CN108258359A - 混流温均性柱状电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明设计了一种提高电池组热控能力的混流温均性柱状电池组。成组的各排电池通过高导热胶与导热片粘接，各排导热片再与两侧液流板换热，导热片开有气流孔。电池组内设有小型风扇促进电池包腔体内气体环流，实现增强气流串通的混流传热作用。其中，相邻各排导热片气流孔错列，并与电池座端从上到下缝隙宽窄交错，进一步增强气流纵向和横向的多维流动扰动性，由此增加电池导热片空气侧的热传递。本发明通过气动串流、孔隙/缝隙交错的多维气流扰动，辅助增强导热片和电池空气侧的热传递能力，提升排间气动串流的温均作用，改善电池组态内部的温度均匀性和一致性。本发明适用于电池组热管理的冷暖热控过程，具有良好的应用前景。

Description

混流温均性柱状电池组
技术领域
本发明属于电动汽车电池热管理技术领域，特别涉及提升电池组温度均衡性的液流循环换热结构设计方法。
背景技术
电动汽车在快速充电、加速和爬坡等大倍率的放电工况下，电池温度会急剧提升，电池包温度差异性增加。虽然电池包温度差异性增加会强化流场内空气的自然对流，但是，当电池产热量不断积累，电池性能会显著下降，甚至导致电池老化失效。因此，亟需设计一种高效合理的电池包换热结构，提高电池换热能力，保证电池温均性，以延长电池寿命。
中国专利文献CN 103346362 B在2013年6月20日，公开了一种电动车电池空气冷却装置，在电池箱沿着空气流动方向设置了多个扰流装置。该冷却装置充分利用了空气自然对流，但是空气介质换热效率较低，不如金属导热性能良好。
中国专利文献CN 104393366 B在2014年9月29日，公开了一种基于空气、热管和相变材料耦合冷却的动力电池模块，将空气冷却、热管冷却和相变材料冷却的优势结合在一起，热管将散热较差的电池底部的热量导出，翅片用于将相变材料和热管中的热量散出，并使用空气自然对流或强制对流冷却辅助翅片散热。随着相变材料和热管的使用，无形中增加了电池模块的重量，不利于汽车轻量化的提升。
本发明设计了一种提高电池组热控能力的混流温均性柱状电池组。成组的各排电池通过高导热胶与导热片粘接，各排导热片再与两侧液流板换热，导热片开有气流孔。电池组内设有小型风扇促进电池包腔体内气体环流，实现增强气流串通的混流传热作用。其中，相邻各排导热片气流孔错列，缝隙在电池座端上下呈宽窄交错分布，进一步增强气流纵向和横向的多维流动扰动性，由此增加电池导热片空气侧的热传递。本发明通过气动串流、孔隙/缝隙交错的多维气流扰动，辅助增强导热片和电池空气侧的热传递能力，提升排间气动串流的温均作用，改善电池组内部的温度均匀性和一致性。本发明适用于电池组热管理的冷暖热控过程，具有良好的应用前景。
发明内容
为了提高电池组热控能力和温均性，发明设计了一种基于高导热片和空气混流导热的液流传热的热管理结构：混流温均性柱状电池组。
所述的各排导热片通过高导热胶与电池相互粘接，高导热胶的使用增加了柱状电池与导热片的导热接触面积。各排电池通过高导热胶与导热片粘接，电池产热的一部分仅通过高导热胶和导热片的固体接触面以热传导的形式传递给液流板，电池另一部分产热则是通过流体接触面与周围流动空气对流换热。
各排电池通过高导热胶与导热片粘接，各排导热片再与两侧液流板换热，液流导热片将电池包内环境分割成多个子流腔。在导热片与空气侧接触面上开设了气流孔，以达到气流在电池包腔体内的串联扰动流通。另外，相邻各排导热片对置气流孔采用沿水平方向孔心错列排布，从而对空气层流边界层进行剪切破坏，强化了气流扰动，提高了液流导热片壁面换热能力。
所述的混流温均性柱状电池组，其液流板布置在柱状电池组的两侧，液流板主要包括液流板上盖板，液流板下盖板，为了防止防冻液滴漏，缝隙采用密封胶填充密封。在液流板内壁开设凹槽，导热片的端部凸缘装嵌在凹槽中形成可靠连接，并在边缘处涂抹导热胶用于稳固。
所述的液流板，其内壁的凹槽采用端部非对齐式排列，导热片与电池座端在垂直方向上形成了上下缝隙的宽窄交错，从而对流经的气流进行切向扰动，强化气流串行扰动。
所述的混流温均性柱状电池组中，相邻各排导热片对置气流孔错列，并与电池座端上下缝隙宽窄交缝隙在电池座端上下呈宽窄交错分布，以此形成气流纵向和横向的多维扰动，实现电池的导热片非接触面热传递强化。本发明通过气动串流、孔隙/缝隙交错的多维气流扰动，辅助增强液流板、导热片和电池间的热传递能力，缩小电池组包腔内部的传热差异，提高电池组温度均匀性和一致性。
所述的混流温均性柱状电池组，在电池包前后预留相互连通的供风室和回风室，其中供风室内设有小型风扇，小型风扇仅在电池高倍率充放电工况下开启。另外，设置了导流板，便于将气流汇集到小型风扇吸力侧，增加冷却风量，促进电池包腔内气流的强制扰动与回流循环。
附图说明
图1为混流温均性柱状电池包结构示意图。
图2为混流温均性柱状电池包第一、三层电池模组A/C平面图。
图6(图2I)为相邻排导热片气流孔孔心交错布置气体扰流局部放大示意图。图3为混流温均性柱状电池包第二层电池模组B平面图。
图4为混流温均性柱状电池包液流板结构示意图。
图5为混流温均性柱状电池包腔内气体环流示意图。
如图7(图5II)为导热片在垂直方向交错布置气流扰动的局部放大示意图。
图中各部件编号对应如下：
在图1～5中：1为柱状电池；2为高导热胶；3为开孔式液流导热板；4为液流导热板上开设小孔；5 为液流板；6为供风室；7为回风室；8为小型风扇；9为液流板上盖板；10为密封胶；11为液流板下盖板；12为液流板内壁凹槽；13为液流板内壁；14为电池池包腔体内的气体环流；15为电池底座；16为供风室导流板；17为导热片与电池座端形成的大缝隙；18为导热片与电池座端形成的小缝隙。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合实施例及附图进一步阐述本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例：
如图1所示，在混流温均性柱状电池组的具体实施例中，共有三层电池ABC，柱状电池1均匀摆放，液流板5放置于电池模组两侧，电池模组前后预留出的供/回风室6/7，便于电池包腔内气流14的汇集、缓冲与回流循环，各层电池集流体底座15间均采用密封胶10填缝固定。
如图2所示，为位于电池包第一/三层的电池A/C平面图。其中，在导热片3和电池1外壁面四分之一区域采用高导热胶2粘接充盈，将柱状电池1与导热片3的接触方式由线接触变成面接触，增加了导热面积。各排电池通过高导热胶2与导热片3粘接实现电池产热的一部分仅通过高导热胶2和导热片3的固体接触面以热传导的形式传递给液流板，电池1另一部分产热则是通过与周围空气14的流体接触面形成对流换热。
图6为相邻排导热片气流孔孔心交错布置的气体扰流局部放大示意图。在导热片3的空气接触面开设了Φ2mm气流孔4以达到空气在各个子流腔中串通扰动。为了强化串行气流的扰动，相邻各排导热片3 对置气流孔4采用孔心错列排布，气流孔4孔心位置沿水平方向错开3mm，从而实现对空气层流边界层进行剪切破坏，强化了气流扰动，提高了液流导热片壁面换热能力。
如图3所示，为位于电池包第二层的电池B平面图。区别于图2的第一/三层电池组A/C，在其供风室 6加设小型风扇8。小型风扇8仅在电池高倍率充放电工况下开启，电池低倍率工作情况下关闭。小型风扇8的设置促进了促进电池包腔内气体环流14的强制扰动与循环。
如图4所示，为所述的预留混流温均性柱状电池包的液流板。液流板5左右布置在柱状电池组的两侧，液流板主要包括液流板上盖板9，液流板下盖板11，为了防止防冻液滴漏，盖板的缝隙采用密封胶10填充密封。在液流板内壁13开设多个凹槽12，导热片3的端部凸缘装嵌在凹槽12中形成可靠连接，为了稳固在边缘处涂抹导热胶2，该结构连接稳固与拆卸便利。另外，所述的液流板3，内壁13的凹槽12采用端部非对齐式排列，相邻凹槽在垂直方向错开3mm。因此，装嵌在凹槽中的导热片与电池座端形成了上下缝隙17/18的宽窄交错。
对于图2～4所示混流温均性柱状电池组，其特征在于相邻各排导热片3对置气流孔4错列，导热片3 并与电池座端15形成上下缝隙17/18宽窄交错，以此形成气流14纵向和横向的多维流动，实现电池的导热片3非接触面热传递强化。通过气动串流、孔隙/缝隙交错的多维气流扰动，辅助增强液流板5、导热片 3和电池间的热传递能力，实现了缩小电池组包腔内部的传热差异，提高电池组温度均匀性和一致性的效果。
如图5所示，混流温均性柱状电池包三层内部气体环流示意图，所述的混流温均性柱状电池组，在电池包前后预留与相互连通的供风室6和回风室7，其中电池组B的供风室6内设有小型风扇8，风扇8仅在电池高倍率充放电工况下开启。通过供风室和回风室的设置，可以实现电池包腔体内气流的汇集和缓冲。另外，在第二层电池的供风室6中，设置了导流板16，将气体环流汇集引流到风扇8吸力侧，增加冷却风量，促进电池包腔内环境强制扰动与循环。
如图7所示为导热片在垂直方向形成缝隙宽窄交错布置气流扰动的局部放大示意图。导热片3装嵌在液流板内壁13交错排列的凹槽12上，在垂直方向上形成了与电池座上下宽窄不一的缝隙17/18。不同大小缝隙的垂直均匀分布，达到气流串行扰动强化，增强了导热片的壁面传热能力。
本发明设计了一种提高电池组热控能力的混流温均性柱状电池组。成组的各排电池1通过高导热胶2 与导热片3粘接，各排导热片3再与两侧液流板5换热，导热片3开有气流孔4。电池组内设微气流系统 14，由小型风扇8促进电池包腔体内气体环流，实现气流串通的混流传热增强作用。其中，相邻各排导热片3气流孔4错列，并与电池座端15上下缝隙宽窄17/18交错，进一步增强气流纵向和横向的多维流动扰动性，由此增加电池导热片空气侧的热传递。本发明通过气动串流、孔隙/缝隙交错的多维气流扰动，辅助增强导热片3和电池1空气侧的热传递能力，提升排间气动串流的温均作用，改善电池组态内部的温度均匀性和一致性。本发明适用于电池组热管理的冷暖热控过程，具有良好的应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.所述的混流温均性柱状电池组，主要包括：(1)为柱状电池；(2)为高导热胶；(3)为开孔式液流导热板；(4)为液流导热板上开设气流孔；(5)为液流板；(6)为供风室；(7)为回风室；(8)为电池小型风扇；(9)为液流板上盖板，(10)为密封胶，(11)为液流板下盖板，(12)为液流板内壁凹槽；(13)为液流板内壁；(14)为电池包腔内部的微气流系统；(15)为电池座；(16)为供风室导流板；(17)导热片与电池座在垂直方向上形成的宽缝隙；(18)导热片与电池座在垂直方向上形成的窄缝隙。
2.根据权利要求1中所述的混流温均性柱状电池组，设计的孔隙导热片(3)，特征在于相邻各排的导热片(3)的对置气流孔(4)沿水平方向错列分布。
3.根据权利要求1中所述的混流温均性柱状电池组，所设计的导热片(3)的端部凸缘装嵌在凹槽(12)中形成可靠连接，凹槽(12)错列排布，导热片(3)与电池座(15)端在垂直方向上形成上下缝隙宽窄交错。
4.根据权利4和5所述内容，相邻各排导热片(3)中的对置气流孔(4)孔心交错，导热片(3)与电池座(15)形成的上下缝隙(17)(18)宽窄交错，实现了电池包腔内部的微气流系统(14)的纵向和横向的多维扰动，实现柱状电池(1)与导热片(3)流体接触面的热传递强化。
5.根据权利要求1中所述的混流温均性柱状电池组，电池模组内设置有相互连通的供风室(6)和回风室(7)，便于气流的缓冲与汇集，在供风室(6)中设置有小型风扇(8)，增强了各层电池组的气体环流的混流传热作用。
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