CN110994072A - 一种用于锂电池的并联式多通道液冷结构及锂电池 - Google Patents

Abstract

本发明属于电池热管理相关技术领域，其公开了一种用于锂电池的并联式多通道液冷结构及锂电池，液冷结构包括分流管、多个间隔设置的冷板及集流管；冷板相背的两端分别设置有水平流道，两个水平流道分别与集流管及分流管垂直连接；冷板还开设有多个并联的竖直流道，竖直流道的两端分别与两个水平流道垂直连接；工作时，冷却介质进入分流管，并经由分流管分为多股流体后分别进入多个冷板邻近集流管的水平流道；之后，冷却介质经由对应的水平流道分为多股流体后分别沿着竖直流道在自身重力的作用下流经整个冷板，并最终汇集在冷板邻近集流管的水平流道内，继而进入集流管并自液冷结构流出。本发明提高了温控的性能及准确性。

Description

一种用于锂电池的并联式多通道液冷结构及锂电池

技术领域

本发明属于电池热管理相关技术领域，更具体地，涉及一种用于锂电池的并联式多通道液冷结构及锂电池。

背景技术

随着对新能源产业的大力扶持，汽车电动化是今后汽车行业的一个发展趋势。电池包作为电动汽车的关键核心部件，其性能的好坏直接影响到整车的安全与使用寿命，而电池在放电过程中会产生大量的热，导致电池的温度升高进而影响其性能，长期的高温环境对电池的寿命及安全也会产生潜在的威胁。另一方面，电池组性能的好坏，往往由性能最差的电池所决定(典型木桶效应)。这样，若某一电池温度过高导致电池组内温差过大，就会使整个电池组的性能下降。因此，需要热管理系统对电池组进行调节从而使其温度、温差处于合适的区间，在众多的热管理方式中，液冷以其较高的冷却效率受到广泛应用，而液冷流道的结构直接决定了电池的散热效果和安全。

目前，本领域相关技术人员已经做了一些研究，如专利CN110048186A公开了一种电池包液冷的结构及方法，其公开了一种包括液冷板、进液管和出液管的电池包液冷结构，该设计能够使冷却介质分别进入每个电池模组底部单独冷却，通过控制多路冷却液道的进液口尺寸以调节冷却液流量大小继而适应电池包内各部分热量不一致性能，更好地控制整个电池包内温度场的均匀性，但是该液冷结构较为复杂，流道多且长，沿程损失较大，不能保证电池得到及时的冷却；又如专利CN209001075U公开了一种电池液冷结构，其结构与电池箱体外表面贴合，在顶部设置若干散热翅片，利用流动冷却介质对电池进行散热，且配合电池箱体内壁的通道，调节方式多样化。但是该液冷结构没有直接对箱体中部的电池进行冷却，只能依靠电池间热传导，无法保证冷却的均匀性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于锂电池的并联式多通道液冷结构及锂电池，其基于现有锂电池的散热特点，研究及设计了一种能够及时有效控制电池组温度及温差的用于锂电池的并联式多通道液冷结构及锂电池。在所述锂电池中，多个电池小组分别设置在所述并联式多通道液冷结构中，所述并联式多通道液冷结构能够及时、有效地控制单体电池组温度、温差在适宜范围，保证了锂电池的工作性能，同时避免了温度较高或者温差较大引起的热安全问题，且提高了锂电池温度场的均匀性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于锂电池的并联式多通道液冷结构，所述并联式多通道液冷结构包括分流管、多个间隔设置的冷板及集流管，所述分流管及所述集流管分别连接于所述冷板相背的两端，且两者相互平行；多个所述冷板沿所述分流管的长度方向间隔设置；

所述冷板相背的两端分别设置有水平流道，两个所述水平流道分别与所述集流管及所述分流管垂直连接；所述冷板还开设有多个并联的竖直流道，所述竖直流道的两端分别与两个所述水平流道垂直连接，由此使得所述分流管、所述水平流道及所述集流管相连通；

工作时，冷却介质进入所述分流管，并经由所述分流管分为多股流体后分别进入多个所述冷板邻近所述集流管的水平流道；之后，所述冷却介质经由对应的所述水平流道分为多股流体后分别沿着所述竖直流道在自身重力的作用下流经整个所述冷板，并最终汇集在所述冷板邻近所述集流管的水平流道内，继而进入所述集流管并自所述液冷结构流出。

进一步地，邻近所述分流管的水平流道的中心轴与所述分流管的中心轴位于同一平面内。

进一步地，邻近所述集流管的水平流道的中心轴与所述集流管的中心轴位于同一平面内。

进一步地，所述液冷结构是采用铝材制成的。

进一步地，所述液冷结构还包括入口管及出口管，所述入口管及所述出口管分别连接于所述分流管的中部及所述集流管的中部。

进一步地，多个所述冷板的数量为四个，多个所述竖直流道的数量为六个。

按照本发明的另一个方面，提供了一种锂电池，所述锂电池包括单体电池组，所述锂电池还包括如上所述的用于锂电池的并联式多通道液冷结构，所述单体电池组设置在所述并联式多通道液冷结构中。

进一步地，所述单体电池组包括多个电池小组，多个所述电池小组相串联，且多个所述电池小组分别设置在相邻两个所述冷板之间的间隔处，所述电池小组与相邻的两个所述冷板相接触。

进一步地，每个所述电池小组包括多个并联的单体电池，所述单体电池为矩型单体锂电池。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的用于锂电池的并联式多通道液冷结构及锂电池主要具有以下有益效果：

1.所述冷却介质经由对应的所述水平流道分为多股流体后分别沿着所述竖直流道在自身重力的作用下流经整个所述冷板，并最终汇集在所述冷板邻近所述集流管的水平流道内，继而进入所述集流管并自所述液冷结构流出，如此流阻小，可以减少额外功消耗，能够对整个电池组进行冷却，能够及时、有效地控制单体电池组温度、温差在适宜范围，保证了锂电池的工作性能，同时避免了温度较高或者温差较大引起的热安全问题，且提高了锂电池的温度场的均匀性。

2.所述分流管及所述集流管分别连接于所述冷板相背的两端，且两者相互平行，两个所述水平流道分别与所述集流管及所述分流管垂直连接；所述冷板还开设有多个并联的竖直流道，所述竖直流道的两端分别与两个所述水平流道垂直连接，整个流道长度适中，沿程损失小，保证了冷却的及时性。

3.液冷结构使用铝材质，质地轻，导热系数大，耐腐蚀，且简单紧凑，容易加工。

4.所述电池组设置在所述并联式多通道液冷结构中，通过该液冷结构可以深入电池组中进行分块并行冷却，保证了中部电池的温度得到有效控制，从而降低了整组的温度、温差；并且，可根据电池组大小及冷却需求灵活改变冷板尺寸、流道数量、流道间隔等参数，从而达到更好的冷却效果。

附图说明

图1是本发明提供的用于锂电池的并联式多通道液冷结构的局部结构示意图；

图2是本发明提供的锂电池的单体电池组的示意图；

图3是本发明提供的锂电池的结构示意图；

图4是图2中的锂电池在不加液冷和不同入口流速下的最大温度分布示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-入口管，2-分流管，3-冷板，4-水平流道，5-竖直流道，6-集流管，7-出口管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1、图2、图3及图4，本发明提供的锂电池，所述锂电池具有并联式多通道液冷结构，所述并联式多通道液冷结构包括入口管1、分流管2、多个冷板3、集流管6及出口管7，所述入口管1连接于所述分流管2的一侧，所述分流管2的另一侧连接于多个所述冷板3。所述出口管7连接于所述集流管6的一侧，所述集流管6的另一侧连接于所述冷板3。所述集流管6与所述分流管2分别位于多个所述冷板3相背的两侧。

所述冷板3基本呈矩型，其相背的两端分分别设置有水平流道4，两个所述水平流道4间隔设置且相互平行。所述冷板3还间隔设置有多个竖直流道5，所述竖直流道5的两端分别与两个所述水平流道4垂直连接。

多个所述冷板3间隔设置，多个所述冷板3位于上部的水平流道4的一端间隔连接于所述分流管2，多个所述冷板3位于下部的所述水平流道4连接于所述集流管6。本实施方式中，所述集流管6及所述分流管2均水平设置；所述水平流道4水平设置，所述竖直流道5竖直设置；所述入口管1连接于所述分流管2的中部，所述出口管7连接于所述集流管6的中部。

本实施方式中，所述并联式多通道液冷结构是由铝材制成的，质量轻，导热系数大，耐腐蚀性能高，焊接性能好且表面易处理。工作时，冷却介质自所述入口管1进入所述分流管2，所述分流管2将所述冷却介质分为预定股数流体以分别进入多个所述冷板3的水平流道4，所述冷却介质经由所述水平流道4分为多股流体后分别沿着多个所述竖直流道5在重力的作用下流经整个所述冷板3，并最汇集在所述冷板3底部的水平流道4中，进而进入所述集流管6，冷却介质经由所述集流管6汇聚成一股后由所述出口管7流出。

本实施方式中，所述冷板3的数量为四个，所述竖直流道5的数量为六个，可以理解，在其他实施方式中，所述冷板3的数量及所述竖直流道5的数量均可以根据实际需要增加或者减少。

由于电池组在放电时，每一块电池都会产生热量导致温度升高，若冷板只与外部的电池接触冷却，就会使得中部电池降温较慢，在电池组内形成较大温差，从而影响电池组的性能。为了解决这一问题，本发明采用了并联式多通道的冷却结构对电池组温度和温差进行控制，将四块冷板并行连接对电池组进行分块冷却，每块冷板都有两个面与电池进行接触式冷却，可以快速的带走热量，实现控温。其中，冷板的数量和尺寸均可根据需要进行调节；在每一块冷板中，均有竖直向下的六条并行流道，冷却介质在重力作用下快速通过流道实现对冷板的降温，且能够保证冷板温度分布的均匀性，进而保证对电池组冷却的均匀性；冷板中流道的数量、尺寸和间隔可根据需要进行调节。

所述锂电池还包括单体电池组，所述单体电池组包括多个电池小组，每个所述电池小组包括多个并联的单体电池。多个所述电池小组分别设置在相邻两个所述冷板3之间的间隔内且多个所述电池小组相串联以构成所述单体电池组，所述电池小组与相邻的两个所述冷板相接触。

本实施方式中，所述单体电池组包括24个方形的单体锂离子电池，每四个单体锂离子电池并联成一个电池小组，六个电池小组串联后构成所述单体电池组；每个单体锂离子电池的标称电压为3.2V，容量为5Ah。

所述单体电池组放电工作时，所述液冷结构将所述单体电池组分为三个区域同时冷却，每个区域有八块单体锂离子电池，所述冷板3与所述单体锂离子电池紧密接触以提高冷却效果。

本实施方式中，以电池组5C放电为例，当环境温度为20℃，在自然对流条件下，以液态水作为冷却介质，通过模拟得到该液冷结构的冷却效果：当不加液冷时，电池组最大温度为57.6℃，电池间温差为3.3℃；随着液冷结构中入口管的水流速度从0.1m/s增加到2m/s，电池组的最大温度从43.7℃降低到34.2℃，电池间的温差保持在5℃以内，符合电池组冷却需求，如图4所示。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于锂电池的并联式多通道液冷结构，其特征在于：

所述液冷结构包括分流管(2)、多个间隔设置的冷板(3)及集流管(6)，所述分流管(2)及所述集流管(6)分别连接于所述冷板(3)相背的两端，且两者相互平行；多个所述冷板(3)沿所述分流管(2)的长度方向间隔设置；

所述冷板(3)相背的两端分别设置有水平流道(4)，两个所述水平流道(4)分别与所述集流管(6)及所述分流管(2)垂直连接；所述冷板(3)还开设有多个并联的竖直流道(5)，所述竖直流道(5)的两端分别与两个所述水平流道(4)垂直连接，由此使得所述分流管(2)、所述水平流道(4)及所述集流管(6)相连通；

工作时，冷却介质进入所述分流管(2)，并经由所述分流管(2)分为多股流体后分别进入多个所述冷板(3)邻近所述集流管(6)的水平流道(4)；之后，所述冷却介质经由对应的所述水平流道(4)分为多股流体后分别沿着所述竖直流道(5)在自身重力的作用下流经整个所述冷板(3)，并最终汇集在所述冷板(3)邻近所述集流管(6)的水平流道(4)内，继而进入所述集流管(6)并自所述液冷结构流出。

2.如权利要求1所述的用于锂电池的并联式多通道液冷结构，其特征在于：邻近所述分流管(2)的水平流道(4)的中心轴与所述分流管(2)的中心轴位于同一平面内。

3.如权利要求1所述的用于锂电池的并联式多通道液冷结构，其特征在于：邻近所述集流管(6)的水平流道(4)的中心轴与所述集流管(6)的中心轴位于同一平面内。

4.如权利要求1所述的用于锂电池的并联式多通道液冷结构，其特征在于：所述液冷结构是采用铝材制成的。

5.如权利要求1-4任一项所述的用于锂电池的并联式多通道液冷结构，其特征在于：所述液冷结构还包括入口管(1)及出口管(7)，所述入口管(1)及所述出口管(7)分别连接于所述分流管(2)的中部及所述集流管(6)的中部。

6.如权利要求1-4任一项所述的用于锂电池的并联式多通道液冷结构，其特征在于：多个所述冷板(3)的数量为四个，多个所述竖直流道(5)的数量为六个。

7.一种锂电池，其包括单体电池组，其特征在于：所述锂电池还包括权利要求1-6任一项所述的用于锂电池的并联式多通道液冷结构，所述单体电池组设置在所述并联式多通道液冷结构中。

8.如权利要求7所述的锂电池，其特征在于：所述单体电池组包括多个电池小组，多个所述电池小组相串联，且多个所述电池小组分别设置在相邻两个所述冷板(3)之间的间隔处，所述电池小组与相邻的两个所述冷板(3)相接触。

9.如权利要求8所述的锂电池，其特征在于：每个所述电池小组包括多个并联的单体电池，所述单体电池为矩型单体锂电池。

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