CN111525213A - 用于动力电池的壳体、动力电池包 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于动力电池的壳体与动力电池包，壳体包括支撑框架与导热板，支撑框架包括多个侧板，导热板安装在支撑框架上，多个侧板之间相围合并与导热板形成用于容纳动力电池模组的空腔；导热板包括上导热板与下导热板，下导热板具有通道状凹部，上导热板设置于下导热板的上方并与通道状凹部配合形成冷却液的流道，其中上导热板和/或下导热板设置有用于使冷却液流入流道的进液口以及用于使冷却液流出流道的出液口。本发明采用液冷板进行电池模组的冷却，无需设置连接用的管路，具有集成程度高、空间利用率大的优点。

Description

用于动力电池的壳体、动力电池包

技术领域

本发明属于动力电池技术领域，具体涉及一种用于动力电池的壳体与动力电池包。

背景技术

电动汽车动力电池一般都带有液冷系统来调节电池的工作温度，市场上现有的电池液冷系统通常布置于电池包内，如图1所示，现有技术中多采用导热板1’、管路2’、支撑结构3’组成，该结构对布置空间要求高，构成件多，装配复杂，存在管路泄漏的风险，且成本较高，不利于提升电池包的能量密度、安全性及降低零件和制造成本。

随着汽车设计的成本控制以及轻量化设计成为主流指标，需要对电动汽车动力电池进行集成化改进，以提高电池包的空间利用率、提升电池包的能量密度。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种用于动力电池的壳体与动力电池包，整个壳体仅采用导热板进行电池模组的冷却，无需设置连接用的管路，具有集成程度高、空间利用率大的优点。

本发明的具体技术方案是：

用于动力电池的壳体，壳体包括支撑框架与导热板，支撑框架包括多个侧板，导热板安装在支撑框架上，多个侧板之间相围合并与导热板形成用于容纳动力电池模组的空腔；导热板包括上导热板与下导热板，下导热板具有通道状凹部，上导热板设置于下导热板的上方并与通道状凹部配合形成冷却液的流道，其中上导热板和/或下导热板设置有用于使冷却液流入流道的进液口以及用于使冷却液流出流道的出液口。

在本发明的上述技术方案中，导热板安装在支撑框架上，能够直接对空腔内所容纳的动力电池模组进行换热冷却，导热板采用上导热板、下导热板的上下双层板的结构形式，通过形成在导热板内部的流道中冷却液的循环定向流动，将动力电池模组所产生的热量带出以保持动力电池模组始终处于稳定的温度范围内。

具体的，本发明中的通道状凹部优选始终位于同一水平面内，其所形成的流道中冷却液的流动是一种依靠液体的流速进行均匀定向的流动过程，冷却液从进液口流入，以完全充满或者接近完全充满流道的形式进行流动，最终从出液口流出，更加充分带走动力电池模组所产生的热量。

根据本发明的另一种具体实施方式，至少一个侧板向外凸出形成护框结构，护框结构包括上下设置的第一结构板、第二结构板，第一结构板上设有第一孔、第二孔，第二结构板设有第三孔、第四孔，进液口设有进液元件，出液口设有出液元件，第一孔与第三孔相互对齐以便进液元件贯穿进行定位安装，第二孔与第四孔互相对齐以便出液元件贯穿进行定位安装。

本方案中，进液元件与出液元件采用竖直的方式进行布置，护框结构一方面为进液元件与出液元件提供安装位置，另一方面能够有效保护进液元件与出液元件，使其具有良好的结构稳固性能，能够有效避免冷却液的泄露现象。

现有技术(公布号为107331920)中，采用布置在换热基板中的第一流道与布置在侧板上的第二流道进行换热过程，其进液口和出液口布置在设置有第二流道的一个侧板上，根据其结构可知，侧板通过焊接的方式与换热基板进行连接，一方面需要进行适配的加工工艺，第二流道与第一流道之间的连通配合精度较高，制作难度大，另一方面第二流道为非水平面内的流动，冷却液不容易进行循环流动，会造成第二流道内的冷却液难以快速转移排出，亦或是采用经过特殊设计的流道来完成冷却液的稳定流出。

此外，上述现有技术中的第二流道与第一流道之间的衔接处，还存在漏液的风险，对动力电池模组的使用带来一定的安全风险。

此外，上述现有技术中，在添加冷却液时，由于部分第二流道中的空气不能够完全排出，第二流道中的顶部会残留少量的气体，冷却液始终不能完全填充满其换热循环流道，在后续的使用过程中，冷却液中会存在一定量的气泡，导致冷却液流动不均匀、流动稳定性能，影响换热效率。

因此，需要对上述现有技术中采用第一流道与第二流道配合的冷却方式进行重新设计，在简化结构、提高安全性能的基础上，使得冷却液能够均匀的、快速的、无阻碍的流动，最终实现高效率的换热过程。

本发明的上述技术方案采用的是单个平面内的流动换热，将进液口(进液元件)与出液口(出液元件)出液元件预置在导热板的外侧，并通过护框结构对进液口与出液口进行保护，一方面冷却液在流道中的流动换热过程始终是均匀的、具有稳定流速的、处于平面内的流动过程，冷却液的流动稳定，换热效率高；另一方面进液口与出液口均略高于流道，形成类似U型连通管结构，从进液口充入流道内的流动冷却液在完全排出其内的气体后，才会从出液口流出，在整个换热过程中，流道内不存在气体，冷却液的流动更加均匀、流动稳定性更好。

根据本发明的另一种具体实施方式，支撑框架内侧设置有用于安装动力电池模组的突出部，突出部位于空腔中并分别与多个侧板相连接。

根据本发明的另一种具体实施方式，突出部具有位于上方的第一平面、位于下方的第二平面、以及位于第一平面与第二平面之间的第三平面，第一平面用于安装动力电池模组，第二平面与第三平面之间呈阶梯状，第二平面靠近突出部的外边缘，第三平面靠近突出部的内边缘，其中，第二平面与第三平面之间具有高度差以形成用于安装导热板的半封闭的闭环凹槽，闭环凹槽的槽口形状与导热板的边缘形状相一致，闭环凹槽的深度不小于导热板的厚度。

优选的，闭环凹槽的深度与导热板的厚度相等。

其中，突出部中的第一平面用于安装动力电池模组，突出部的第三平面与第二平面所形成的闭环凹槽用于安装导热板，动力电池模组支撑在突出部上并于导热板的上表面相接触，导热板优选通过搅拌摩擦焊的连接结构进行固定，其并不为动力电池模组提供支撑作用力或者不提供主要的支撑力，即使在较长时间的使用后，导热板依旧能够保持良好的稳定性，不会发生由于外力作用产生挤压变形、连接不牢固的现象。

再优选的，电池模组与导热板上表面之间设置了导热层进行导热。

根据本发明的另一种具体实施方式，在空腔中设置有至少一个内支撑梁，内支撑梁上设有多个凸台，导热板上设置有与凸台一一对应配合的孔。

根据本发明的另一种具体实施方式，流道包括沿导热板一中轴线方向L延伸的主进水流道、设置在导热板平行于该中轴线方向的两侧边缘的主回水流道、以及连接主进水流道与主回水流道的若干主换热流道，其中，主进水流道与进液口相连通，主回水流道与出液口相连通；

本方案中，主进水流道主要进行冷却液的流入，同时也可以进行换热的过程，主回水流道主要进行冷却液的回流，同时也可以进行换热的过程，导热板的换热过程是主要通过若干主换热流道进行的。

根据本发明的另一种具体实施方式，主换热流道形成为迂回的蛇形流道，以进行更加充分的换热过程。

根据本发明的另一种具体实施方式，至少部分区段的主换热流道的截面面积沿冷却液的流动方向逐渐增大，使得冷却液从进液口出发流经各换热流道，最后到达出水口的流阻完全相同或者接近完全相同，从而确保流经各换热区域的流量相等，可以确保各换热区域冷却液与电池模组间的换热更加均匀，这样可以有效减小各电池模组间的温差，有效提高电池模组的寿命。

具体的，这里的至少部分区段是指主换热流道的某一部分，例如与主回水流道相连接的部分区段，这里的主换热流道的截面是指垂直于冷却液流动方向的截面。

根据本发明的另一种具体实施方式，孔为圆形、矩形、菱形、梅花形、星形中的一种或多种。

根据本发明的另一种具体实施方式，导热板包括位于边缘的边缘区段、位于中央的流道区段与隔离区段，流道位于流道区段，相邻的流道区段通过隔离区段进行分隔，边缘区段与第三平面之间相连接。

根据本发明的另一种具体实施方式，通道状凹部为上边大、下边小的凹形槽结构，一方面该上边大下边小的凹形槽结构能够提供较大的接触面积以更充分的与动力电池模组接触进行换热，另一方面，该上边大下边小的凹形槽结构能够降低冷却液流动过程的阻力。

根据本发明的另一种具体实施方式，上导热板与下导热板之间通过焊接或胶接成型为一体。

此外，本发明同时还提供了一种动力电池包，动力电池包包括前述的壳体以及固定于的壳体中的空腔内的一个或多个动力电池模组；其中，壳体中的导热板的上表面设置有导热材料制作的导热层。

根据本发明的另一种具体实施方式，还包括护板，护板设置在支撑框架并位于导热板的下方，护板与导热板之间存在间隙以形成隔热腔。

本方案中设置的护板安装在支撑框架上并位于导热板的下方，其中护板与导热板之间具有一定的间隙以形成隔热腔，防止导热板所吸收的热量向下侧进行扩散至其他设备组件部分。

优选的，在隔热腔是密闭的，其内部可以是空气，也可以填充保温材料，起到导热板与外界环境的隔热保温作用。

其中，护板还可以固定于车辆的车体上与电池包相对应的位置，可进一步提高电池包的能量密度。

本发明具备以下有益效果：

1、制造便利，成本低；

本发明中的导热板集成于支撑框架上，整个壳体只有一块导热板，无需管路连接，大大减少了零件的数量，零件成本和制造成本大大降低，另外一体成型的导热板也减少了壳体材料的应用，有助于提高能量密度；

2、空间利用率提高，提升电池包能量密度；

导热板集成于支撑框架后，降低了电池包的整体高度，通过无管路的设计能够有效提升了电池包的空间利用率。

3、安全性提高；

壳体内部无连接管路，降低了冷却液的泄漏风险，导热板可实现干湿分离，提高了电池系统的安全性；采用外置的护框结构对出液口、进液口进行保护，整个流道一体形成，无需设置配合的装配结构，整体稳固性能更强。

4、冷却效率高，流道内部冷却液流动更加稳定；

本发明采用处于单个平面内的流道，冷却液能够均匀的、快速的、无阻碍的流动，实现高效率的换热过程。

5、冷却液流动稳定

设置若干并联的主换热流道，实现每个小在换热区并联水路的设计，保持了每个主换热流道的流入冷却液温度与流量的均匀性，降低了系统的压损，减少了系统的能耗，有效提高了保持电池模组间的换热均匀。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是现有技术中电池液冷系统的结构示意图；

图2是本发明动力电池包一个示例的结构示意图；

图3是图2的爆炸示意图；

图4是本发明壳体的结构示意图；

图5是图4的俯视图；

图6是图4的仰视图；

图7是本发明导热板与支撑框架的安装结构示意图；

图8是本发明流道的示意图；

图9是图8中一个主换热流道的放大示意图；

图10是图8中进液口、出液口的另一种分布示意图；

图11是本发明导热板与支撑框架的安装示意图；

图12是本发明导热板与横梁、纵梁的安装示意图；

图13是本发明护框结构的示意图；

图14是图13的安装示意图；

图15是本发明动力电池包的局部剖面示意图。

具体实施方式

一种动力电池包，能够作为电动汽车的动力系统进行使用，其中，本示例中的动力电池包以规则的方形结构设计，在其他示例中，可以为其他例如六边形等形状，如图2、3所示，由上至下分别为动力电池模组10、隔热层20、支撑框架30、导热板40与护板50，其中支撑框架30、导热板40与护板50组装形成壳体，多个动力电池模组10由该壳体进行支撑，隔热层20为与动力电池模组10的下表面，用于提升热传递的效果。

本示例中的动力电池模组10可采用现有电池结构即可，本发明旨在针对该动力电池模组10的冷却系统进行改进，这里不对电池结构作多余赘述。

如图4所示，本示例中的支撑框架30包括前侧板31、后侧板32、左侧板33、右侧板33、两条横向内支撑梁35、一条纵向内支撑梁35，前侧板31、后侧板32、左侧板33、右侧板33围合后与导热板40形成有用于容纳动力电池模组10的空腔30a，其中横向内支撑梁35与纵向内支撑梁35将空腔30a分成了几个相同的区域，用来分别承载动力电池模组10。

为了更好的实现导热板40与动力电池模组10之间的接触换热，如图4所示，本示例在支撑框架30的内侧设置有连续的突出部60，突出部60设置在空腔30a内并分别与前侧板31、后侧板32、左侧板33、右侧板33相连接，突出部60具有位于上方的第一平面61、位于下方的第二平面62、以及位于第一平面61与第二平面62之间的第三平面63。

其中，动力电池模组10安装在第一平面61与横向内支撑梁35、纵向内支撑梁35上，动力电池模块的下侧面下沉至第一平面61以下，作为换热面与导热板40进行接触换热。

本示例中导热板40的安装结构如图7－9所示：

突出部60中的第二平面62与第三平面63之间呈阶梯状，第二平面62靠近突出部60的外边缘，第三平面63靠近突出部60的内边缘，第二平面62与第三平面63之间具有高度差以形成用于安装导热板40的半封闭的闭环凹槽64，闭环凹槽64的槽口形状与导热板40的边缘形状相一致，闭环凹槽64的深度不小于导热板40的厚度，具体为闭环凹槽64的深度与导热板40的厚度相同，导热板40例如通过搅拌摩擦焊或者紧固件直接固定在闭环凹槽64中，实现其与支撑框架30的固定连接。

通过控制第一平面61与第三平面63之间的距离与动力电池模组10下沉的距离相同，使导热板40的表面与动力电池模组10的换热面相互接触，此时，导热板40并不为动力电池模组10提供支撑作用力或者不提供主要支撑力，以确保自身结构的牢固性较好。

具体的，本示例中的导热板40与横向内支撑梁35、纵向内支撑梁35之间的安装配合关系，也采用上述结构，如图9所示，其中横向内支撑梁35与纵向内支撑梁35的截面形成呈倒置的T形，以提供与第一平面61相平齐的安装面38。

本示例中的导热板40采用上下双层板的结构形式，如图10、图11中所示出的结构，导热板40包括上导热板41、下导热板42，下导热板42具有通道状凹部42a，上导热板41平放在下导热板42的上方与通道状凹部42a配合形成流道80。

其中，上导热板41与下导热板42之间优选通过焊接或胶接成型为一体。

参见图7，导热板40包括边缘区段40a、流道80区段40b与隔离区段40c，边缘区段40a用于安装连接，尤其是进行搅拌摩擦焊，在边缘区段40a不设置流道80，剩余的部分以间隔均布的方式排布流道80区段40b与隔离区段40c，其中相邻的横向流道80区段40b、纵向流道80区段40b通过不同的隔离区段40c进行分隔，以形成具有确定流动方向的流道80，通过设置互相连通的横向与纵向方向的流道80区段40b，实现整个流道80内冷却液的定向循环流动。

本示例中导热板40中所形成流道80的结构如图8－10所示：

流道80包括第一主进水流道81、第二主进水流道82、第一主回水流道83、第二主回水流道84以及若干主换热流道85；

其中第一主进水流道81与第二主进水流道82沿导热板一中轴线方向L延伸，以分别对两侧的空间位置提供冷却液，第一主回水流道83设置在导热板的一侧边缘(图8中的上侧)，第二主回水流道84设置在导热板的另一侧边缘(图8中的下侧)，部分主换热流道85位于第一主进水流道81与第一主回水流道83之间以形成主要换热区域A，剩余部分主换热流道85位于第二主进水流道82与第二主回水流道84之间以形成主要换热区域B。

第一主进水流道81、第二主进水流道82均与进液口44直接连通，第一主回水流道83、第二主回水流道84均与出液口45直接联通，外部冷却液从进液口44分别流入第一主进水流道81、第二主进水流道82，经过若干主换热流道85的过程进行充分的换热，最后经过第一主回水流道83、第二主回水流道84从出液口45流出，完成换热过程。

特别的，本示例中的进液口44与出液口45的位置可以互换，并且进液口44与出液口45的排布方式也可以根据安装需要进行设置在其他适合的位置，如图9所示。

具体的，参见图8，多个主换热流道85以矩阵方式进行排布，单个主换热流道85以迂回的蛇形流道方式分布，以进行更加充分的换热过程，并且，第一进水流道81、第二进水流道82与多个主换热流道85的连接处开口大小优选为：靠近进水口位置的连接处开口较小(有效通流面积小)，远离进水口位置的连接处开口较大(有效通流面积大)，以更进一步提高冷却液流动的均匀性。

参见图9，一种优选的主换热流道85具体包括第一区段85a、第二区段85b、第三区段85c，其中第三区段85c为直流区段，第一区段85a与第二区段85b以对称方式分布在第三区段85c的两侧，其中，第一区段85a与第二区段85b为U形迂回结构，第三区段85c的截面面积沿冷却液的流动方向逐渐增大，以确保冷却液在各个主换热流道85中流动阻力完全相同或者接近完全相同，换热更加均匀。

为了冷却液更均匀的流动，本示例中的通道状凹部42a为上边大、下边小的凹形槽结构，其中，通道状凹部42a例如为倒梯形，再例如半圆形，一方面上边大下边小的凹部能够提供较大的接触面积以更充分的与动力电池模组10接触进行换热，另一方面，上边大下边小的凹部能够降低冷却液流动过程的阻力。

再次参见图7、图12，为了实现导热板40更稳定的安装定位，在导热板40上设有多个孔43，在横向内支撑梁35与纵向内支撑梁35上设置了与多个孔43一一对应的凸台37，凸台37能够穿过孔43以实现对导热板40的安装定位。

具体的，凸台37与孔43的形状相匹配，例如为圆形、矩形、菱形、梅花形、星形中的一种或多种，图7中示出了矩形孔、矩形凸台的配合形式。

本示例中采用进液口、出液口外置的结构，以更好的保持结构的牢固，在上导热板41设有与流道80分别连通的进液口44、出液口45，在前侧板31上靠近外置的进液口44、出液口45设置有护框结构70。

参见图13、图14，护框结构70包括上下设置的第一结构板71、第二结构板72与加强筋73，第一结构板71上设有第一孔711、第二孔712，第二结构板72设有第三孔721、第四孔722，进液口44设有与流道80相连通的进液元件46，例如预制的进液管，出液口45设有与流道80相连通的出液元件47，例如预制的出液管，第一孔711与第三孔721相互对齐以便进液元件46贯穿后进行定位安装，第二孔712与第四孔722互相对齐以便出液元件47贯穿后进行定位安装。

其中，在导热板40安装定位后，进液元件46与出液元件47的也完成了定位安装，护框结构70能够保护进液元件46、出液元件47不受到外力破坏，提升整体的结构稳固性，有效避免冷却液的泄露。

本示例中的进液口44与出液口45均略高于流道80，形成类似U型连通管结构，从进液口44充入流道80内的流动冷却液在完全排出其内的气体后，才会从出液口45流出，在整个换热过程中，流道80内不存在气体，冷却液的流动更加均匀、流动稳定性更好。

本示例中的护板50安装在支撑框架30上并位于导热板40的下方，如图15所示，护板50与导热板40之间存在一定的间隙以形成隔热腔51，以防止导热板40所吸收的热量向下侧进行扩散至其他设备组件部分。

优选的，在隔热腔51是密闭的，其内部可以是空气，也可以填充保温材料，起到导热板40与外界环境的隔热保温作用。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (12)

1.用于动力电池的壳体，其特征在于，所述壳体包括支撑框架(30)与导热板(40)，所述支撑框架(30)包括多个侧板(31、32、33、34)，所述导热板(40)安装在所述支撑框架(30)上，多个所述侧板(31、32、33、34)之间相围合并与所述导热板(40)形成用于容纳动力电池模组的空腔(30a)；所述导热板(40)包括上导热板(41)与下导热板(42)，所述下导热板(42)具有通道状凹部(42a)，所述上导热板(41)设置于所述下导热板(42)的上方并与所述通道状凹部(42a)配合形成冷却液的流道(80)，其中所述上导热板(41)和/或所述下导热板(42)设置有用于使冷却液流入所述流道(80)的进液口(44)以及用于使冷却液流出所述流道(80)的出液口(45)。

2.如权利要求1所述的壳体，其特征在于，至少一个所述侧板(31、32、33、34)向外凸出形成护框结构(70)，所述护框结构(70)包括上下设置的第一结构板(71)、第二结构板(72)，所述第一结构板(71)上设有第一孔(711)、第二孔(712)，所述第二结构板(72)设有第三孔(721)、第四孔(722)，所述进液口(44)设有进液元件(46)，所述出液口(45)设有出液元件(47)，所述第一孔(711)与所述第三孔(721)相互对齐以便所述进液元件(46)贯穿进行定位安装，所述第二孔(712)与所述第四孔(722)互相对齐以便所述出液元件(47)贯穿进行定位安装。

3.如权利要求1所述的壳体，其特征在于，所述支撑框架(30)内侧设置有用于安装动力电池模组的突出部(60)，所述突出部(60)位于所述空腔(30a)中并分别与多个所述侧板(31、32、33、34)相连接。

4.如权利要求3所述的壳体，其特征在于，所述突出部(60)具有位于上方的第一平面(61)、位于下方的第二平面(62)、以及位于所述第一平面(61)与所述第二平面(62)之间的第三平面(63)，所述第一平面(61)用于安装动力电池模组，所述第二平面(62)与所述第三平面(63)之间呈阶梯状，所述第二平面(62)靠近所述突出部(60)的外边缘，所述第三平面(63)靠近所述突出部(60)的内边缘，其中，所述第二平面(62)与第三平面(63)之间具有高度差以形成用于安装所述导热板(40)的半封闭的闭环凹槽(64)，所述闭环凹槽(64)的槽口形状与所述导热板(40)的边缘形状相一致，所述闭环凹槽(64)的深度不小于所述导热板(40)的厚度。

5.如权利要求3所述的壳体，其特征在于，所述导热板(40)包括位于边缘的边缘区段(40a)、位于中央的流道(80)区段(40b)与隔离区段(40c)，所述流道(80)位于所述流道(80)区段(40b)，相邻的所述流道(80)区段(40b)通过所述隔离区段(40c)进行分隔，所述边缘区段(40a)与所述第三平面(63)之间相连接。

6.如权利要求1所述的壳体，其特征在于，在所述空腔(30a)中设置有至少一个内支撑梁(35、36)，所述内支撑梁(35、36)上设有多个凸台(37)，所述导热板(40)上设置有与所述凸台(37)一一对应配合的孔(43)。

7.如权利要求1所述的壳体，其特征在于，所述流道(80)包括：

沿所述导热板(40)一中轴线方向L延伸的主进水流道(81、82)；

设置在所述导热板(40)上平行于该中轴线方向L的两侧边缘的主回水流道(83、84)；以及

连接所述主进水流道(81、82)与所述主回水流道(83、84)的若干主换热流道(85)；

其中，所述主进水流道(81、82)与所述进液口(44)相连通，所述主回水流道(83、84)与所述出液口(45)相连通。

8.如权利要求7所述的壳体，其特征在于，所述主换热流道(85)形成为迂回的蛇形流道。

9.如权利要求7所述的壳体，其特征在于，至少部分区段的所述主换热流道(85)的截面面积沿冷却液的流动方向逐渐增大。

10.如权利要求1所述的壳体，其特征在于，所述通道状凹部(42a)、为上边大、下边小的凹形槽结构。

11.一种动力电池包，其特征在于，包括：

如权利要求1－10任一所述的壳体；以及

固定于所述的壳体中的所述空腔(30a)内的一个或多个动力电池模组(10)；

其中，所述的壳体中的所述导热板(40)的上表面设置有导热材料制作的导热层(20)。

12.如权利要求11所述的动力电池包，其特征在于，还包括护板(50)，所述护板(50)设置在所述支撑框架(30)并位于所述导热板(40)的下方，所述护板(50)与所述导热板(40)之间存在间隙以形成隔热腔(51)。

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