CN110010996A - 一种高效风冷电池系统及其散热控制方法 - Google Patents
一种高效风冷电池系统及其散热控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110010996A CN110010996A CN201910330486.8A CN201910330486A CN110010996A CN 110010996 A CN110010996 A CN 110010996A CN 201910330486 A CN201910330486 A CN 201910330486A CN 110010996 A CN110010996 A CN 110010996A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heat
- pipe
- air
- lower box
- battery core
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims abstract description 63
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 58
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 17
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 17
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 17
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 4
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- FGRBYDKOBBBPOI-UHFFFAOYSA-N 10,10-dioxo-2-[4-(N-phenylanilino)phenyl]thioxanthen-9-one Chemical compound O=C1c2ccccc2S(=O)(=O)c2ccc(cc12)-c1ccc(cc1)N(c1ccccc1)c1ccccc1 FGRBYDKOBBBPOI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/61—Types of temperature control
- H01M10/613—Cooling or keeping cold
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/61—Types of temperature control
- H01M10/617—Types of temperature control for achieving uniformity or desired distribution of temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/63—Control systems
- H01M10/633—Control systems characterised by algorithms, flow charts, software details or the like
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/653—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by electrically insulating or thermally conductive materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6551—Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6552—Closed pipes transferring heat by thermal conductivity or phase transition, e.g. heat pipes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
- H01M10/6561—Gases
- H01M10/6563—Gases with forced flow, e.g. by blowers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本发明涉及一种高效风冷电池系统及其散热控制方法，在下箱体内自下而上设热管和并列的若干电芯，下箱体顶部配合上箱盖，下箱体底部配合热管设散热风道，散热风道配合设散热风机；下箱体内侧底部设槽，槽内设与热管配合的第一导热结构胶层；相邻电芯间设导热铝片，电芯与导热铝片间设第二导热结构胶层，导热铝片底部连接设于热管上的导热板；构建等效热阻传热模型、已知电芯保护温度、冷却空气温度、电芯发热功率，计算隔栏的个数、厚度、高度，完成散热控制。本发明的热管和风道流向一致，利用风冷的散热能力、热管轴向导热率高的特点，将热量导向温度低的区域，减少流道前后温度差，箱体底部温度场更均匀，最大程度减少电芯温升及电芯间温差。
Description
技术领域
本发明涉及用于直接转变化学能为电能的方法或装置，例如电池组的技术领域，特别涉及一种高效风冷电池系统及其散热控制方法。
背景技术
电池包主要由锂电池组的加工组装，是组合电池的一种，其将电芯、电池保护板、电池连接片、标签纸等零部件通过电池PACK工艺组合加工成型。
电池包在组合的过程中，需要考虑系统机械强度、热管理、BMS匹配等问题，其主要的技术体现在整体结构设计、焊接和加工工艺控制、防护等级、主动热管理系统等。使用过程中，电池包内的温度对电池电芯的性能、寿命及可靠性都有很大影响，因此，将电池包内的温度控制在合理的范围内尤为重要。国内目前的电池包大多采用风冷散热，结构简单，成本更低，也更符合客户的常规需求。然而，现有技术中，电池包采用风冷散热的途径时，明显存在散热能力不足、温升较高、温差较大的缺点，这导致用户不得不选用其他成本更高的散热途径取代或辅助风冷撒热，同时也增加了电池包的重量和结构复杂度。
发明内容
本发明解决了现有技术中，电池包采用风冷散热的途径时，明显存在散热能力不足、温升较高、温差较大的缺点，这导致用户不得不选用其他成本更高的散热途径取代或辅助风冷撒热，同时也增加了电池包的重量和结构复杂度的问题，提供了一种优化的高效风冷电池系统及其散热控制方法。
本发明所采用的技术方案是，一种高效风冷电池系统，包括下箱体，所述下箱体内自下而上设有热管和并列设置的若干电芯，所述下箱体顶部配合设有上箱盖，所述下箱体底部配合所述热管设有散热风道，所述散热风道配合设有散热风机；所述下箱体的内侧底部设有槽，所述槽内设有第一导热结构胶层，所述第一导热结构胶层与热管配合设置；相邻的所述电芯间设有导热铝片，任一电芯与对应的导热铝片间设有第二导热结构胶层，任一导热铝片的底部与导热板连接，所述导热板设于热管上。
优选地，所述热管包括若干并列设置的输入管，任一所述输入管的末端通过过渡管连接有与输入管平行的输出管，任一所述输出管与对应的电芯配合设置。
优选地，所述若干并列设置的输入管的设置密度大于输出管间的设置密度。
优选地，散热风道包括对应所述若干并列的输入管和过渡管设置的主入风通道，所述主入风通道的末端配合所述输出管设有主出风通道；所述散热风道内沿散热方向设有若干隔栏，任一所述隔栏两侧的子入风通道对应输入管和过渡管设置，任一所述隔栏两侧的子出风通道对应输出管设置。
优选地，所述主入风通道为喇叭形通道；所述主出风通道的出风口口径大于等于主出风通道的入风口口径。
优选地，所述热管包括贯穿下箱体底部两端的2个主输入管，所述2个主输入管两侧并列设有若干子输入管，主输入管和子输入管的输入端齐平，所述若干子输入管的长度由主输入管向两侧逐渐减小，任一所述子输入管的末端朝向对应的下箱体侧部连接有输出管。
优选地，所述子输入管和对应的输出管垂直设置。
优选地，散热风道包括对应主输入管和子输入管的输入端设置的入风通道，所述入风通道相对侧的下箱体底部设有第一导流板，所述入风通道的末端两侧分别设有第二导流板；所述散热风道内朝向下箱体底部的两侧设有若干隔栏，任一所述隔栏两侧的出风通道对应输出管设置。
优选地，所有所述出风通道的出风口口径之和大于等于出风通道的入风口口径。
一种采用所述的高效风冷电池系统的散热控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：以电芯至第二导热结构胶层为第一传热路径、以第二导热结构胶层通过导热铝片至导热板为第二传热路径、以导热板至热管为第三传热路径、以热管至第一导热结构胶层为第四传热路径，以第一导热结构胶层至下箱体为第五传热路径，第一传热路径、第二传热路径、第三传热路、第四传热路径和第五传热路径的传热量分别为q1、q2、q3、q4和q5；
步骤2：构建等效热阻传热模型，得到导热板的等效热阻模型热管的等效热阻模型第二导热结构胶层的等效热阻模型第一导热结构胶层的等效热阻模型及下箱体底板的等效热阻模型其中，δplate、λpalte及Splate分别为导热板的厚度、导热率及导热面积，δpipe、λpipe及Spipe分别为热管的厚度、导热率及传热面积，δglue1、λglue1及Sglue1分别为第一导热结构胶层的厚度、导热率及传热面积，δglue2、λglue2及Sglue2分别为第二导热结构胶层的厚度、导热率及传热面积，δbox、λbox及Sbox分别为下箱体的底板的厚度、导热率及传热面积；
步骤3：令电芯的保护温度为T1，达到热平衡时下箱体外表面的温度为T2，，则电芯从保护温度起至热平衡温度的等效热阻模型的传热路径的传热量
步骤4：令通过下箱体的散热风道散出的热量 其中，h为风道的对流换热系数，S1为下箱体底面总面积S1＝l×w，l、w分别为下箱体底面积的长和宽，S2为用于分隔散热风道的隔栏的截面积，S2＝a×w，a为隔栏的厚度，n为隔栏的个数，P为每个隔栏的截面周长，P＝2×(a+w)，ΔT＝Tf-T2，Tf为通过散热风道灌入的冷却空气的温度，H为隔栏的高度；
步骤5：通过设定Rplate、Rpipe、Rglue1、Rglue2及Rbox，并已知电芯保护温度T1和冷却空气温度Tf、电芯发热功率q0，根据能量守恒q7＝q6＝q5＝q4＝q3＝q2＝q1＝q0联立方程组，在同时满足mH＜2的情况下，计算得到风道中隔栏的个数n、厚度a、高度H；
步骤6：设置风道及对应的隔栏，完成散热控制。
本发明提供了一种优化的高效风冷电池系统及其散热控制方法，通过在下箱体和上箱盖内的空间中自下而上设置热管和并列设置的若干电芯，在下箱体底部配合热管设置散热风道，以散热风道配合散热风机，并以第一导热结构胶层和第二导热结构胶层完成传热路径的串联，使得散热风道和热管可以共同完成散热工作。
本发明中，热管和风道的流向一致，能有效利用风冷的散热能力，充分利用热管轴向导热率高的特点，将温度较高区域的热量导向温度低的区域，减少流道前后的温度差，使箱体底部的温度场更加均匀，从而最大程度减少电芯的温升及电芯间的温差。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的爆炸图结构示意图；
图3为本发明中下箱体与电芯、热管及风道配合的结构示意图；
图4为本发明中下箱体与电芯、热管配合的俯视图结构示意图；
图5为本发明中下箱体的结构示意图；
图6为本发明中导热铝片和导热板配合的结构示意图；
图7为本发明的实施例1的热管设置结构示意图；
图8为本发明的实施例1的风道设置结构示意图；
图9为本发明的实施例2的热管设置结构示意图；
图10为本发明的实施例2的风道设置结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明涉及一种高效风冷的电池包，包括下箱体1，所述下箱体1内自下而上设有热管2和并列设置的若干电芯3，所述下箱体1顶部配合设有上箱盖4，所述下箱体1底部配合所述热管2设有散热风道5，所述散热风道5配合设有散热风机6；所述下箱体1的内侧底部设有槽7，所述槽7内设有第一导热结构胶层，所述第一导热结构胶层与热管2配合设置；相邻的所述电芯3间设有导热铝片8，任一电芯3与对应的导热铝片8间设有第二导热结构胶层，任一导热铝片8的底部与导热板9连接，所述导热板9设于热管2上。
本发明中，电池包包括若干并列的电芯3和设置在电芯3外侧的箱体，箱体主要设置为下箱体1和设置在其上的上箱盖4；电池包配合电芯3和箱体设置有散热机构。
本发明中，散热机构主要包括设置在电芯3底部的热管2，一般情况下，热管2与液冷单元配合、用于冷却液的导入，同时，下箱体1的底部与热管2配合铺设有散热风道5，通过散热风机6的鼓风，将热量从箱体外侧配合热管2往外输送。
本发明中，热管2和散热风道5的布置大方向一致，有效地利用风冷的散热能力——风道5进口处的流通面积小，空气流速最大，散热能力最强，温度最低，而风道5后半部分，因为流通面积变大加上风道5的流动阻力，空气流速下降，此处换热能力较差，温度较高——故此结构可以充分利用热管2轴向导热率高的特点，将温度较高区域的热量导向温度低的区域，减少流道前后的温度差，使下箱体1底部的温度场更加均匀。
本发明中，为了保证电芯3的正常工作、不发生热失控，故配合热管2的铺设的散热方向、散热风机6鼓风的散热风道5的散热方向，热管2和散热风道5的散热方向与电芯3的排布方向垂直。
本发明中，在热管2和下箱体1间设置第一导热结构胶层，为了保证设置的便利性及适配性，在下箱体1的内侧底部设置用于铺设第一导热结构胶层的槽7。
本发明中，相邻的电芯3间设置导热铝片8，通过穿插在电芯3间的导热铝片8与热管2配合，导热铝片8将热量导向导热板9，导热板9一方面将热量传送至热管2进行散热，一方面以第二导热结构胶层、导热铝片8与电芯3对接，增加整体结构的完整性，增加电芯3的换热面积，从而最大程度减少电芯3的温升及电芯3间的温差。
本发明中，关于热管2和散热风道5的配合设置至少包括2种实施方案，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
所述热管2包括若干并列设置的输入管10，任一所述输入管10的末端通过过渡管11连接有与输入管10平行的输出管12，任一所述输出管12与对应的电芯3配合设置。
所述若干并列设置的输入管10的设置密度大于输出管12间的设置密度。
散热风道5包括对应所述若干并列的输入管10和过渡管11设置的主入风通道13，所述主入风通道13的末端配合所述输出管12设有主出风通道14；所述散热风道5内沿散热方向设有若干隔栏15，任一所述隔栏15两侧的子入风通道对应输入管10和过渡管11设置，任一所述隔栏15两侧的子出风通道对应输出管12设置。
所述主入风通道13为喇叭形通道；所述主出风通道14的出风口口径大于等于主出风通道14的入风口口径。
本实施例中，热管2整体造型为进入端和输出端相对设置，即在整体散热途径中为直线散热；散热风道5与其对应。
本实施例中，为了降低设置成本，一般情况下，进入端的输入管10设置密度大，即冷却液同时通入，而电芯3的排布方向与输入管10垂直，为了保证所有电芯3的热量都能被带走，故采用过渡管11将输入管10的末端散开，以输出管12与过渡管11连接，所有输出管12与所有电芯3对应而使得热管2经过所有电芯3底部。
本实施例中，散热风道5与热管2对应设置，即主入风通道13与输入管10和过渡管11整体对应、主出风通道14与输出管12整体对应，当然，过渡管11作为过渡件，主入风通道13或主出风通道14的对应关系中包括过渡管11均在本发明的保护范围内。
本实施例中，为了保证整体的散热效果，将散热风道5内沿散热方向通过若干隔栏15隔开为多个子通道，具体来说，子入风通道对应输入管10和过渡管11的整体、子出风通道对应输出管12。
本实施例中，由于过渡管11的存在，故主入风通道13整体为喇叭形通道。
本实施例中，同样由于过渡管11的存在，为了保证中轴部分的散热完整，可以将位于中心的2个输入管10直接贯穿下箱体1的底部，如图7所示的中心2个输入管10，事实上，此时输入管10、过渡管11和输出管12呈直线设置。
本实施例中，为了保证散热的顺利，主出风通道14的出风口口径大于等于主出风通道14的入风口口径。
实施例2
所述热管2包括贯穿下箱体1底部两端的2个主输入管16，所述2个主输入管16两侧并列设有若干子输入管17，主输入管16和子输入管17的输入端齐平，所述若干子输入管17的长度由主输入管16向两侧逐渐减小，任一所述子输入管17的末端朝向对应的下箱体1侧部连接有输出管18。
所述子输入管17和对应的输出管18垂直设置。
散热风道5包括对应主输入管16和子输入管17的输入端设置的入风通道19，所述入风通道19相对侧的下箱体1底部设有第一导流板20，所述入风通道19的末端两侧分别设有第二导流板21；所述散热风道5内朝向下箱体1底部的两侧设有若干隔栏15，任一所述隔栏15两侧的出风通道22对应输出管18设置。
所有所述出风通道22的出风口口径之和大于等于出风通道22的入风口口径。
本实施例中，热管2整体造型为进入端和输出端非相对设置，而是通过进入端的两侧进行输出，在整体散热途径中为折线散热，散热风道5与其对应；这种结构中，出风口口径较实施例1更大，散热路径更长，适用于散热需求更大的电池包产品。
本实施例中，2个主输入管16贯穿下箱体1底部，即整体将热量往后、往外输送，子输入管17为了连接输出管18，故其长度由主输入管16向两侧逐渐减小；为了降低设置成本，一般情况下，主输入管16和子输入管17的输入端齐平且设置密度大，即冷却液同时通入，而电芯3的排布方向与主输入管16及子输入管17垂直，为了保证所有电芯3的热量都能被带走，故在每个长度不一的子输出管17的末端设置输出管18，输出管18朝向对应侧的箱体侧部伸出，与电芯3的设置方向对应，使得热管2经过所有电芯3底部。
本实施例中，为了便于以标准件的形式设置热管2，故子输入管17和对应的输出管18垂直设置。
本实施例中，散热风道5与热管2对应设置，即入风通道19与主输入管16和子输入管17的输入端对应、各个出风通道22与各个输出管18整体对应。
本实施例中，由于输出管18均朝向箱体两侧设置，则散热风道5也呈L型出风，故以入风通道19相对侧的第一导流板20和入风通道19的末端两侧的第二导流板21进行挡风和导流，即散热用的风从箱体两侧散出。
本实施例中，为了保证整体的散热效果，在散热风道5内沿散热方向设置若干隔栏15，任一隔栏15两侧的出风通道22对应输出管18设置。
本实施例中，为了保证散热的顺利，出风通道22的出风口口径大于等于出风通道22的入风口口径。
本发明还涉及一种采用所述的高效风冷电池系统的散热控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：以电芯3至第二导热结构胶层为第一传热路径、以第二导热结构胶层通过导热铝片8至导热板9为第二传热路径、以导热板9至热管2为第三传热路径、以热管2至第一导热结构胶层为第四传热路径，以第一导热结构胶层至下箱体1为第五传热路径，第一传热路径、第二传热路径、第三传热路、第四传热路径和第五传热路径的传热量分别为q1、q2、q3、q4和q5；
步骤2：构建等效热阻传热模型，得到导热板9的等效热阻模型热管2的等效热阻模型第二导热结构胶层的等效热阻模型第一导热结构胶层的等效热阻模型及下箱体1底板的等效热阻模型其中，δplate、λpalte及Splate分别为导热板9的厚度、导热率及导热面积，δpipe、λpipe及Spipe分别为热管2的厚度、导热率及传热面积，δglue1、λglue1及Sglue1分别为第一导热结构胶层的厚度、导热率及传热面积，δglue2、λglue2及Sglue2分别为第二导热结构胶层的厚度、导热率及传热面积，δbox、λbox及Sbox分别为下箱体1的底板的厚度、导热率及传热面积；
步骤3：令电芯3的保护温度为T1，达到热平衡时下箱体1外表面的温度为T2，，则电芯3从保护温度起至热平衡温度的等效热阻模型的传热路径的传热量
步骤4：令通过下箱体1的散热风道5散出的热量 其中，h为风道5的对流换热系数，S1为下箱体1底面总面积S1＝l×w，l、w分别为下箱体1底面积的长和宽，S2为用于分隔散热风道5的隔栏15的截面积，S2＝a×w，a为隔栏15的厚度，n为隔栏15的个数，P为每个隔栏15的截面周长，P＝2×(a+w)，ΔT＝Tf-T2，Tf为通过散热风道5灌入的冷却空气的温度，H为隔栏15的高度；
步骤5：通过设定Rplate、Rpipe、Rglue1、Rglue2及Rbox，并已知电芯3保护温度T1和冷却空气温度Tf、电芯发热功率q0，根据能量守恒q7＝q6＝q5＝q4＝q3＝q2＝q1＝q0联立方程组，在同时满足mH＜2的情况下，计算得到风道5中隔栏15的个数n、厚度a、高度H；
步骤6：设置风道5及对应的隔栏15，完成散热控制。
本发明中，第一传热路径，第二传热路径、第三传热路径、第四传热路径和第五传热路径顺次串联。
本发明中，步骤2中的等效热阻传热模型未涉及导热铝片8，这是由于导热铝片8很薄，故导热率很大，其热阻一般情况下可以被忽略。
本发明中，隔栏15的高度和间距等参数不宜过大，一般要求mH＜2，以防止风道5风阻过大。
本发明中，可以进一步通过限制风道5进口处的扩张角大小，对风道5中隔栏15的设置进行进一步限定，保证散热效率。
本发明通过在下箱体1和上箱盖4内的空间中自下而上设置热管2和并列设置的若干电芯3，在下箱体1底部配合热管2设置散热风道5，以散热风道5配合散热风机6，并以第一导热结构胶层和第二导热结构胶层完成传热路径的串联，使得散热风道5和热管2可以共同完成散热工作。
本发明中，热管2和风道5的流向一致，能有效利用风冷的散热能力，充分利用热管2轴向导热率高的特点，将温度较高区域的热量导向温度低的区域，减少流道前后的温度差，使箱体底部的温度场更加均匀，从而最大程度减少电芯3的温升及电芯3间的温差。
Claims (10)
1.一种高效风冷电池系统，包括下箱体，所述下箱体内自下而上设有热管和并列设置的若干电芯，所述下箱体顶部配合设有上箱盖，其特征在于：所述下箱体底部配合所述热管设有散热风道，所述散热风道配合设有散热风机；所述下箱体的内侧底部设有槽，所述槽内设有第一导热结构胶层，所述第一导热结构胶层与热管配合设置；相邻的所述电芯间设有导热铝片，任一电芯与对应的导热铝片间设有第二导热结构胶层，任一导热铝片的底部与导热板连接，所述导热板设于热管上。
2.根据权利要求1所述的一种高效风冷电池系统，其特征在于：所述热管包括若干并列设置的输入管，任一所述输入管的末端通过过渡管连接有与输入管平行的输出管，任一所述输出管与对应的电芯配合设置。
3.根据权利要求2所述的一种高效风冷电池系统，其特征在于：所述若干并列设置的输入管的设置密度大于输出管间的设置密度。
4.根据权利要求2所述的一种高效风冷电池系统，其特征在于：散热风道包括对应所述若干并列的输入管和过渡管设置的主入风通道，所述主入风通道的末端配合所述输出管设有主出风通道；所述散热风道内沿散热方向设有若干隔栏，任一所述隔栏两侧的子入风通道对应输入管和过渡管设置，任一所述隔栏两侧的子出风通道对应输出管设置。
5.根据权利要求4所述的一种高效风冷电池系统，其特征在于：所述主入风通道为喇叭形通道；所述主出风通道的出风口口径大于等于主出风通道的入风口口径。
6.根据权利要求1所述的一种高效风冷电池系统，其特征在于：所述热管包括贯穿下箱体底部两端的2个主输入管，所述2个主输入管两侧并列设有若干子输入管，主输入管和子输入管的输入端齐平，所述若干子输入管的长度由主输入管向两侧逐渐减小，任一所述子输入管的末端朝向对应的下箱体侧部连接有输出管。
7.根据权利要求6所述的一种高效风冷电池系统，其特征在于：所述子输入管和对应的输出管垂直设置。
8.根据权利要求6所述的一种高效风冷电池系统，其特征在于：散热风道包括对应主输入管和子输入管的输入端设置的入风通道，所述入风通道相对侧的下箱体底部设有第一导流板，所述入风通道的末端两侧分别设有第二导流板；所述散热风道内朝向下箱体底部的两侧设有若干隔栏，任一所述隔栏两侧的出风通道对应输出管设置。
9.根据权利要求6所述的一种高效风冷电池系统，其特征在于：所有所述出风通道的出风口口径之和大于等于出风通道的入风口口径。
10.一种采用权利要求1～9之一所述的高效风冷电池系统的散热控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：以电芯至第二导热结构胶层为第一传热路径、以第二导热结构胶层通过导热铝片至导热板为第二传热路径、以导热板至热管为第三传热路径、以热管至第一导热结构胶层为第四传热路径，以第一导热结构胶层至下箱体为第五传热路径，第一传热路径、第二传热路径、第三传热路、第四传热路径和第五传热路径的传热量分别为q1、q2、q3、q4和q5；
步骤2：构建等效热阻传热模型，得到导热板的等效热阻模型热管的等效热阻模型第二导热结构胶层的等效热阻模型第一导热结构胶层的等效热阻模型及下箱体底板的等效热阻模型其中，δplate、λpalte及Splate分别为导热板的厚度、导热率及导热面积，δpipe、λpipe及Spipe分别为热管的厚度、导热率及传热面积，δglue1、λglue1及Sglue1分别为第一导热结构胶层的厚度、导热率及传热面积，δglue2、λglue2及Sglue2分别为第二导热结构胶层的厚度、导热率及传热面积，δbox、λbox及Sbox分别为下箱体的底板的厚度、导热率及传热面积；
步骤3：令电芯的保护温度为T1，达到热平衡时下箱体外表面的温度为T2，,则电芯从保护温度起至热平衡温度的等效热阻模型的传热路径的传热量
步骤4：令通过下箱体的散热风道散出的热量 其中，h为风道的对流换热系数，S1为下箱体底面总面积S1＝@×w，@、w分别为下箱体底面积的长和宽，S2为用于分隔散热风道的隔栏的截面积，S2＝a×w，a为隔栏的厚度，n为隔栏的个数，P为每个隔栏的截面周长，P＝2×(a+w)，ΔT＝Tf-T2，Tf为通过散热风道灌入的冷却空气的温度，H为隔栏的高度；
步骤5：通过设定Rplate、Rpipe、Rglue1、Rglue2及Rbox，并已知电芯保护温度T1和冷却空气温度Tf、电芯发热功率q0，根据能量守恒q7＝q6＝q5＝q4＝q3＝q2＝q1＝q0联立方程组，在同时满足mH<2的情况下，计算得到风道中隔栏的个数n、厚度a、高度H；
步骤6：设置风道及对应的隔栏，完成散热控制。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910330486.8A CN110010996B (zh) | 2019-04-23 | 2019-04-23 | 一种高效风冷电池系统及其散热控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910330486.8A CN110010996B (zh) | 2019-04-23 | 2019-04-23 | 一种高效风冷电池系统及其散热控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110010996A true CN110010996A (zh) | 2019-07-12 |
| CN110010996B CN110010996B (zh) | 2024-03-26 |
Family
ID=67173891
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910330486.8A Active CN110010996B (zh) | 2019-04-23 | 2019-04-23 | 一种高效风冷电池系统及其散热控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110010996B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113364027A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-09-07 | 华为技术有限公司 | 储能模组、储能装置及发电系统 |
| CN113851755A (zh) * | 2021-09-18 | 2021-12-28 | 东软睿驰汽车技术（沈阳）有限公司 | 电池包导热垫系数的确定方法、装置和电子设备 |
| CN113873854A (zh) * | 2021-10-18 | 2021-12-31 | 西安微电子技术研究所 | 一种石墨烯复合散热冷板及制备方法及6u插板模块 |
| US11799148B2 (en) * | 2019-07-23 | 2023-10-24 | Sk On Co., Ltd. | Battery module |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090061299A1 (en) * | 2007-08-27 | 2009-03-05 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Battery assembly |
| JP3168842U (ja) * | 2011-04-19 | 2011-06-30 | 奇▲こう▼科技股▲ふん▼有限公司 | 放熱モジュール構造 |
| KR20130052487A (ko) * | 2011-11-11 | 2013-05-22 | 티티엠주식회사 | 하이브리드 방열쿨러 |
| CN205543155U (zh) * | 2016-04-25 | 2016-08-31 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种电池包散热系统 |
| CN106159379A (zh) * | 2016-08-31 | 2016-11-23 | 杭州捷能科技有限公司 | 一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置及模式选择方法 |
| CN108428965A (zh) * | 2018-03-09 | 2018-08-21 | 欣旺达电子股份有限公司 | 电池组装置 |
| CN108987641A (zh) * | 2018-07-26 | 2018-12-11 | 珠海格力电器股份有限公司 | 电池箱和车辆 |
| CN210200909U (zh) * | 2019-04-23 | 2020-03-27 | 杭州捷能科技有限公司 | 一种高效风冷电池系统 |
-
2019
- 2019-04-23 CN CN201910330486.8A patent/CN110010996B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090061299A1 (en) * | 2007-08-27 | 2009-03-05 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Battery assembly |
| JP3168842U (ja) * | 2011-04-19 | 2011-06-30 | 奇▲こう▼科技股▲ふん▼有限公司 | 放熱モジュール構造 |
| KR20130052487A (ko) * | 2011-11-11 | 2013-05-22 | 티티엠주식회사 | 하이브리드 방열쿨러 |
| CN205543155U (zh) * | 2016-04-25 | 2016-08-31 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种电池包散热系统 |
| CN106159379A (zh) * | 2016-08-31 | 2016-11-23 | 杭州捷能科技有限公司 | 一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置及模式选择方法 |
| CN108428965A (zh) * | 2018-03-09 | 2018-08-21 | 欣旺达电子股份有限公司 | 电池组装置 |
| CN108987641A (zh) * | 2018-07-26 | 2018-12-11 | 珠海格力电器股份有限公司 | 电池箱和车辆 |
| CN210200909U (zh) * | 2019-04-23 | 2020-03-27 | 杭州捷能科技有限公司 | 一种高效风冷电池系统 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11799148B2 (en) * | 2019-07-23 | 2023-10-24 | Sk On Co., Ltd. | Battery module |
| CN113364027A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-09-07 | 华为技术有限公司 | 储能模组、储能装置及发电系统 |
| CN113364027B (zh) * | 2021-05-17 | 2023-10-10 | 华为数字能源技术有限公司 | 储能模组、储能装置及发电系统 |
| CN113851755A (zh) * | 2021-09-18 | 2021-12-28 | 东软睿驰汽车技术（沈阳）有限公司 | 电池包导热垫系数的确定方法、装置和电子设备 |
| CN113851755B (zh) * | 2021-09-18 | 2023-09-22 | 东软睿驰汽车技术（沈阳）有限公司 | 电池包导热垫系数的确定方法、装置和电子设备 |
| CN113873854A (zh) * | 2021-10-18 | 2021-12-31 | 西安微电子技术研究所 | 一种石墨烯复合散热冷板及制备方法及6u插板模块 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110010996B (zh) | 2024-03-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110010996A (zh) | 一种高效风冷电池系统及其散热控制方法 | |
| CN109524741B (zh) | 一种结合制冷片的液冷板、动力电池散热液冷系统及控制方法 | |
| CN109638379A (zh) | 储能模组用逆流式双风道冷却系统 | |
| CN208240664U (zh) | 功率半导体模块及其散热系统 | |
| CN212969350U (zh) | 一种高效恒温驱动电机 | |
| CN106025437B (zh) | 一种柱状锂离子电池组高效水冷散热装置 | |
| CN210110991U (zh) | 电池换热结构、具有其的供电装置及车辆 | |
| CN207801985U (zh) | 一种高效自动散热的路由器 | |
| TWI775368B (zh) | 液冷頭、液冷頭元件及液冷散熱器 | |
| CN209626372U (zh) | 储能模组用逆流式双风道冷却系统 | |
| CN209857420U (zh) | 半导体制冷设备 | |
| CN201066984Y (zh) | 水冷式散热排及具有该散热排的散热装置 | |
| CN210200909U (zh) | 一种高效风冷电池系统 | |
| CN215578100U (zh) | 一种电压无级补偿型可控配电变压器 | |
| CN109037833B (zh) | 一种节能电动汽车电池散热器 | |
| CN211316120U (zh) | 一体式水冷散热装置 | |
| CN113871151A (zh) | 一种高效散热的变压器用片式散热器 | |
| CN209149236U (zh) | 电路板、计算设备及散热机箱 | |
| CN209297238U (zh) | 散热器及热水器组合结构 | |
| CN206222972U (zh) | 一种散热器 | |
| CN213847412U (zh) | 一种数据中心的循环冷却装置 | |
| CN214800381U (zh) | 一种利用空气对流高效散热的散热器 | |
| CN110211936A (zh) | 一种集成电路水冷液循环散热架构 | |
| CN217822298U (zh) | 一种带有高效冷却装置的高频变压器 | |
| CN216773343U (zh) | 一种高性能电池加工过程中设备散热降温装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |