CN108258367A - 一种蛇形扁管液体冷却电池模块 - Google Patents

一种蛇形扁管液体冷却电池模块 Download PDF

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Abstract

一种蛇形扁管液体冷却电池模块，属于电池热管理领域。包括左端的入口和流体分配联箱，中间的蛇形扁管与圆柱形电池，右端的汇集联箱和出口。分配联箱和汇集联箱保证液体工质均匀流过每个蛇形扁管，并对圆柱形电池进行间接接触冷却。蛇形扁管通过电绝缘涂层和硅胶套实现与圆柱形电池的电绝缘。本发明将扁管挤压成与圆柱电池形状相适应的蛇形扁管，每两根蛇形扁管夹持一排圆柱形电池，有效增大了圆柱形电池侧面的冷却面积，可获得均匀的温度分布。

Description

一种蛇形扁管液体冷却电池模块
技术领域
本发明属于电池热管理领域，具体是将电池组的最高温度、最低温度及电池单体间温度差控制在规定范围内。
技术背景
动力电池是电动汽车的核心部件之一，其充放电是以电化学反应为基础，因此电池的安全、性能和寿命与温度密切相关。而随着电动汽车技术的飞速发展，对动力电池的比能量、充放电速率和使用寿命要求越来越高，因此电池热管理也变得越来越重要。
由于电动汽车的电池组由大量电池单体串并联而成，电池单体间的温度差会造成电池状态不一致，从而影响电池组的整体性能，因此电池热管理除了控制电池的工作温度范围，还要设法减小电池单体间的最大温差。
目前，对于圆柱形电池液体冷却，主要采用肋化冷板，蛇形扁管或水套间接冷却来实现。相比于空气冷却，液体冷却电池模块的结构更加紧凑，冷却效果更好，且泵功消耗更小。
中国专利申请201510591143.9公开了一种动力电池冷却结构，包括由若干电池单体组成的模组和水套，水套盘绕在电池模组内，水管具有管腔，水套具有可与电池单体紧密贴合的外表面。
上述的方案存在一定的不足：
1)电池单体与水套的接触面积较小，可能导致电池局部温差较大；
2)水套内的冷却工质依次流经每个电池侧面，因此冷却布置方式属于串联布置方式。这种冷却布置方式造成的流体工质压降较大，靠近水套进口和出口处的电池单体间会有较大温差；
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种制造工艺简单，流体通道的连接和焊点尽量少，冷却效率高的液冷电池模块。
本发明所采取的技术方案为：一种蛇形扁管液体冷却电池模块，包括入口(1)、分配联箱(2)、蛇形扁管(3)、汇集联箱(5)、圆柱形电池(4)、出口(6)；
分配联箱(2)和汇集联箱(5)均为板型空腔箱体结构，在一侧的下部设有入口(1)，在汇集联箱(5)的一侧上部设有出口(6)，分配联箱(2)和汇集联箱(5)板型相对且平行，在分配联箱(2)和汇集联箱(5)之间设有多个蛇形扁管(3)和多个圆柱形电池(4)，多个圆柱形电池(4)按阵列排布，圆柱形电池(4)按正三角形的形式排列；每个蛇形扁管(3)的一端与分配联箱(2)的一侧面A固定连通，分配联箱(2)侧面A为分配联箱(2)侧面面积相对最大的一侧面，每个蛇形扁管(3)的另一端与汇集联箱(5)的一侧面B固定连通，汇集联箱(5)的侧面B为汇集联箱(5)侧面面积最大的一侧面；每一圆柱形电池(4)均被其两侧的两个蛇形扁管(3)所包住夹持；在沿液体工质走向，与分配联箱(2)A侧面平行排列的第一列每相邻的两圆柱形电池(4)之间的均设有并行的两蛇形扁管(3)，紧贴固定在一起，然后在垂直于分配联箱(2)侧面A的方向上遇到第二列的一圆柱形电池后两并行的蛇形扁管(3)分开并将该圆柱形电池包覆加持，再在第三列的两个相邻的两圆柱形电池之间再并行紧贴固定在一起，依次类推，直到汇集联箱(5)的侧面B。
与分配联箱(2)侧面A相贴或紧邻的一列圆柱形电池，以及与汇集联箱(5)侧面B相贴或紧邻的一列圆柱形电池，与单个蛇形扁管(3)的接触面的角度在50°～60°之间。而中间其他列每个圆柱形电池(4)被包覆夹持时，单个蛇形扁管(3)与圆柱形电池(4)接触面的角度在100°～120°之间。
蛇形扁管(3)厚度即与分配联箱(2)侧面A平行的方向为1～4mm，蛇形扁管(3)的高度即圆柱形电池(4)轴向高度方向为圆柱形电池(4)轴向高度的60％～85％，在保证对圆柱形电池(4)有效冷却的基础上达到节约材料和轻质化的目的。
蛇形扁管(3)为弯曲的薄壁腔体结构，且为多层结构；自内部腔体(3g)向外依次为管壁(3c)、电绝缘涂层(3d)、硅胶套(3e)，在腔体(3g)内设有支撑筋(3f)，支撑筋(3f)与厚度方向一致。
蛇形扁管壁(3c)的外表面具有电绝缘涂层(3d)，且包覆有导热良好的硅胶套(3e)，以实现与圆柱形电池(4)间的电绝缘。支撑筋(3f)沿高度方向将其平均分隔为3～5个小段。支撑筋(3f)的主要作用是支撑和强化管腔，使其在受到挤压时不发生变形。腔体(3g)为液体工质流经的通道。
蛇形扁管(3)包覆的硅胶套(3e)与圆柱形电池(4)之间为紧配合，由于硅胶套(3e)具有弹性，能够保证蛇形扁管(3)与圆柱形电池(4)间紧密接触，从而减小传热热阻。
进一步的，这种紧配合能够保证蛇形扁管(3)夹持住圆柱形电池(4)，且不会因为震动或热变形而松动或掉落。
液体工质由入口(1)进入分配联箱(2)，分配联箱(2)和汇集联箱(5)具有均压作用，保证液体工质均匀流入每个蛇形扁管(3)，蛇形扁管(3)对圆柱形电池(4)进行间接接触冷却。液体工质由蛇形扁管(3)进入汇集联箱(5)，由出口(6)流出。
流体分配联箱(2)，蛇形扁管(3)管壁和汇集联箱(5)的材质均为密度较小的铝合金材料。
液体冷却工质包括质量配比为1:1的乙二醇和水混合液，能够与铝合金相容的制冷剂。
工质流经蛇形扁管(3)的过程中吸收并带走圆柱形电池(4)在充放电过程中产生的热量，实现对圆柱形电池(4)的间接接触冷却。
附图说明
图1为本发明电池模块的俯视示意图。
图2为本发明电池模块的整体结构示意图。
图3为本发明的单根蛇形扁管结构示意图。
图4为本发明的单根蛇形扁管截面形状示意图。
1入口、2分配联箱、3蛇形扁管、4圆柱形电池、5汇集联箱、6出口、3a蛇形扁管入口、3b蛇形扁管出口、3c管壁、3d电绝缘涂层、3e硅胶套、3f支撑筋、3g腔体。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本发明进行进一步说明。
如图1、图2所示，一种蛇形扁管液体冷却电池模块，液体工质由左端的入口(1)进入分配联箱(2)，分配联箱(2)和汇集联箱(5)具有均压作用，保证液体工质均匀流入每个蛇形扁管(3)，蛇形扁管(3)对圆柱形电池(4)进行间接接触冷却，液体工质由蛇形扁管(3)进入汇集联箱(5)，由出口(6)流出。
其中液体冷却工质包括质量配比为1:1的乙二醇和水混合液，能够与铝合金长期相容，且在冬季低温-30℃也不会凝固的制冷剂。
其中入口(1)靠近电池模块底部位置，出口(6)靠近电池模块的顶部位置。该布置方式可以保证液体工质流经电池模块内部时，能够将内部的气体及时带出，而不会积聚在电池模块内造成传热恶化。
其中分配联箱(2)和汇集联箱(5)的液体流动截面积比蛇形扁管的流动截面积大很多，具有均压作用，能够保证液体工质均匀分配至每个蛇形扁管(3)。
如图1，图2和图3所示，分配联箱(2)与蛇形扁管一端作为蛇形扁管入口3a相连接，汇集联箱(5)与另一端作为蛇形扁管出口3b相连接。蛇形扁管(3)将圆柱形电池(4)分成若干排，构成一种串并联的冷却布置方式。
如图4所示，一种蛇形扁管液体冷却电池模块，蛇形扁管(3)为多层结构，管壁(3c)外表面包覆有电绝缘涂层(3d)和硅胶套(3e)，实现与圆柱形电池(4)的电绝缘。同时硅胶套(3e)具有弹性，可以保证蛇形扁管与圆柱形电池紧密接触，从而减小传热热阻。
需要指出的是，以上所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。故凡依本发明专利申请范围所述的方法所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (7)

1.一种蛇形扁管液体冷却电池模块，其特征在于，包括入口(1)、分配联箱(2)、蛇形扁管(3)、汇集联箱(5)、圆柱形电池(4)、出口(6)；
分配联箱(2)和汇集联箱(5)均为板型空腔箱体结构，在一侧的下部设有入口(1)，在汇集联箱(5)的一侧上部设有出口(6)，分配联箱(2)和汇集联箱(5)板型相对且平行，在分配联箱(2)和汇集联箱(5)之间设有多个蛇形扁管(3)和多个圆柱形电池(4)，多个圆柱形电池(4)按阵列排布，圆柱形电池(4)按正三角形的形式排列；每个蛇形扁管(3)的一端与分配联箱(2)的一侧面A固定连通，分配联箱(2)侧面A为分配联箱(2)侧面面积相对最大的一侧面，每个蛇形扁管(3)的另一端与汇集联箱(5)的一侧面B固定连通，汇集联箱(5)的侧面B为汇集联箱(5)侧面面积最大的一侧面；每一圆柱形电池(4)均被其两侧的两个蛇形扁管(3)所包住夹持；在沿液体工质走向，与分配联箱(2)A侧面平行排列的第一列每相邻的两圆柱形电池(4)之间的均设有并行的两蛇形扁管(3)，紧贴固定在一起，然后在垂直于分配联箱(2)侧面A的方向上遇到第二列的一圆柱形电池后两并行的蛇形扁管(3)分开并将该圆柱形电池包覆加持，再在第三列的两个相邻的两圆柱形电池之间再并行紧贴固定在一起，依次类推，直到汇集联箱(5)的侧面B；蛇形扁管(3)为弯曲的薄壁腔体结构。
2.按照权利要求1所述的一种蛇形扁管液体冷却电池模块，其特征在于，与分配联箱(2)侧面A相贴或紧邻的一列圆柱形电池，以及与汇集联箱(5)侧面B相贴或紧邻的一列圆柱形电池，与单个蛇形扁管(3)的接触面的角度在50°～60°之间；而中间其他列每个圆柱形电池(4)被包覆夹持时，单个蛇形扁管(3)与圆柱形电池(4)接触面的角度在100°～120°之间。
3.按照权利要求1所述的一种蛇形扁管液体冷却电池模块，其特征在于，蛇形扁管(3)厚度即与分配联箱(2)侧面A平行的方向为1～4mm，蛇形扁管(3)的高度即圆柱形电池(4)轴向高度方向为圆柱形电池(4)轴向高度的60％～85％。
4.按照权利要求1所述的一种蛇形扁管液体冷却电池模块，其特征在于，且为多层结构；蛇形扁管(3)为多层结构，自内部腔体(3g)向外依次为管壁(3c)、电绝缘涂层(3d)、硅胶套(3e)，在腔体(3g)内设有支撑筋(3f)，支撑筋(3f)与厚度方向一致。
5.按照权利要求4所述的一种蛇形扁管液体冷却电池模块，其特征在于，工作时，流体分配联箱(2)，蛇形扁管(3)管壁和汇集联箱(5)的材质均为密度较小的铝合金材料。
6.按照权利要求1所述的一种蛇形扁管液体冷却电池模块，其特征在于，工作时，液体走向，液体工质由入口(1)进入分配联箱(2)，分配联箱(2)和汇集联箱(5)具有均压作用，保证液体工质均匀流入每个蛇形扁管(3)，蛇形扁管(3)对圆柱形电池(4)进行间接接触冷却；液体工质由蛇形扁管(3)进入汇集联箱(5)，由出口(6)流出。
7.按照权利要求1所述的一种蛇形扁管液体冷却电池模块，其特征在于，液体冷却工质包括质量配比为1:1的乙二醇和水混合液。
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