CN109830778A - 一种均温液冷板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换热强度可调的均温液冷板，属于热管理领域，涉及动力电池热管理、IGBT等电力电子设备冷却问题。它包括盖板7、流道基板8，其中流道基板8采用了一种沿程换热强度可调的流道结构设计，窄端两侧开有流体进出口，分为均流区2、可调换热区3、汇流区4。其中可调换热区3的翅片沿流体流动方向的尺寸可变、排列密集程度依次增加，通过流道结构的改变，增加流体在流道后半段的流速及换热表面，使换热强度沿流动方向依次提高。该发明通过优化液冷板流道结构，避免流体在换热过程中流体热量积累、换热温差降低所造成的换热效果下降的问题，降低了冷却液流量和液冷系统的成本，同时也解决了液冷板换热的均温性和高效性。

Description

一种均温液冷板

技术领域

本发明属于热管理技术领域，是一种换热强度可调的均温液冷板，可用于动力电池热管理、IGBT等电力电子设备冷却问题。

技术背景

随着目前新能源汽车的普及与使用，动力电池容量的提升以及充放电倍率的提高，造成了动力电池、IGBT等电力电子设备生热恶化等问题日益突出。生热恶化问题，既包括了多余热量积累造成设备整体温度的提高，也包括了设备表面温度场出现局部热点、冷点导致冷却表面温度不均匀。这两种现象所造成的生热恶化问题，会影响设备正常高效工作，缩短其使用寿命。因此，设计动力电池、电力电子设备的热管理解决方案，一方面需选择合适的材料与传热途径，对设备强化散热、高效冷却，降低设备工作中的温度；另一方面，也需利用传热学知识设计合适的散热结构，解决好设备在散热过程中冷却表面的均温性问题，防止出现局部冷却所出现的冷点，以及传热恶化所产生的热点，这也为设备的均温散热设计提出了一定的挑战。

液冷板采用流体作为换热工质，主要利用对流换热的方式带走热量，换热能力优于空气冷却，常用于新能源汽车动力电池及电力电子设备散热领域。在换热过程中，液冷板中的流体流动积累热量，流体温度沿程升高，常出现液冷板中流体进口冷、出口热的现象，进而造成设备进出口处冷却表面温度的不均匀。目前，液冷板设计常采用S型流道、叉排扰流柱、交错流道等设计方式，通过对液冷板内部流道优化布置，对流体混合、交叉传热，缓解液冷板中流体在进出口存在较大温差的问题，然而，获得较好的均温性，代价则是提高了流道设计复杂性，造成了液冷板流道沿程流阻增大，增加了液冷板设计、加工难度，提高了液冷系统的成本。传统的单进单出直流道液冷板设计，虽然加工简单、成本较低，但其直流道的设计也会使得液体进出口温差较大，导致液冷板散热均温性较差。因此，本发明对其进行优化设计，保留其优点的同时，利用特殊的流道结构设计，解决其均温性问题。

液冷板热量传递可以等效为间壁式换热过程，其影响因素可用加热壁面与冷却流体之间的总传热系数概括，包括流道的设计结构、流体或流道材料的物性参数、对流换热系数等参数。设计液冷板流道结构，可分析传热过程中的能量平衡关系式，通过改变不同流道区域的传热系数，改变液冷板的沿程换热强度，控制液冷板换热情况，在保证液冷高效散热的同时，提高散热过程中的温度均匀性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：简化液冷板流道结构，优化流道设计，降低沿程阻力，保证液冷板换热过程中的均温性和高效性，降低冷却液流量及液冷系统成本。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：采用沿程换热强度可调的流道结构，设计了一种均温液冷板。

电力电子设备均温液冷板，由盖板和基板两块板组成。基板的流道中有不同尺寸的翅片，根据流道中的位置按照一定的排列方式阵列式排布。流道从进口至出口处，可分为两部分：进口部分是均流区，其分布特点为：起液体分流作用，可使流体均匀充满冷板流道区域；流道中部为可调换热区，其分布特点是：沿流体流动方向翅片的尺寸可调、排列密集程度依次增加，其作用是通过流道结构的改变，增加流体在流道后半段的流速和扩展换热表面，使得液冷板的换热强度沿流动方向依次提高，从而避免了流体在换热过程中流体热量积累、换热温差降低所造成的换热效果下降的问题；流道后部分为汇流区，使流体汇聚并流向出口，防止流体在流道内产生回流。

本发明的技术效果是：本发明沿程换热强度可调的流道设计，加强了液冷板后半段的换热强度，提高了整块液冷板的温度均匀性。液冷板中流体流阻不会急剧增加，液冷散热系统的复杂度不会明显提高，保证了直流道液冷板的简易低成本的优点。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明流道基板的立体结构图

图2为本发明中盖板立体结构图

图3为本发明中流道基板与盖板组装后的装配结构立体图

图中：1.流体进口；2.均流区；3.可调换热区；4.汇流区；5.流体出口；6.盖板基板连接台；7.盖板；8.流道基板。

具体实施方式

以下结合参照附图，通过具体实施方式对本发明进行详细说明：

电力电子设备均温液冷板，如图3所示，其主体结构包括盖板7与流道基板8，流道基板8的窄端两侧开孔，为流体的进出口。

流道基板如图1所示，采用分段阵列式设计，其结构包括流道进口1，均流区2，方条换热区3，汇流区4，流道出口5。流体经流道进口1进入均温液冷板，首先经均流区2分流，使流体均匀且充满冷板流道区域，再经过换热区3与外表面进行换热，经汇流区4汇流后，最终从流道出口5流出。

流道基板8与盖板7(如图3所示)密闭形成流道区域，可在其外表面放置电力电子元件，通过导热的方式对元件进行散热。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式只是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种均温液冷板，其特征在于：该液冷板的主体结构由盖板7与流道基板8组成，流道基板8与盖板7密闭形成流道区域，可在其外表面放置电力电子元件，通过金属导热、液体对流的方式对动力电池、电力电子元件进行散热。

2.根据权利要求1所述的均温液冷板，其流道基板8特征在于，采用沿程换热强度可调的流道结构设计，其结构包括流道进口1，分流区2，可调换热区3，汇流区4，流道出口5。

3.根据权利要求1所述的均温液冷板，流道基板8内的分流区2，起冷却液体均流作用，使流体均匀且充满冷板流道区域，汇流区4起汇流作用，防止流体在流道内产生回流，其结构特征在于但不限于，叉排式或顺排式阵列分布、导流板或扰流柱设计等方式。

4.根据权利要求1所述的均温液冷板，流道基板8内的可调换热区，其结构特征在于但不限于，有不同尺寸和密集度的翅片结构设计，譬如方形直肋、圆柱状肋以及金属凸起等方式，根据流道中的位置按照一定的排列方式阵列式排布，其排列规律为，沿流体流动方向，翅片尺寸可变、排列逐渐加密，冷却液体流速因翅片的结构和布置沿流道方向不断增加、换热面积逐渐增大，因此流道的换热强度沿流动方向逐渐提高。

5.根据权利要求1所述的均温液冷板，其特征在于，优化和简化的冷却液冷板流道结构，解决了液冷板换热的均温性和高效性，同时也降低了热管理系统冷却液体流量、液冷系统的成本。