CN117199677B - 一种特种作业防爆锂电池组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种特种作业防爆锂电池组，涉及防爆锂电池组技术领域，包括防爆吸波装置、散热排风装置、水冷循环装置、吸能减震装置。吸能减震装置，通过阻尼减震组件以及温度内压监测组件的阻尼作用，来实现减震功能，再通过温度内压监测组件，来实现温度以及电池组内压的监测功能。防爆吸波装置，通过将防爆滑动挡围下滑展开，以及防爆固定挡围对冲击波的吸收，来实现防爆抗冲击功能，再通过弹性支撑垫的弹力作用，来实现减震功能。散热排风装置以及水冷循环装置，先通过水冷热交换组件的热交换导热，再通过排风风扇将热量从单向排风组件中排出，来实现散热功能。
Description
技术领域
本发明涉及防爆锂电池组技术领域，特别涉及一种特种作业防爆锂电池组。
背景技术
随着锂电池技术的逐步成熟，以及锂电池的成本低廉，人们开始在越来越多的领域，使用锂电池组来为电器进行供电，在不同的领域中，工作环境的不同也对锂电池组有着不同的要求；在矿井特种作业这种极端环境中，对锂电池组的防爆、防震以及散热等功能有着极高地要求；但是，传统的锂电池组更注重电池组的电容量以及电压等方面的问题，无法实现有效的防爆以及防震功能，使得传统锂电池在矿井特种作业中，特别容易遭到冲击波以及震动的影响，从而使电池发生故障无法使用，甚至发生***事故。因此，需要一种能防爆抗冲击、减小震动对电池组影响以及兼顾散热的特种作业防爆锂电池组，来解决传统锂电池组所不能应对的问题。
如公告号为CN109166999B的专利提供了一种锂电池防爆模组，该装置包括模组外壳，所述模组外壳通过圆形的安装结构，能够解决空间排布上的问题，从而实现电池组散热效率的提高，所述模组外壳还通过旋转的安装结构，从而利用转动力，来实现抗冲击功能。该申请能够解决散热以及抗冲击问题。但该方案没有相应的减震装置，虽然该方案可以通过旋转的安装结构来实现抗冲击功能，但是转动无法消除震动对电池组的影响，同时转动的速度太快，产生的离心力也会导致电池故障损毁；同时该方案也无法对电池的温度以及内压进行实时监测，该方案仅通过简单的物理方法对电池是否膨胀进行判别，导致工作人员无法实时快速的对电池组进行监测，在矿井特种作业的环境中，电池的检修维护稍有延迟可能就会导致发生严重事故；该方案仅仅通过能加电池间的距离来增强散热，无法满足电池的散热要求，在矿井这种空间狭小，不通风的环境中，锂电池组的热量很难散发出去，这样会导致锂电池组的热量持续堆积，使得锂电池组温度升高，从而降低锂电池组的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种特种作业防爆锂电池组，旨在解决如何消除震动对电池组的影响，如何实时监测锂电池的温度以及膨胀体积、如何实现锂电池更有效的散热以及空气流通等现有技术存在的技术问题。
针对上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种特种作业防爆锂电池组，包括防爆吸波装置、散热排风装置、水冷循环装置、吸能减震装置；防爆吸波装置上固定安装有吸能减震装置和散热排风装置，所述防爆吸波装置通过将防爆滑动挡围下滑展开，以及防爆固定挡围对冲击波的吸收，来用于电池组的防爆抗冲击，再通过弹性支撑垫的弹力作用，来用于电池组的减震；吸能减震装置上固定安装有水冷循环装置，所述吸能减震装置通过阻尼减震组件以及温度内压监测组件的阻尼作用，来用于电池组的减震，再通过温度内压监测组件，来用于电池组温度以及内压的监测；水冷循环装置上固定安装有散热排风装置，所述水冷循环装置通过水冷热交换组件的热交换导热，来用于对电池组表面热量的吸收，所述散热排风装置通过排风风扇的转动，将热量从单向排风组件中排出，来用于热量的散发。
进一步地，吸能减震装置包括阻尼减震组件、温度内压监测组件、单体锂电池、水冷插槽、减震外壳、数据监测台；阻尼减震组件固定安装在减震外壳上，同时阻尼减震组件的轴线与减震外壳的表面夹角呈60°；温度内压监测组件固定安装在减震外壳上，同时温度内压监测组件还固定安装在单体锂电池的侧面；单体锂电池固定安装在减震外壳上；减震外壳上设置有水冷插槽；数据监测台固定安装在减震外壳上，同时数据监测台还与温度内压监测组件通过导线固定连接。
进一步地，阻尼减震组件包括阻尼外壳、阻尼减震弹簧、抗磁性阻尼头、阻尼磁铁座、阻尼环状磁铁、阻尼支撑座；阻尼减震弹簧的两端分别固定安装在阻尼外壳和阻尼支撑座上；阻尼外壳固定安装在阻尼磁铁座上；抗磁性阻尼头固定安装在阻尼支撑座上，同时抗磁性阻尼头与阻尼磁铁座和阻尼环状磁铁之间存在磁排斥力；阻尼环状磁铁固定安装在阻尼外壳上。
进一步地，温度内压监测组件包括压电传感器、传力弹簧、导热平板、温感贴片；传力弹簧的两端分别固定安装在压电传感器和导热平板上；温感贴片固定安装在导热平板上。
进一步地，防爆吸波装置包括防爆固定底座、防爆磁吸固定块、防爆滑动挡围、弹性支撑垫、阻尼安装座、防爆固定挡围；防爆磁吸固定块固定安装在防爆固定底座上；防爆滑动挡围滑动安装在防爆固定挡围上；弹性支撑垫固定安装在防爆固定底座上；阻尼安装座固定安装在防爆固定底座上；防爆固定挡围固定安装在防爆固定底座上。
进一步地，防爆滑动挡围包括防爆吸波板、防爆吸波滑块、防爆吸波磁铁；防爆吸波滑块固定安装在防爆吸波板上；防爆吸波磁铁固定安装在防爆吸波板上。
进一步地，散热排风装置包括单向排风组件、排风固定座、防爆吸波穹顶、散热磁吸固定块、散热排风滤网；单向排风组件固定安装在排风固定座上；防爆吸波穹顶固定安装在排风固定座上；散热磁吸固定块固定安装在单向排风组件上；散热排风滤网固定安装在排风固定座上。
进一步地，单向排风组件包括排风外壳、排风弹簧、排风固定杆、排风密封头；排风弹簧的两端分别固定安装在排风外壳和排风固定杆上；排风密封头固定安装在排风固定杆上。
进一步地，水冷循环装置包括水冷循环水箱、接线通道、排风电机、排风风扇、水冷热交换组件；水冷循环水箱上设置有接线通道；排风电机固定安装在水冷循环水箱上；排风风扇铰接在排风电机上；水冷热交换组件固定安装在水冷循环水箱上。
进一步地，水冷热交换组件包括水冷循环副管、热交换金属片、水冷循环泵、水冷循环主管；水冷循环副管固定安装在水冷循环主管上；热交换金属片固定安装在水冷循环主管上，同时热交换金属片还固定安装在水冷循环副管上；水冷循环泵固定安装在水冷循环主管上。
本发明与现有技术相比的有益效果是：（1）吸能减震装置，通过阻尼减震组件以及温度内压监测组件的阻尼作用，来实现减震功能，再通过温度内压监测组件，来实现温度以及电池组内压的监测功能。（2）防爆吸波装置，通过将防爆滑动挡围下滑展开，以及防爆固定挡围对冲击波的吸收，来实现防爆抗冲击功能，再通过弹性支撑垫的弹力作用，来实现减震功能。（3）散热排风装置以及水冷循环装置，先通过水冷热交换组件的热交换导热，再通过排风风扇将热量从单向排风组件中排出，来实现散热功能。
附图说明
图1为本发明实施例的工作状态的总装结构示意图一。
图2为本发明实施例的工作状态的总装结构示意图二。
图3为本发明防爆吸波装置的结构示意图。
图4为本发明防爆滑动挡围的结构示意图。
图5为本发明散热排风装置的结构示意图一。
图6为本发明散热排风装置的结构示意图二。
图7为本发明单向排风组件的结构示意图。
图8为本发明水冷循环装置的结构示意图。
图9为本发明水冷热交换组件的结构示意图。
图10为本发明吸能减震装置的结构示意图。
图11为本发明阻尼减震组件的结构示意图。
图12为本发明温度内压监测组件的结构示意图。
图中：1-防爆吸波装置；2-散热排风装置；3-水冷循环装置；4-吸能减震装置；101-防爆固定底座；102-防爆磁吸固定块；103-防爆滑动挡围；104-弹性支撑垫；105-阻尼安装座；106-防爆固定挡围；10301-防爆吸波板；10302-防爆吸波滑块；10303-防爆吸波磁铁；201-单向排风组件；202-排风固定座；203-防爆吸波穹顶；204-散热磁吸固定块；205-散热排风滤网；20101-排风外壳；20102-排风弹簧；20103-排风固定杆；20104-排风密封头；301-水冷循环水箱；302-接线通道；303-排风电机；304-排风风扇；305-水冷热交换组件；30501-水冷循环副管；30502-热交换金属片；30503-水冷循环泵；30504-水冷循环主管；401-阻尼减震组件；402-温度内压监测组件；403-单体锂电池；404-水冷插槽；405-减震外壳；406-数据监测台；40101-阻尼外壳；40102-阻尼减震弹簧；40103-抗磁性阻尼头；40104-阻尼磁铁座；40105-阻尼环状磁铁；40106-阻尼支撑座；40201-压电传感器；40202-传力弹簧；40203-导热平板；40204-温感贴片。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
图1至图12为本发明的优选实施例。
如图1和图2所示，防爆吸波装置1上固定安装有吸能减震装置4和散热排风装置2，所述防爆吸波装置1通过将防爆滑动挡围103下滑展开，以及防爆固定挡围106对冲击波的吸收，来用于电池组的防爆抗冲击，再通过弹性支撑垫104的弹力作用，来用于电池组的减震；吸能减震装置4上固定安装有水冷循环装置3，所述吸能减震装置4通过阻尼减震组件401以及温度内压监测组件402的阻尼作用，来用于电池组的减震，再通过温度内压监测组件402，来用于电池组温度以及内压的监测；水冷循环装置3上固定安装有散热排风装置2，所述水冷循环装置3通过水冷热交换组件305的热交换导热，来用于对电池组表面热量的吸收，所述散热排风装置2通过排风风扇304的转动，将热量从单向排风组件201中排出，来用于热量的散发。
如图3所示，在防爆吸波装置1中，防爆磁吸固定块102固定安装在防爆固定底座101上；防爆滑动挡围103滑动安装在防爆固定挡围106上；弹性支撑垫104固定安装在防爆固定底座101上；阻尼安装座105固定安装在防爆固定底座101上；防爆固定挡围106固定安装在防爆固定底座101上。
如图4所示，在防爆滑动挡围103中，防爆吸波滑块10302固定安装在防爆吸波板10301上；防爆吸波磁铁10303固定安装在防爆吸波板10301上。
如图5和图6所示，在散热排风装置2中，单向排风组件201固定安装在排风固定座202上；防爆吸波穹顶203固定安装在排风固定座202上；散热磁吸固定块204固定安装在单向排风组件201上；散热排风滤网205固定安装在排风固定座202上。
如图7所示，在单向排风组件201中，排风弹簧20102的两端分别固定安装在排风外壳20101和排风固定杆20103上；排风密封头20104固定安装在排风固定杆20103上。
如图8所示，在水冷循环装置3中，水冷循环水箱301上设置有接线通道302；排风电机303固定安装在水冷循环水箱301上；排风风扇304铰接在排风电机303上；水冷热交换组件305固定安装在水冷循环水箱301上。
如图9所示，在水冷热交换组件305中，水冷循环副管30501固定安装在水冷循环主管30504上；热交换金属片30502固定安装在水冷循环主管30504上，同时热交换金属片30502还固定安装在水冷循环副管30501上；水冷循环泵30503固定安装在水冷循环主管30504上。
如图10所示，在吸能减震装置4中，阻尼减震组件401固定安装在减震外壳405上，同时阻尼减震组件401的轴线与减震外壳405的表面夹角呈60°；温度内压监测组件402固定安装在减震外壳405上，同时温度内压监测组件402还固定安装在单体锂电池403的侧面；单体锂电池403固定安装在减震外壳405上；减震外壳405上设置有水冷插槽404；数据监测台406固定安装在减震外壳405上，同时数据监测台406还与温度内压监测组件402通过导线固定连接。
如图11所示，在阻尼减震组件401中，阻尼减震弹簧40102的两端分别固定安装在阻尼外壳40101和阻尼支撑座40106上；阻尼外壳40101固定安装在阻尼磁铁座40104上；抗磁性阻尼头40103固定安装在阻尼支撑座40106上，同时抗磁性阻尼头40103与阻尼磁铁座40104和阻尼环状磁铁40105之间存在磁排斥力；阻尼环状磁铁40105固定安装在阻尼外壳40101上。
如图12所示，在温度内压监测组件402中，传力弹簧40202的两端分别固定安装在压电传感器40201和导热平板40203上；温感贴片40204固定安装在导热平板40203上。
本发明的工作原理：图1和图2给出了本发明的使用方式和对应的场景，特种作业防爆锂电池组使用过程的姿态控制，由防爆吸波装置1、散热排风装置2、水冷循环装置3和吸能减震装置4决定，防爆吸波装置1的姿态由吸能减震装置4决定，散热排风装置2和水冷循环装置3的姿态由吸能减震装置4决定，吸能减震装置4是特种作业防爆锂电池组的核心所在。
以实施例一为例，当锂电池组使用时，将防爆吸波装置1上的防爆滑动挡围103从防爆固定挡围106上手动滑下，随后将防爆滑动挡围103吸附在防爆磁吸固定块102上，从而通过防爆滑动挡围103和防爆固定挡围106来实现吸波抗冲击功能，随后通过吸能减震装置4上的阻尼减震组件401的阻尼作用，在矿井内发生***作业时，来实现对锂电池组的减震功能，同时还通过温度内压监测组件402实时监测锂电池组内部的温度以及电池膨胀产生的压力值，从而实现对电池的实时监测，在单体锂电池403的温度过高时，水冷循环装置3上的水冷热交换组件305会与单体锂电池403进行热交换，再通过排风风扇304将热量从散热排风装置2上的单向排风组件201中排出，从而实现散热功能。
具体的，如图3和图4所示，当不使用锂电池时，手动推动防爆滑动挡围103的防爆吸波滑块10302在防爆固定挡围106上滑动，使得防爆滑动挡围103上的防爆吸波磁铁10303与散热磁吸固定块204磁吸在一起，从而便于内外的数据连通；当使用锂电池时，手动推动防爆滑动挡围103在防爆固定挡围106上滑动，使得防爆滑动挡围103上的防爆吸波磁铁10303与防爆磁吸固定块102磁吸在一起，使得防爆滑动挡围103上的防爆吸波板10301以及防爆固定挡围106完全将单体锂电池403包裹，来实现隔绝冲击波的隔板；防爆固定底座101上的弹性支撑垫104和阻尼安装座105都为弹性阻尼材料，可以通过自身的阻尼作用，来实现阻尼减震功能。
如图5、图6、图7、图8和图9所示，单体锂电池403输出时，导线可从水冷循环水箱301上的接线通道302，再通过在弹性支撑垫104上开设导线孔，来实现电能的输出；当单体锂电池403需要降温时，水冷热交换组件305上的水冷循环泵30503开启，将水冷循环水箱301中的冷却液通过水冷循环主管30504以及水冷循环副管30501，流入到热交换金属片30502内部，再通过热交换金属片30502与单体锂电池403进行热交换，从而实现水冷功能；同时排风电机303驱动排风风扇304转动，排风风扇304转动产生的风力先通过排风固定座202上固定安装的散热排风滤网205，再将单向排风组件201上的排风密封头20104顶开，从而实现散热排风功能；单向排风组件201上的排风密封头20104在受到冲击波时，会有向内滑动的趋势，但排风外壳20101将排风密封头20104顶住，阻止排风密封头20104的滑动，在不排风时，排风弹簧20102会从压缩状态恢复到自然状态，通过排风固定杆20103带动排风密封头20104与排风外壳20101之间的缝隙闭合，从而实现单向排风以及密闭抗冲击波功能；散热磁吸固定块204用于磁吸固定防爆滑动挡围103；防爆吸波穹顶203为吸波材料，通过弧形表面的反射，可以将冲击波吸收或反射，从而实现抗冲击波功能。
如图10、图11和图12所示，减震外壳405上的水冷插槽404用于安装水冷循环装置3；温度内压监测组件402上的传力弹簧40202，会将导热平板40203和温感贴片40204与单体锂电池403紧密贴合在一起，温感贴片40204将单体锂电池403的温度数据实时传输到数据监测台406上，数据监测台406会控制散热排风装置2和水冷循环装置3的运作，同时还会将数据传输到工作人员的监测设备上，来实现温度的实时监测；当单体锂电池403体积膨胀时，温度内压监测组件402上的导热平板40203受到压力将传力弹簧40202压缩，传力弹簧40202再将压力传输到压电传感器40201上，压电传感器40201受到压力时，压电传感器40201会将电信号传输到数据监测台406上，来实现对单体锂电池403体积以及膨胀压强的实时监测；当矿井内部实时***时，传力弹簧40202会起到阻尼作用，同时阻尼外壳40101上的阻尼磁铁座40104与阻尼环状磁铁40105，会与抗磁性阻尼头40103发生磁排斥，同时与抗磁性阻尼头40103固定连接的阻尼支撑座40106，会通过阻尼减震弹簧40102与阻尼外壳40101固定连接，使得抗磁性阻尼头40103受到弹力与排斥力平衡，在发生震动时，抗磁性阻尼头40103受到的弹力与排斥力会将震动抵消，使得抗磁性阻尼头40103起到阻尼作用，从而实现阻尼减震功能。
本发明不局限上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种特种作业防爆锂电池组，包括防爆吸波装置（1）、散热排风装置（2）、水冷循环装置（3）、吸能减震装置（4），其特征在于：防爆吸波装置（1）上固定安装有吸能减震装置（4）和散热排风装置（2），所述防爆吸波装置（1）通过将防爆滑动挡围（103）下滑展开，以及防爆固定挡围（106）对冲击波的吸收，来用于电池组的防爆抗冲击，再通过弹性支撑垫（104）的弹力作用，来用于电池组的减震；吸能减震装置（4）上固定安装有水冷循环装置（3），所述吸能减震装置（4）通过阻尼减震组件（401）以及温度内压监测组件（402）的阻尼作用，来用于电池组的减震，再通过温度内压监测组件（402），来用于电池组温度以及内压的监测；水冷循环装置（3）上固定安装有散热排风装置（2），所述水冷循环装置（3）通过水冷热交换组件（305）的热交换导热，来用于对电池组表面热量的吸收，所述散热排风装置（2）通过排风风扇（304）的转动，将热量从单向排风组件（201）中排出，来用于热量的散发；吸能减震装置（4）还包括阻尼减震组件（401）、温度内压监测组件（402）、单体锂电池（403）、水冷插槽（404）、减震外壳（405）、数据监测台（406）；阻尼减震组件（401）固定安装在减震外壳（405）上，同时阻尼减震组件（401）的轴线与减震外壳（405）的表面夹角呈60°；温度内压监测组件（402）固定安装在减震外壳（405）上，同时温度内压监测组件（402）还固定安装在单体锂电池（403）的侧面；单体锂电池（403）固定安装在减震外壳（405）上；减震外壳（405）上设置有水冷插槽（404）；数据监测台（406）固定安装在减震外壳（405）上，同时数据监测台（406）还与温度内压监测组件（402）通过导线固定连接；阻尼减震组件（401）还包括阻尼外壳（40101）、阻尼减震弹簧（40102）、抗磁性阻尼头（40103）、阻尼磁铁座（40104）、阻尼环状磁铁（40105）、阻尼支撑座（40106）；阻尼减震弹簧（40102）的两端分别固定安装在阻尼外壳（40101）和阻尼支撑座（40106）上；阻尼外壳（40101）固定安装在阻尼磁铁座（40104）上；抗磁性阻尼头（40103）固定安装在阻尼支撑座（40106）上，同时抗磁性阻尼头（40103）与阻尼磁铁座（40104）和阻尼环状磁铁（40105）之间存在磁排斥力；阻尼环状磁铁（40105）固定安装在阻尼外壳（40101）上。
2.如权利要求1所述的一种特种作业防爆锂电池组，其特征在于：温度内压监测组件（402）包括压电传感器（40201）、传力弹簧（40202）、导热平板（40203）、温感贴片（40204）；传力弹簧（40202）的两端分别固定安装在压电传感器（40201）和导热平板（40203）上；温感贴片（40204）固定安装在导热平板（40203）上。
3.如权利要求2所述的一种特种作业防爆锂电池组，其特征在于：防爆吸波装置（1）包括防爆固定底座（101）、防爆磁吸固定块（102）、防爆滑动挡围（103）、弹性支撑垫（104）、阻尼安装座（105）、防爆固定挡围（106）；防爆磁吸固定块（102）固定安装在防爆固定底座（101）上；防爆滑动挡围（103）滑动安装在防爆固定挡围（106）上；弹性支撑垫（104）固定安装在防爆固定底座（101）上；阻尼安装座（105）固定安装在防爆固定底座（101）上；防爆固定挡围（106）固定安装在防爆固定底座（101）上。
4.如权利要求3所述的一种特种作业防爆锂电池组，其特征在于：防爆滑动挡围（103）包括防爆吸波板（10301）、防爆吸波滑块（10302）、防爆吸波磁铁（10303）；防爆吸波滑块（10302）固定安装在防爆吸波板（10301）上；防爆吸波磁铁（10303）固定安装在防爆吸波板（10301）上。
5.如权利要求4所述的一种特种作业防爆锂电池组，其特征在于：散热排风装置（2）包括单向排风组件（201）、排风固定座（202）、防爆吸波穹顶（203）、散热磁吸固定块（204）、散热排风滤网（205）；单向排风组件（201）固定安装在排风固定座（202）上；防爆吸波穹顶（203）固定安装在排风固定座（202）上；散热磁吸固定块（204）固定安装在单向排风组件（201）上；散热排风滤网（205）固定安装在排风固定座（202）上。
6.如权利要求5所述的一种特种作业防爆锂电池组，其特征在于：单向排风组件（201）包括排风外壳（20101）、排风弹簧（20102）、排风固定杆（20103）、排风密封头（20104）；排风弹簧（20102）的两端分别固定安装在排风外壳（20101）和排风固定杆（20103）上；排风密封头（20104）固定安装在排风固定杆（20103）上。
7.如权利要求6所述的一种特种作业防爆锂电池组，其特征在于：水冷循环装置（3）包括水冷循环水箱（301）、接线通道（302）、排风电机（303）、排风风扇（304）、水冷热交换组件（305）；水冷循环水箱（301）上设置有接线通道（302）；排风电机（303）固定安装在水冷循环水箱（301）上；排风风扇（304）铰接在排风电机（303）上；水冷热交换组件（305）固定安装在水冷循环水箱（301）上。
8.如权利要求7所述的一种特种作业防爆锂电池组，其特征在于：水冷热交换组件（305）包括水冷循环副管（30501）、热交换金属片（30502）、水冷循环泵（30503）、水冷循环主管（30504）；水冷循环副管（30501）固定安装在水冷循环主管（30504）上；热交换金属片（30502）固定安装在水冷循环主管（30504）上，同时热交换金属片（30502）还固定安装在水冷循环副管（30501）上；水冷循环泵（30503）固定安装在水冷循环主管（30504）上。
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