CN110247133B - 一种动力电池模组用冷却板及液冷循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力电池模组用冷却板及液冷循环系统，所述冷却板包括具有冷却液流道的冷却板基体、前侧端板、后侧端板、进液管口、出液管口、隔板和扰流块；隔板沿冷却板基体的长度方向设置在冷却板基体上，将冷却液流道分为可互通的进液流道区和出液流道区；在进液流道区和所述出液流道区内分别以阵列方式排布有若干个扰流块，将冷却液流道分为若干主流道和若干次流道；进液管口和出液管口均设置在前侧端板上，分别用于冷却液流道内的冷却液的流入及流出；前侧端板和后侧端板分别与冷却板基体的两端密封连接。本发明提高了动力电池模组与冷却液的对流换热系数，冷却效果较好。

Description

一种动力电池模组用冷却板及液冷循环系统

技术领域

本发明涉及动力电池散热领域，特别涉及一种动力电池模组用冷却板及液冷循环系统。

背景技术

动力电池作为电动汽车的主要动力来源，现已得到了快速应用和发展。而动力电池整体性能受温度影响显著，高温时，电池活性物质增强，可能发生不可逆的化学反应，引起热失控进而导致车辆起火爆炸，温差大时，又会形成局部热区，高温处过快衰减，导致电池循环寿命降低。因此，有效控制电池温度进行合理换热是电池热管理系统设计的主要关注点。

目前主要采用空气、液体或相变材料进行动力电池热管理系统设计。其中，空冷结构制造成本最低和能在电池产生有害气体时进行有效通风，但受限于空气低导热率，尤其在高温环境或电池高电流放电工况下，风冷系统无法满足电池系统热管理需求，而采用相变材料设计的散热结构复杂和体积增大，不能满足电池包结构紧凑的设计要求，因此，广泛采用液冷结构进行电池高温散热成为整车热管理结构设计主流，有很大发展潜力。

中国发明专利申请201710717848.X公开了一种内部分流的液冷板，包括板主体和前后堵头，且板主体设置有分流通道，但该结构存在以下缺陷：一是电池模组与液冷板接触面积较小，冷却能力有限；二是该液冷板分流道截面积固定，随着冷却液水温的增加，电池温度均匀性恶化。中国发明专利申请201810687127.3公开了一种电池液冷装置以及电池系统，其有效增强液冷板密封的可靠性，但该装置存在以下缺陷：一是仅适用若干单体电池，无法应用于电池模组进行散热冷却；二是该液冷板结构接触面选择的是方形电池大面，因而不满足电池包热管理结构紧凑化的工程需求。

综上所述，实有必要设计一种动力电池模组用冷却板以克服上述缺陷。

发明内容

为了解决现有技术中冷却板冷却能力不强，对流换热系数低且不适用于动力电池模组的问题，本发明提出一种动力电池模组用冷却板及液冷循环系统。

本发明的技术问题通过下述技术方案予以解决：

一种动力电池模组用冷却板，包括：具有冷却液流道的冷却板基体、前侧端板、后侧端板、进液管口、出液管口、隔板和扰流块；所述隔板沿所述冷却板基体的长度方向设置在所述冷却板基体上，将所述冷却液流道分为可互通的进液流道区和出液流道区；在所述冷却板基体的所述进液流道区和所述出液流道区内分别以阵列方式排布有若干个所述扰流块，若干个所述扰流块将所述冷却液流道分为若干主流道和若干次流道；所述进液管口和出液管口均设置在所述前侧端板上，分别用于冷却液流道内的冷却液的流入及流出；所述前侧端板和所述后侧端板分别与所述冷却板基体的两端密封连接。

优选地，所述扰流块在沿所述冷却板基体的宽度方向上是等间隔分布的；在所述进液流道区内的扰流块和所述出液流道区内的扰流块在所述冷却板基体的宽度方向上，分别都组成扰流密布区和扰流稀疏区，所述扰流密布区的扰流块在所述冷却板基体的宽度方向上的间隔小于所述扰流稀疏区的扰流块在所述冷却板基体的宽度方向上的间隔。

优选地，所述隔板位于所述冷却板基体的中部，将所述冷却液流道对称分为可互通的进液流道区和出液流道区，所述隔板的一端与所述前侧端板连接，另一端的端部距所述后侧端板的最短距离为B，所述扰流稀疏区中离所述后侧端板最近的扰流块距离所述后侧端板的最短距离为A，所述扰流密布区中离所述后侧端板最近的扰流块距离所述后侧端板的最短距离为C，其中，A＜B＜C。

优选地，所述进液流道区内的扰流块和所述出液流道区内的扰流块以所述隔板为对称轴以轴对称方式分布。

优选地，所述前侧端板和所述后侧端板分别与所述冷却板基体的两端采用凹凸结构密封连接，即，在所述冷却板基体的两端设有凹槽，在所述前侧端板和所述后侧端板上均设有与所述凹槽相配合的凸缘，所述凹槽与所述凸缘采用摩擦焊接的方式密封连接。

优选地，所述进液管口和所述出液管口均垂直于所述冷却液流道；所述冷却板上与动力电池模组接触的位置还设有导热垫。

优选地，所述冷却板上还设有防呆结构，所述防呆结构与动力电池模组上相对应的结构相匹配，用于安装所述冷却板时的定位识别。

优选地，所述扰流块的形状为方形和圆形中的至少一种。

优选地，在沿所述冷却板基体的长度方向上，所述扰流块相互等间隔地以若干条平行于所述隔板的长度方向的直线阵列排布，在每一条直线上的两个相邻的扰流块之间的间隙是斜向的；所述斜向的角度为20°～75°。

一种液冷循环系统，包括上述的冷却板，用于存储并向所述冷却板供给冷却液的冷却液箱，用于驱动冷却液流动的泵，和用于将所述冷却板内流出的冷却液进行降温处理并循环至所述冷却液箱的换热器。

本发明的有益效果包括：本发明通过在冷却板基体上设置隔板将冷却液流道分为进液流道区和出液流道区，并在冷却液流道内排布若干扰流块将流道分为若干主流道和若干次流道，提高了动力电池模组与冷却液的对流换热系数，使得动力电池模组工作过程中的最高温度和温差控制在合理范围内，延长动力电池模组的使用寿命，扰流块的设置也增强了冷却板自身的强度，满足热管理效率和温度可控性的需求，具有工程应用价值，尤其适用于对电动汽车的动力电池模组进行散热以控制电池温度，为电动汽车的安全运行提供保障。

附图说明

图1是本发明实施例中冷却板的正视剖面图。

图2是图1的局部放大示意图。

图3是本发明实施例中冷却板的整体结构示意图。

图4是本发明实施例中图2的局部放大示意图。

图5是本发明实施例的冷却板与动力电池模组的装配示意图。

图6是本实施例中图1中的冷却液流道和冷却液流向的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参照以下附图，将描述非限制性和非排他性的实施例，其中相同的附图标记表示相同的部件，除非另外特别说明。

如图1-图6所示，本实施例提出一种动力电池模组用冷却板，包括，具有冷却液流道14(图6中箭头方向示意冷却液的流向)的冷却板基体1、前侧端板2、后侧端板3、进液管口4、出液管口5、隔板11和若干个扰流块12，隔板11沿冷却板基体1的长度方向设置在冷却板基体1上，将冷却液流道分为可互通的进液流道区和出液流道区，在冷却板基体1的进液流道区和出液流道区内分别以阵列方式排布有若干个扰流块12，若干个扰流块12将冷却液流道分为若干主流道和若干次流道；进液管口4和出液管口5均设置在前侧端板2上且优选垂直于冷却液流道，分别用于冷却液流道内的冷却液的流入及流出，将进液管口4与出液管口5设置在同侧，可以节省布置空间，其可以采用标准快插接头或宝塔插头；前侧端板2与后侧端板3分别与冷却板基体1的两端密封连接。

本发明中的主流道是指没有放置扰流块处的原始流道，也即垂直于隔板11长度方向(即冷却板基体1的宽度方向)上的相邻扰流块之间、扰流块12与隔板11之间以及扰流块与冷却板基体1侧壁之间的流道；次流道是指沿隔板11长度方向(也即冷却板基体1的长度方向)上的相邻扰流块之间的狭窄通道。

扰流块12的布置增强了冷却板对冷却液的扰动，延长了冷却液的停留时间，间接增加了动力电池模组9与冷却液的接触面积，提高了对流交换系数，可以实现电池的均匀散热。

在优选的实施方式中，在沿冷却板基体1的长度方向上，扰流块相互等间隔地以若干条平行于隔板的长度方向的直线阵列排布。

在优选的实施方式中，扰流块12在沿冷却板基体1的宽度方向上是等间隔分布的；在进液流道区内的扰流块和在出液流道区内的扰流块在冷却板基体1的宽度方向上，分别都组成扰流密布区121(如图1所示的虚线框圈出的121)和扰流稀疏区122(如图1所示的虚线框圈出的122)，扰流密布区121的扰流块在冷却板基体1的宽度方向上的间隔小于扰流稀疏区122的扰流块在冷却板基体1的宽度方向上的间隔。在将冷却板安装动力电池模组上时，可将扰流密布区121布置在动力电池模组中心区域的正下方，进而增强冷却板与动力电池模组9内散热条件差的中心区域电池的换热能力，使热交换更加均匀彻底，而扰流稀疏区可以布置在动力电池模组的非中心区域的地方。

进一步优选地，进液流道区内的扰流块和出液流道区内的扰流块以隔板11为对称轴以轴对称方式分布，且在进液流道和出液流道的转折区域内并不设置扰流块，该布置方式是基于流体在进液流道和出液流道转折过渡时流体运动的轨迹，可以进一步降低冷却板对流体运动的阻力，同时也进一步使得热交换更均匀。

扰流块12的形状包括但不限于方形(如菱形、正方形、矩形等)和圆形。扰流块12的尺寸、数量和间隔距离等相关结构参数，可以结合动力电池模组9的数量和冷却液流量边界条件等进行针对性开发设计。在优选的实施方式中，扰流块为菱形。

优选地，扰流块12的形状是菱形，在沿冷却板基体1的长度方向上，扰流块相互等间隔地以若干条平行于所述隔板的长度方向的直线阵列排布，在每一条直线上的两个相邻的扰流块之间的间隙是斜向的，斜向的角度优选为20°～75°。换句话说，菱形的扰流块是朝向冷却液的流动方向倾斜布置的，如图1所示，在隔板上方的进液流道区，菱形的扰流块朝左侧(前侧端板2)的方向倾斜，在隔板下方的出液流道区，菱形的扰流块朝右侧(后侧端板3)的方向倾斜。

在优选的实施方式中，隔板11只有一条，且位于冷却板基体1的中部，将冷却液流道14对称分为可互通的进液流道区和出液流道区，隔板11的一端与前侧端板2连接，另一端的端部距后侧端板3的最短距离为B，扰流稀疏区中离后侧端板最近的扰流块距离后侧端板的最短距离为A，扰流密布区中离后侧端板最近的扰流块距离后侧端板的最短距离为C，其中，A＜B＜C(如图2所示)。这样可以避免因相邻流道内液体运动的相互干扰而形成流道死区，进而提高散热能力。

隔板11同时也起到支撑筋的作用，增强了冷却板的强度和刚度，隔板11的形状包括但不限于长条形和波纹形。

为了防止冷却板在运行过程中发生漏液问题，如图3所示，前侧端板2和后侧端板3分别与冷却板基体1的两端采用凹凸结构13密封连接，即，在冷却板基体1的两端设有凹槽131，前侧端板2和后侧端板3上均设有与凹槽131相配合的凸缘132，凹槽131与凸缘132优选采用摩擦焊接的方式密封连接，也可采用其他手段进行密封。

在一些优选实施方式中，冷却板上还设有防呆结构，防呆结构与动力电池模组上相对应的结构相匹配，用于冷却板安装时的定位识别。防呆结构可以设置在前侧端板或后侧端板或冷却板基体上，在如图1-6所示的实施方式中，是在冷却板基体上对应于相邻动力电池模组固定的位置设有防呆结构8，防呆结构可以但不限于半圆形凹槽、突出的斜角或圆角等，便于装配时的特征识别进而安装便捷。

冷却板上还设有若干安装孔位6，便于冷却板在电池箱体上的固定与拆卸。后侧端板3和冷却板基体1上设有若干电池模组固定螺丝孔位7，便于动力电池模组在冷却板上的安装与拆卸。

本发明的冷却板可以应用于电动汽车的两个或以上的动力电池模组，动力电池模组需纵向布置(即沿冷却板的长度方向布置)，本发明的冷却板上的扰流块纵向方向的总长度范围为动力电池模组间纵向方向上的最大距离。例如，图1-6所示的实施方式中，冷却板应用在两个动力电池模组上，从图1的左到右，扰流密布区和扰流稀疏区是交替布置的，即呈稀、密、稀、密、稀的分布，电池模组中心区域的正下方为扰流密布区，其他地方为扰流稀疏区。扰流密布区分布的区域面积，取决于动力电池模组的中心区域面积，可以根据需要进行灵活调整。

应用时，所针对的动力电池模组根据VDA标准设计，利用电池底面进行液冷散热。如图4所示，为了补偿动力电池模组9与冷却板的装配公差，动力电池模组9与冷却板之间还设置有导热垫10，使动力电池模组9与冷却板的接触更加良好，为动力电池模组9的均温散热做出保障。冷却板的制作材料为导热率较高的铝合金或铜等，整体上呈轴对称结构，可以根据电池模组的个数和布置方向，有选择的改变冷却板的相关结构参数，简化冷却板结构开发的复杂程度，布置灵活节省电池箱体内的空间，同时还起到支撑电池模组的作用。

本发明还提供一种液冷循环系统，该液冷循环系统包括上述冷却板，用于存储并向冷却板供给冷却液的冷却液箱，用于驱动冷却液流动的泵，用于将冷却板内流出的冷却液进行降温处理并循环至冷却液箱的换热器。冷却液通过进液管口4流入后充盈整个冷却液流道，从出液管口5流出后进入换热器后再循环至冷却液箱，从而及时将冷却板工作过程中的热量带走，实现均匀散热。

本领域技术人员将认识到，对以上描述做出众多变通是可能的，所以实施例和附图仅是用来描述一个或多个特定实施方式。

尽管已经描述和叙述了被看作本发明的示范实施例，本领域技术人员将会明白，可以对其做出各种改变和替换，而不会脱离本发明的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本发明的教义，而不会脱离在此描述的本发明中心概念。所以，本发明不受限于在此披露的特定实施例，但本发明可能还包括属于本发明范围的所有实施例及其等同物。

Claims (7)

1.一种两个或以上的动力电池模组用冷却板，其特征在于，包括：具有冷却液流道(14)的冷却板基体(1)、前侧端板(2)、后侧端板(3)、进液管口(4)、出液管口(5)、隔板(11)和扰流块(12)；

所述隔板(11)沿所述冷却板基体(1)的长度方向设置在所述冷却板基体(1)上并位于冷却板基体(1)的中部，将所述冷却液流道(14)对称分为可互通的进液流道区和出液流道区；

在所述冷却板基体(1)的所述进液流道区和所述出液流道区内分别以阵列方式排布有若干个所述扰流块(12)，若干个所述扰流块(12)将所述冷却液流道分为若干主流道和若干次流道；

所述进液管口(4)和出液管口(5)均设置在所述前侧端板(2)上，分别用于冷却液流道内的冷却液的流入及流出；

所述前侧端板(2)和所述后侧端板(3)分别与所述冷却板基体(1)的两端密封连接，其中：

所述扰流块(12)在沿所述冷却板基体(1)的宽度方向上是等间隔分布的；在所述进液流道区内的扰流块和所述出液流道区内的扰流块在所述冷却板基体(1)的宽度方向上，分别都组成扰流密布区和扰流稀疏区，所述扰流密布区和所述扰流稀疏区是交替布置的，所述扰流密布区的扰流块在所述冷却板基体(1)的宽度方向上的间隔小于所述扰流稀疏区的扰流块在所述冷却板基体(1)的宽度方向上的间隔；

所述扰流块(12)的形状是菱形，在沿所述冷却板基体(1)的长度方向上，所述扰流块相互等间隔地以若干条平行于所述隔板的长度方向的直线阵列排布，在每一条直线上的两个相邻的扰流块之间的间隙是斜向的，即，菱形的扰流块是朝向冷却液的流动方向倾斜布置的，在隔板(11)上方的进液流道区，菱形的扰流块朝前侧端板(2)的方向倾斜，在隔板(11)下方的出液流道区，菱形的扰流块朝后侧端板(3)的方向倾斜；

所述隔板(11)的一端与所述前侧端板(2)连接，另一端的端部距所述后侧端板(3)的最短距离为B，所述扰流稀疏区中离所述后侧端板最近的扰流块距离所述后侧端板的最短距离为A，所述扰流密布区中离所述后侧端板最近的扰流块距离所述后侧端板的最短距离为C，其中，A＜B＜C。

2.如权利要求1所述的两个或以上的动力电池模组用冷却板，其特征在于：所述进液流道区内的扰流块和所述出液流道区内的扰流块以所述隔板(11)为对称轴以轴对称方式分布。

3.如权利要求1所述的两个或以上的动力电池模组用冷却板，其特征在于：所述前侧端板(2)和所述后侧端板(3)分别与所述冷却板基体(1)的两端采用凹凸结构(13)密封连接，即，在所述冷却板基体(1)的两端设有凹槽(131)，在所述前侧端板(2)和所述后侧端板(3)上均设有与所述凹槽(131)相配合的凸缘(132)，所述凹槽(131)与所述凸缘(132)采用摩擦焊接的方式密封连接。

4.如权利要求1所述的两个或以上的动力电池模组用冷却板，其特征在于：所述进液管口(4)和所述出液管口(5)均垂直于所述冷却液流道；所述冷却板上与动力电池模组接触的位置还设有导热垫(10)。

5.如权利要求1所述的两个或以上的动力电池模组用冷却板，其特征在于：所述冷却板上还设有防呆结构，所述防呆结构与动力电池模组上相对应的结构相匹配，用于安装所述冷却板时的定位识别。

6.如权利要求1所述的两个或以上的动力电池模组用冷却板，其特征在于：所述斜向的角度为20°～75°。

7.一种液冷循环系统，其特征在于：包括上述权利要求1-6任意一项所述的冷却板，用于存储并向所述冷却板供给冷却液的冷却液箱，用于驱动冷却液流动的泵，和用于将所述冷却板内流出的冷却液进行降温处理并循环至所述冷却液箱的换热器。

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