接有磁环15，入口连接段2靠近入口止回阀1的一端内侧壁固定连接有滤网23，入口连接段2靠近入口止回阀1的一端固定连接有固定法兰21，固定法兰21上开设有固定孔22，止回阀法兰12远离入口止回阀1的一侧与固定法兰21相贴合，并且止回阀连接孔13和固定孔22相对应，滤网23的中部转动连接有转轴25，转轴25的外侧壁固定连接有扇叶24，转轴25的一端与入口连接段2的内侧壁转动连接，电池放置中段3两侧壁设有安装部用以固定测试电池，下侧壁设有***安装部用于固定风速测量计，电池放置中段3上开设有实验线路预留孔32，用于布置电池充放电线以及温度测量线，电池放置中段3上开设有电池固定预留孔31，用于固定电池，入口连接段2、电池放置中段3以及出口连接段5分别作为收缩段、喉部和渐扩段存在，其设计符合文丘里效应；
需要说明的是，入口止回阀1连接整流口，确保从入口止回阀1进入的空气均匀性较强，气流从入口连接段2进入电池放置中段3直径减小，按照文丘里效应，流体阻力小，压损也小，测量范围也比较宽，也可以保证精准度，将固定风速记量计所需的安装部***预留在电池放置中段3底部的预留位中，将风速计固定，方便稳定精确的对进入电池放置中段3的空气流速进行测量。
参照图1-图3，风扇控制***6放置于出口连接段5外侧，风扇控制***6由供电线61、PWM调速模块62、直流电源63和测试风扇64组成。
参照图1-图3，红外热成像观察***7由观察孔、光学玻璃71、红外热成像仪72、传输线73和控制电脑组成。
参照图5-图7，清理机构包括与转轴25端部固定连接的活塞筒8，活塞筒8的内侧壁滑动连接有活塞板81，活塞板81的一侧固定连接有复位弹簧82，复位弹簧82远离活塞板81的一端与活塞筒8的内侧壁固定连接，活塞板81靠近复位弹簧82的一侧固定连接有连接管83，连接管83贯穿活塞筒8并与活塞筒8滑动连接，连接管83远离活塞板81的一端固定连接有清理板84，清理板84设置为四个，且相同侧的两个清理板84一个与磁环15相吸合，另一个与磁环15相排斥，清理板84与滤网23相贴合，清理板84的外侧壁滑动连接有滑架85，滑架85的端部与活塞筒8的端部固定连接，活塞筒8上开设有进气孔86；
需要说明的是，进气孔86内设置有单向阀，使得外界空气只能通过进气孔86进入活塞筒8内，连接管83和清理板84设置为中空形式，且清理板84上设置有中空刷毛，连接管83内设置有单向阀，使得活塞筒8内的空气只能通过连接管83进行排放。
本发明中，入口处首先放置入口止回阀1，并使用密封圈放置于入口止回阀1和入口连接段2之间，并使得螺栓通过止回阀连接孔13和固定孔22，对入口止回阀1和入口连接段2进行连接，入口止回阀1与入口连接段2之间布置蜂窝状入口，目的是使进入的空气均匀；电池放置中段3、出口止回阀4、出口连接段5和风扇控制***6均通过螺栓和密封圈相连接，并在连接的过程中，将电池通过夹具安装与电池放置中段3内，且夹具通过电池固定预留孔31，整体风洞连接次序依次是入口止回阀1、入口连接段2、电池放置中段3、出口止回阀4、出口连接段5和风扇控制***6；
风洞本身通过最后部分的测试风扇64将风洞中的空气吸出控制从而空气流动，风速大小由与测试风扇64连接的PWM调速模块62以及直流电源63控制，通过调节测试风扇64功率大小调节整个风洞中空气流速大小，出入口安装的入口止回阀1和出口止回阀4目的是在测试风扇64不介入情况下确保电池处于密闭空间，使得与电动飞行器动力锂电池所处环境最大程度上保持一致，以此最大程度上模拟电动飞行器动力锂电池的工作环境，而设置在入口止回阀1和出口止回阀4的蝶式叶片11和碟片作用就是根据风速大小，蝶式叶片11和碟片会有相应的打开幅度，以使进气量可控稳定；电池放置中段3上方预留观察孔，与光学玻璃71相配合起到观察电池在工作情况下表面温度变化情况，通过红外热成像仪72得到红外热成像图片，电池放置中段3底部预留有两处***式安装部，可与相关部件配合起到固定风速记量计的作用；
在进行风冷测试时，由于空气在风洞内流通，将会使得扇叶24在空气的作用下使得转轴25转动，进而带动活塞筒8转动，使得清理板84转动，对滤网23进行清理，当清理板84转动至磁环15所在位置时，将会使得同侧的清理板84在磁环15的作用下一个向内滑动，一个向外滑动，在清理板84向内滑动时，将会通过连接管83推动活塞板81向内滑动，将活塞筒8内的空气挤压进入清理板84内，由清理板84吹向滤网23的外表面，实现对滤网23外表面的充分清理，防止滤网23的堵塞，影响空气的进气效率，而在清理板84向外滑动时，将会通过连接管83使得活塞板81向外滑动，将外界空气通过进气孔86抽入活塞筒8内，清理下来的灰尘将会通过排灰口14进行排放，从而确保滤网23的整洁度，从而确保空气的进气效率，保证了对电池风冷测试的质量和效率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台，包括风洞，其特征在于，所述风洞由入口止回阀（1）、入口连接段（2）、电池放置中段（3）、出口止回阀（4）、出口连接段（5）、风扇控制***（6）、红外热成像观察***（7）和清理机构组成；
所述入口止回阀（1）布置于入口连接段（2）入口处，所述出口止回阀（4）置于电池放置中段（3）与出口连接段（5）之间，并通过法兰相连接；
所述入口连接段（2）与电池放置中段（3）利用法兰连接，连接部之间使用密封条密封，所述电池放置中段（3）位于风洞最中间，用于放置电池，并进行相关测试；
所述出口止回阀（4）与电池放置中段（3）另一侧利用法兰连接，连接部之间使用密封条密封，所述风扇控制***（6）布置于风洞末端，与风洞出口连接段（5）使用法兰连接，并用密封条进行密封；所述红外热成像观察***（7）与电池放置中段（3）连接。
2.根据权利要求1所述的一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台，其特征在于，所述入口止回阀（1）靠近入口连接段（2）的一端固定连接有止回阀法兰（12），所述止回阀法兰（12）上开设有止回阀连接孔（13），所述入口止回阀（1）远离入口连接段（2）的一端安装有蝶式叶片（11），所述入口止回阀（1）的底部开设有排灰口（14），所述入口止回阀（1）的内侧壁固定连接有磁环（15）。
3.根据权利要求2所述的一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台，其特征在于，所述入口连接段（2）靠近入口止回阀（1）的一端内侧壁固定连接有滤网（23），所述入口连接段（2）靠近入口止回阀（1）的一端固定连接有固定法兰（21），所述固定法兰（21）上开设有固定孔（22），所述滤网（23）的中部转动连接有转轴（25），所述转轴（25）的外侧壁固定连接有扇叶（24），所述转轴（25）的一端与入口连接段（2）的内侧壁转动连接。
4.根据权利要求1所述的一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台，其特征在于，所述电池放置中段（3）两侧壁设有安装部用以固定测试电池，下侧壁设有***安装部用于固定风速测量计，电池放置中段（3）上开设有实验线路预留孔（32），用于布置电池充放电线以及温度测量线，电池放置中段（3）上开设有电池固定预留孔（31），用于固定电池。
5.根据权利要求1所述的一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台，其特征在于，所述入口连接段（2）、电池放置中段（3）以及出口连接段（5）分别作为收缩段、喉部和渐扩段存在，其设计符合文丘里效应。
6.根据权利要求1所述的一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台，其特征在于，所述风扇控制***（6）放置于出口连接段（5）外侧，所述风扇控制***（6）由供电线（61）、PWM调速模块（62）、直流电源（63）和测试风扇（64）组成。
7.根据权利要求1所述的一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台，其特征在于，所述红外热成像观察***（7）由观察孔、光学玻璃（71）、红外热成像仪（72）、传输线（73）和控制电脑组成。
8.根据权利要求3所述的一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台，其特征在于，所述清理机构包括与转轴（25）端部固定连接的活塞筒（8），所述活塞筒（8）的内侧壁滑动连接有活塞板（81），所述活塞板（81）的一侧固定连接有复位弹簧（82），所述活塞板（81）靠近复位弹簧（82）的一侧固定连接有连接管（83），所述连接管（83）远离活塞板（81）的一端固定连接有清理板（84），所述清理板（84）的外侧壁滑动连接有滑架（85），所述活塞筒（8）上开设有进气孔（86）。
9.根据权利要求3所述的一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台，其特征在于，所述止回阀法兰（12）远离入口止回阀（1）的一侧与固定法兰（21）相贴合，并且止回阀连接孔（13）和固定孔（22）相对应。
10.根据权利要求8所述的一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台，其特征在于，所述复位弹簧（82）远离活塞板（81）的一端与活塞筒（8）的内侧壁固定连接，所述滑架（85）的端部与活塞筒（8）的端部固定连接，所述连接管（83）贯穿活塞筒（8）并与活塞筒（8）滑动连接，所述清理板（84）与滤网（23）相贴合，所述清理板（84）设置为四个，且相同侧的两个清理板（84）一个与磁环（15）相吸合，另一个与磁环（15）相排斥。
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