CN101841072A - 蓄电池的液冷系统以及蓄电池的液冷方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄电池，尤其车用动力蓄电池的液冷系统，其包括通过冷却液管(8)连接成循环回路的集热装置(R)、散热器(5)、液体泵(6)和冷却液箱(7)，集热装置(R)包括由导热材料制成的集热板(2)和导热管(3)，该集热板(2)贴合连接到蓄电池(1)的外表面上，导热管(3)的两端分别与冷却液管(8)连通，并且该导热管(3)设置在集热板(2)的外表面上。该液冷系统能够有效地收集蓄电池的热量并采用冷却液对蓄电池冷却，因此冷却效率较高，并且，该液冷系统还能够确保蓄电池不会因冷却液泄漏等原因而发生损坏，从而保证了蓄电池的使用寿命和安全性。此外，本发明还提供一种蓄电池的液冷方法。

Description

蓄电池的液冷系统以及蓄电池的液冷方法

技术领域

本发明涉及一种蓄电池(尤其是车用动力蓄电池)的液冷系统，具体地，涉及一种通过冷却液来散发蓄电池热量的系统。此外，本发明还涉及一种蓄电池的液冷方法。

背景技术

一般而言，蓄电池是由多个单体电池组成的电池组。蓄电池广泛用于各个行业，例如用于汽车照明系和点火系的蓄电池。由于蓄电池由多个单体电池组成，在使用过程中各个单体电池会产生热量，因此会使得蓄电池的整体温度上升。蓄电池温度上升会对蓄电池内部的化学反应液形成不良影响，例如膨胀、气化等现象，从而会使蓄电池的整体性能下降。温度作为影响蓄电池性能的一个重要因素已经日益受到关注，由于蓄电池中的各个单体电池相互紧密接触，这使得蓄电池的热量很难在短时间内自然散发，因此必须采用强制冷却方式来使得蓄电池保持适当的温度。

目前采用的蓄电池冷却方式主要为风冷方式。风冷方式在机械结构上较易实现，但如果要真正实现蓄电池的温度控制，则在风冷系统的设计上会涉及到很多复杂问题，例如风道的设计、风流量的设计、风阻的考虑等等，并且需要大量的测试数据以保证设计的有效性，这些因素往往导致现有的风冷系统并不能有效实现蓄电池的温度控制。此外，在风冷方式中，空气流的热传导效率较低，在蓄电池的发热量明显变化时，风冷方式往往难以适应蓄电池的温度变化速率，因此蓄电池的温度会呈现明显的上升和下降现象。并且，在风冷方式下，由于必须在蓄电池的箱体上设置风道，因此蓄电池的防护等级难以保证，蓄电池容易与外界有害物质接触而发生腐蚀，从而影响到蓄电池的使用寿命。

鉴于风冷方式的上述缺点，本领域的技术人员一直试图采用液冷方式来控制蓄电池的温度。但是，这在技术上遇到许多的困难，因此蓄电池的液冷系统一直未能真正实现。

蓄电池的液冷系统在技术上实现的困难在于：第一，冷却液的流道设置困难，如果冷却液的流道设置不当，一旦冷却液发生泄漏，将可能会使得蓄电池发生短路，甚至使得蓄电池烧毁；第二，由于蓄电池由多个紧密接触的单体电池组成，这些单体电池产生的热量非常难以收集以进行冷却；第三，在蓄电池产生的热量较多而需要增加冷却液的流速以进行有效冷却时，该加速的冷却液在输送管道中会与管壁形成急剧的碰撞，在蓄电池处甚至会因输送管道的形状设置不当而对蓄电池形成不规则的直接冲击力，由此会使得蓄电池剧烈振动甚至晃动(尤其是车用蓄电池本身还需要承受汽车振动的情形下，该振动或晃动更会加剧甚至发生共振)，从而会使得蓄电池的性能受到不良影响，甚至遭到损坏。

发明内容

本发明所要解决的基本技术问题是提供一种蓄电池的液冷系统，该液冷系统能够有效地收集所述蓄电池产生的热量以进行冷却。

在本发明的优选方案中，本发明进一步解决的技术问题是：所述液冷系统不仅能够更为有效地收集所述蓄电池产生的热量以进行冷却，而且能够防止蓄电池因冷却液加速而发生剧烈振动以致损坏。本发明进一步解决的另一个技术问题是：所述液冷系统不仅能够有效地收集所述蓄电池产生的热量以进行冷却，而且能够确保所述蓄电池不会因冷却液意外泄漏而发生损坏。

此外，本发明还要提供一种蓄电池的液冷方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种蓄电池的液冷系统，该液冷系统通过冷却液来冷却所述蓄电池产生的热量，其中，所述液冷系统包括集热装置、散热器、液体泵以及冷却液箱，该集热装置、散热器、液体泵以及冷却液箱通过冷却液管连接以形成所述冷却液的循环回路，所述集热装置包括由导热材料制成的集热板和导热管，所述集热板贴合连接到所述蓄电池的外表面上，所述导热管的两端分别与所述冷却液管连通，并且该导热管设置在所述集热板的外表面上。

优选地，所述导热管成形为波峰与波谷的数量相等的曲线形。

优选地，所述集热板贴合连接到所述蓄电池的下表面上。

此外，本发明还提供一种蓄电池的液冷方法，该液冷方法通过液体泵以及冷却液管使得所述冷却液在经过集热装置和散热器的循环回路中不断循环，其中，所述液冷方法通过集热装置将所述蓄电池的热量传导到该集热装置内的冷却液中，并将所述冷却液引导到散热器中以进行散热，所述集热装置包括由导热材料制成的集热板和导热管，所述集热板贴合连接到所述蓄电池的外表面上，所述导热管设置在所述集热板的外表面上，并且该导热管构成所述集热装置的冷却液流道。

本发明的上述液冷系统和液冷方法由于采用冷却液对所述蓄电池进行冷却，因此冷却效率较高，其能够使得所述蓄电池的温度变化平稳；并且，由于本发明的冷却液流道设置在蓄电池的外表面，因此所述蓄电池可以采用基本封闭的封装外壳(该封装外壳上的冷却液管进、出开口由冷却液管填塞)，而不需要像风冷方式那样在蓄电池的外壳上设置风口等，因此能够有效地防止所述蓄电池与外部有害物质的接触而受到腐蚀；同时，由于本发明能够通过控制液体泵来控制冷却液的流速，由于散热量随着冷却液的流速增加而线性增大，因此控制相对简单，从而能够更有针对性地调节蓄电池的温度，而不会出现温度的明显上升和下降，从而能够保证蓄电池性能的稳定性，保证了蓄电池寿命。并且，所述集热装置的集热板和导热管均为导热材料制成，所述集热板贴合连接到所述蓄电池的外表面，所述导热管则设置在所述集热板的外表面，因此能够有效地收集所述蓄电池的热量，并将该热量有效地传递到所述导热管内的冷却液，以输送到所述散热器进行集中冷却。

此外，在本发明液冷系统的优选方案中，所述导热管成形为波峰与波谷的数量相等的曲线形，这不仅能够增大与集热板的接触面积，而且在这种形状下，冷却液对所述导热管各个方向的冲击碰撞力会被有效地相互抵消，从而能够显著地减小因冷却液流速加大而导致蓄电池发生振动现象，并极大地改善导热管的整体受力情况，从而保证了蓄电池的使用寿命和使用安全性。在本发明液冷系统的另一优选方案中，集热装置设置在所述蓄电池的下表面，其中冷却液通过所述集热装置的导热管，并且在所述导热管与蓄电池之间还隔置有集热板，因此即使所述导热管发生冷却液泄漏，该冷却液在重力作用下也会向下掉落，而不会对所述蓄电池造成损坏。有关本发明其它优选方式的优点或效果，将在下文的具体实施方式部分详细阐述。

附图说明

下面结合附图详细描述本发明的优选实施方式，通过详细描述，本发明的上述和其它目的、特征和优点将是明显的：

图1本发明优选实施方式的液冷系统的原理图；以及

图2本发明优选实施方式的液冷系统安装在蓄电池上立体示意图；

参考标记说明：

1    蓄电池        2    集热板

3    导热管        4    风扇

5    散热器        6    液体泵

7    冷却液箱      8    冷却液管

R    集热装置      9    封装外壳

具体实施方式

以下参照附图详细描述本发明的优选实施方式。在优选实施方式的说明中，将附带说明本发明的一些简单变型方式。

图1为本发明优选实施方式的液冷系统的原理图。如图1所示，冷却液箱7通过冷却液管8连接到集热装置R的一侧，该集热装置R设置在蓄电池1的外表面上，以收集蓄电池1的热量，集热装置R的另一侧通过冷却液管8连接到散热器5，该散热器5进而通过冷却液管8经由液体泵6连接到冷却液箱7。从中可以看出，本发明的液冷系统形成一个冷却液的循环回路，以通过液体泵6的驱动使得冷却液在循环回路中不断流动，从而持续不断地对蓄电池1进行冷却。本发明的上述液冷系统由于采用冷却液对蓄电池1进行冷却，因此冷却效率较高，能够使得蓄电池1的温度变化平稳。所述冷却液可以采用水，当然也可以采用其它冷却能力更好的冷却液，例如冷却机油等。

在优选实施方式下，本发明的液冷系统还包括风扇4，该风扇4设置得正对散热器5，从而能够通过对散热器5吹送空气以帮助散热器5散发热量。

以下结合附图对本发明液冷系统的各个部件进行详细描述。

如图1或图2所示，冷却液箱7为用于储存冷却液的容器，其包括用于连接冷却液管8的进口和出口，该冷却液箱7的上部设置有加液口，该加液口在使用状态下通过盖子封闭，当需要添加冷却液时，可以拧开盖子将冷却液加入到冷却液箱7中。当然，在冷却液箱7的下部还可以设置有通过塞子等封闭的排液口，该排液口主要用于在更换冷却液时将冷却液排放掉。冷却箱7的形状并不限于图示的形状，其可以形成为任意适当的形状，只要满足安装情况即可，例如车用蓄电池附近的安装空间等。

冷却液管8主要用于输送冷却液，并提供本发明液冷系统的相应部件之间的连接。冷却液管8可以采用普通的橡胶软管、塑料管等。当然，在蓄电池1较大并且使用频繁的情况下，为增强冷却效率，冷却液管8也可以由导热材料制成，例如由铜或铝制成。此外，虽然附图中未显示，但该冷却液管8在连接到液冷系统的各个部件时，例如连接到集热装置R、散热器5等上时，这些部件上均设置有相应的管接头，以与冷却液管8密封连接。

如图1和图2所示，集热装置R主要用于收集蓄电池1的热量，并将该热量传递到通过该集热装置R的冷却液。集热装置R是本发明液冷系统的关键部件，该集热装置R包括集热板2和导热管3，集热板2和导热管3均由导热性良好的材料制成，例如由铜、铝或铝合金制成，这样能够将蓄电池1的热量有效地传导到流经导热管3的冷却液。导热管3贴合连接(例如通过钎焊)在集热板2的外表面上，从而两者之间形成固定连接。为了更有效地收集蓄电池1的热量，导热管3可以增大与集热板3的接触面积，为此将导热管3形成为曲线形，其在集热板3的下表面折叠成数道(如图1所示)。当然，增大接触面积的方法较多(例如增大导热管3的横截面)，但是采用这种曲线形的导热管3优点在于，其能够使得作为冷却液流道的导热管3和冷却液管8在直径上在基本相等，从而避免在冷却液的循环回路中因流道横截面积不一致而使得冷却液流速不相等，由此保证了冷却液的顺畅流动。

此外，集热板2上形成有形状对应于所述导热管3的凹槽，所述导热管3嵌设在该凹槽内，这种优选方式的优点在于，由于直接将导热管3设置在集热板2上则会形成线接触，而在集热板2上形成有放置导热管3的凹槽后，导热管3将会与集热板2形成面接触，从而增大了接触面积，提高了热传导效率。

更优选地，如图1所示，导热管3形成为波峰和波谷的数量相等的曲线形，这是本发明一个非常重要的优选设计，图1中仅显示了导热管3的曲线形状的一个实施例，这种形状的优点在于，当冷却液加速流动而对导热管3的管壁形成碰撞或冲击时，在导热管3中流动的冷却液对导热管3的冲击力或碰撞力在各个方向上均会基本相互抵消，例如在图1的上、下方向上，由于冷却液在导热管3中存在多次转向，其向上和向下对导热管3的冲击力会由于导热管3的波峰和波谷数量相等，而使得向上的碰撞力与向下的碰撞力大致抵消，这在其它方向上的碰撞力的抵消情形也大致相同。因此，在冷却液加速流动时，该形状的导热管3能够显著减小引起蓄电池1的振动，并使得导热管3的整体受力情况得到极大地改善。当然，在图1中，由于导热管3的弯折方向与冷却液管8中的冷却液的流入方向垂直，因此在冷却液初始加速时，导热管3的进口处的管壁仍会受到一个瞬间的冲击力(该冲击力会因导热管3进口处的弯折圆角而显著减小)，但是该冲击力并不会引起导热管3的振动，因为冷却液的连续流动会使得导热管3的进口管壁一直受到同一个方向的恒定推力，此时导热管3只是承受一个固定的推动力，而不会因受力不规则导致不良振动并进而导致蓄电池1发生不良振动。当然，也可以对图1中所示的曲线形状进行优化变型，例如形成为波峰与波谷数量相等的正弦曲线形，这样由于冷却液的流入方向在导热管3的进口处并不与导热管3的弯折方向垂直，而是有一个较大的弧线过渡以引导冷却液进入导热管3中，因此能够有效地减小导热管3在冷却液初始加速时承受的瞬间冲击力。

一般情况下，集热装置R可以设置在蓄电池1的外表面上，在蓄电池1具有封装外壳9(例如车用蓄电池)的情形下，该蓄电池1和集热装置R设置在该封装外壳9内，即该集热装置R可以设置在该外壳和蓄电池1的外表面之间，在外壳上开设有供冷却液管8进入和引出的开口，由于这些开口由冷却液管8或导热管3填充，并且还可以设置密封结构，因此能够保证蓄电池1不与外界有害接触而防止其受到腐蚀。由该设置结构可以看出，由于本发明的冷却液流道设置在蓄电池1的外表面，因此所述蓄电池1可以采用基本封闭的外壳(冷却液管8的进出开口由冷却液管填塞)，而不需要像风冷方式那样在蓄电池1的外壳上设置风口等，因此能够有效地防止所述蓄电池与外部有害物质的接触而受到腐蚀。

但是，优选地，如图2所示，集热装置R可以设置在蓄电池1的下表面上(所述下表面即蓄电池在安装状态下(例如安装在汽车上)朝向地面的表面)。集热装置R设置蓄电池1的下表面的优点在于：由于本发明的集热装置R设置在所述蓄电池1的下表面，其中冷却液通过所述集热装置的导热管3(导热管3本身由一根铜管或铝管弯成，其已经降低了漏液的可能性)，并且在所述导热管3与蓄电池1之间还隔置有集热板2，因此即使导热管3发生冷却液泄漏，该冷却液在重力作用下也会向下坠落，而不会对所述蓄电池1造成损坏。当然在该优选方式中，为了使得泄漏的冷却液顺利流出，需要在蓄电池1的所述封装外壳9的底部设置一些细孔以供泄漏的冷却液流出。

更优选地，为保证蓄电池1与集热板2的上表面的良好传热，在两者间可以涂敷约1mm厚(视情可以更厚或更薄)的硅脂层，该硅脂层能够更有效地吸收蓄电池1产生的热量，从而更有效地收集蓄电池1的热量。在该优选方式下，由于所述集热装置R的集热板2和导热管1均为导热材料制成，并且所述集热板2贴合连接到蓄电池1的下表面上，且优选地还在集热板2和蓄电池1的下表面之间设置有硅脂层，并且导热管3成形为曲线形以增大与集热板2的接触面积，因此能够更有效地收集所述蓄电池1的热量，并将该热量有效地传递到所述导热管3内的冷却液中。

散热器5可以采用常用的车用散热器，其散热管可以采用铜管或铝管，这些散热管平行地设置在散热器5两侧的集管板上，并且散热管之间可以填充有折叠为波纹形的铜带或铝带以增强散热效果。优选地，该散热器的附近还设置有帮助散热器5散热的风扇4，风扇4正对散热器5吹送空气，以进一步提高散热器5的散热效率。

液体泵6可以采用离心泵、轴流泵、旋涡泵等，其一般通过电动机驱动(图中未显示)，该电动机通过电缆连接到控制装置(未显示)上，以通过控制装置调节电动机的转速，从而能够调节液体泵6的运转状态，以根据蓄电池1的发热状态控制冷却液的流动速度并进行有效的冷却。由于本发明能够通过控制液体泵来控制冷却液的流速，由于散热量随着冷却液的流速增加而线性增大，因此控制相对简单，能够更有针对性地调节蓄电池1的温度，而不会出现温度的明显上升和下降，因此能够保证蓄电池性能的稳定性和一致性，保证了蓄电池1的寿命。

以上对本发明的液冷系统的结构进行了详细说明，下面将结合图1和图2描述本发明液冷系统的操作过程，并同时描述本发明的液冷方法。

本发明的液冷方法主要包括冷却液的循环、蓄电池1热量的收集以及热量的散发三方面内容。其中，在优选方式下，首先开动液体泵6使得冷却液箱7中的冷却液在循环回路中循环流动，在此过程中，通过集热装置R收集蓄电池1的热量，如上所述，集热装置R的集热板2由热传导性较高的材料制成，其上表面与蓄电池1良好接触，下表面与同样具有良好热传导性能的导热管3连接，因此能够有效地收集蓄电池1的热量，并且优选地，由于导热管3可制成曲线形以增大与集热板2接触面积，此外还可以在集热板2的上表面和蓄电池1的下表面之间设置有硅脂层，因此收集蓄电池1热量的效果会更好。集热装置R收集的蓄电池1的热量通过冷却液传递到散热器5中以进行集中散热。并且，散热器5还通过设置的风扇4增强散热效率。同时，由于本发明中电池的散热是将热量传递到蓄电池的外部集中散热，蓄电池外壳可以相对封闭，从而能够有效防止蓄电池与外界有害物质的接触。

由上可以看出，本发明还提供了一种新的蓄电池液冷方法，该液冷方法与风冷方式相比，对蓄电池1的冷却效率更高，电池温度变化平稳；蓄电池的封闭性较好，因此可有效防止蓄电池1与外接有害物质的接触，从而能够有效保证蓄电池1的使用寿命和使用安全性。并且，液体的热传导效率比风冷的要高出很多倍，尤其是散热量随冷却液速度增加而线性增大，因此控制相对简单，其能够使得蓄电池的温度变化平稳，不会出现温度的明显上升和下降现象，从而提高了蓄电池的冷却效率和蓄电池温度的均衡性，保证了蓄电池的寿命。

以下说明采用本发明的液冷系统和液冷方法对蓄电池1进行冷却的测试例，以证明本发明的液冷系统和液冷方法的技术效果。

在该测试例，蓄电池1由10节60安培/小时的单体电池串联组成，并组成图2所示的蓄电池冷却回路，其中集热装置采用图1或图2所示的结构形式，导热管3与集热板2钎焊连接，为保证蓄电池1与集热板2上表面的良好传热，在两者间涂敷约1mm厚的硅脂，通入冷却水流量5.7L/min。测量蓄电池1的初始温度后对蓄电池1进行放电使用，当蓄电池1温度稳定后再次测量蓄电池1的温度，并测量单体电池之间的温度差。结果显示蓄电池1的最大升高温度为6.8摄氏度，单体电池之间的温差小于2摄氏度，由此可见，本发明的液冷系统对蓄电池1的冷却效果比较明显，完全满足正常情况下使用蓄电池1的要求，特别是车用蓄电池1的性能要求。

通过上述说明可知，由于本发明的冷却液流道设置在蓄电池的外表面，因此所述蓄电池1可以采用基本封闭的外壳，而不需要像风冷方式那样在蓄电池的外壳上设置风口等，因此能够有效地防止所述蓄电池与外部有害物质的接触而受到腐蚀；同时，由于本发明能够通过控制液体泵来控制冷却液的流速，由于散热量随着冷却液的流速增加而线性增大，因此控制相对简单，能够更有针对性地调节蓄电池的温度，而不会出现温度的明显上升和下降，因此能够保证蓄电池性能的稳定性，保证了蓄电池1的寿命。

此外，在更优选的实施方式下，本发明的集热装置R设置在所述蓄电池1的下表面上，其中冷却液通过所述集热装置R的导热管3，并且在所述导热管3与蓄电池1之间还隔置有集热板2，因此即使所述导热管发生冷却液泄漏，该冷却液在重力作用下也会向下坠落，而不会对所述蓄电池造成损坏。并且，通过本发明的集热装置R能够有效地收集蓄电池1的热量以将热量传输到蓄电池1的外部进行集中冷却。更重要的是，本发明的导热管3优选地成形为波峰与波谷的数量相等的曲线形，这不仅能够如上所述增大与集热板2的接触面积，而且在这种形状下，冷却液对所述导热管3各个方向的冲击碰撞力会被有效地相互抵消，从而能够有效地减少因冷却液流速加大而导致的蓄电池1的振动现象，并极大地改善了导热管3的整体受力情况，从而保证了蓄电池1的使用寿命和使用安全性。

以上参照附图描述了本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述优选方式的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的上述优选方式进行多种简单的变型，例如所述液体泵6还可以采用混流式泵等。这些简单的变型均属于本发明的范围，本发明的保护范围由权利要求进行限定。

Claims (10)

1.一种蓄电池的液冷系统，该液冷系统通过冷却液来冷却所述蓄电池(1)产生的热量，其中，所述液冷系统包括集热装置(R)、散热器(5)、液体泵(6)以及冷却液箱(7)，该集热装置(R)、散热器(5)、液体泵(6)以及冷却液箱(7)通过冷却液管(8)连接以形成所述冷却液的循环回路，所述集热装置(R)包括由导热材料制成的集热板(2)和导热管(3)，所述集热板(2)贴合连接到所述蓄电池(1)的外表面上，所述导热管(3)的两端分别与所述冷却液管(8)连通，并且该导热管(3)设置在所述集热板(2)的外表面上。

2.根据权利要求1所述的液冷系统，其中，所述导热管(3)成形为曲线形。

3.根据权利要求2所述的液冷系统，其中，所述导热管(3)成形为波峰与波谷的数量相等的曲线形。

4.根据权利要求1所述的液冷系统，其中，所述集热板(2)上形成有形状对应于所述导热管(3)的凹槽，所述导热管(3)嵌设在该凹槽内。

5.根据权利要求1所述的液冷系统，其中，所述集热板(2)贴合连接到所述蓄电池(1)的下表面上。

6.根据权利要求5所述的液冷系统，其中，所述集热板(2)与所述蓄电池(1)的下表面之间还设置有硅脂层。

7.根据权利要求1所述的液冷系统，其中，所述液冷系统还包括风扇(4)，该风扇(4)用于对所述散热器(5)吹送空气以帮助该散热器(5)散发热量。

8.根据权利要求1至8中任一项所述的液冷系统，其中，所述蓄电池(1)具有封装外壳(9)，该蓄电池(1)和所述集热装置(R)设置在该封装外壳(9)内，并且该封装外壳(9)上设置有与所述冷却液管(8)卡合的开口。

9.一种蓄电池的液冷方法，该液冷方法通过液体泵(6)以及冷却液管(8)使得冷却液在经过集热装置(R)和散热器(3)的循环回路中不断循环，其中，所述液冷方法通过所述集热装置(R)将所述蓄电池(1)的热量传导到通过该集热装置(R)的冷却液中，并将所述冷却液引导到所述散热器(5)中以进行散热，所述集热装置(R)包括由导热材料制成的集热板(2)和导热管(3)，所述集热板(2)贴合连接到所述蓄电池(1)的外表面上，所述导热管(2)设置在所述集热板(2)的外表面上，并且该导热管(2)构成所述集热装置的冷却液流道。

10.根据权利要求9所述的液冷方法，其中，所述导热管(3)成形为波峰与波谷的数量相等的曲线形。

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