CN110994068B - 一种集成式动力电池冷却结构及动力电池 - Google Patents

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Abstract

一种集成式动力电池冷却结构及动力电池，包括动力电池和箱体框架，所述箱体框架内设置加强横梁和加强纵梁，动力电池直接采用单体电芯，多个单体电芯为一组，分别装由加强横梁和加强纵梁分隔出的网格内，所述单体电芯和外部的箱体框架直接集成为电池整包；加强横梁和加强纵梁内部有供冷却介质流动的冷却流道，且所述冷却流道在两者交接的位置相互连通，所述流道的进液口和出液口设在加强横梁和/或加强纵梁上,使冷却介质能流经所有加强横梁和加强纵梁；单体电芯与加强横梁和加强纵梁之间填充导热结构胶，固定单体电芯，使单体电芯两个以上的侧面通过导热结构胶与横梁、纵梁接触，将单体电芯的热量导到冷却介质。本发明能对电芯进行高效散热。

Description

一种集成式动力电池冷却结构及动力电池
技术领域
本发明属于新能源汽车的动力电池热管理系统技术，具体涉及动力电池的冷却技术。
背景技术
随着纯电动汽车续航里程的提高，动力电池能量密度逐渐提高，发热量不断增大，电池温度直接影响到动力电池寿命及性能输出，因此为提高动力电池性能，动力电池液冷技术已成为动力电池包标配。
现有的动力电池液冷技术方案主要有如下两类：①采用分离式液冷板与管路相连的方案，将液冷板置于动力电池箱体底部与动力电池模组之间，通过电池模组底面带走电池热量，控制电池温度。②采用与动力电池箱体底面集成式的液冷方案，将液冷流道集成于箱体底板内部，电池模组安装于箱体底板上，通过电池模组底面带走电池热量，控制电池温度。但以上方案都是对电芯底面进行冷却，无法冷却电芯侧面，存在热量传递路径长、电芯上下侧温差大的问题，电芯长时间处于高温差条件下工作，影响电池寿命。
发明内容
为提高动力电池包的集成效率，解决现有动力电池底部冷却导致电芯高低方向温差大的问题，本发明提供一种集成式动力电池冷却结构，达到对电芯进行高效散热并提升集成效率的目的。
为达到以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种集成式动力电池冷却结构，包括动力电池和箱体框架。所述箱体框架由侧梁、端梁和底部护板形成外框架，外框架内设置加强横梁和加强纵梁，箱体框架对动力电池进行装载固定。所述动力电池直接采用单体电芯，多个单体电芯为一组，分别装在所述箱体框架由加强横梁和加强纵梁分隔出的网格内，所述单体电芯和外部的箱体框架直接集成为电池整包。
所述加强横梁和加强纵梁内部有供冷却介质流动的冷却流道，且所述冷却流道在两者交接的位置相互连通，所述冷却流道的进液口和出液口设在加强横梁和/或加强纵梁上,使冷却介质能流经所有加强横梁和加强纵梁。
所述单体电芯与加强横梁和加强纵梁之间填充导热结构胶，固定单体电芯，使单体电芯两个以上的侧面通过导热结构胶与横梁、纵梁接触，将单体电芯的热量导到冷却介质。
本发明采用以上方案，由单体电芯直接集成为电池整包，利用箱体框架和加强梁对单体电芯进行承载，同时冷却介质在加强侧梁、加强纵梁内部流道流动，进行电芯侧面冷却，实现对每个电芯两个以上的面进行冷却。本发明还采用导热结构胶填充加强梁与单体电芯之间的缝隙，将电芯产热带走与外界进行热交换，增加传热路径，减小热阻，达到提升集成效率，并对电芯进行高效散热的目的。
进一步，所述加强横梁和/或加强纵梁的顶部呈楔形结构，与电芯上表面之间留一定的距离，形成容胶导流槽，使其顶部与电芯的间距从上往下自大变小，可使导热结构胶自上而下顺利流入进行固结，使导热结构胶在单体电芯面和加强梁之间分布更加均匀，提高导热能力，同时也增加了工艺可操作性。
进一步，本发明中所述加强横梁底部低于电芯底面约1mm，保持单体电芯整个侧面通过导热结构胶与加强横梁固定，这样，电芯底部比横梁高，可以实现电芯的侧面整个都在横梁侧面面积之内，电芯整个侧面及棱角处都与横梁面接触，即都为面接触而无线接触，保障电芯侧面受力均匀，并防止横梁楔形结构的最底端棱角处顶住电芯的面，导致磨破电芯表面。
进一步，本发明中所述冷却流道在加强横梁和加强纵梁两者相互交接连通的口采用不同尺寸的流量控制口，以控制各支流流向，实现流量均匀，保障整包温度一致性。
进一步，所述端梁、侧梁、底部护板、加强横梁和加强纵梁采用焊接固定，增加立项提框架的承载强度。
进一步，所述箱体框架的材质采用6系铝合金，实现电池包的轻量化。
本发明还提供一种集成式动力电池，其具有以上所述的冷却结构，在单体电芯的底面与底部护板之间设置有绝缘垫进行绝缘，在箱体框架的顶部设置上盖实现进行封装；所述单体电芯与单体电芯之间采用橡胶缓冲垫进行隔离，用于吸收电芯膨胀的形变，单体电芯通过导电铝排进行串联并将电能输出。
可见，本发明的优点至少包含：
1、本发明采用电池单体电芯而非电池模组进行整包集成，大量减少了结构件的使用，提升了集成效率。
2、本发明在电芯集成整包的基础上，在加强梁内部设计液冷流道，使每个电芯均有两个以上的面可与液冷板接触，以减少导热路径，提升电芯温度均匀性，且无需单独设置分离式的液冷结构。
3、本发明电芯集成采用导热结构胶与加强梁进行结构固定，既保障强度，又可保障导热性能。
4、本发明的加强梁上部设计为楔形结构，使其表面与电芯的间距从上往下自大变小，可使导热结构胶自上而下顺利流入进行固结，实现工艺可操作性。
5、本发明采用不同尺寸的流量控制口，控制各支流流向，实现流量均匀，保障整包温度一致性。
附图说明
图1是本发明的集成式动力电池冷却结构的部件分解示意图；
图2是其中集成冷却流道的加强横梁及加强纵梁位置关系示意图；
图3是其中加强横梁内部结构示意图；
图3A是图3的A部放大图；
图3B是图3的B部放大图；
图4是本发明的集成式动力电池结构的示意图。
图中，1进液口、2出液口、3端梁、4侧梁、5底部护板、6加强横梁、7加强纵梁、8单体电芯、9冷却介质流向、10流量控制口、11容胶槽、12导胶空隙、13冷却流道、14上盖、15缓冲垫、16导热结构胶、17绝缘垫、18导电铝排。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
需要说明的是，附图仅用于解释本发明专利，是对本发明实施例的示意性说明，而不能理解为对本发明的限定。下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”分别指的的附图所示的方向，“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。。
图1为本发明提出的集成式动力电池冷却结构的一个实施例，其包括动力电池和箱体框架。箱体框架的材质采用6系铝合金，整体重量较轻。
所述动力电池是直接采用单体电芯8进行排列，单体电芯与单体电芯之间采用橡胶缓冲垫15进行隔离，单体电芯通过导电铝排18进行串联并将电能输出。单体电芯由箱体框架进行装载固定，构成电池整包。
所述箱体框架是由侧梁4、端梁3、加强梁和底部护板5通过焊接而形成。
所述加强梁包括多根加强横梁6和加强纵梁7，它们纵横交错布置，将箱体框架分隔成网格状。加强横梁6与加强纵梁7均为箱体结构的一部分，用于整个箱体的承载受力，加强梁高度均与整包高度一致，形成完整的网格状结构，增强整包强度。
本实施例中，多个所述单体电芯8为一组，分别装在由加强横梁6和加强纵梁7分隔出的网格内，由单体电芯和外部的箱体框架直接集成为电池整包。这样去除了电池模组结构，减少了结构件。
参见图1，加强横梁6和加强纵梁7内部均有供冷却介质流动的冷却流道13,冷却流道的进液口1和出液口2分别设在两根加强纵梁7上。且所述冷却流道13在两者交接的位置相互连通，即在加强横梁6与加强纵梁7的连接处有流量控制口10，将加强纵梁7中的冷却介质均匀的分配至不同位置的加强横梁6中，使冷却介质能流经所有加强横梁6和加强纵梁7，以保持不同位置的电芯处的换热能力是均匀的。由于单体电芯8装在加强梁形成的网格中，可以实现每个单体电芯8与冷却梁均有2个以上的接触面，获得更好的冷却效果。
为了使单体电芯8能稳固地装配在框架中，并保障良好的散热效果，在单体电芯8与加强横梁6间采用导热结构胶16填充，起到固定电芯和将电芯的热量导到冷却介质中的作用。
参见图3、图3A，在本发明另一个实施例中，将加强横梁6顶部设计为楔形结构（如三角形），且与单体电芯8上表面留一定的距离，形成容胶槽11，这样在生产线中可将未固化的导热结构胶快速直接填充于此空间内后即可进入下一道工序，可实现产线快速生产，随着时间的推移导热结构胶将缓慢流入至导胶空隙12内，即单体电芯侧壁与加强梁之间的空间，将单体电芯与加强梁粘接固定，承载其重量。
参见图3B，在本发明另一个实施例中，为了保障电芯侧面受力均匀，将加强横梁6底部设计为低于电芯8底面约1mm，保持电芯整个侧面通过导热结构胶与加强横梁6固定，为面接触而无线接触。
对于一个完整的动力电池结构，在使用本发明以上的冷却结构的基础上，其它部分的结构可以采用现有常规的结构形式，参见图4，单体电芯8的底面与底部护板5之间设置绝缘垫17进行绝缘。传统的电池包是使用底部冷却板进行冷却，本发明中，由于使用的是侧面冷却，故底部可以不需要散热。当然，根据散热要求，底部也可以保留传统结构的冷却板结构。另外，如现有的动力电池结构一样，箱体框架的顶部有上盖14，进行封装。
本发明的工作原理如下，整车空调管路中的冷却介质按如图1所示方向流动：冷却介质由进液口1流入至加强纵梁7内，经流量控制口10将冷却介质分配至不同位置的加强横梁6中，其在流动的过程中带走电芯的热量，再经加强纵梁7汇流后经出口2流出。其中单体电芯8的热量通过其两侧填充在导胶空隙12（图4）中的导热结构胶16传递至两侧的加强横梁6上，再由加强横梁6内部的冷却介质带走热量，实现对电芯的双面冷却。
上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征，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，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 (6)

1.一种集成式动力电池冷却结构，包括动力电池和箱体框架，所述箱体框架由侧梁、端梁和底部护板形成外框架，外框架内设置加强横梁和加强纵梁，箱体框架对动力电池进行装载固定；其特征在于，所述动力电池直接采用单体电芯，多个单体电芯为一组，分别装在所述箱体框架由加强横梁和加强纵梁分隔出的网格内，所述单体电芯和外部的箱体框架直接集成为电池整包；
所述加强横梁和加强纵梁内部有供冷却介质流动的冷却流道，且所述冷却流道在两者交接的位置相互连通，所述冷却流道的进液口和出液口设在加强横梁和/或加强纵梁上,使冷却介质能流经所有加强横梁和加强纵梁；
所述单体电芯与加强横梁和加强纵梁之间填充导热结构胶，固定单体电芯，使单体电芯两个以上的侧面通过导热结构胶与横梁、纵梁接触，将单体电芯的热量导到冷却介质；
所述加强横梁和/或加强纵梁的顶部呈楔形结构，与电芯上表面之间留一定距离，形成容胶导流槽；
所述加强横梁底部低于电芯底面，保持单体电芯整个侧面通过导热结构胶与加强横梁固定，为面接触而无线接触，保障电芯侧面受力均匀。
2.根据权利要求1所述的集成式动力电池冷却结构，其特征在于，所述加强横梁底部低于电芯底面1mm。
3.根据权利要求1或2所述的集成式动力电池冷却结构，其特征在于，所述冷却流道在加强横梁和加强纵梁两者相互交接连通的口采用不同尺寸的流量控制口，以控制各支流流向，实现流量均匀，保障整包温度一致性。
4.根据权利要求3所述的集成式动力电池冷却结构，其特征在于，所述端梁、侧梁、底部护板、加强横梁和加强纵梁采用焊接固定。
5.根据权利要求3所述的集成式动力电池冷却结构，其特征在于，所述箱体框架的材质采用6系铝合金。
6.一种集成式动力电池，其特征在于，其具有权利要求1-5任一项所述的冷却结构，在单体电芯的底面与底部护板之间设置有绝缘垫进行绝缘，在箱体框架的顶部设置上盖实现进行封装；所述单体电芯与单体电芯之间采用橡胶缓冲垫进行隔离，单体电芯通过导电铝排进行串联并将电能输出。
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