CN107331921A - 一种电池用液冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池用液冷系统，包括若干电芯，任一电芯底部顺次设导热层、冷板、隔热层和支撑板，任一冷板包括若干并列设置的沿电芯长边方向设置的冷却通道；支撑板底部贴设包括沿垂直或平行于冷却通道方向设置的长条拱形件的板簧。本发明保证电池内部温度分布均匀、电池使用寿命长、电池性能稳定，利用板簧的弹性力和拱形件的点断式接触将单线接触变为多线接触，使得板簧与支撑板的接触更稳定，板簧可以更加稳定地与电池模组外的箱体底部接触。本发明使得整体支承负荷均分到长条拱形件，受力均匀，长条拱形件的拱形提供适当的回弹力，使得电池内的零部件之间的稳定性和适配度大大上升，保障电池的安全工作，节省装配空间。

Description

一种电池用液冷系统
技术领域
本发明属于用于直接转变化学能为电能的方法或装置，例如电池组的技术领域，特别涉及一种支承力更佳、更为稳定的电池用液冷系统。
背景技术
目前在国家的支持和市场的利好下，动力锂电池行业发展非常迅速，其应用已经扩展到了电动大巴、电动小汽车、微公交和储能等领域。随着动力锂电池的大规模应用，日益凸显的问题也越来越多，尤其是动力电池系统的散热问题。
电动汽车行驶的驱动力来源于动力电池系统。动力电池系统在充/放电的过程中会产生大量的热量，使电池温度升高，进而使动力电池系统的性能大幅下降，同时外界环境对电池内部的温度分布产生较大的影响，故为了解决这一问题，技术人员们往往设计更为复杂的结构，从各个角度全方位对电池模组进行散热。然而，零部件的增多也导致了电池模组整体支承负荷增加，电池模组间零部件之间的稳定性和适配度下降，从而对电池模组的安全工作造成隐患。
发明内容
本发明解决的技术问题是，现有技术中，动力电池系统在充/放电的过程中会产生大量的热量，同时外界环境对电池内部的温度分布产生较大的影响，技术人员们往往设计更为复杂的结构，从各个角度全方位对电池模组进行散热，而导致的零部件的增多也导致了电池模组整体支承负荷增加，电池模组间零部件之间的稳定性和适配度下降，从而对电池模组的安全工作造成隐患的问题，进而提供了一种优化结构的电池用液冷系统。
本发明所采用的技术方案是，一种电池用液冷系统，包括若干电芯，所述液冷系统包括顺次设于任一电芯底部的导热层、冷板、隔热层和支撑板，所述任一冷板包括若干并列设置的冷却通道，所述冷却通道沿电芯的长边方向设置；所述支撑板底部贴设有板簧，所述板簧包括至少一个长条拱形件，所述长条拱形件沿垂直于或平行于冷却通道的方向设置。
优选地，所述长条拱形件沿平行于冷却通道的方向设置。
优选地，所述板簧包括1个长条拱形件，所述长条拱形件包括顺次连接一体化设置的首端部支撑部、平顶部和尾端部支撑部，所述首端部支撑部和尾端部支撑部为弧形件，所述首端部支撑部和尾端部支撑部底部朝弧心设有弯勾结构，所述平顶部为顶面为平面结构的弧形件。
优选地，所述板簧包括至少2个长条拱形件；所述长条拱形件并列设置，所述相邻的长条拱形件连接，相邻的长条拱形件的连接处均匀分布设有若干限位孔；所述板簧两端的长条拱形件包括顺次连接一体化设置的端部支撑部、平顶部和连接支撑部，所述板簧中部的长条拱形件包括顺次连接一体化设置的连接支撑部、平顶部和连接支撑部，所述相邻的长条拱形件间通过连接支撑部连接；所述端部支撑部为弧形件，所述端部支撑部底部朝弧心设有弯勾结构；所述平顶部为顶面为平面结构的弧形件；所述连接支撑部为弧形件，所述连接支撑部的底部背向弧心设有平面结构。
优选地，所述长条拱形件的最大弯矩其中，l为拱的跨度，δ为平顶部的宽度，F为单个长条拱形件所受的力。
优选地，所述长条拱形件沿垂直于冷却通道的方向设置；所述长条拱形件的长度与支撑板的宽度相等。
优选地，所述长条拱形件包括高拱顶件和低拱顶件，所述高拱顶件和低拱顶件的拱底配合设置，所述高拱顶件的拱高大于低拱顶件的拱高，所述长条拱形件由高拱顶件和低拱顶件交替设置。
优选地，所述相邻的长条拱形件的连接处设有若干限位孔。
优选地，所述液冷系统还包括分别设于任一冷板的冷却通道两端的至少2条集流管，所述任一条集流管与所述冷却通道空间连通；所述集流管中设有节流环。
优选地，所述液冷系统的中部的冷板的冷却通道数量小于两端部的冷板的冷却通道数量。
本发明提供了一种优化结构的电池用液冷系统，通过在电芯底部顺次设置导热层、冷板、隔热层和支撑板，保证电池内部的温度分布均匀、电池的使用寿命较长、电池性能稳定，同时通过在支撑板底部贴设包括至少1个长条拱形件的板簧，长条拱形件沿垂直于或平行于冷却通道的方向设置，利用板簧的弹性力和拱形件的点断式接触，将单线接触变为多线接触，使得其与支撑板的接触更为稳定，支撑板的受力更为均匀，在相同性能的前提下，板簧的高度比一般的紧固件更小，长条拱形件的底面是平面结构，即可以更加稳定地与电池模组外的箱体底部接触。本发明使得包括了电芯的电池模组整体支承负荷均分到长条拱形件，受力均匀，长条拱形件的拱形提供适当的回弹力，使得电池内的零部件之间的稳定性和适配度大大上升，保障电池的安全工作，节省装配空间。
附图说明
图1为本发明中若干液冷系统叠加的结构示意图；
图2为图1省去电芯后的结构示意图；
图3为本发明的实施例1中板簧包括1个长条拱形件时电芯的侧视图结构示意图；
图4为本发明的实施例1中板簧包括2个长条拱形件时电芯的侧视图结构示意图；
图5为本发明的实施例1中板簧包括多于2个长条拱形件时板簧中部的长条拱形件的结构示意图；
图6为本发明的实施例1中板簧采用多段式设计时电芯的仰视图结构示意图；
图7为本发明的实施例2的侧视图结构示意图；
图8为本发明的实施例2的板簧的结构示意图；
图9为本发明的集流管与节流环配合的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述，但本发明的保护范围并不限于此。
如图所示，本发明涉及一种电池用液冷系统，包括若干电芯1，所述液冷系统包括顺次设于任一电芯1底部的导热层、冷板2、隔热层和支撑板3，所述任一冷板2包括若干并列设置的冷却通道，所述冷却通道沿电芯1的长边方向设置；所述支撑板3底部贴设有板簧4，所述板簧4包括至少1个长条拱形件5，所述长条拱形件5沿垂直于或平行于冷却通道的方向设置。
本发明中，电池内的任一电芯1底部顺次设置导热层、冷板2、隔热层和支撑板3，导热层用于将热量散出，通过冷板2散热，隔热层用来隔绝冷板2上的热量以防支撑板3和板簧4受热变形，支撑板3主要起到板簧4到冷板2间的过渡作用，导热层、冷板2、隔热层和支撑板3整体保证电池内部的温度分布均匀、电池的使用寿命较长、电池性能稳定。
本发明中，如图1所示，考虑到电池的形态和具体的位置设置，电池箱体内部可以采用若干组液冷系统叠加的结构完成液冷系统的布置，为了保证电芯散热的整体性，液冷系统互相之间应当以导流管10连通，保证冷却液的流通性。
本发明中，为了最大程度的带走电芯1产生的热量，一般情况下，冷却通道沿电芯1的长边方向设置。
本发明中，冷板2可以直接采用现有的口琴管。
本发明中，通过在支撑板3底部贴设包括至少1个长条拱形件5的板簧4，长条拱形件5沿垂直于或平行于冷却通道的方向设置，利用板簧4的弹性力和拱形件的点断式接触，将单线接触变为多线接触，使得其与支撑板3的接触更为稳定，支撑板3的受力更为均匀，在相同性能的前提下，板簧4的高度比一般的紧固件更小。
本发明使得电池模组整体支承负荷均分到长条拱形件5，受力均匀，长条拱形件5的拱形提供适当的回弹力，使得电池模组间零部件之间的稳定性和适配度大大上升，保障电池模组的安全工作，节省装配空间。
本发明中，长条拱形件5的设置包括至少2种实施方式。
实施例1：
所述长条拱形件5沿平行于冷却通道的方向设置。
所述板簧4包括1个长条拱形件5，所述长条拱形件5包括顺次连接一体化设置的首端部支撑部5-1、平顶部5-2和尾端部支撑部5-3，所述首端部支撑部5-1和尾端部支撑部5-3为弧形件，所述首端部支撑部5-1和尾端部支撑部5-3底部朝弧心设有弯勾结构5-4，所述平顶部5-2为顶面为平面结构的弧形件。
所述板簧4包括至少2个长条拱形件5；所述长条拱形件5并列设置，所述相邻的长条拱形件5连接，相邻的长条拱形件5的连接处均匀分布设有若干限位孔；所述板簧4两端的长条拱形件5包括顺次连接一体化设置的端部支撑部5-5、平顶部5-2和连接支撑部5-6，所述板簧4中部的长条拱形件5包括顺次连接一体化设置的连接支撑部5-6、平顶部5-2和连接支撑部5-6，所述相邻的长条拱形件5间通过连接支撑部5-6连接；所述端部支撑部5-5为弧形件，所述端部支撑部5-5底部朝弧心设有弯勾结构5-4；所述平顶部5-2为顶面为平面结构的弧形件；所述连接支撑部5-6为弧形件，所述连接支撑部5-6的底部背向弧心设有平面结构。
所述长条拱形件5的最大弯矩其中，l为拱的跨度，δ为平顶部5-2的宽度，F为单个长条拱形件5所受的力。
本实施例中，长条拱形件5沿垂直于冷却通道的方向设置，即任一长条拱形件5与冷却通道平行。
本实施例中，实际还包括2种子实施例。
本实施例中，一种情况下，板簧4仅包括1个长条拱形件5，此时长条拱形件5包括顺次连接一体化设置的首端部支撑部5-1、平顶部5-2和尾端部支撑部5-3，平顶部5-2为顶面为平面结构的弧形件，使得板簧4的拱顶与支撑板3的接触为面接触，更为稳定；同时，首端部支撑部5-1和尾端部支撑部5-3为弧形件且首端部支撑部5-1和尾端部支撑部5-3底部朝弧心设有弯勾结构5-4，具备更好的弹性效果，且安装机动性更强，在当前情况下，为了保证支撑效果，在板簧4和支撑板3间还可以设置托盘结构，保证适配效果和稳定性。
本实施例中，另一种情况下，板簧4设置为至少2个并列的长条拱形件5，由于此时支撑板3的宽度并不大，故一般情况下，长条拱形件5为2个即可，此时板簧4为相连的双拱形，双拱形的板簧4变单线接触为双线接触，与支撑板3的接触更加稳定，支撑板3的受力也更加均匀，且同性能下可以使板簧4的高度更小。
本实施例中，相邻的长条拱形件5的连接处均匀分布设有若干限位孔。一般情况下，鉴于此时单个长条拱形件5的长度较大，限位孔设置为3个，分布于相邻的长条拱形件5的连接处的前端、中部和后端，用于限定板簧4的位置。
本实施例中，一般情况下，长条拱形件5的长度与支撑板3的长度相等，即限位孔亦与支撑板3的前端、中部和后端适配。
本实施例中，由于在此种情况下，板簧4的拱顶与支撑板3的接触为线接触，可能存在不稳定，故将板簧4两端的长条拱形件5设置为包括顺次连接一体化设置的端部支撑部5-5、平顶部5-2和连接支撑部5-6，当长条拱形件5多于2个时，板簧4中部的长条拱形件5包括顺次连接一体化设置的连接支撑部5-6、平顶部5-2和连接支撑部5-6，相邻的长条拱形件5间通过连接支撑部5-6连接，平顶部5-2为顶面为平面结构的弧形件，使得板簧4的拱顶与支撑板3的接触为面接触，更为稳定，当然，当长条拱形件5为2个时，板簧4中部的长条拱形件5是不存在的；同时，板簧4两端的长条拱形件5的端部支撑部5-5为弧形件且端部支撑部5-5底部朝弧心设有弯勾结构，具备更好的弹性效果，且安装机动性更强，连接支撑部5-6为弧形件且底部背向弧心设为平面结构，相邻的长条拱形件5可以通过连接支撑部5-6无障碍安装到一起的同时能更好的支承在电池箱体内。
本实施例中，在有必要的情况下，板簧4亦可以设置为不连接的2个单独的长条拱形件5，相对于单独设置1个长条拱形件5更为稳定、无需单独设置托盘，相对于设置多个连接的长条拱形件5又更易于安装维护、成本较低。本领域技术人员可以在本发明公开的技术基础上，依据需求扩展设置，本发明的保护范围并不限于此。
本实施例中，长条拱形件5在具体的设置过程中，还有至少两种设置方式，上述为长条拱形件5的长度与支撑板3的长度相等，另一种为板簧4包括若干段均匀分布设于支撑板3底部的长条拱形件5的情况。
本实施例中，在另一种情况下，长条拱形件5与电池的长边方向平行，同时任一长条拱形件5的长度小于支撑板3的长度，采用多段式设计，可以理解为一个板簧4被拆分为若干段长条拱形件5，在实际的操作中亦可以理解为若干个板簧4顺次分布在支撑板3底部，相邻的长条拱形件5间具有一定的距离，节约成本，同时免去了对准的困难，易于设置及维护。
本实施例中，在另一种情况下，长条拱形件5的高度自中心向两侧降低，以板簧4包括3段均匀分布设于支撑板3底部的长条拱形件5为例，即中间位置的长条拱形件5的弧高大于两端位置的长条拱形件5，由于电池模组长度方向上，中间位置的变形大，故中间的长条拱形件5高度大于两端的长条拱形件5，有利于受力均匀。
实施例2：
所述长条拱形件5沿垂直于冷却通道的方向设置；所述长条拱形件5的长度与支撑板3的宽度相等。
所述长条拱形件5包括高拱顶件6和低拱顶件7，所述高拱顶件6和低拱顶件7的拱底配合设置，所述高拱顶件6的拱高大于低拱顶件7的拱高，所述长条拱形件5由高拱顶件6和低拱顶件7交替设置。
所述相邻的长条拱形件5的连接处设有若干限位孔。
本实施例中，长条拱形件5沿平行于冷却通道的方向设置，即任一长条拱形件5与冷却通道垂直。
本实施例中，板簧4整体呈波浪形，结构更加稳固，与支撑板3和电池箱体的底板为多条线接触，支撑板3的受力较为均匀，承载能力更强，高度可以更小。
本实施例中，限位孔设置在相邻的长条拱形件5的连接处，形式不定，位置不定，一般还是设置在板簧4的前端、中部和后端，限位方式可以采用定位销，也可以采用卡扣。
本实施例中，长条拱形件5的长度与支撑板3的宽度相等，保证了整体结构的稳定，故一般情况下，板簧4的前端、中部和后端应当在左端和右端分别设置限位孔。
本实施例中，长条拱形件5包括高拱顶件6和低拱顶件7，高拱顶件6和低拱顶件7的拱底还是连接，而高拱顶件6的拱高大于低拱顶件7的拱高，长条拱形件5由高拱顶件6和低拱顶件7沿着冷板2方向交错延伸，有助于板簧4的变形和二次承载，因为低拱顶的存在，板簧4在一次受压时，变形可以沿着冷板2方向进行，也可以向低拱顶的部分变形，当变形量大于高拱顶件6和低拱顶件7的拱高之差时，低拱顶件7可以提供二次承载，安全有保障。
本发明中，板簧4截面为矩形，设截面尺寸为b×h，板簧4的自然状态下单拱弦长为l，板簧4拱高为H0，则实施例1的板簧4的总承载力为2F，板簧4截面惯性矩根据材料力学曲梁正应力计算公式可得其中，Y为适体坐标系X-Y中的坐标值，R0(x)为中性层变形前的曲率半径，a(x)为中性层位置，对于给定的x位置，M(x)、a(x)和R0(x)为常数，则当时，正应力具有最大值。
假设曲梁变形前的轴线方程为y＝f(x)，则中性层变形前的曲率半径由力守恒和矩守恒可得最大弯矩最大应力利用简支梁的挠度计算公式可得挠度其中，E为板簧4材料弹性模量，I为板簧4截面惯性矩，因此，最大挠度
同时，当板簧4的最大允许压缩量为[△H]，需满足wmax≤[△H]，材料弯曲许用应力[σ]，需满足最大弯曲应力σmax≤[σ]。
针对实施例1，在拱的跨度l和高度H0不变的情况下，将弧顶改为平顶，宽度为δ，则其中，P＝F/δ，得到最大的弯矩总弯矩小于弧顶。
本发明的实施例1和2中，两拱形件连接处的底面一般为平面结构，即可以更加稳定地与电池模组外的箱体底部接触。
所述液冷系统还包括分别设于任一冷板2的冷却通道两端的至少2条集流管8，所述任一条集流管8与所述冷却通道空间连通；所述集流管8中设有节流环9。
本发明中，冷却通道一端的集流管8用于冷却水的导入和导出，冷却水导入后通过冷却通道冷却电芯1，完成换热后从另一端的集流管8导出，而在实际的作业中，各冷却通道的流量分配一般很难保证完全的均匀，这导致了电芯1之间存在一定的温差，电池系统均匀性差，故在集流管8中设置一定孔径的节流环9，一般情况下，节流环9的可通过流量小于等于流量最小的冷却通道的流量值，这使得本发明的电池模组的流量均匀性提升2.6倍，可大大提高电池系统温度的均匀性，降低电芯1之间的温差。
本发明中，节流环9的结构可以依据本领域技术人员的需求自行设置，不限具体的形状及结构，只需起到节流作用即可。
所述液冷系统的中部的冷板2的冷却通道数量小于两端部的冷板2的冷却通道数量。
本发明中，由于电池箱体内存在若干液冷系统叠加的情况，准确的说，任一组相对设置的集流管8间设有若干冷板2，每个液冷系统内的冷板2数量可以不同，其中，位于中心位置的冷板2的冷却通道数量小于两端部的冷板2的冷却通道数量。
本发明中，举例来说，在2条集流管8间，设置6组冷板2，左起2组和右起2组的冷板2均包括10个冷却通道，中间的2组冷板2均包括5个冷却通道，由于冷却水的流进与流出，故在相同的工况下，此结构增加了冷板2整体的换热能力，增加了换热量。
本发明解决了现有技术中，动力电池系统在充/放电的过程中会产生大量的热量，同时外界环境对电池内部的温度分布产生较大的影响，技术人员们往往设计更为复杂的结构，从各个角度全方位对电池模组进行散热，而导致的零部件的增多也导致了电池模组整体支承负荷增加，电池模组间零部件之间的稳定性和适配度下降，从而对电池模组的安全工作造成隐患的问题，通过在电芯1底部顺次设置导热层、冷板2、隔热层和支撑板3，保证电池内部的温度分布均匀、电池的使用寿命较长、电池性能稳定，同时通过在支撑板3底部贴设包括至少1个长条拱形件5的板簧4，长条拱形件5沿垂直于或平行于冷却通道的方向设置，利用板簧4的弹性力和拱形件的点断式接触，将单线接触变为多线接触，使得其与支撑板3的接触更为稳定，支撑板3的受力更为均匀，在相同性能的前提下，板簧4的高度比一般的紧固件更小，长条拱形件5的底面是平面结构，即可以更加稳定地与电池模组外的箱体底部接触。本发明使得包括了电芯1的电池模组整体支承负荷均分到长条拱形件5，受力均匀，长条拱形件5的拱形提供适当的回弹力，使得电池内的零部件之间的稳定性和适配度大大上升，保障电池的安全工作，节省装配空间。

Claims (10)

1.一种电池用液冷系统，包括若干电芯，其特征在于：所述液冷系统包括顺次设于任一电芯底部的导热层、冷板、隔热层和支撑板，所述任一冷板包括若干并列设置的冷却通道，所述冷却通道沿电芯的长边方向设置；所述支撑板底部贴设有板簧，所述板簧包括至少一个长条拱形件，所述长条拱形件沿垂直于或平行于冷却通道的方向设置。
2.根据权利要求1所述的一种电池用液冷系统，其特征在于：所述长条拱形件沿平行于冷却通道的方向设置。
3.根据权利要求2所述的一种电池用液冷系统，其特征在于：所述板簧包括1个长条拱形件，所述长条拱形件包括顺次连接一体化设置的首端部支撑部、平顶部和尾端部支撑部，所述首端部支撑部和尾端部支撑部为弧形件，所述首端部支撑部和尾端部支撑部底部朝弧心设有弯勾结构，所述平顶部为顶面为平面结构的弧形件。
4.根据权利要求2所述的一种电池用液冷系统，其特征在于：所述板簧包括至少2个长条拱形件；所述长条拱形件并列设置，所述相邻的长条拱形件连接，相邻的长条拱形件的连接处均匀分布设有若干限位孔；所述板簧两端的长条拱形件包括顺次连接一体化设置的端部支撑部、平顶部和连接支撑部，所述板簧中部的长条拱形件包括顺次连接一体化设置的连接支撑部、平顶部和连接支撑部，所述相邻的长条拱形件间通过连接支撑部连接；所述端部支撑部为弧形件，所述端部支撑部底部朝弧心设有弯勾结构；所述平顶部为顶面为平面结构的弧形件；所述连接支撑部为弧形件，所述连接支撑部的底部背向弧心设有平面结构。
5.根据权利要求3所述的一种电池用液冷系统，其特征在于：所述长条拱形件的最大弯矩其中，l为拱的跨度，δ为平顶部的宽度，F为单个长条拱形件所受的力。
6.根据权利要求1所述的一种电池用液冷系统，其特征在于：所述长条拱形件沿垂直于冷却通道的方向设置；所述长条拱形件的长度与支撑板的宽度相等。
7.根据权利要求6所述的一种电池用液冷系统，其特征在于：所述长条拱形件包括高拱顶件和低拱顶件，所述高拱顶件和低拱顶件的拱底配合设置，所述高拱顶件的拱高大于低拱顶件的拱高，所述长条拱形件由高拱顶件和低拱顶件交替设置。
8.根据权利要求6所述的一种电池用液冷系统，其特征在于：所述相邻的长条拱形件的连接处设有若干限位孔。
9.根据权利要求1所述的一种电池用液冷系统，其特征在于：所述液冷系统还包括分别设于任一冷板的冷却通道两端的至少2条集流管，所述任一条集流管与所述冷却通道空间连通；所述集流管中设有节流环。
10.根据权利要求1所述的一种电池用液冷系统，其特征在于：所述液冷系统的中部的冷板的冷却通道数量小于两端部的冷板的冷却通道数量。
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