CN108808157B - 电池的冷却系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池的冷却系统及车辆。其中，电池的冷却系统包括：换热腔体，所述换热腔体设置在相邻两个电池芯体之间，所述换热腔体限定出热腔，所述热腔内容纳有可利用气液转换而进行吸/放热的换热介质；冷却装置，所述冷却装置包括冷却通道，所述冷却通道设置在所述换热腔体的顶部且临近所述换热腔体的外顶壁。本发明的电池的冷却系统具有能耗低、对电池的冷却效率高且提升电池的温度均匀性。

Description

电池的冷却系统及车辆
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种电池的冷却系统及车辆。
背景技术
为了满足新能源汽车中电池(动力电池)的使用温度、寿命和电池容量的要求，相关技术中，许多热管理应用到新能源汽车电池使用过程中。例如通过水冷、风冷、制冷剂冷却方式对电池进行冷却。这些电池包冷却方式大都是通过流体直接与电池芯体进行换热，需要使用水泵和风机等加以辅助，另外，不能很好地保证电池芯体表面温度的均匀性。
其中，电池包的水冷、风冷或制冷剂冷却方式，存在以下缺点：
在电池包的内部单独设计布置冷媒流动通道，对于电池包的空间要求和固定方式提出更高要求，并要求密封性和绝缘性较好，会造成电池包结构复杂、且存在安全隐患。
电池在充放电过程中，电池芯体表面温度分布不均匀，冷却形式和通道布置不能很好地保证单个电池芯片表面的温度均匀性，这就会大大降低电池的使用寿命和容量。
要保证每个电池芯片的正常工作温度，电池芯体间的冷媒通道结构布置也比较复杂，导致冷媒流通阻力变大，因此就会造成水泵或者风机能耗变大，不利于新能源车辆的续航里程。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种电池的冷却系统，该冷却系统具有能耗低、对电池的冷却效率高且提升电池的温度均匀性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电池的冷却系统，包括：换热腔体，所述换热腔体设置在相邻两个电池芯体之间，所述换热腔体限定出热腔，所述热腔内容纳有可利用气液转换而进行吸/放热的换热介质；冷却装置，所述冷却装置包括冷却通道，所述冷却通道设置在所述换热腔体的顶部且临近所述换热腔体的外顶壁。
进一步的，还包括：导热件，所述导热件填充在所述换热腔体的外侧壁与所述相邻两个电池芯体之间以及所述换热腔体的外顶壁与所述冷却通道之间。
进一步的，所述导热件为导热硅胶。
进一步的，还包括：多个换热件，所述多个换热件间隔地设置在所述换热腔体的内侧壁以及所述换热腔体的内顶壁上。
进一步的，所述换热间为换热翅片。
进一步的，所述换热腔体由热板构成，所述热板限定出所述热腔。
进一步的，所述热腔包括：上热腔，所述上热腔位于所述相邻两个电池芯体的顶部之上；和位于所述上热腔下方的下热腔，所述下热腔位于相邻两个电池芯体之间，所述上热腔沿水平方向的横截面积大于所述下热腔沿水平方向的横截面积。
进一步的，所述冷却通道为水冷式冷却通道或者风冷式冷却通道。
进一步的，所述换热介质为乙醚。
本发明的电池的冷却系统，通过热板内换热介质不断的汽化吸热和液化放热过程的循环进行，最终电池芯体的热量通过换热介质，传递给冷却水/风的冷却通道而把电池的热量带出电池包，实现如新能源汽车中动力电池的温度的自主控制。在整个电池芯体的温度控制过程中，是换热介质的物理相变过程自发运行，不需要额外的能量输入和控制，利用换热介质恒定的汽化温度就可以保证电池芯体表面温度的恒定和分布均与，达到良好的换热效果。
本发明的另一个目的在于提出一种车辆，该车辆具有能耗低、对电池的冷却效率高且提升电池的温度均匀性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种车辆，设置有如上述任意一个实施例所述的电池的冷却系统。
所述的车辆与上述的电池的冷却系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一个方面的实施例所述的电池的冷却系统的示意图；
图2为本发明一个方面的实施例所述的电池的冷却系统的工作原理。
附图标记说明：
冷却系统100、换热腔体110、冷却装置120、电池芯体200、热腔111、换热介质112、冷却通道121、热板113、电池正极210、导热件130、换热件140。
具体实施方式
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。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是根据本发明一个实施例的电池的冷却系统的结构框图。
如图1所示，根据本发明一个实施例的电池的冷却系统100，包括：换热腔体110和冷却装置120。
换热腔体110设置在相邻两个电池芯体200之间，换热腔体110限定出热腔111，热腔111内容纳有可利用气液转换而进行吸/放热的换热介质112。冷却装置120包括冷却通道121(如：水冷式冷却通道或者风冷式冷却通道)，冷却通道121设置在换热腔体110的顶部且临近换热腔体110的外顶壁(即换热腔体110的顶部)。
本发明的电池的冷却系统100可以利用热腔111内换热介质112的气液转换而吸热放热的特性，通过换热腔体110的壁与电池芯体200进行热交换，进而实现对电池芯体200的温度控制。
为了达到热腔体110的壁与电池芯体200更好的换热性能，如图1所示，换热腔体110可以由换热性能较好的热板113构成，热板113限定出热腔111(也称为热板腔)，即：热腔111是由热板113封闭而成，也可以理解为换热腔体110的壁是由热板113构成的。通过图1可以看出，热板113与电池芯体200交替排列，并且可以依据电池包的大小而合理布置，使电池包中电池芯体200的排列更加紧凑，优化电池包的结构。
另外，考虑到如新能源汽车中动力电池的温度使用要求，换热介质112可以采用乙醚，即：向热腔111中放入乙醚溶液。可以理解的是，换热介质112并不限于乙醚，只要能够保证新能源汽车中动力电池的温度使用要求的其它换热介质112也可以替换乙醚。
电池单体芯体(即：电池芯体200)在工作过程中，由于电池本身的工作特性，电池芯体200内温度场分布不均与，通常靠近电池正极210附近的温度较高，而远离电池正极210的部位的温度较低。因此，如图1所示，电池芯体200的电池正极210对应换热腔体110的底部，电池芯体200的电池负极对应换热腔体110的顶部。
以由热板113构成的热腔111以及以乙醚作为换热介质112为例，则热板113通过热腔111内的乙醚溶液与电池芯体200进行换热。当电池温度较高时，由于温度差的缘故，热量就会从电池表面经过热板113传递给乙醚溶液，乙醚溶液由热板113的底部(即：温度较高)吸热而汽化上升，随着热腔111的壁温度的升高，汽化程度也会越来越剧烈。乙醚由液体气化过程中吸收热量，从而实现对电池的冷却。
为了更好地实现热腔111与电池之间的热交换，结合图1所示，本发明实施例的电池的冷却系统100，还包括：导热件130，导热件130填充在换热腔体110的外侧壁与相邻两个电池芯体200之间以及换热腔体110的外顶壁与冷却通道120之间。作为一个具体的示例，导热件130可以是导热硅胶。这样，电池的热量可以通过导热硅胶更加快速地传递到热板113上，导热硅胶能够减少电池和热板两者之间的热阻，从而有效地提高了电池与换热介质112之间的传热效率。
此外，为了进一步提升换热效率，结合图1所示，本发明实施例的电池的冷却系统100，还包括：多个换热件140，多个换热件140间隔地设置在换热腔体110的内侧壁以及换热腔体110的内顶壁上。在具体示例中，换热件140可以是换热翅片。当电池的热量通过导热硅胶传递到热板113的壁上之后，设置在换热腔体110的内壁上的多个换热翅片能够增大换热面积，这样便更有效地提升了换热效率。
为了使冷却装置120能够快速地与气化后的乙醚进行换热，即：对乙醚进行降温使其快速液化，本发明的实施例中，可以增大冷却装置120与热腔111顶部的接触面积，再次结合图1所示，热腔111包括：上热腔(即：热腔111的上部分区域)和下热腔(即：热腔111的下部分区域)。其中，上热腔位于相邻两个电池芯体的顶部之上。下热腔位于上热腔下方，下热腔位于相邻两个电池芯体200之间，上热腔沿水平方向的横截面积大于下热腔沿水平方向的横截面积，即：如图1所示，热腔111类似于T型结构。这样，换热介质112汽化后在热板113的顶部有足够大的换热壁面与冷却装置120进行换热。进而，提升冷却系统100的冷却效率。
如图2所示，本发明实施例的冷却系统100的工作原理如下：
乙醚液体吸收电池的热量之后汽化成乙醚气体(也称为乙醚蒸汽)，乙醚气体就会向热腔111的上部运动，当乙醚蒸汽运动到热板113的顶部(低温壁面)时，由于冷却通道121内冷却风或者水的不断流动，就会保证热板113的顶部温度维持在较低状态，乙醚蒸汽在遇到温度较低的热板113的顶部壁面时，就会液化下降，同时会把热量传递给热板顶部的换热翅片和壁面、导热硅胶和冷却水和风。热板113顶部冷却后的乙醚蒸汽放热形成乙醚液滴，由于重力的作用，又会回落到热板113的底部，继续从底部热板113的高温壁面吸热，从而实现电池冷却的目的。
通过热板113内换热介质不断的汽化吸热和液化放热过程的循环进行，最终电池芯体200的热量通过换热介质，传递给冷却水/风的冷却通道121而把电池的热量带出电池包，实现如新能源汽车中动力电池的温度的自主控制。在整个电池芯体200的温度控制过程中，是换热介质的物理相变过程自发运行，不需要额外的能量输入和控制，利用换热介质恒定的汽化温度就可以保证电池芯体表面温度的恒定和分布均与，达到良好的换热效果。
本发明实施例的冷却系统，通过在电池芯体之间布置换热腔体，并在热腔中放入换热介质，利用换热介质在高温汽化区和低温液化区的两相变化时吸热和放热，对电池芯体进行降温且提升电池芯体温度的均匀性。另外，由于热腔内只需通过换热介质的气化和液化之间的变化，实现能量传送，不需要额外的水泵或者风机进行驱动，因此可以降低能耗，提高如新能汽车的续航里程。此外，可以减少如相关技术中通过在电池芯体之间布置的气流和水流通道进行降温带来的阻力，提高换热效率且使电池包中电池芯体的排列更加紧凑，优化电池包的结构。
进一步地，本发明的实施例公开了一种车辆，包括：上述任意一个实施例中的冷却系统。该车辆例如为电动汽车。该车辆通过在电池芯体之间布置换热腔体，并在热腔中放入换热介质，利用换热介质在高温汽化区和低温液化区的两相变化时吸热和放热，对电池芯体进行降温且提升电池芯体温度的均匀性。另外，由于热腔内只需通过换热介质的气化和液化之间的变化，实现能量传送，不需要额外的水泵或者风机进行驱动，因此可以降低能耗，提高如新能汽车的续航里程。此外，可以减少如相关技术中通过在电池芯体之间布置的气流和水流通道进行降温带来的阻力，提高换热效率且使电池包中电池芯体的排列更加紧凑，优化电池包的结构。
另外，根据本发明实施例的车辆的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，此处不做赘述。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电池的冷却系统，其特征在于，包括：
换热腔体，所述换热腔体设置在相邻两个电池芯体之间，所述换热腔体限定出热腔，所述热腔内容纳有可利用气液转换而进行吸/放热的换热介质；
冷却装置，所述冷却装置包括冷却通道，所述冷却通道设置在所述换热腔体的顶部且临近所述换热腔体的外顶壁；
多个换热件，所述多个换热件间隔地设置在所述换热腔体的内侧壁以及所述换热腔体的内顶壁上；
导热件，所述导热件填充在所述换热腔体的外侧壁与所述相邻两个电池芯体之间以及所述换热腔体的外顶壁与所述冷却通道之间；
所述热腔包括：
上热腔，所述上热腔位于所述相邻两个电池芯体的顶部之上；和
位于所述上热腔下方的下热腔，所述下热腔位于相邻两个电池芯体之间，所述上热腔沿水平方向的横截面积大于所述下热腔沿水平方向的横截面积。
2.根据权利要求1所述的电池的冷却系统，其特征在于，所述导热件为导热硅胶。
3.根据权利要求1所述的电池的冷却系统，其特征在于，所述换热件为换热翅片。
4.根据权利要求1所述的电池的冷却系统，其特征在于，所述换热腔体由热板构成，所述热板限定出所述热腔。
5.根据权利要求1所述的电池的冷却系统，其特征在于，所述冷却通道为水冷式冷却通道或者风冷式冷却通道。
6.根据权利要求1-5任一项所述的电池的冷却系统，其特征在于，所述换热介质为乙醚。
7.一种车辆，其特征在于，设置有如权利要求1-6任一项所述的电池的冷却系统。
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