CN106025425A - 锂电池散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种锂电池散热系统，用于解决现有的电池组升温问题。它包括锂电池包、液泵、散热器和液体输送管路，锂电池包包括电池芯、均温组件和壳体，电池芯和均温组件彼此间隔叠加，均温组件包括左壳体、右壳体、导液片和进液管、出液管，左、右壳体为对称结构，导液片内部腔室为冷却液通道，导液片的边沿嵌入在左、右壳体的接缝内，导液片两侧分别与左、右壳体之间形成均温场，在导液片的两侧面上设置有中心孔和螺旋布液槽孔，壳体和导液片通过四根出液管和一根进液管进行连接，形成冷却介质流动通道。本发明可以对均温组件中的冷却介质的流动速度加以控制，达到控制电池芯内部温度的目的。

Description

锂电池散热系统

技术领域

该发明涉及新能源锂电池散热系统技术领域，具体地说是一种温控效果更佳的锂电池散热系统。

背景技术

锂电池是电动汽车的核心部件，其性能的高低直接影响电动汽车性能的好坏，其中锂电池一般体积较大，占据在车辆的底盘位置，其散热效果很差。

现在的都更努力电池一般采用自然冷却、风冷或者水冷的方式进行，以锂电池为例，其内部最佳充放电温度不能高于140℃，外部温度不能高于80℃，否则就会降低电池的使用寿命和充放电效果。

其中，三种散热方式各有各的优势，自然冷却由于冷却效率低，逐步被淘汰，风冷结构简单，是目前的市场主流，水冷由于结构复杂，但是其冷却效率和可控性是最高的，目前应用较少，申请人发现，目前的水冷一般都是采用大流量的循环水对电池芯进行强制冷却，或者对电池包的壳体进行强制冷却，在这一过程中，冷却水往往是在所有电池芯中完成一个大循环，这一过程中，以一百块电池芯为例，冷却开始和结束处的冷却介质的温度温差在几十度以上，使得电池包内不同部位的温度极度不均衡，这种现象会造成彼此串联、并联的电池芯之间的出现个体差异，进而影响整体的性能。

另外，由于现有的冷却通道设计都是简单的夹层设计，冷却介质在流动的过程中，并不能做到将冷的介质直接作用在需要降温的作用点，进一步地降低了对降温点的降温效果，也就是降温效果不够理想。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种锂电池散热系统，用于锂电池散热系统的温控，尤其是对其主要表面进行降温，解决由于锂电池散热系统升温带来的寿命降低、爆炸等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

锂电池散热系统，包括锂电池包、液泵、散热器和液体输送管路，其中，所述锂电池包包括电池芯、均温组件和壳体，所述电池芯和均温组件彼此间隔叠加并装在壳体内部，其特征在于，

所述均温组件包括左壳体、右壳体、导液片和进液管、出液管，其中，左、右壳体为对称结构，并通过焊接形成一个内部密闭的壳体，焊接焊缝连续沿壳体的四周边沿处展开，其中，所述左壳体、右壳体为不锈钢材质冲压件，且向外侧设计为外凸结构，并在外侧面上设置有一个用于卡住电池芯的凹槽，并在左、右壳体的四对转角处为用于安装出液管的回流孔，顶部中间的一对为安装进液管的装配孔；

所述导液片内部腔室为冷却液通道，所述冷却液通道的间隙在2毫米至3毫米之间，所述导液片整体为四周密封的凸字形，并在上部的突起处设置有进液口，进液口设置为安装进液管的圆孔，所述导液片的边沿嵌入在左、右壳体的接缝内，并在导液片的四周设置有聚乙烯胶槽形成胶缝，所述导液片两侧分别与左、右壳体之间形成均温场，所述均温场间距在6至9毫米之间；

在导液片的中部两侧面上分别设置有对称的中心孔和螺旋布液槽孔，其中，所述螺旋布液槽孔以中心孔为中心螺旋布置，所述螺旋布液槽孔为弧形缝隙，且缝隙的自内向外为逐渐增大的，所述螺旋布液槽孔为倾斜设置的且倾斜方向是自中心孔向出液管方向倾斜设置；

在所述导液片上的四周设置有与壳体上所述回流孔对应的通孔，所述通孔与冷却液通道非贯通；

所述导液片两个外侧分别设置有四个弧形的第一隔断筋，四个第一隔断筋将导液片的外表分割成左上(A1)、左下(A2)、右上(A3)、右下(A4)四个区域，其中第一隔断突起的高度占据均温场间隙的三分之一，且每一个区域对应一个回流孔，在左、右壳体的内表面设置有第二隔断突起，所述第二隔断突起与第一隔断突起一一对应成对设置，所述第二隔断突起的高度占据均温场的间隙的三分之一，所述第一隔断突起和第二隔断突起共同将均温场分割为四个区域；

在四个第二隔断突起的交汇部位设置有一个分流盘，分流盘为一个突起状且与所述中心孔对应设置，在每两个第二隔断突起之间的分流盘上设置有缺口；

所述壳体和导液片通过四根出液管和一根进液管进行连接，并在进液管和出液管与壳体、导液片接触部位使用密封圈进行密封，在进液管插入到导液片空腔内的一段设置有进液孔，在出液管插入到导液片空腔内的一段设置有出液孔。

所述进液管与出液管外循环连接液泵和散热器。

进一步地，所述螺旋布液槽孔最窄处的宽度在1毫米，最宽处的宽度在3毫米。

进一步地，所述均温组件内灌注的冷却介质成分是由质量比为95-99％的150N三类基础油，1.0-5.0％的二酚基丙烷，0.005％甲基硅油或甲基硅油酯，0.05％磷酸三甲酚酯，0.1％硫化聚异丁烯，100PPM的破乳剂T1001或LZ5957，以及0.2-0.3％的琥珀酸酯磺酸盐组成。

进一步地，所述电池芯的电极位于侧向。

进一步地，所述导液片为工程塑料注塑件。

本发明的有益效果是：

均温组件的设置，可以将电池芯产生的热量带走，并可以对均温组件中的冷却介质的流动速度加以控制，达到控制电池芯内部温度的目的。

制造成本低，可靠性好，其中外侧与电池芯结合的壳体采用金属钣金件，导热性能良好，且在周边进行压力焊连接，并配合导液片四周的密封胶密封，形成密闭效果，方式冷却介质零泄漏。

壳体本身具有一定的弹性，且结合均温场的空间，可以满足电池芯之间热胀冷缩的要求。

均温场的存在，尤其是螺旋布液槽孔的存在使得冷却介质可以更加均匀的被分布并直接作用在壳体内壁上，使得温度场分布更加均匀，提高降温效果。

附图说明

图1为本发明的原理图(正面)。

图2为本发明的原理图(侧面)。

图3为本发明的剖视图。

图4为本发明的紧固状态示意图。

图5为左壳体(右壳体)的立体图。

图6为图5的背面结构。

图7为导液片的立体图。

图8为密封圈的立体图。

图9为本发明的局部放大图。

图10为气囊的示意图。

图11为新能源车中的电池散热系统。

图中：1电池芯，2均温组件，21左壳体，211外凸结构，212凹槽，22右壳体，221焊缝，222穿孔，23导液片，231冷却液通道，232进液口，233聚乙烯胶槽，234中心孔，235螺旋布液槽孔，236通孔，24进液管，25出液管，3均温场，41第一密封圈，42第二密封圈，4安全蓄压泄压装置，5散热器。

具体实施方式

如图1至图11所示，针对锂电池散热系统均温效果差、冷却液对电池芯冷却不均匀、以及冷却系统构造复杂等缺陷，本发明的保护主体如下：

开发的是一种具有均温效果的锂电池散热系统，可以使得锂电池散热系统保持在基本稳定的温度范围内，并将波动控制在合理的范围内。

同时本发明提供的锂电池散热系统结构如下：

锂电池散热系统，包括锂电池包、液泵、散热器和液体输送管路，散热器用于将内部的热量散发掉，其中，所述锂电池包包括电池芯1、均温组件2和外壳，其中电池芯1为平板状，例如锂电池电池芯，其中的电池芯的电极集成在一侧，一般设计为平板状、或者块状，并在其上设置有电极，根据位置安排，下面重点对均温组件进行详细的分析。由于本发明的重点不在于电池芯的改进，故对电池芯的结构不做详细的介绍。

锂电池在充放电过程中由于内部温度的累计，会有较大的温度上升现象，尤其是在汽车加速行驶的过程中，更是会形成较大的升温，这种升温的现象在外会变现为电池芯体积的略微增大，壳体的膨胀，通过温度计进行测试，温度可以升至100度甚至以上，这种升温会造成锂电池散热系统的寿命降低，进一步地影响其安全性能，例如自燃。

实施例一，在制作均温组件2的过程中，需要对电池芯1升温过程造成的变形、膨胀进行考量，并综合利用其变形，达到有效控制温度升温的过程目的。

均温组件2包括左壳体21、右壳体22、导液片23和进液管24、出液管25，其中，左、右壳体为对称结构，并通过扣合和四周焊接一体成型，形成一个完整的壳体，以左壳体21为例进行详细说明，左壳体21采用不锈钢材质的薄板冲压而成，且向外侧设计为外凸结构211，用于和导液片配合，参考图5，并在外侧面上设置有一个用于卡住电池芯的凹槽212，在壳体的外侧固定电池芯，所述电池芯的电极位于侧向，两两左右壳体扣合后通过压力焊的方式焊接形成一体，其中焊缝221沿壳体的四周边沿处展开，并在左、右壳体上形成五对穿孔222，其中位于四对转角处的为四个回流孔，顶部中间的一对为装配孔，用于装配工艺中和进液管进行配合，分别用于安装进液管和出液管。

导液片23，采用工程塑料注塑件，其中具有一个内腔，为冷却液通道231，上述的冷却液通道231的间隙控制2至3毫米之间，导液片23整体为凸字形，四周进行封边，并在上部的突起处设置有进液口232，进液口设置为圆孔，用于安装进液管，并利用密封圈进行防漏处理，注意，此处的防漏设计要求较低，并非为绝对防漏，使用普通橡胶垫圈即可。

上述的导液片23四周恰好与上述的左、右壳体合并后形成的边沿重合，形成吻合，并在导液片的四周设置有聚乙烯胶槽233，在上述的聚乙烯胶槽中预先填充聚乙烯胶，在装配的过程中，通过加热的方式使得聚乙烯胶融化，并形成胶缝，导液片23的边沿嵌入在左右壳体的接缝内，通过加热的方式可以对左右壳体的接缝自内测密封，形成较好的密封效果，放置液体外漏。通过上述的密封胶密封和压力焊双道密封，可以保证连接处周向的泄漏概率小于万分之一，保证电池组件的使用安全。

导液片23两侧分别与左、右壳体之间形成均温场3，此处的均温场在空间形态上是一个小小的细缝，且导液片与左右壳体之间的均温场3间距控制在6至9毫米之间，也就是是冷却液通道的3倍左右。

同时，均温场的存在还可以使得外部壳体具有一定的伸缩空间，可以弥补电池芯热膨胀情况下的空间需求。

在导液片23的中部两侧面上分别设置有对称的中心孔234和螺旋布液槽孔235，参考图1和图7，其中中心孔234直径在10毫米左右，螺旋布液槽孔235为窄的缝隙，且缝隙的自内向外为逐渐增大的，最窄处的宽度H1在1毫米左右，最宽处的宽度H2在3毫米左右，且是倾斜设置的，自中心孔向出液管方向倾斜设置。

在上述的导液片上的四周设置有与壳体上的四个穿孔对应的通孔236，为装配孔，该通孔236不与上述的冷却液通道231贯通，是独立的，仅仅用于装配。

上述的导液片23两个外侧分别设置有四个第一隔断筋237，成螺旋突起状，用于将导液片的外表分割成左上A1、左下A2、右上A3、右下A4四个区域，其中第一隔断突起237的高度占据均温场3间隙的三分之一左右，且每一个区域对应一个回流孔，回流更加均匀。

对应的在左、右壳体的内表面设置有第二隔断突起238，该突起与第一隔断突起238的走向相同，且一一对应成对设置，第二隔断突起的高度占据均温场3的间隙的三分之一左右，第一隔断突起和第二隔断突起共同讲上述的均温场分割为四个区域，可以有效控制冷却介质路线，提高外壳体表面近处的冷却和流动速率，提高冷却效果。

在四个第二隔断突起的交汇部位设置有一个分流盘239，分流盘为一个突起状，圆形的，在每两个第二隔断突起之间的分流盘上设置有缺口2391，用于引导分流的方向。

上述壳体和导液片通过四根出液管25和一根进液管24进行连接，并在进液管和出液管与壳体、导液片接触部位使用密封圈进行密封，其中，密封圈包括第一密封圈41和第二密封圈42，第一密封圈41中设置在外侧的壳体与进、出液管之间，第二密封圈42设置在导液片与进、出液管之间，并在进液管插入到导液片空腔内的一段设置有进液孔，在出液管25插入到导液片空腔内的一段设置有出液孔，冷却液在进液管、导液片内腔、螺旋布液槽、均温场和出液管循环后将电池芯的热量带走，形成冷却，在此过程中，冷却液在螺旋布液槽孔235的走向的控制下，冷却液呈现螺旋状的流动，形成扰动，并带走表面热量，解决现有的冷却方式中冷却液空循环的问题，提高冷却效果，由于螺旋布液槽孔235基本覆盖在导液片23的正面和背面，可以同时对外侧的壳体进行直喷，冷的冷却液直接作用在外侧的左右壳体内壁上，使得壳体直接降温，进而带动电池芯快速降温，使得冷却液在此处形成均温场，避免冷却液在对电池芯冷却的过程中的冷却不均匀的问题。提高冷却效果和效率。

上述的电池芯和均温组件彼此间隔叠加，最后安装在一个金属壳体内，其中上述的金属壳体为表面光滑的金属壳体，形成一体，也就是本发明所称的锂电池散热系统。

进液管24与出液管25外循环采用液泵和散热模式，其中液泵采用微型液泵，散热与汽车自带的散热器5进行连通，利用汽车散热器将热量散发掉，参考图10。

为保证系统的安全性能，在外循环中设置有一个安全蓄压泄压装置4，该装置为一个蓄压气囊，在外界重大冲击下具有自动泄压的功能，降低冷却液的自身压力，更加安全。

安全蓄压泄压装置4结构如下:包括气囊，气囊设置在回油管路中，即与出油管进行连接，并将气囊安装在汽车前方，并通过橡胶带等柔性带进行捆绑固定，形成一种柔性安装，在气囊的正上侧设置有一个泄压阀，

上述的冷却液体采用低粘度混合油，具有防爆效果，其成分包括：由质量比为95-99％的150N三类基础油，1.0-5.0％的二酚基丙烷，0.005％甲基硅油或甲基硅油酯，0.05％磷酸三甲酚酯，0.1％硫化聚异丁烯，100PPM的破乳剂T1001或LZ5957，以及0.2-0.3％的琥珀酸酯磺酸盐组成，该专用混合油具有良好的高温稳定性，具有防爆性能，能够满足锂电池散热系统在高温情况下的使用要求，尤其是能够降低锂电池散热系统闪爆引发的危险。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩如本发明权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.锂电池散热系统，包括锂电池包、液泵、散热器和液体输送管路，其中，所述锂电池包包括电池芯(1)、均温组件(2)和壳体，所述电池芯和均温组件彼此间隔叠加并装在壳体内部，其特征在于，

所述均温组件(2)包括左壳体(21)、右壳体(22)、导液片(23)和进液管(24)、出液管(25)，其中，左、右壳体为对称结构，并通过焊接形成一个内部密闭的壳体，所述焊接焊缝(221)连续沿壳体的四周边沿处展开，其中，所述左壳体(21)、右壳体(22)为不锈钢材质冲压件，且向外侧设计为外凸结构(211)，并在外侧面上设置有一个用于卡住电池芯的凹槽(212)，并在左、右壳体的四对转角处为用于安装出液管的回流孔，顶部中间的一对为安装进液管的装配孔；

所述导液片(23)内部腔室为冷却液通道(231)，所述冷却液通道(231)的间隙在2毫米至3毫米之间，所述导液片(23)整体为四周密封的凸字形，并在上部的突起处设置有进液口(232)，进液口设置为安装进液管的圆孔，所述导液片(23)的边沿嵌入在左、右壳体的接缝内，所述导液片(23)两侧分别与左、右壳体之间形成均温场(3)，所述均温场(3)间距在6至9毫米之间；

在导液片(23)的中部两侧面上分别设置有对称的中心孔(234)和螺旋布液槽孔(235)，其中，所述螺旋布液槽孔以中心孔为中心螺旋布置，所述螺旋布液槽孔(235)为弧形缝隙，且缝隙的自内向外为逐渐增大的，所述螺旋布液槽孔为倾斜设置的且倾斜方向是自中心孔向出液管方向倾斜设置；

在所述导液片上的四周设置有与壳体上所述回流孔对应的通孔(236)，所述通孔(236)与冷却液通道(231)彼此不贯通；

所述导液片(23)两个外侧分别设置有四个弧形的第一隔断筋(237)，四个第一隔断筋将导液片的外表分割成左上(A1)、左下(A2)、右上(A3)、右下(A4)四个区域，其中第一隔断突起(237)的高度占据均温场(3)间隙的三分之一，且每一个区域对应一个回流孔，在左、右壳体的内表面设置有第二隔断突起(238)，所述第二隔断突起与第一隔断突起(238)一一对应成对设置，所述第二隔断突起的高度占据均温场(3)的间隙的三分之一，所述第一隔断突起和第二隔断突起共同将均温场分割为四个区域；

在四个第二隔断突起的交汇部位设置有一个分流盘(239)，分流盘为一个突起状且与所述中心孔(234)对应设置，在每两个第二隔断突起之间的分流盘上设置有缺口(2391)；

所述壳体和导液片通过四根出液管(25)和一根进液管(24)进行连接，并在进液管和出液管与壳体、导液片接触部位使用密封圈进行密封，在进液管插入到导液片空腔内的一段设置有进液孔，在出液管(25)插入到导液片空腔内的一段设置有出液孔；

所述进液管(24)与出液管(25)外循环连接液泵和散热器。

2.根据权利要求1所述的锂电池散热系统，其特征在于，所述螺旋布液槽孔(235)最窄处的宽度(H1)在1毫米，最宽处的宽度(H2)在3毫米。

3.根据权利要求1所述的锂电池散热系统，其特征在于，所述均温组件内灌注的冷却介质成分是由质量比为95-99％的150N三类基础油，1.0-5.0％的二酚基丙烷，0.005％甲基硅油或甲基硅油酯，0.05％磷酸三甲酚酯，0.1％硫化聚异丁烯，100PPM的破乳剂T1001或LZ5957，以及0.2-0.3％的琥珀酸酯磺酸盐组成。

4.根据权利要求1所述的锂电池散热系统，其特征在于，所述电池芯的电极位于侧向。

5.根据权利要求1所述的锂电池散热系统，其特征在于，所述导液片(23)为工程塑料注塑件。

6.根据权利要求1所述的锂电池散热系统，其特征在于，所述导液片的四周设置有聚乙烯胶槽(233)，并在导液片和左、右壳体之间形成熔融胶封。

7.根据权利要求1所述的锂电池散热系统，其特征在于，在外循环的管路接入安全蓄压泄压装置(4)。

8.根据权利要求7所述的锂电池散热系统，其特征在于，安全蓄压泄压装置(4)为气囊。