CN104300190A - 强制风冷电池箱及其箱体和冷板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强制风冷电池箱及其箱体和冷板，箱体的风道中设有冷板，冷板包括贴合在相邻两电池单体相对侧面上的两导热板面和处于两导热板面之间的导热芯部，导热芯部上开设有贯通相对两端面的冷气通道，导热板面为用于阻止冷气通道内冷气从板面外泄的侧封面，从而使得冷风通道内的冷气即能达到预定的对电池单体强制风冷的效果，又能在导热板面的封堵作用下不会从冷板的板面外泄，而冲刷电池单体的侧面，也使得冷气中夹杂的杂物不会侵蚀电池单体的侧面，因此本发明中冷板能够提高冷气对单体电池的散热效果和各单体电池温度的均匀性，减少电池箱内吸入的冷风对电池单体的表面的冲刷、以降低冷风中夹杂的杂物对电池单体侵蚀。
Description
技术领域
本发明涉及一种强制风冷电池箱及其箱体和冷板。
背景技术
目前，锂离子动力电池的充放电过程都会产生化学反应热和电阻热，特别是随着大单体容量、高比能量锂离子电池的发展，锂离子动力电池的这种放热效应显著，导致电池机柜内的温度显著升高。锂离子动力电池性能、寿命与其工作环境温度关系密切，研究表明锂离子电池在25℃和45℃工作800个循环后，电池容量分别下降31％和36％；而电池在50℃运行，600个循环后电池容量下降60％；电池在55℃时运行500个循环之后容量下降70％。温度升高不仅极大地影响锂离子动力电池的性能和使用寿命，而且在充放电过程中的热扰动，可能会超过电池组成材料的热稳定态，从而引发一系列放热副反应，最终导致热失控而引发安全问题，因此，锂离子动力电池的热管理技术研究，对电池使用安全性和经济性具有重要意义，是锂离子动力电池发展和应用的关键技术之一。
锂离子动力电池的冷却主要依靠自然冷却和强迫风冷实现散热，自然冷却往往难以满足锂电池在大功率或高温环境下运行的散热需求，需要依靠风机强迫对流冷却提高散热效果，但现有强迫风冷方式机箱风道多为串行设计，如专利文献CN103238251A公开的一种用于车辆的电池箱，该电池箱包括箱体和电池单体，箱体一侧箱壁上开设有进风口，另一侧箱壁上开设有出风口；电池单体有两排以上，每排电池单体中各个电池单体在纵向间隔排布，各排电池单体沿横向间隔排布，在相邻两排电池单体之间形成主干风道，在同排电池单体中相邻两电池单体之间形成分支风道，进风口连通在主干风道的上游位置处，出风口连通在主干风道下游或分支风道下游位置处，在使用时，通过风扇送风或抽风方式使空气从进风口流入主干风道中，在沿着主干风道和分支风道顺序通过各个电池单体的侧面后，从出风口中流出，虽然主干风道和分支风道所形成的肋排式布风结构能够使得电池箱各个电池单体温差减小，尤其是使得主干风道中游和下游位置处的电池单体通过分支风道的设计得到充分冷却，但风扇吹入或吸入电池箱内的冷风直接与电池单体的表面接触，这样，夹杂在冷风中的粉尘、雨水等杂物会侵蚀电池单体的表面，使得电池单体的表面防护层寿命缩短，以致整个电池箱的使用寿命缩短，使用稳定性下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种减少电池箱内吸入的冷风对电池单体的表面的冲刷、以降低冷风中夹杂的杂物对电池单体侵蚀的冷板，同时还提供了使用该冷板的箱体和强制风冷电池箱。
为了实现以上目的，本发明中强制风冷电池箱的技术方案如下：
强制风冷电池箱，包括箱体及其内装配的电池单体，箱体的内腔中设有处于相邻两电池单体之间的风道，风道中设有冷板，冷板包括贴合在相邻两电池单体相对侧面上的两导热板面和处于两导热板面之间的导热芯部，导热芯部上开设有贯通相对两端面的冷气通道，导热板面为用于阻止冷气通道内冷气从板面外泄的侧封面。
导热芯部为高孔隙率通孔泡沫铝板或至少两端面被通孔贯通的通孔铝板，导热板面为固设于导热芯部板面的两面板相背板面上的面板。
电池单体在箱体内沿纵向间隔并排布置，风道包括处于同排电池单体的同侧的主干风道和处于同排的相邻两电池单体之间的分支风道，分支风道与主干风道连通而形成肋排式风道，主干风道的上游连通一侧箱壁上设置的进风口、下游封闭，分支风道的上游连通主干风道、下游连通另一侧箱壁上设置的出风口，冷板处于分支风道中，冷风通道与主干风道连通。
本发明中箱体的技术方案如下：
箱体，包括用于容纳部件的内腔，内腔中预留有用于设置在相邻两部件之间的风道，风道中设有冷板，冷板包括用于贴合在相邻两部件相对侧面上的两导热板面和处于两导热板面之间的导热芯部，导热芯部上开设有贯通相对两端面的冷气通道，导热板面为用于阻止冷气通道内冷气从板面外泄的侧封面。
风道包括用于设置在同排部件同侧的主干风道和用于设置在同排中相邻两部件之间的分支风道，主干风道的上游连通一侧箱壁上设置的进风口、下游封闭，分支风道的上游连通主干风道、下游连通另一侧箱壁上设置的出风口，冷板处于分支风道中，冷风通道与主干风道连通。
主干风道的上游位置处设有两个以上用于向主干风道中吹入冷风的风机，各风机的排风口相对独立布置。
各分支风道内设有处于冷板下游位置处并开设不同开度的节流口的流量调节装置或挡板。
本发明中冷板的技术方案如下：
冷板，包括用于贴合在相邻两部件相对侧面上的两导热板面和处于两导热板面之间的导热芯部，导热芯部上开设有贯通相对两端面的冷气通道，导热板面为用于阻止冷气通道内冷气从板面外泄的侧封面。
导热芯部为高孔隙率通孔泡沫铝板或至少两端面被通孔贯通的通孔铝板，导热板面为固设于导热芯部板面的两面板相背板面上的面板。
导热板面为用于与部件侧面凹凸配合的波浪形曲面。
本发明在风道中设有冷板，冷板包括贴合在相邻两电池单体相对侧面上的两导热板面和处于两导热板面之间的导热芯部，导热芯部上开设有贯通相对两端面的冷气通道，导热板面为用于阻止冷气通道内冷气从板面外泄的侧封面，在使用时，进入电池箱的箱体内腔中的冷风会沿着风道流动，风道中的冷风又被冷板限制而必须在冷风通道中流动，但冷板的导热板面在将电池单体上产生的热量传导至导热芯部，再通过导热芯部传导至冷风通道内的冷风；同时导热板面会阻止冷气通道内冷气从板面外泄，从而使得冷风通道内的冷气即能达到预定的对电池单体强制风冷的效果，又能在导热板面的封堵作用下不会从冷板的板面外泄，而冲刷电池单体的侧面，也使得冷气中夹杂的杂物不会侵蚀电池单体的侧面，因此本发明中冷板能够减少电池箱内吸入的冷风对电池单体的表面的冲刷、以降低冷风中夹杂的杂物对电池单体侵蚀。
进一步的，进入箱体内的冷风从主干风道的上游进入，从分支风道的下游排出，即箱体内的冷风在肋排式风道中，以并行方式对各个电池单体的侧面进行强制风冷，从而使得处于主干风道中游和下游位置处的电池单体和同排中相邻电池单体相对侧面均能够被强制风冷，提高了箱体内风道布置的合理性和强制风冷的散热效果。
附图说明
图1是本发明的实施例1中强制风冷电池箱的立体结构示意图；
图2是图1中冷风在箱体内的流动路径示意图；
图3是图1中A-A向剖视图；
图4是图1中冷板的立体分解结构示意图；
图5是图1中流量调节装置的结构示意图；
图6是本发明的实施例2中冷板的结构示意图。
具体实施方式
本发明中强制风冷电池箱的实施例1：如图1至图5所示，该强制风冷电池箱为冷板强化传热强迫风冷锂离子动力电池箱，强制风冷采用风机送风的方式，其包括方形的箱体及其内设置的电池单体7和冷板50，箱体是由盖板2、底板3、前侧板1、后侧板4、左侧板5和右侧板6围成的空间几何体，电池单体7为锂离子动力电池，电池单体7有两排，同排中各个电池单体7前后间隔布置，两排电池单体7左右间隔设置，在两排电池单体7之间预设有前后延伸的主干风道13，在同排中相邻两电池单体7之间预设有左右延伸的分支风道15，各分支风道15的上游均与主干风道13连通，分支风道15与主干风道13连通而形成肋排式风道，每个分支风道15内均装配有冷板50和流量调节装置17，流量调节装置17处于分支风道15内冷板50的下游位置处。冷板50包括两个面板51、夹设在两面板51之间的芯板53和固设在芯板53上下端面上的端封板52，其中芯板53为三向通孔铝板，即芯板53上布设有沿长、宽、厚方向相贯的孔径为0.5-2mm的通孔，芯板53上的各通孔形成了贯通冷板50左右端面的冷风通道；面板51固设在芯板53的板面上，并将处于芯板53板面上的通孔开口封上，两面板51的相背侧板面均为贴合在同排中相邻两电池单体7相对侧面上的冷板50的导热板面，冷板50中处于两导热板面之间的实体部分为将导热板面上的热量传导至冷风通道内的导热芯部。
箱体的前侧板1处于主干风道13的上游，前侧板1上开设有处于主干风道13正前方的两个上下间隔的进风口，每个进风口内均装配有风机，两个风机的排风口相对独立设置，两个风机的排风口通过由前往后逐渐缩小的喇叭状的集流风道连通主干风道13的上游，集流风道由两个非线性的集流板围成。箱体的后侧板4封堵在主干风道13的下游。箱体的左侧板5和右侧板6上分别开设有四个前后间隔均布的出风口18，这些出风口18通过电池单体7与箱壁之间的空隙连通在分支风道15的下游位置处。
各个流量调节装置17上设有不同开度的节流孔，实现对箱体不同区域内冷气的最佳分配，如对于较易发生热累积现象的箱体中间区域，节流孔的开度较大；对于内阻较大的电池单体7安装位置，通过流量调节装置17适当提高冷气流量，来提高箱体内各电池单体7的温度均匀性。
在箱体内于同中每隔一个电池单体7上设置有一个热电偶20，在集流风道的左右两侧分别装配有温度采集模块21和热管理控制系统22，其中温度采集模块21用以实时监控箱体内电池单体7，热管理控制系统22根据温度反馈信息调节风机流量，实现电池箱温度的智能恒温控制，从而使得电池箱热管理系统能实现不同区域的空气流量控制，实施分布式冷却，并能够根据在线温度监测数据，智能调整冷却空气流量，能显著降低电池箱内中部区域锂离子电池的温度，降低电池组件间的温差，提高锂离子动力电池的放电性能、使用寿命和安全性，降低运营成本和风险。
箱体中设有处于主干风道13上方的布线通道16，便于锂离子电池箱内电气、监测系统布线。
本实施例在使用时，由风机将环境空气31送入集流风道，两个风机排出的初始气流32在收缩状截面集流风道内得到压缩，随后进入主干风道13，主干风道13内主干冷气35采用并行分布式方式流入分支风道15，分支冷气36在冷板50的冷气通道内实施锂离子电池冷却之后流入两侧旁侧空隙，待排冷气37在旁侧空隙中沿壁面方向流动，进一步对电池单体7侧面实施冷却，最后在箱体的侧面出风口汇流成失效冷气38并流出。
冷板50的芯板53上的三向通孔设计可以增大冷气与冷板50的接触面和流动行程，并可以快速的把从面板51热传导而来的热量带走，提高冷却空气的冷却效率。电池箱内电池单体7的安装采用紧密排列方式安装，适用于电动汽车等动态装置，也便于安装运输。
该电池箱中从出风口相互独立的若干风机进入的冷却空气，流经箱体主干风道13，以并行方式送入位于各电池单体7间的分支风道15内，基于固体热传导和对流对各单体电池实施冷却，冷却空气从旁侧空隙沿箱体壁面流动，最终从箱体侧壁流出。在冷板50出风口位置有流量调节装置17，可以根据不同区域单体电池的冷气流量，以保持对箱体内单体电池温度的均匀性，因此该电池箱具有以下优点：①可以降低锂离子电池组件的平均温度，提高冷气的冷却效率；②可以降低电池箱内各电池单体7间的温差；③可以实时调节风机转速，提高冷却系统的适用性；④适用于所有型号尺寸的电池箱，具有通用性和普遍适应性；⑤本电池箱的设计能够实现各单体电池的紧配合，有利于锂离子动力电池在新能源汽车、储能电站等的应用，在一定程度上对新能源电池的发展起推动作用；⑥本风冷强化换热电池箱可以提高锂离子动力电池的使用安全性和寿命，具有良好的经济和社会效益。
本发明中强制风冷电池箱的实施例2：本实施例与实施例1的区别在于，面板200的导热板面为与电池单体的侧面凹凸配合的波浪形曲面，具体的该波浪形曲面为方波曲面，以增大热传导接触面。
在上述实施例中，电池单体有两排，在其他实施例中，电池单体也可以是一排或多于两排，对应的主干风道也应如上述实施例一样，处于同排电池单体的同侧。
在上述实施例中，冷板只设置在分支风道中，在其他实施例中，冷板也可以被设置在主干风道中，此时主干风道和分支风道的贯通处，冷板也应该相应接通。
在上述实施例中，冷板采用三层复合的夹芯板结构，且芯板是三向通孔铝板，在其他实施例中，三向通孔铝板也可以用泡沫铝板、单向通孔铝板等替换，而夹芯板也可以用整体性导热板替换，此时导热板上应开设有贯通两端面的冷气通道。
在上述实施例中，通过流量调节装置来调节分支风道内冷气流量，在其他实施例中，流量调节装置也可以用挡板、挡块等替换，另外，流量调节装置也可以去除掉，依靠肋排式风道自身来调节分支风道中冷气流量。
在上述实施例中，冷板采用铝材，在其他实施例中，冷板也可以采用钢材、铜等金属导热材料或非金属导热材料。
在上述实施例中，箱体采用吹风式的强制风冷方式，在其他实施例中，吹风式也可以用抽风式替换，对应的风机应处于箱体的出风口上。
本发明中箱体的实施例：本实施中箱体的结构与上述实施例中箱体的结构相同，但该箱体也可以应用在其他类型的电子机箱上，对应的箱体内装入的部件也可以是其他电气部件。
本发明中冷板的实施例：本实施例中冷板的结构与上述实施例中冷板的结构相同，因此不再赘述。
Claims (10)
1.冷板，其特征在于，包括用于贴合在相邻两部件相对侧面上的两导热板面和处于两导热板面之间的导热芯部，导热芯部上开设有贯通相对两端面的冷气通道，导热板面为用于阻止冷气通道内冷气从板面外泄的侧封面。
2.根据权利要求1所述的冷板，其特征在于，导热芯部为高孔隙率通孔泡沫铝板或至少两端面被通孔贯通的通孔铝板，导热板面为固设于导热芯部板面的两面板相背板面上的面板。
3.根据权利要求1或2所述的冷板，其特征在于，导热板面为用于与部件侧面凹凸配合的波浪形曲面。
4.箱体，包括用于容纳部件的内腔，内腔中预留有用于设置在相邻两部件之间的风道，其特征在于，风道中设有冷板，冷板包括用于贴合在相邻两部件相对侧面上的两导热板面和处于两导热板面之间的导热芯部，导热芯部上开设有贯通相对两端面的冷气通道，导热板面为用于阻止冷气通道内冷气从板面外泄的侧封面。
5.根据权利要求4所述的箱体，其特征在于，风道包括用于设置在同排部件同侧的主干风道和用于设置在同排中相邻两部件之间的分支风道，主干风道的上游连通一侧箱壁上设置的进风口、下游封闭，分支风道的上游连通主干风道、下游连通另一侧箱壁上设置的出风口，冷板处于分支风道中，冷风通道与主干风道连通。
6.根据权利要求5所述的箱体，其特征在于，主干风道的上游位置处设有两个以上用于向主干风道中吹入冷风的风机，各风机的排风口相对独立布置。
7.根据权利要求5所述的箱体，其特征在于，各分支风道内设有处于冷板下游位置处并开设不同开度的节流口的流量调节装置或挡板。
8.强制风冷电池箱，包括箱体及其内装配的电池单体，箱体的内腔中设有处于相邻两电池单体之间的风道，其特征在于，风道中设有冷板，冷板包括贴合在相邻两电池单体相对侧面上的两导热板面和处于两导热板面之间的导热芯部，导热芯部上开设有贯通相对两端面的冷气通道，导热板面为用于阻止冷气通道内冷气从板面外泄的侧封面。
9.根据权利要求8所述的强制风冷电池箱，其特征在于，导热芯部为高孔隙率通孔泡沫铝板或至少两端面被通孔贯通的通孔铝板，导热板面为固设于导热芯部板面的两面板相背板面上的面板。
10.根据权利要求8所述的强制风冷电池箱，其特征在于，电池单体在箱体内沿纵向间隔并排布置，风道包括处于同排电池单体的同侧的主干风道和处于同排的相邻两电池单体之间的分支风道，分支风道与主干风道连通而形成肋排式风道，主干风道的上游连通一侧箱壁上设置的进风口、下游封闭，分支风道的上游连通主干风道、下游连通另一侧箱壁上设置的出风口，冷板处于分支风道中，冷风通道与主干风道连通。
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