本發(fā)明屬于純電動(dòng)賽車(chē)能源與動(dòng)力領(lǐng)域，具體涉及一種的結(jié)構(gòu)緊湊、采用強(qiáng)制風(fēng)冷式散熱方案的電動(dòng)方程式賽車(chē)電池箱的內(nèi)部布置方案和動(dòng)力電池系統(tǒng)總成。

背景技術(shù)：

中國(guó)大學(xué)生電動(dòng)方程式大賽規(guī)則對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)所作的要求包括系統(tǒng)機(jī)械特性要求和電氣安全防護(hù)要求，而且，電動(dòng)方程式賽車(chē)設(shè)計(jì)以卓越動(dòng)力性、整車(chē)輕量化、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性為目標(biāo)。

純電動(dòng)方程式賽車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)作為整車(chē)動(dòng)力來(lái)源，是整車(chē)設(shè)計(jì)要求最為苛刻的系統(tǒng)，也是安全防護(hù)等級(jí)最高的系統(tǒng)。在賽車(chē)行駛中，各項(xiàng)接近極限的工況如高速行駛、頻繁加減速等，給動(dòng)力電池穩(wěn)定供電帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。其中，化學(xué)反應(yīng)和電阻的存在等導(dǎo)致電池單體溫升將會(huì)直接影響電池模組放電特性，如不能及時(shí)移除熱量使電池工作在合適的范圍內(nèi)，就可能引發(fā)動(dòng)力中斷的問(wèn)題；此外，電池單體數(shù)目多體積大，占用較多的箱體空間。在賽事規(guī)則要求范圍內(nèi)，箱體設(shè)計(jì)應(yīng)提高空間利用率，以達(dá)到電池系統(tǒng)高能量密度、整車(chē)輕量化、低風(fēng)阻等較高的性能目標(biāo)。

針對(duì)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)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?？諝饫鋮s方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、可及時(shí)排除有害氣體且成本低；但電池壁面換熱系數(shù)低冷卻速度緩慢。液體冷卻方案冷卻性能相對(duì)較高，允許對(duì)電池進(jìn)行加熱或冷卻，使溫度分布更加均勻；缺點(diǎn)在于液冷方式消耗更高的功率、需要采取換熱器等外部設(shè)備、有漏夜危險(xiǎn)，雖可使電池箱體內(nèi)部布置更加緊湊，但將大大增加動(dòng)力電池系統(tǒng)的質(zhì)量和體積。相變材料冷卻方案一般采用石蠟為基礎(chǔ)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(shí)所產(chǎn)生的熱量，電池溫度偏低時(shí)凝固放出熱量；但整體機(jī)械性能較差，不便防護(hù)。

本發(fā)明采用緊湊型強(qiáng)制風(fēng)冷方案對(duì)電池單體進(jìn)行獨(dú)立散熱，針對(duì)風(fēng)冷方式的不足對(duì)電池冷卻效率進(jìn)行優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決電池箱風(fēng)冷式散熱系統(tǒng)冷卻效率較低的問(wèn)題，而提出了緊湊型強(qiáng)制風(fēng)冷電池箱內(nèi)部布置方案和動(dòng)力系統(tǒng)總成。

本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種電動(dòng)方程式賽車(chē)的緊湊型強(qiáng)制風(fēng)冷動(dòng)力電池系統(tǒng)總成，包括矩形電池箱體，所述的電池箱體內(nèi)部包括將電池箱劃分為電池模組區(qū)、散熱風(fēng)扇出風(fēng)緩沖區(qū)、繼電器防護(hù)器件安裝區(qū)和電池管理系統(tǒng)模塊區(qū)的BMS模塊絕緣支承板、縱向電池模組通風(fēng)隔板、散熱風(fēng)扇支承隔板、橫向電池模組隔板，所述的電池模組區(qū)內(nèi)設(shè)置有軟包電池模組；所述散熱風(fēng)扇出風(fēng)緩沖區(qū)設(shè)置有若干散熱風(fēng)扇；所述的繼電器防護(hù)器件安裝區(qū)設(shè)置有電池正極絕緣繼電器、熔斷器、電池負(fù)極絕緣繼電器；所述的電池管理系統(tǒng)模塊區(qū)設(shè)置有BMU主控模塊、BSU從控模塊、電池放電繼電器、保護(hù)電阻、電池預(yù)充電繼電器。

進(jìn)一步地，軟包電池模組的側(cè)面與箱體隔板距離小于5mm。

進(jìn)一步地，散熱風(fēng)扇與電池箱體右側(cè)板的距離小于8mm。

進(jìn)一步地，所述的散熱風(fēng)扇支承隔板上設(shè)置有用于安裝散熱風(fēng)扇的風(fēng)扇通風(fēng)口。

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

進(jìn)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(hù)電阻、電池預(yù)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(jìn)一步地，所述電池正極絕緣繼電器位于電池負(fù)極絕緣繼電器下方并完全錯(cuò)開(kāi)。從俯視圖看兩者位置完全錯(cuò)開(kāi)以便于裝配；

進(jìn)一步地，所述電池負(fù)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(cè)板中部的絕緣板上。

進(jìn)一步地， 所述BMS模塊絕緣支承板與電池箱體左側(cè)板、電池箱體右側(cè)板定位連接。

進(jìn)一步地，所述電池箱體左側(cè)板開(kāi)有均布的進(jìn)風(fēng)口，所述電池箱右側(cè)板開(kāi)有均布的出風(fēng)口；所述縱向電池模組通風(fēng)隔板開(kāi)有均布的電池模組隔板通風(fēng)口。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明在采用強(qiáng)制風(fēng)冷方案的基礎(chǔ)上，調(diào)整電池箱體內(nèi)部布置，將電池部分獨(dú)立分區(qū)、優(yōu)化進(jìn)出風(fēng)口尺寸和定位。本發(fā)明裝置設(shè)計(jì)緊湊，極大提高動(dòng)力電池系統(tǒng)的空間利用率和系統(tǒng)能量密度的同時(shí)，提升空冷式散熱系統(tǒng)的工作效率。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的動(dòng)力電池系統(tǒng)總成內(nèi)部立體示意圖。

圖2是本發(fā)明動(dòng)力電池系統(tǒng)總成的俯視圖（隱藏了上部D電池管理系統(tǒng)模塊區(qū)和BMS模塊絕緣支承板）。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的動(dòng)力電池系統(tǒng)總成箱體部分的正視圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的動(dòng)力電池系統(tǒng)總成箱體部分的俯視圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例的電池箱體左側(cè)板示意圖。

圖6是發(fā)明實(shí)施例的縱向電池模組通風(fēng)隔板示意圖。

圖7是發(fā)明實(shí)施例的散熱風(fēng)扇支承隔板示意圖。

圖8是本發(fā)明實(shí)施例的電池箱體右側(cè)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(fù)極絕緣繼電器；4- BMU主控模塊；5-電池放電繼電器；6-保護(hù)電阻；7- BSU從控模塊；8-電池預(yù)充電繼電器；9- BMS模塊絕緣支承板；10-散熱風(fēng)扇；11-軟包電池模組；12-低壓線(xiàn)路連接器；13-高壓線(xiàn)路連接器；14-電池箱體左側(cè)板；15-橫向電池模組隔板；16-縱向電池模組通風(fēng)隔板；17-散熱風(fēng)扇支承隔板；18-電池箱體右側(cè)板；19-進(jìn)風(fēng)口；20-電池模組隔板通風(fēng)口；21-風(fēng)扇通風(fēng)口；22-出風(fēng)口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池系統(tǒng)能量提高和強(qiáng)制風(fēng)冷系統(tǒng)冷卻效率提高做進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1至圖4所述，一種電動(dòng)方程式賽車(chē)的緊湊型強(qiáng)制風(fēng)冷動(dòng)力電池系統(tǒng)總成，包括矩形電池箱體，所述的電池箱體內(nèi)部包括將電池箱劃分為電池模組區(qū)、散熱風(fēng)扇出風(fēng)緩沖區(qū)、繼電器防護(hù)器件安裝區(qū)和電池管理系統(tǒng)模塊區(qū)的BMS模塊絕緣支承板9、縱向電池模組通風(fēng)隔板16、散熱風(fēng)扇支承隔板17、橫向電池模組隔板15，所述的電池模組區(qū)內(nèi)設(shè)置有軟包電池模組11；所述散熱風(fēng)扇出風(fēng)緩沖區(qū)設(shè)置有若干散熱風(fēng)扇10，所述的散熱風(fēng)扇支承隔板17上設(shè)置有用于安裝散熱風(fēng)扇10的風(fēng)扇通風(fēng)口21(見(jiàn)圖7)；所述的繼電器防護(hù)器件安裝區(qū)設(shè)置有電池正極絕緣繼電器1、熔斷器2、電池負(fù)極絕緣繼電器3；所述的電池管理系統(tǒng)模塊區(qū)設(shè)置有BMU主控模塊4、BSU從控模塊7、電池放電繼電器5、保護(hù)電阻6、電池預(yù)充電繼電器8。如圖3和圖4所示，其中A區(qū)表示電池模組區(qū)、B區(qū)表示散熱風(fēng)扇出風(fēng)緩沖區(qū)、C區(qū)表示繼電器防護(hù)器件安裝區(qū)、D區(qū)表示電池管理系統(tǒng)模塊區(qū)，箭頭表示空氣流向。

針對(duì)A、B區(qū)：為滿(mǎn)足緊湊性設(shè)計(jì)要求，所述軟包電池模組11的側(cè)面與箱體隔板距離小于5mm。散熱風(fēng)扇10與電池箱體右側(cè)板18的距離小于8mm。

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

針對(duì)D區(qū)，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(hù)電阻6、電池預(yù)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(fù)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(cè)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(cè)板14、電池箱體右側(cè)板18定位連接。

如圖5、圖6、圖8所示，為實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)效果，所述電池箱體左側(cè)板14開(kāi)有均布的進(jìn)風(fēng)口19，所述電池箱右側(cè)板18開(kāi)有均布的出風(fēng)口22；所述縱向電池模組通風(fēng)隔板16開(kāi)有均布的電池模組隔板通風(fēng)口20。

由散熱風(fēng)扇10從A區(qū)抽出溫度較高的氣體，將其排至B區(qū)； A區(qū)產(chǎn)生負(fù)壓將箱體外部空氣從進(jìn)風(fēng)口19吸入，空氣通過(guò)電池模組隔板通風(fēng)口20 后經(jīng)散熱風(fēng)扇10從出風(fēng)口22排出，帶出電池溫升而產(chǎn)生的熱量。

電池箱體內(nèi)部布置分區(qū)優(yōu)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(qū)、散熱風(fēng)扇區(qū)、絕緣繼電器區(qū)和頂部電池管理系統(tǒng)模組區(qū)四大部分，強(qiáng)制風(fēng)冷系統(tǒng)僅對(duì)電池部分進(jìn)行散熱，避免電池模組和其他元器件組合布置導(dǎo)致的冷卻效率低下。

優(yōu)化通風(fēng)進(jìn)出口壓力系數(shù)。在上述A、B區(qū)緊湊設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)BMS模塊絕緣支承板9準(zhǔn)確定位，為A區(qū)上表面進(jìn)行局部密封。在散熱風(fēng)扇10啟動(dòng)瞬間形成較大的負(fù)壓力，有效將A區(qū)內(nèi)部氣體抽出移除。此方案通過(guò)ANSYS有限元分析軟件對(duì)方案進(jìn)行CFD分析和優(yōu)化，最后以實(shí)車(chē)測(cè)試進(jìn)行效果驗(yàn)證，達(dá)到預(yù)期效果。

本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。