CN109037854A - 一种液冷板、动力电池包结构及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液冷板、动力电池包结构及装配方法，本方案在下箱体上设置有若干的液冷板安置区域，每个液冷板安置区域设置有若干的液冷板固定机构，而液冷板分别安置在下箱体上的液冷板安置区域内，并由液冷板固定机构进行固定。本方案不但解决了液冷板会影响系统能量密度的问题，还保证了液冷板的结构可靠性，另外还实现了液冷板结构的生产制造方便性和装配的方便性。

Description

一种液冷板、动力电池包结构及装配方法

技术领域

本发明涉及一种动力电池包方案，具体涉及具有带液冷板的动力电池包方案。

背景技术

现今，随着新能源汽车的迅速发展，动力电池作为新能源汽车一个重要零部件，而随着容量、能量密度和充放电倍率的不断提高，集成液冷系统的动力电池包也越来越受到人们的重视。具有液冷系统的动力电池包可靠程度直接决定了动力电池包的安全。

现有电池包大都不具有液冷功能，或者只是在内部加强筋中局部铺设钎焊的液冷板，这种液冷板有散热面积小，刚性弱、运输和装配过程中易损坏，长期使用焊缝易漏液风险等问题。

同时，如此结构的液冷系统在用于组成动力电池包时，将会影响到系统能量密度的降低；同时整个装配过程复杂，效率低。

发明内容

针对现有动力电池包中的液冷系统技术所存在的问题，需要一种新的动力电池包用液冷方案。

为此，本发明所要解决的问题在于提供一种液冷板，并在基础上进一步提供一种动力电池包结构以及该动力电池包结构的装配方法。

为了解决上述问题，本发明提供的液冷板，所述液冷板的内部设置有若干的空腔，若干空腔布满整个液冷板的内部；相邻空腔之间由相应的加强筋隔开，并且相互连通，在液冷板内部形成依次连通的多腔体结构；所述液冷板上设置有入水口公接头和出水口公接头，入水口公接头和出水口公接头位于液冷板上电池模组安装位置外侧。

进一步的，所述液冷板包括由铝型材挤压形成的内部空心并布有加强筋的中空主体结构以及焊接在主体结构两端的实心铝板结构。

进一步的，所述液冷板上的入水口公接头和出水口公接头呈对角分布。

进一步的，所述液冷板上设置有若干的固定孔和/或定位孔。

为了解决上述问题，本发明提供的动力电池包结构，主要包括液冷板和下箱体，所述下箱体上设置有若干的液冷板安置区域，每个液冷板安置区域设置有若干的液冷板固定机构，所述液冷板分别安置在下箱体上的液冷板安置区域内，并由液冷板固定机构进行固定。

进一步的，所述下箱体上的液冷板安置区域由设置在下箱体上的加强筋围合而成。

进一步的，所述液冷板与下箱体之间设置有保温层。

进一步的，所述液冷板安置区域内设置有垫条，所述垫条的上表面与保温层的上表面齐平。

进一步的，所述液冷板的上表面设置有导热层。

进一步的，所述导热层为导热硅胶垫。

为了解决上述问题，本发明提供的动力电池包结构装配方法，包括：

按照液冷板的冷却面积在下箱体上形成对应的液冷板安置区域，并设置相应的液冷板固定机构；

将保温层平铺放进液冷板安置区域内；

将液冷板分别安置在下箱体上的每个冷板安置区域内，并通过液冷板固定机构进行固定；

将液冷管插在液冷板的两端，分别做为进水管和出水管；

在液冷板对应电池模组安装位置设置导热层，并将电池模组固定在液冷板上。

本发明提供的液冷板与动力电池包方案能够有效的解决液冷板对系统总重量的影响导致系统能量密度降低的问题；同时，本方案采用液冷板集成设置形式，液冷板即是热管理部件，也是箱体的一部分，提高了箱体底部的承载能力和抗变形能力，增强箱体的刚性和强度；本方案还还进一步提升动力电池包结构的强度以及提高了动力电池包的可靠性。

同时，本方案中液冷板采用挤压铝型材和搅拌摩擦焊工艺形成，提高了液冷板的结构可靠性，降低了漏液的风险。

本方案还实现了液冷板结构的生产制造方便性和装配的方便性。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明实例中动力电池包的结构示意图；

图2为本发明实例中动力电池包的剖视示意图；

图3为本发明实例中下箱体结构示意图；

图4为本发明实例中下箱体与液冷板安装结构爆炸示意图；

图5为本发明实例中液冷板的结构示意图；

图6为本发明实例中液冷板的剖视图；

图7为本发明实例中液冷板上的浮动螺母结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1和图2，本实例给出的动力电池包结构100主要由上箱体、下箱体110与若干液冷板120配合构成。其中，若干液冷板120固设在下箱体110上以形成电池模组安装区域，以相应的安装电池模组。

其中，液冷板120用于动力电池高功率运行时电池的散热和低温环境条件下给电池加热，实现箱体内部电池模组一直工作在它的最适宜工作条件下。

参见图5和图6，本实例中的液冷板120整体为平板结构，一侧面作为电池模组安置面用于安置电池模组；另一侧面作为固定面，用于与下箱体110固定配合；该液冷板120的内部为空腔结构，以便通过相应的冷却液，保证热交换性能。该液冷板120优选采用热交换性能优越的材料制成，如金属铝等。

本液冷板120的内部设置有若干的空腔126，这些空腔126分布在液冷板120中，并布满整个液冷板120的内部；同时每个空腔126与相邻的空腔之间由相应的加强筋127隔开，并且两者之间相互连通，由此在液冷板120内部形成依次连通的多腔体结构。

如图6所示，在具体实现时，本液冷板120中的每个空腔126优选横截面为长方形或正方向的方形，由此保证最佳的热交换性能。

再者，若干的方形空腔126分成若干组，若干组方形空腔之间等距分布在液冷板120中，同时每组中的若干方形空腔126之间也等距分布，且每组中方形空腔126之间的间隔距离小于各组之间间隔距离；在此基础上，液冷板120中的若干方形空腔126之间，依次首尾连通，由此不仅可以提高液冷板120的整体热交换性能，同时还能够保证液冷板120各个区域(每组空腔对应的区域)分别进行均衡的热交换，以保证液冷板120进行液冷的效果。

在此基础上，本实例在液冷板120的电池模组安装面上设置有入水口公接头122和出水口公接头123，其中入水口公接头122与液冷板120内作为进水腔的空腔连通，而出水口公接头123与液冷板120内作为出水腔的空腔连通，一般优选位于液冷板120两侧端的空腔作为进水腔或出水腔，为此在液冷板120安装面上相应的入水口公接头122和出水口公接头123，且使得入水口公接头122和出水口公接头123位于电池模组安装位置的外侧，在液冷板120上呈对角线布置，有利于内部流道的分布，对内部冷却液流量和流速的分配有利，符合SAE标准的快插式接头。

进一步的，本实例还在液冷板120的电池模组安装面上帽型焊接支架124，以用于固定液冷管。本实例中采用采用两个帽型焊接支架124，分别对称的设置在液冷板120上电池模组安装面的两端中部。

进一步的，本实例还在液冷板120上对应于电池模组的固定位置的地方设置有相应的腰型孔121。

如图7所示，该腰型孔121整体采用沉孔结构，其上部腰型孔121a的孔径满足相应的固定螺钉通过，下部腰型孔121b的孔径大于上部腰型孔121a的孔径，其规格满足螺母125少许传动量，这种台阶结构腰型孔和螺母共同组成了浮动螺母的结构形式；这种结构不仅具有易加工，强度可靠，并且很好的克服了软包电池长度误差带来的装配困难。如此结构的腰型孔121，本实例优选对称设置在液冷板120的四角处。

再者，为了便于后续的快速定位安装，本实例在液冷板上设置有若干的固定孔和/或定位孔128，这些固定孔和/或定位孔128优选设置在液冷板的两端和/或中部位置，具体的数量和分布方式，可根据实际需求而定。

如此结构的液冷板120在具体实现时，可采用挤压铝型材和搅拌摩擦焊工艺构成，其中间主体部分为采用挤压铝型材形式的内部空心并布有加强筋的中空结构；而液冷板120的两端采用实心铝板加工形成，并通过搅拌摩擦焊接方式与中间空心主体部分焊接在一起。

为配合液冷板120，本实例中的下箱体110设置有若干的液冷板安置区域111，以用于承载安置液冷板120。

参见图3，本实例中的下箱体110在其上的安置区域内根据液冷板120的尺寸焊接若干纵向加强筋112和横向加强筋113，这些纵向加强筋112和横向加强筋113根据液冷板120的尺寸配合连接分布，在下箱体110上安置区域内围合形成依次连接分布的若干液冷板安置区域111。对于液冷板安置区域111的具体结构以及分布方式根据下箱体110以及液冷板120的形状相对应。作为距离，图示案例中液冷板120和下箱体110整体都为方形，为最大的利用下箱体110，在下箱体110上形成若干方形的液冷板安置区域111，这些方形的液冷板安置区域111相对于下箱体110长度方向呈纵向依次分布。

对于下箱体110上的纵向加强筋112和横向加强筋113，这些加强筋具体可由铝型材挤压或板金折弯得到，可有效改善箱体内部的强度，同时可提供液冷板安装固定点，这样通过型材中空的结构即实现了高强度要求，又达成了轻量化的目标。

同时，纵向加强筋112上设置翻边114，而在横向加强筋113设置有翻遍115，翻边增强了箱体的刚性，同时提供液冷板安装固定点。

在此基础上，相对于液冷板上的固定孔，本实例在每个液冷板安置区域111内的翻边114和翻遍115上分别有相应的固定螺柱116，以作为液冷板固定机构对液冷板进行安装定位和固定。作为举例该固定螺柱116可选长度22mm的M6螺柱，根据液冷板上各孔位的分布位置对应焊接在每个液冷板安置区域111内的翻边114和翻遍115上。

如此结构的下箱体11在具体实现时，可采用钣金或者是挤压铝型材焊接方式来形成，既能够提高整个箱体的强度，又便于生产制造。

参见图4，本实例还在下箱体110上设置有相应的垫条130，通过该垫条130来灵活地控制保温材料层140的安装厚度。

该垫条130对应于保温材料层140的结构，可以采用铝板切割冲压而成，具有重量轻的特点。该垫条130上设置有相应固定孔，这些固定孔的分布位置与下箱体110上加强筋翻边上的焊接螺柱位置保持一致。

在此基础上，为了进一步保证液冷板120的性能，本实例在液冷板120与下箱体110之间还增设有一保温材料层140，该保温材料层140与下箱体110上的液冷板安置区域111配合，布满液冷板安置区域111；或者与相应的垫条130配合布满液冷板安置区域111，以对安置在液冷板安置区域111内的液冷板120形成隔热效果，降低液冷板120与下箱体110之间热交换，保证液冷板的性能。

对于该保温材料层140，本实例中优选发泡材料来形成内部为多层次结构的保温材料层。

由此形成的保温材料层具有质量轻，保温效果好等优点，可有效保证内部电池模组可以工作在最适合工作的温度环境下。

再者，形成的多层结构有利于缓冲来自箱体底部的冲击，有效保护内部液冷板120和电池模组的安全。另外，这里的多层次结构的具体结构形式可根据实际需求而定，如，可以为2层、3层以及以上层次结构，而各层之间由相应的空腔隔开。

在具体实现时，为保证保温材料层140设置的可靠性，本实例在保温材料层140面向液冷板安置区域111底面的侧面上设置黏胶层，使得保温材料层140能够稳固的贴合在液冷板安置区域111底面上。

由于本实例中的液冷板120固设在下箱体110上以形成电池模组安装区域，以相应的安装电池模组。故，每个液冷板120在固设在下箱体110上的液冷板安置区域111中时，其上表面需要与电池模组接触配合，以便与电池模组进行热交换。为了保证液冷板120与电池模组之间的热交换性能，本实例在液冷板120上对应电池模组安装位置放置导热层150(如图1所示)，以提高液冷板120与电池模组之间的热交换性能。作为优选，这里的导热层可采用导热硅胶垫来形成，能够在提高液冷板120与电池模组之间热交换性能的同时，还在液冷板与电池模组之间形成一个缓冲层，保证两者之间配合的可靠性。

另外，作为本方案的一种改进方案，在该改进方案中在下箱体采用铝型材焊接结构制作时，可以增大其上翻边114和翻遍115的厚度，从而可以省掉垫条130，也可以保证保温材料8有足够的安装空间；由此在保证整个产品性能的情况下，可减少零件个数，从而可进一步简化加工和装配工艺。

本动力电池包结构100的上箱体，其整体结构对应于安置有电池模组的下箱体110，并与下箱体110组成上下密封空腔结构，以密封安置在下箱体110上的电池模组。具体的，上箱体与下箱体两者之间中间采用泡硅胶密封垫，达到密封的效果；另外，上箱体采用冲压件或者是钣金加工，亦可以采用SMC非金属复合材料模压而成。

针对上述方案提供的的动力电池包结构100，本实例还进一步提供了该动力电池包结构100的一种装配方案，通过装配方案不仅适合机械化的大批量生产，同时还能够保证装配形成的动力电池包结构100的整体强度。

参见图3和图4，在装配本动力电池包结构100时，首先采用钣金或者是挤压铝型材焊接方式将下箱体的主体结构按要求焊接好，并按照液冷板的冷却面积大小在箱体内焊接加强筋。具体的在下箱体内按照液冷板的尺寸分别焊接纵向加强筋和横向加强筋，各加强筋之间连接形成的凹槽区域作为液冷板的安置区域。

接着，在下箱体上每个液冷板安装位置对应的安装槽内加强筋的翻边上焊接相应的M6螺柱，可用螺纹高度22mm；位置与液冷板上各孔位保持一致。

接着，依次将垫条放入下箱体内加强筋的翻遍处，保持垫条上孔和加强筋翻边上的焊接螺柱位置保持一致，并把孔穿过M6焊接螺柱。此处如果采用铝型材加强筋，可以通过增加铝型材的厚度来减掉垫条。

接着，在垫条内部空心区域放置保温材料，并将保温材料带胶的一面与下箱体底面贴合，贴好以后保证保温材料上表面与垫条上表面基本平齐，形成的平面与液冷板下表面实现良好接触。

接着，在这个基础上装入液冷板，并用防松螺母M6拧在每个焊接螺柱上，实现液冷板结构的固定。具体的，首先在每块液冷板的背面腰型孔中预放置一个M8螺母，可以用胶带固定，防止装配过程脱落；按照螺钉孔的位置和顺序放入液冷板，并保证液冷板与箱体之间保留足够的装配间隙，这样方便装配作业，有利于实现自动化装配。将M6的放松螺母拧在M6焊接螺柱上，并保证每个螺柱露出的头部长度相等。

接着，在液冷板固定完成后，将支持快插的液冷管160插在液冷板的两端，分别做为进水管和出水管；同时将支持快插功能的液冷管160装配在液冷板的两侧(如图1所示)，这样既方便液冷管安装，便于后期的检查和拆卸。

最后，在液冷板对应电池模组安装位置放置导热硅胶垫，并将电池模组用螺栓固定在液冷板上；在对应浮动螺母的安装点121，电池模组有适当的窜动量(如图7所示)。

如此装配形成的具有带液冷板的动力电池包结构，有效的解决了液冷板会影响系统能量密度的问题，本方案采用液冷板集成开发形式，液冷板既是热管理部件，也是箱体的一部分，对箱体的重量无较大增加；同时下箱体110、保温材料层140和液冷板120之间配合形成多层复合结构，兼具保温、缓冲和减震和结构增强的功能，从而提高了箱体底部的承载能力和抗变形能力，增强箱体的刚性和强度，保证了电池的安全，满足了能量密度的要求；再者，本动力电池包结构中的液冷板结构可靠性高，有效避免液冷板的漏液问题。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (11)

1.液冷板，其特征在于，所述液冷板的内部设置有若干的空腔，若干空腔布满整个液冷板的内部；相邻空腔之间由相应的加强筋隔开，并且相互连通，在液冷板内部形成依次连通的多腔体结构；所述液冷板上设置有入水口公接头和出水口公接头，入水口公接头和出水口公接头位于液冷板上电池模组安装位置外侧。

2.根据权利要求1所述的液冷板，其特征在于，所述液冷板包括由铝型材挤压形成的内部空心并布有加强筋的中空主体结构以及焊接在主体结构两端的实心铝板结构。

3.根据权利要求1所述的液冷板，其特征在于，所述液冷板上的入水口公接头和出水口公接头呈对角分布。

4.根据权利要求1所述的液冷板，其特征在于，所述液冷板上设置有若干的固定孔和/或定位孔。

5.动力电池包结构，其特征在于，包括权利要求1-4中任一项所述的液冷板和下箱体，所述下箱体上设置有若干的液冷板安置区域，每个液冷板安置区域设置有若干的液冷板固定机构，所述液冷板分别安置在下箱体上的液冷板安置区域内，并由液冷板固定机构进行固定。

6.根据权利要求5所述的动力电池包结构，其特征在于，所述下箱体上的液冷板安置区域由设置在下箱体上的加强筋围合而成。

7.根据权利要求5所述的动力电池包结构，其特征在于，所述液冷板与下箱体之间设置有保温层。

8.根据权利要求7所述的动力电池包结构，其特征在于，所述液冷板安置区域内设置有垫条，所述垫条的上表面与保温层的上表面齐平。

9.根据权利要求5所述的动力电池包结构，其特征在于，所述液冷板的上表面设置有导热层。

10.根据权利要求9所述的动力电池包结构，其特征在于，所述导热层为导热硅胶垫。

11.一种权利要求5-10中任一项所述的动力电池包结构的装配方法，包括：

按照液冷板的冷却面积在下箱体上形成对应的液冷板安置区域，并设置相应的液冷板固定机构；

将保温层平铺放进液冷板安置区域内；

将液冷板分别安置在下箱体上的每个冷板安置区域内，并通过液冷板固定机构进行固定；

将液冷管插在液冷板的两端，分别做为进水管和出水管；

在液冷板对应电池模组安装位置设置导热层，并将电池模组固定在液冷板上。