CN108832222A - 一种集成式电池包冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成式电池包冷却装置，集成式电池包包括壳体、电池模组及冷却管道，所述的冷却管道至少包括一条正向冷却管道和一条反向冷却管道，所述的正向冷却管道与反向冷却管道并列设置且为同质一体的扁平导热结构，冷却管道的一侧外壁与电池模组内的每个电池的至少一个侧面紧贴，正向冷却管道与反向冷却管道内的冷却介质其流动方向相反，冷却介质的输入管道及输出管道设置在壳体的侧壁内。它有效地解决了现有的集成式电池包其电池模组中电池的温差较大，从而影响整个电池模组可靠性及使用寿命的问题，也解决了现有技术的集成式电池包其冷却管路成本高、占用空间大的问题，具有很高的实用价值。

Description

一种集成式电池包冷却装置

技术领域

本发明涉及电动汽车电池热管理技术领域，具体涉及一种集成式电池包冷却装置。

背景技术

电动汽车动力电池为锂离子电池，锂离子电池的性能对温度变化较为敏感，其适宜工作温度范围为20℃~40℃。动力电池因为内阻等因素的存在，在充放电过程中不可避免的会产生大量热量，从而导致温度上升，温度的上升会影响电池的诸多特性参数，比如内阻、电压、电量及电池寿命。锂电池在工作过程中，若不进行有效的冷却，电池温度会上升。为保证电池在任何工况下维持在合适的温度区间内，有必要在电池包内增设热管理系统，对电池进行有效冷却。另外，电池空间排布及冷却系统流向等原因，电池温度不均匀，进而影响电池单体的一致性。现有技术中对电池冷却通常采用风冷、液冷和直冷方案。风冷方案通过风机引入低温空气对电池包内部进行冷却。该方案技术优点是，方案简单，成本低廉。但因为空气的本身换热效率低等原因，电池散热效果并不理想，大多数时候满足不了散热需求；液冷方案是利用液体的对流换热，将电池产生的热量带走，降低电池温度。相比起风冷方案，液冷方案换热效率大幅度提升，能满足大部分工况散热需求，但相应的结构布置复杂，成本提高；直冷方案是在冷却板中充满制冷剂，利用气液相变过程中吸收大部分热量的原理从而达到直冷效果的。相比起液冷方案，冷却效率提升，能够快速的将电池产生的热量带走，降低电池温度，但直冷方案结构更为复杂，成本更高，通常在高档汽车上使用。液冷方案为现阶段电池包热管理的主流方案，对于圆柱形电池，通常采用的液冷方式为铝质蛇形管结构，蛇形管与每个电池侧面接触，通过圆柱形电池侧面散热将电池热量带走，从而降低电池温度。图8为整个电池模组3与蛇形管14布置结构图，冷却液从蛇形管的一端进入，历经电池模组内每个电池，从蛇形管的另一端流出，但这种布置方案中单个电池模组的冷却液为一进一出方式，冷却液在冷却电池的过程中被加热，冷却液出口温度较进口温度明显上升，造成了电池换热的差异性，表现为单个电池模组中电池的温差较大，靠近冷却液出口处的电池温升显著高于靠近冷却液进口处的电池温升，使得靠近冷却液出口处电池的寿命显著低于靠近冷却液进口处电池的寿命，从而影响整个电池模组的可靠性及使用寿命。另一方面，由于每个电池包包含多个电池模组，冷却液从电池包入口流入后，在目前已有的结构中，需流经主管路15（如图9）才能进入每个电池模组的蛇形管中，为电池模组内的电池降温。该主管路具有成本高，占用空间大的缺点。公开日为2018年3月2日、公开号为CN107749506A的中国专利文献公开了一种电池包冷却系统，用于对电动车辆或混合动力车辆的电池包进行冷却，电池包是由多个电池模组组成，冷却系统包括：多组冷却模组，每组冷却模组包括一电池模组和一冷却元件，多组冷却模组层叠设置，冷却元件用于传输冷却介质以冷却相应的电池模组；两个分配器，每一分配器具有多个通道，用于将冷却介质分别输入不同的冷却单元中，以作为介质输入分配器，或将来自输入通道并经由冷却单元处的冷却介质从输出通道输出，以作为介质输出分配器；两个分配器中任一分配器能够作为介质输入分配器或介质输出分配器。冷却模组层叠设置，使得相邻两个冷却模组的冷却单元能够冷却到电池单元面积较大的两个面，提高了冷却效果。但这种电池包冷却系统对单个电池模组采用冷却介质一进一出的方式对其进行冷却降温，靠近冷却介质出口处的电池温升显著高于靠近冷却介质进口处的电池温升，使得靠近冷却介质出口处电池的寿命显著低于靠近冷却介质进口处电池的寿命，从而影响了整个电池模组的可靠性及使用寿命。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术的集成式电池包其电池模组中电池的温差较大，从而影响整个电池模组的可靠性及使用寿命的问题，提供一种集成式电池包冷却装置，使电池模组中各个电池的温度均衡，从而提高了整个电池模组的可靠性及使用寿命。

本发明的另一目的是为解决现有技术的集成式电池包其冷却管路成本高、占用空间大的问题，提供一种集成式电池包冷却装置，具有空间小且成本低的特点，使电池包在有限的空间内能布置更多的电池，大大提升了能量密度。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种集成式电池包冷却装置，所述集成式电池包包括壳体、设置在壳体内的由多个电池组合构成的电池模组及冷却装置，所述的冷却装置为穿设在所述电池模组中的冷却管道，所述的冷却管道至少包括一条正向冷却管道和一条反向冷却管道，所述的正向冷却管道与反向冷却管道并列设置且为同质一体的扁平导热结构，冷却管道的一侧外壁与电池模组内的每个电池的至少一个侧面紧贴，正向冷却管道和反向冷却管道的两端均分别与冷却介质的进口接头及出口接头连接，正向冷却管道与反向冷却管道内的冷却介质其流动方向相反。本发明采用至少两条冷却管道，同时冷却管道内的冷却介质其流动方向相反，由于正向冷却管道与反向冷却管道并列设置且为同质一体的扁平导热结构，因此正向冷却管道与反向冷却管道之间存在充分的热交换，使得整条冷却管道两端的温升基本趋于一致，增强了电池模组内换热的一致性，极大的减小了电池模组内各电池之间的温差，使电池模组中各个电池的温度均衡，从而提高了整个电池模组的可靠性及使用寿命，同时扁平导热结构有利于增大冷却管道与电池的接触面积，提高电池模组的冷却效果，同时减少冷却管道所占用的电池包内部空间。

作为优选，电池模组由若干呈长条状排列的电池条组合构成，所述的冷却管道呈“弓”字形来回折返地紧贴所述电池条的两侧面。将整个电池模组中的电池分成若干长条状的“电池条”，利用来回折返的“弓”字形冷却管道穿过相邻的“电池条”，确保冷却管道接触每个电池。这里的电池条上的电池可以采用单列或双列的排列方式。

作为优选，电池呈圆柱形，所述电池条包括两列相互错位设置的电池，相邻电池条上相对的电池相互错位设置且其相对面均与冷却管道紧贴，所述的冷却管道与电池的接触面呈圆弧形。电池条上的电池可以采用双列且相互错位的排列方式可以有效减少电池模组的体积；冷却管道与电池的接触面呈圆弧形有利于增大冷却管道与电池的接触面积，提高电池模组的冷却效果。

作为优选，正向冷却管道及反向冷却管道均为并联设置，且反向冷却管道位于正向冷却管道的上侧或下侧。本发明的管道并联构成正向冷却管道及反向冷却管道，有利于形成冷却管道的扁平结构，同时方便冷却管道的折弯成型，此外，管道之间的分隔板有利于提高冷却管道的结构强度，减少的冷却管道折弯处的变形。这里反向冷却管道与正向冷却管道的上下关系可以互换。另外，正向冷却管道及反向冷却管的数量可以根据电池尺寸及冷却要求等实际情况确定。

作为优选，正向冷却管道及反向冷却管道均为并联设置，且正向冷却管道与反向冷却管道相互间隔设置。本方案除前述方案的优点外，由于正向冷却管道与反向冷却管道相互间隔设置，即冷却管道正、反、正、反依次并列设置，这样一条正向冷却管道至少与一条反向冷却管道相邻，因此正向冷却管道与反向冷却管道之间热交换更加充分，使得整条冷却管道两端的温升更趋于一致，进一步减小了电池模组内各电池之间的温差，使电池模组中各个电池的温度更加均衡，从而可以进一步提高整个电池模组的可靠性及使用寿命。

作为优选，与冷却管道连接的进口接头及出口接头均设置在壳体的同一侧，壳体的该侧侧壁内形成有冷却介质的输入管道及输出管道，所述的进口接头与输入管道连接，所述的出口接头与输出管道连接，壳体外壁上设有冷却介质的输入接口及输出接口，所述的输入管道与输入接口连接，输出管道与输出接口连接。本发明将与冷却管道连接的进口接头及出口接头均设置在壳体的同一侧，同时利用壳体的侧壁厚度，在侧壁（该侧壁在电池包实际使用时通常处于底部位置）内设置输入管道及输出管道，并通过输入管道及输出管道与壳体外壁的输入接口及输出接口连接，这样，本发明省略了现有技术中专门设置的冷却系统主管路，使电池包的体积显著缩小，解决了现有技术的集成式电池包其冷却管路成本高、占用空间大的问题，使电池包在有限的空间内能布置更多的电池，大大提升了能量密度。

本发明的冷却介质可以是冷却液或冷气，优选采用冷却液。

需要说明的是，本发明所述的“正向”与“反向”，“进口”与“出口”及“输入”与“输出”等仅仅是为了便于说明技术方案，并非对结构的具体限定，实际上它们也可以互换使用。

本发明的有益效果是：它有效地解决了现有的集成式电池包其电池模组中电池的温差较大，从而影响整个电池模组的可靠性及使用寿命的问题，也解决了现有技术的集成式电池包其冷却管路成本高、占用空间大的问题，本发明电池模组中各个电池的温度均衡，电池包的可靠性好、能量密度大且使用寿命长，具有很高的实用价值。

附图说明

图1是本发明集成式电池包冷却装置电池模组的一种结构示意图；

图2是本发明电池模组的一种俯视结构示意图；

图3是本发明冷却管道的一种局部结构剖视图；

图4是本发明集成式电池包的一种结构示意图；

图5是本发明集成式电池包冷却装置管路连接关系示意图；

图6是本发明集成式电池包的另一种结构示意图；

图7是本发明冷却管道的另一种局部结构剖视图；

图8是现有技术电池包冷却装置的一种结构示意图；

图9是现有技术电池包冷却装置主管路的一种结构示意图。

图中：1.壳体，2.电池，3.电池模组，4.冷却管道，5.正向冷却管道，6.反向冷却管道，7.进口接头，8.出口接头，9.电池条，10.输入管道，11.输出管道，12.输入接口，13.输出接口，14.蛇形管，15.主管路。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的描述。

实施例1

在如图1图2所示的实施例1中，一种集成式电池包冷却装置，所述集成式电池包包括壳体1（见图4、图6）、设置在壳体内的由多个圆柱形电池2组合构成的电池模组3及冷却装置，所述的冷却装置为穿设在所述电池模组中的冷却管道4，所述的冷却管道包括三条正向冷却管道5和三条反向冷却管道6（见图3），所述的正向冷却管道与反向冷却管道并列设置且为同质一体的扁平铝质导热结构，冷却管道的一侧外壁与电池模组内的每个电池的一个侧面紧贴，正向冷却管道及反向冷却管道均为并联设置，在图2显示的冷却管道结构中，反向冷却管道位于正向冷却管道的上侧，正向冷却管道和反向冷却管道的两端均分别与冷却液的进口接头7及出口接头8连接，正向冷却管道与反向冷却管道内的冷却液其流动方向相反。

本实施例的单个电池模组由7呈长条状排列的电池条9组合构成，所述电池条均包括两列相互错位设置的电池，所述的冷却管道呈“弓”字形来回折返地紧贴所述电池条的两侧面，同时相邻电池条上相对的电池相互错位设置且其相对面均与冷却管道紧贴，冷却管道与电池的接触面呈圆弧形。

本实施例的壳体为矩形，壳体内的电池模组为2个，2个电池模组上与冷却管道连接的进口接头及出口接头呈对称布置（见图5），所有进口接头及出口接头均设置在壳体的同一侧，壳体的该侧侧壁内形成有冷却液的输入管道10及输出管道11（见图4），所有的进口接头与输入管道连接，出口接头与输出管道连接，壳体外壁上设有冷却液的输入接口12及输出接口13（见图6），所述的输入管道与输入接口连接，输出管道与输出接口连接。

实施例2

在如图7的实施例2中，正向冷却管道和反向冷却管道均为3条且并联设置，正向冷却管道与反向冷却管道相互间隔设置，正向冷却管道和反向冷却管道的两端均直接或通过连接管与冷却液的进口接头及出口接头分别连接，其余和实施例1相同。

本发明采用至少两条冷却管道，同时冷却管道内的冷却介质其流动方向相反，由于正向冷却管道与反向冷却管道并列设置且为同质一体的扁平导热结构，因此正向冷却管道与反向冷却管道之间存在充分的热交换，使得整条冷却管道两端的温升基本趋于一致，增强了电池模组内换热的一致性，极大的减小了电池模组内各电池之间的温差，使电池模组中各个电池的温度均衡，从而提高了整个电池模组的可靠性及使用寿命，同时扁平导热结构有利于增大冷却管道与电池的接触面积，提高电池模组的冷却效果。此外本发明将与冷却管道连接的进口接头及出口接头均设置在壳体的同一侧，同时利用壳体的侧壁厚度，在侧壁内设置输入管道及输出管道，并通过输入管道及输出管道与壳体外壁的输入接口及输出接口连接，这样，本发明省略了现有技术中专门设置的冷却系统主管路，使电池包在有限的空间内能布置更多的电池，大大提升了能量密度。

除上述实施例外，在本发明的权利要求书及说明书所公开的范围内，本发明的技术特征或技术数据可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施例，这些都是本领域技术人员无需进行创造性劳动即可实现的，因此这些本发明没有详细描述的实施方式也应视为本发明的具体实施例而在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种集成式电池包冷却装置，所述集成式电池包包括壳体（1）、设置在壳体内的由多个电池（2）组合构成的电池模组（3）及冷却装置，其特征是，所述的冷却装置为穿设在所述电池模组中的冷却管道（4），所述的冷却管道至少包括一条正向冷却管道（5）和一条反向冷却管道（6），所述的正向冷却管道与反向冷却管道并列设置且为同质一体的扁平导热结构，冷却管道的一侧外壁与电池模组内的每个电池的至少一个侧面紧贴，正向冷却管道和反向冷却管道的两端均分别与冷却介质的进口接头（7）及出口接头（8）连接，正向冷却管道与反向冷却管道内的冷却介质其流动方向相反。

2.根据权利要求1 所述的集成式电池包冷却装置，其特征是，所述的电池模组由若干呈长条状排列的电池条（9）组合构成，所述的冷却管道呈“弓”字形来回折返地紧贴所述电池条的两侧面。

3.根据权利要求2 所述的集成式电池包冷却装置，其特征是，所述的电池呈圆柱形，所述电池条包括两列相互错位设置的电池，相邻电池条上相对的电池相互错位设置且其相对面均与冷却管道紧贴，所述的冷却管道与电池的接触面呈圆弧形。

4.根据权利要求1 所述的集成式电池包冷却装置，其特征是，所述的正向冷却管道及反向冷却管道均为并联设置，且反向冷却管道位于正向冷却管道的上侧或下侧。

5.根据权利要求1所述的集成式电池包冷却装置，其特征是，所述的正向冷却管道及反向冷却管道均为并联设置，且正向冷却管道与反向冷却管道相互间隔设置。

6.根据权利要求1-5任一项所述的集成式电池包冷却装置，其特征是，与冷却管道连接的进口接头及出口接头均设置在壳体的同一侧，壳体的该侧侧壁内形成有冷却介质的输入管道（10）及输出管道（11），所述的进口接头与输入管道连接，所述的出口接头与输出管道连接，壳体外壁上设有冷却介质的输入接口（12）及输出接口（13），所述的输入管道与输入接口连接，输出管道与输出接口连接。

7.根据权利要求6所述的集成式电池包冷却装置，其特征是，所述的冷却介质为冷却液或冷气。