CN110224197B - 一种动力18650电池直冷板 - Google Patents

一种动力18650电池直冷板 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种动力18650电池直冷板，直冷板作用于由数排动力18650电池组成的电池包，直冷板包括水冷带、冷媒进口、冷媒出口、电子膨胀阀和蒸发压力控制器；水冷带穿插于电池包内相邻排动力18650电池之间，冷媒进口和冷媒出口分别设于水冷带的两端，电子膨胀阀设于冷媒进口处，蒸发压力控制器设于冷媒出口处。本发明的优点在于有效提高了冷却效率，降低了电能能耗，有助于提高动力电池的稳定性和供电续航能力；能通过电子膨胀阀控制冷媒流量，并且和蒸压控制器配合，控制水冷带里的冷媒蒸发压力，使得直冷板的运行稳定性得到保障；另外，能使整个电池包内所有动力18650电池实现均匀散热，避免出现局部温度过高的情况。

Description

一种动力18650电池直冷板
技术领域
本发明涉及汽车电池冷却技术领域，具体涉及一种动力18650电池直冷板。
背景技术
电动汽车使用动力电池作为主要能源，例如最为常见的动力18650电池，随着新能源汽车中纯电动汽车的蓬勃发展，作为其中关键部件的动力电池的热管理逐渐受到越来越多的重视。车辆行驶过程中，动力18650电池放电会伴随会产生大量热量，使得整个电池包的温度迅速升高，若不及时有效处理则会影响电池性能和寿命，严重时甚至引起电池燃烧爆炸等热安全事故。因此，对动力18650电池进行高效的热管理就显得尤为重要。
但是，目前技术中无论是液冷或是风冷，对动力18650电池而言是一种间接冷却，因此造成结构复杂，热交换过程中能力损失大，对动力电池的冷却效果不好，同时也消耗了更多的电量，降低了电动汽车的续航里程；另外，由于电池包内电池较多，容易出现散热不均匀的情况，导致局部电池温度过高，等等这些问题，均亟待解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种动力18650电池直冷板，其能实现对动力18650电池包内电池的直接冷却，冷却效率高。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种动力18650电池直冷板，所述直冷板作用于由数排动力18650电池组成的电池包，所述直冷板包括水冷带、冷媒进口、冷媒出口、电子膨胀阀和蒸发压力控制器；所述水冷带穿插于电池包内相邻排动力18650电池之间，用于传输冷媒，所述冷媒进口和冷媒出口分别设于水冷带的两端，所述电子膨胀阀设于冷媒进口处，用于调节冷媒流量，所述蒸发压力控制器设于冷媒出口处，用于控制冷媒出口大小。
进一步改进在于，所述水冷带呈扁平状，水冷带在相邻排动力18650电池之间弯曲排列成若干段圆弧结构，且每段圆弧结构与侧边对应的动力18650电池同心。
进一步改进在于，每排所述动力18650电池的表面贴覆有一条匀温带，每条匀温带为相互独立的空心密封带体，在空心密封带体内部填充有匀温溶液，所述匀温带与水冷带之间的空隙处填有硅胶垫。
进一步改进在于，每排所述动力18650电池的表面贴覆有一条匀温带，相邻排动力18650电池上的两条匀温带两端相互接通，形成环形空心带体，在环形空心带体内部填充有匀温溶液，且在环形空心带体的其中一端头设有用于驱动匀温溶液环向流动的软管泵，所述匀温带与水冷带之间的空隙处填有硅胶垫。
进一步改进在于，所述匀温溶液选用掺杂有金属纳米粒子或金属氧化物纳米粒子的水溶液，且掺杂体积浓度为5～15％。
进一步改进在于，所述金属纳米粒子为铜纳米粒子或铝纳米粒子，所述金属氧化物纳米粒子为氧化铜纳米粒子或氧化铝纳米粒子。
进一步改进在于，所述匀温带在每个动力18650电池处一分为二将整个动力18650电池圆周侧边均包裹。
进一步改进在于，所述直冷板还包括设于电池包内的温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和压力传感器均与蒸发压力控制器电连接。
本发明的有益效果在于：有效提高了冷却效率，降低了电能能耗，有助于提高动力电池的稳定性和供电续航能力；能通过电子膨胀阀控制冷媒流量，并且和蒸压控制器配合，控制水冷带里的冷媒蒸发压力，使得直冷板的运行稳定性得到保障；另外，能使整个电池包内所有动力18650电池实现均匀散热，避免出现局部温度过高的情况。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中匀温带的一种实施例结构；
图3为本发明中匀温带的另一种实施例结构；
图中：1、动力18650电池；2、水冷带；3、冷媒进口；4、冷媒出口；5、电子膨胀阀；6、蒸发压力控制器；7、匀温带；8、硅胶垫；9、软管泵。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
结合图1和图2所示，一种动力18650电池直冷板，直冷板作用于由数排动力18650电池1组成的电池包，直冷板包括水冷带2、冷媒进口3、冷媒出口4、电子膨胀阀5和蒸发压力控制器6；水冷带2穿插于电池包内相邻排动力18650电池1之间，用于传输冷媒，冷媒进口3和冷媒出口4分别设于水冷带2的两端，电子膨胀阀5设于冷媒进口3处，用于调节冷媒流量，蒸发压力控制器6设于冷媒出口4处，用于控制冷媒出口4大小。
工作时，上述直冷板与压缩机、冷凝器、蒸发器等组成双蒸发器直接冷却系统(具体连接结构为现有技术，此处不再赘述)。其中，压缩机压缩进入其中的低温低压气态冷媒为高温高压气体状态，然后在压缩机持续不断的压力下被送入冷凝器里变成中温高压液体，液态冷媒经过电子膨胀阀5进入水冷带2内，因电子膨胀阀5的节流降压作用，当压力下降到一定值时，液态冷媒蒸发为气态并吸收周围大量的热量，从而使与之接触的动力18650电池1冷却，以实现电池包内部的制冷效果。
本实施例中，上述水冷带2呈扁平状，水冷带2在相邻排动力18650电池1之间弯曲排列成若干段圆弧结构，且每段圆弧结构与侧边对应的动力18650电池1同心。扁平状水冷带2与侧边对应的动力18650电池1同心，最大限度的将两者之间的距离稳定在较小值，有助于提升热传导效率以及热传导的均匀性。
本实施例中，上述每排动力18650电池1的表面贴覆有一条匀温带7，匀温带7同样为扁平状，且宽度与动力18650电池1宽度相同。每条匀温带7为相互独立的空心密封带体，在空心密封带体内部填充有匀温溶液，匀温带7与水冷带2之间的空隙处填有硅胶垫8。
本实施例中，上述匀温溶液选用掺杂有金属纳米粒子或金属氧化物纳米粒子的水溶液，且掺杂体积浓度为5～15％，最优为8～10％，此掺杂浓度既不会影响匀温溶液的流动，还能保持纳米粒子的均匀分散，悬浮稳定性较高。其中，金属纳米粒子为铜纳米粒子或铝纳米粒子，金属氧化物纳米粒子为氧化铜纳米粒子或氧化铝纳米粒子。例如，采用气相沉积法制备掺杂了8％氧化铜纳米粒子的水溶液作为匀温溶液，检测表明其热传导效率相对于纯水溶液提升了75％左右，将该匀温溶液填充到匀温带7内，车辆在行驶过程中，该匀温溶液能在匀温带7内部晃动，从而实现各个动力18650电池1之间的相互热传导，实现温度的内部均衡调节，然后再通过硅胶垫8将热量传导给水冷带2内的冷媒，冷媒将热量带走。
本实施例中，上述匀温带7在每个动力18650电池1处一分为二将整个动力18650电池1圆周侧边均包裹，匀温带7与每个动力18650电池1均充分接触，增加热传导效率。
本实施例中，上述直冷板还包括设于电池包内的温度传感器(图中未示出)和压力传感器(图中未示出)，温度传感器和压力传感器均与蒸发压力控制器6电连接，用于获取电池包内的蒸发压力及实时温度数据。
实施例2
结合图1和图3所示，一种动力18650电池直冷板，其和实施例结构基本相同，唯一区别在于：每排动力18650电池1的表面贴覆有一条匀温带7，相邻排动力18650电池1上的两条匀温带7两端相互接通，形成环形空心带体，在环形空心带体内部填充有匀温溶液，且在环形空心带体的其中一端头设有用于驱动匀温溶液环向流动的软管泵9，匀温带7与水冷带2之间的空隙处填有硅胶垫8。此实施例是针对动力18650电池1数量较多的电池包，且对电池恒温散热性能要求较高的电动车辆，其增设的软管泵9能主动的让匀温溶液在匀温带7内循环，提高匀温效果。
为了验证增设匀温带7的作用，设置对照组进行对比实验。对照组1采用同样的水冷带2结构，而没有设置匀温带7，水冷带2与各个动力18650电池1之间直接用硅胶垫8填充；对照组2采用同样的水冷带2结构，也设置了匀温带7，但是匀温带7内注满的是普通水溶液。将对照组1和2与上述实施例1和实施例2进行同样的电池供电运行测试，运行一段时间后检测不同位置动力电池的温度数据，结果制成下表：
A点温度值 B点温度值 C点温度值 D点温度值 E点温度值
实施例1 35.7℃ 35.9℃ 36.4℃ 36.9℃ 37.2℃
实施例2 34.5℃ 34.6℃ 34.6℃ 34.7℃ 35.0℃
对照组1 39.1℃ 41.6℃ 43.7℃ 44.6℃ 45.8℃
对照组2 37.4℃ 38.2℃ 38.9℃ 39.3℃ 40.5℃
从上表可以看出，实施例1、实施例2以及对照组1和对照组2这四组温度数据，从A点到E点均有不同的上涨趋势，其原因在于这些设置的检测点逐渐远离冷媒进口。其中，实施例1的最大温差为1.5℃，实施例2的最大温差为0.5℃，而对照组1的最大温差达到了6.7℃，由此可见，由于增设了匀温带7，本发明能实现所有电池的散热均匀，有效避免由于冷媒逐渐变热而导致的尾部电池温度过高现象。另外，对照组2的最大温差也达到了3.1℃，说明采用本发明介绍的掺杂有金属纳米粒子或金属氧化物纳米粒子的水溶液作为匀温溶液，能提高热传导效率，从而进一步提高匀温效果。
另外，从上述数据还能发现，实施例1的平均温度为36.42℃，实施例2的平均温度为34.68℃，对照组1的平均温度为42.96℃。由此可见，本发明增设了匀温带7，还能整体提高散热制冷效果。分析其原因在于，匀温带7使远离冷媒进口的尾端电池热量可以传递到头端电池，这样可以使所有电池表面的温度始终保持在一个高于冷媒温度的数值，所有电池与冷媒的温差稳定在一个合适的值，所以整个水冷带2两侧每个接触位置均会不断进行有效的热传导；而对照组1不设置匀温带7，会出现水冷带2前端电池与冷媒温差较大，而尾端电池与冷媒的温差几乎可忽略不计，这导致前端热交换效率提升不明显，而后端几乎不发生热交换，最终导致整体换热效率降低，冷媒带走的热量减少。同样，对照组2的平均温度达到了38.86℃，高于实施例1和2，说明采用本发明介绍的掺杂有金属纳米粒子或金属氧化物纳米粒子的水溶液作为匀温溶液，提高了热传导效率，能提高对电池的冷却效果。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种动力18650电池直冷板，所述直冷板作用于由数排动力18650电池(1)组成的电池包，其特征在于：所述直冷板包括水冷带(2)、冷媒进口(3)、冷媒出口(4)、电子膨胀阀(5)和蒸发压力控制器(6)；所述水冷带(2)穿插于电池包内相邻排动力18650电池(1)之间，用于传输冷媒，所述冷媒进口(3)和冷媒出口(4)分别设于水冷带(2)的两端，所述电子膨胀阀(5)设于冷媒进口(3)处，用于调节冷媒流量，所述蒸发压力控制器(6)设于冷媒出口(4)处，用于控制冷媒出口(4)大小；
每排所述动力18650电池(1)的表面贴覆有一条匀温带(7)，相邻排动力18650电池(1)上的两条匀温带(7)两端相互接通，形成环形空心带体，在环形空心带体内部填充有匀温溶液，且在环形空心带体的其中一端头设有用于驱动匀温溶液环向流动的软管泵(9)，所述匀温带(7)与水冷带(2)之间的空隙处填有硅胶垫(8)。
2.根据权利要求1所述的一种动力18650电池直冷板，其特征在于：所述水冷带(2)呈扁平状，水冷带(2)在相邻排动力18650电池(1)之间弯曲排列成若干段圆弧结构，且每段圆弧结构与侧边对应的动力18650电池(1)同心。
3.根据权利要求1所述的一种动力18650电池直冷板，其特征在于：所述匀温溶液选用掺杂有金属纳米粒子或金属氧化物纳米粒子的水溶液，且掺杂体积浓度为5～15％。
4.根据权利要求3所述的一种动力18650电池直冷板，其特征在于：所述金属纳米粒子为铜纳米粒子或铝纳米粒子，所述金属氧化物纳米粒子为氧化铜纳米粒子或氧化铝纳米粒子。
5.根据权利要求1所述的一种动力18650电池直冷板，其特征在于：所述匀温带(7)在每个动力18650电池(1)处一分为二将整个动力18650电池(1)圆周侧边均包裹。
6.根据权利要求1所述的一种动力18650电池直冷板，其特征在于：所述直冷板还包括设于电池包内的温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和压力传感器均与蒸发压力控制器(6)电连接。
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