CN106340697A - 一种双通道电池组空气冷却结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于新能源动力汽车配件领域，具体涉及一种双通道电池组空气冷却结构，包括壳体，壳体中内置电池组、第一集流板和第二集流板，第一、二集流板固定于电池组两端；壳体的前侧面上下分布有第一、二进口，壳体的后侧面上下分布有第二出口和第一出口；电池组为多块单体电池层层叠设构成，两块单体电池之间夹设有第一孔道，第一进口依次通过第一集流板的前侧波浪口、第一孔道、第二集流板的后侧波浪口与第一出口连通，第二进口依次通过第二集流板的前侧波浪口、第一孔道、第一集流板的后侧波浪口与第二出口连通。本发明的有益效果是：可达到电池组散热均匀，温差小的效果；电池组可进行稳定、高效地充放电，易保证使用寿命和使用安全。

Description

一种双通道电池组空气冷却结构
技术领域
本发明属于新能源动力汽车配件领域，具体涉及一种双通道电池组空气冷却结构。
背景技术
环境污染，能源危机，二氧化碳的全球减排，人们需要减少对化石能源的依赖，寻找新的能源代替。在汽车行业中，电动汽车由此被大力发展起来,动力电池的技术性能突破受到许多外界条件的限制，尤其是温度条件的制约，良好的运行温度是动力电池安全、高效工作的前提。电池温度是制约电动汽车性能提升的关键因素，高温对动力电池有双重影响。一方面，随着温度上升，电解液活性提高，离子扩散速度加快，电池内阻减小，改善电池性能。另一方面，较高的温度会导致电极降解以及电解液分解等有害反应的发生，影响电池的使用寿命，甚至对电池内部结构造成永久性损坏。研究表明化学反应速率和温度成极数关系，温度每增加10℃，化学反应速率加倍。在较高的温度，如45℃的环境温度下工作时，镍氢电池循环次数大约减小60％。在高倍率充电时，温度升高5℃，电池寿命减半。相反在低温环境下，由于电解液活性低，离子扩散速度较慢，电池内阻大大增加，放电容量会显著降低，充电期间内压上升较快，影响电池的使用安全。综上所述，适宜的工作温度为电池良好性能发挥的前提。
空气冷却的结构模型主要分为串行式通风冷却和并行式通风冷却，并行式通风冷却的效果优于串行式通风冷却。但是无论串行式还是并行式都无法规避沿空气流场的温度差的分布梯度温度。
沿空气流场的温度梯度是由于空气在流动过程中，空气在风阻的作用下，流动速度的变缓，和空气的温度上升导致空气与电池的温度差降低。因此风冷电池组的散热效果会随着流体的流动距离的变大而递减。传统意义上使用往复流的冷却方式降低沿空气流场方向的温度差。往复流通风冷却是通过周期性的改变电池组内空气的流动方向以降低温度梯度。但是电池的生热量复杂，往复流的循环周期难以确定，散热效果不佳。
因此，开发一种行之有效的电池热管理系统，设计一种稳定、高效的电池箱体及电池包的散热结构形式对于提高电池包整体性能具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种电池组散热均匀，温度梯度小，温差小的；电池组可进行稳定、高效地充放电，易保证使用寿命和使用安全的双通道电池组空气冷却结构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双通道电池组空气冷却结构，其包括壳体，壳体中内置有电池组、均呈蛇形波浪状的第一集流板和第二集流板，第一集流板和第二集流板固定于电池组上下两端；壳体的前侧面上下分布有第一进口和第二进口，壳体的后侧面上下分布有第二出口和第一出口；第一集流板的前侧波浪口均朝向第一进口，第一集流板的后侧波浪口均朝向第二出口；第二集流板的前侧波浪口均朝向第二进口，第二集流板的后侧波浪口均朝向第一出口；电池组为多块薄片型的单体电池层层叠设构成，相邻的两块单体电池之间竖直夹设有第一孔道，第一进口依次通过第一集流板的前侧波浪口、第一孔道、第二集流板的后侧波浪口与第一出口连通，第二进口依次通过第二集流板的前侧波浪口、第一孔道、第一集流板的后侧波浪口与第二出口连通，第一集流板和第二集流板在第一孔道轴向上的波形相反设置。
本发明的第一进口和第一出口组成第一主风道，上进下出；第二进口和第二出口组成第二主风道，下进上出；两个主风道交叉分布。电池组内分为多个小风道，各个小风道分布单体电池两侧布置层两个通道，形成两个流场。正是为了实现两个风道的气体不相互影响，本发明在电池组的上下端分别设置了第一集流板或第二集流板，且第一集流板和第二集流板相反布置，才能在上下进出口处的主风道将流体分开，并能在两个独立的小风道中进行相互对流。换而言之，本发明的电池组的两个主进气口设置在壳体的正面，两个主出气口设置在壳体的反面。可以采用风机产生强制风从电池的正面吹过从而达到冷却的效果，也可以利用汽车行驶过程中的自然风，对电池组进行冷却。空气分别从电池组的上端进气口和下端进气口流入，在电池组中沿着单体电池两侧的不同的小风道，从电池组的反面的主出气口流出。此外，本发明使得电池组内部的空气的流动方向相反，从而降低沿空气流场而产生的温度差；因此不管内部的导热介质是空气还是流体，使用多通道不同方向上流动而降低整体的温度差，提高电池温度的一致性。
两个小风道对单体电池的散热效果都会随着流动的距离而递减，但是由于流动方向不一样，且分别位于单体电池的两侧对流，因此两个小风道的散热效果产生互补，减少了沿电池流场方向的温度差。而现有的单通道，则会随着空气的流动方向而降低温度梯度。因此，本发明采用空气对流的并行式通风冷却系统理念，并结合本发明的特殊结构，可以达到电池组整体散热均匀，温度梯度小，温差小的效果，电池组在适宜的温度下可进行稳定、高效地充放电，易保证使用寿命和使用安全。
具体地，相邻的两块单体电池之间竖直夹设有两个分隔的第一隔条，两个第一隔条分别位于单体电池的外侧两端，第一孔道为相邻的两块单体电池以及之间的两个第一隔条构成的通道。第一隔条夹设于相邻的两块单体电池之间，且方便构成第一孔道，结构简单。具体地，各第一隔条可固定设置于壳体内部，方便制造。每个第一隔条厚度相等，因此第一孔道的间隙也相等，便于达到散热效果均匀的效果。
进一步地，每个单体电池的上端固定地电连接有正极片，每个单体电池的下端固定地电连接有负极片；各正极片均嵌套式固定于第一集流板中，各负极片均嵌套式固定于第二集流板中，各单体电池均通过各自的正极片和负极片并联连接。为了方便单体电池互相接线，本发明的电池组的正负极分布方向摆布相反。在电池组的上端，由于正极片的存在，.第一集流板将内部设置安装槽供安装正极片，在安装槽内开一个接线口，供电池导线连接出来。因此电池组的下端通过正极片直接与主风道固定，从而使得小风道彼此隔开。同理，在电池组的下端设置负极片。本发明可同时实现第一集流板、第二集流板分别与电池组的固定连接和各单体电池之间的并联连接，结构紧凑，安装方便。
优选地，相邻的两块单体电池间隙为2mm，分析流场温度差为最低。
进一步地，最外侧的单体电池和壳体的内壁之间竖直夹设有第二孔道，第一进口还依次通过第一集流板的前侧波浪口、第二孔道、第二集流板的后侧波浪口与第一出口连通，第二进口还依次通过第二集流板的前侧波浪口、第二孔道、第一集流板的后侧波浪口与第二出口连通。同理地，最外侧的单体电池通过第二孔道可进行同样的散热，保证了电池组散热的整体性。
最优地，最外侧的单体电池与壳体的内壁之间竖直夹设有两个分隔的第二隔条,第二孔道为最外侧的单体电池、壳体的内壁和两个第二隔条之间构成的通道。第二隔条夹设于单体电池和壳体的内壁之间，且方便构成第二孔道，结构简单。具体地，各第二隔条可固定设置于壳体内部，方便制造。每个第二隔条和第一隔条厚度相等，因此第二孔道和第一孔道的间隙也相等，便于达到散热效果均匀的效果。
进一步地，第一集流板的上端面贴合壳体的顶面，第二集流板的下端面贴合壳体的底面，增强了密封性，可使上下部分的空气完全进入各小风道进行散热，散热效果更好。
本发明的一种双通道电池组空气冷却结构的有益效果是：正是为了实现两个小风道的气体不相互影响，本发明在电池组的上下端分别设置了第一集流板或第二集流板，且第一集流板和第二集流板相反布置，才能在上下进出口处的主风道将流体分开，并能在两个独立的小风道中进行相互对流；两个小风道对单体电池的散热效果都会随着流动的距离而递减，但是由于流动方向不一样，且分别位于单体电池的两侧对流，因此两个小风道的散热效果产生互补，减少了沿电池流场方向的温度差。因此，本发明采用空气对流的并行式通风冷却系统理念，并结合本发明的特殊结构，可以达到电池组整体散热均匀，温度梯度小，温差小的效果；电池组在适宜的温度下可进行稳定、高效地充放电，易保证使用寿命和使用安全。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的一种双通道电池组空气冷却结构的三维结构图；
图2是本发明的一种双通道电池组空气冷却结构的后视图；
图3是图2中A-A剖视图；
图4是图2中B-B剖视图；
图5是本发明的一种双通道电池组空气冷却结构的去除壳体后的三维结构图；
图6是本发明的一种双通道电池组空气冷却结构的去除壳体后的左视图；
图7是图6中C-C剖视图；
图8是图7中D-D剖视图；
图9是本发明的一种双通道电池组空气冷却结构的第一集流板或第二集流板的俯视图；
图10是本发明的一种双通道电池组空气冷却结构的单通道的空气流场模型图；
图11是本发明的一种双通道电池组空气冷却结构的双通道的空气流场模型图。
其中:1.壳体；2.第一集流板；3.第二集流板；4.第一进口；5.第二进口；6.第二出口；7.第一出口；8.单体电池；9.第一孔道；10.第一隔条；11.正极片；12.负极片；13.第二孔道；14.第二隔条。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-图11所示的本发明的一种双通道电池组空气冷却结构的具体实施例，其包括壳体1，壳体1中内置有电池组、均呈蛇形波浪状的第一集流板2和第二集流板3，第一集流板2和第二集流板3固定于电池组上下两端；壳体1的前侧面上下分布有第一进口4和第二进口5，壳体1的后侧面上下分布有第二出口6和第一出口7；第一集流板2的前侧波浪口均朝向第一进口4，第一集流板2的后侧波浪口均朝向第二出口6；第二集流板3的前侧波浪口均朝向第二进口5，第二集流板3的后侧波浪口均朝向第一出口7；电池组为多块薄片型的单体电池8层层叠设构成，相邻的两块单体电池8之间竖直夹设有第一孔道9，第一进口4依次通过第一集流板2的前侧波浪口、第一孔道9、第二集流板3的后侧波浪口与第一出口7连通，第二进口5依次通过第二集流板3的前侧波浪口、第一孔道9、第一集流板2的后侧波浪口与第二出口6连通，第一集流板2和第二集流板3在第一孔道9轴向上的波形相反设置。
本实施例的第一进口4和第一出口7组成第一主风道，上进下出；第二进口5和第二出口6组成第二主风道，下进上出；两个主风道交叉分布。电池组内分为多个小风道，各个小风道分布单体电池8两侧布置层两个通道，形成两个流场。正是为了实现两个小风道的气体不相互影响，本实施例在电池组的上下端分别设置了如图9所示的第一集流板2或第二集流板3，且第一集流板2和第二集流板3相反布置，才能在上下进出口处的主风道将流体分开，并能在两个独立的小风道中进行相互对流。换而言之，本实施例的电池组的两个主进气口设置在壳体1的正面，两个主出气口设置在壳体1的反面。可以采用风机产生强制风从电池的正面吹过从而达到冷却的效果，也可以利用汽车行驶过程中的自然风，对电池组进行冷却。空气分别从电池组的上端进气口和下端进气口流入，在电池组中沿着单体电池8两侧的不同的小风道，从电池组的反面的主出气口流出。此外，本实施例使得电池组内部的空气的流动方向相反，从而降低沿空气流场而产生的温度差；因此不管内部的导热介质是空气还是流体，使用多通道不同方向上流动而降低整体的温度差，提高电池温度的一致性。
两个小风道对单体电池8的散热效果都会随着流动的距离而递减，但是由于流动方向不一样，且分别位于单体电池8的两侧对流，因此两个小风道的散热效果产生互补，减少了沿电池流场方向的温度差。而现有的单通道，则会随着空气的流动方向而降低温度梯度。因此，本实施例采用空气对流的并行式通风冷却系统理念，并结合本实施例的特殊结构，可以达到电池组整体散热均匀，温度梯度小，温差小的效果，电池组在适宜的温度下可进行稳定、高效地充放电，易保证使用寿命和使用安全。
具体地，相邻的两块单体电池8之间竖直夹设有两个分隔的第一隔条10，两个第一隔条10分别位于单体电池8的外侧两端，第一孔道9为相邻的两块单体电池8以及之间的两个第一隔条10构成的通道。第一隔条10夹设于相邻的两块单体电池8之间，且方便构成第一孔道9，结构简单。具体地，各第一隔条10可固定设置于壳体1内部，方便制造。每个第一隔条10厚度相等，因此第一孔道9的间隙也相等，便于达到散热效果均匀的效果。
进一步地，每个单体电池8的上端固定地电连接有正极片11，每个单体电池8的下端固定地电连接有负极片12；各正极片11均嵌套式固定于第一集流板2中，各负极片12均嵌套式固定于第二集流板3中，各单体电池8均通过各自的正极片11和负极片12并联连接。为了方便单体电池8互相接线，本实施例的电池组的正负极分布方向摆布相反。在电池组的上端，由于正极片11的存在，2.第一集流板将内部设置安装槽供安装正极片11，在安装槽内开一个接线口，供电池导线连接出来。因此电池组的下端通过正极片11直接与主风道固定，从而使得小风道彼此隔开。同理，在电池组的下端设置负极片12。本实施例可同时实现第一集流板2、第二集流板3分别与电池组的固定连接和各单体电池8之间的并联连接，结构紧凑，安装方便。
优选地，相邻的两块单体电池8间隙为2mm，分析流场温度差为最低。
进一步地，最外侧的单体电池8和壳体1的内壁之间竖直夹设有第二孔道13，第一进口4还依次通过第一集流板2的前侧波浪口、第二孔道13、第二集流板3的后侧波浪口与第一出口7连通，第二进口5还依次通过第二集流板3的前侧波浪口、第二孔道13、第一集流板2的后侧波浪口与第二出口6连通。同理地，最外侧的单体电池8通过第二孔道13可进行同样的散热，保证了电池组散热的整体性。
最优地，最外侧的单体电池8与壳体1的内壁之间竖直夹设有两个分隔的第二隔条14,第二孔道13为最外侧的单体电池8、壳体1的内壁和两个第二隔条14之间构成的通道。第二隔条14夹设于单体电池8和壳体1的内壁之间，且方便构成第二孔道13，结构简单。具体地，各第二隔条14可固定设置于壳体1内部，方便制造。每个第二隔条14和第一隔条10厚度相等，因此第二孔道13和第一孔道9的间隙也相等，便于达到散热效果均匀的效果。
进一步地，第一集流板2的上端面贴合壳体1的顶面，第二集流板3的下端面贴合壳体1的底面，增强了密封性，可使上下部分的空气完全进入各小风道进行散热，散热效果更好。
应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种双通道电池组空气冷却结构，其特征在于：包括壳体(1)，所述壳体(1)中内置有电池组、均呈蛇形波浪状的第一集流板(2)和第二集流板(3)，所述第一集流板(2)和第二集流板(3)固定于电池组上下两端；所述壳体(1)的前侧面上下分布有第一进口(4)和第二进口(5)，所述壳体(1)的后侧面上下分布有第二出口(6)和第一出口(7)；所述第一集流板(2)的前侧波浪口均朝向第一进口(4)，所述第一集流板(2)的后侧波浪口均朝向第二出口(6)；所述第二集流板(3)的前侧波浪口均朝向第二进口(5)，所述第二集流板(3)的后侧波浪口均朝向第一出口(7)；所述电池组为多块薄片型的单体电池(8)层层叠设构成，相邻的两块单体电池(8)之间竖直夹设有第一孔道(9)，所述第一进口(4)依次通过第一集流板(2)的前侧波浪口、第一孔道(9)、第二集流板(3)的后侧波浪口与第一出口(7)连通，所述第二进口(5)依次通过第二集流板(3)的前侧波浪口、第一孔道(9)、第一集流板(2)的后侧波浪口与第二出口(6)连通，所述第一集流板(2)和第二集流板(3)在第一孔道(9)轴向上的波形相反设置。
2.根据权利要求1所述的一种双通道电池组空气冷却结构，其特征在于：相邻的两块单体电池(8)之间竖直夹设有两个分隔的第一隔条(10)，两个第一隔条(10)分别位于单体电池(8)的外侧两端，所述第一孔道(9)为相邻的两块单体电池(8)以及之间的两个第一隔条(10)构成的通道。
3.根据权利要求1或2所述的一种双通道电池组空气冷却结构，其特征在于：每个单体电池(8)的上端固定地电连接有正极片(11)，每个单体电池(8)的下端固定地电连接有负极片(12)；各正极片(11)均嵌套式固定于第一集流板(2)中，各负极片(12)均嵌套式固定于第二集流板(3)中，各单体电池(8)均通过各自的正极片(11)和负极片(12)并联连接。
4.根据权利要求1或2所述的一种双通道电池组空气冷却结构，其特征在于：所述相邻的两块单体电池(8)间隙为2mm。
5.根据权利要求1或2所述的一种双通道电池组空气冷却结构，其特征在于：最外侧的单体电池(8)和壳体(1)的内壁之间竖直夹设有第二孔道(13)，所述第一进口(4)还依次通过第一集流板(2)的前侧波浪口、第二孔道(13)、第二集流板(3)的后侧波浪口与第一出口(7)连通，所述第二进口(5)还依次通过第二集流板(3)的前侧波浪口、第二孔道(13)、第一集流板(2)的后侧波浪口与第二出口(6)连通。
6.根据权利要求5所述的一种双通道电池组空气冷却结构，其特征在于：最外侧的单体电池(8)与壳体(1)的内壁之间竖直夹设有两个分隔的第二隔条(14),所述第二孔道(13)为最外侧的单体电池(8)、壳体(1)的内壁和两个第二隔条(14)之间构成的通道。
7.根据权利要求1所述的一种双通道电池组空气冷却结构，其特征在于：所述第一集流板(2)的上端面贴合壳体(1)的顶面，所述第二集流板(3)的下端面贴合壳体(1)的底面。
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