CN111540858A - 能够高效散热的新能源汽车电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能够高效散热的新能源汽车电池系统，包括液冷散热底板、冷却液冷却循环系统、冷却用风发生系统以及若干设置在液冷散热底板上的电池包。采用以上技术方案的能够高效散热的新能源汽车电池系统，结构新颖，设计巧妙，易于实现，液冷组件和风冷组件在散热能力效果上均具有极大的提升，能够避免电池包出现过热问题，整个电池系统不仅散热能力强，而且散热效率高，能耗低，不仅保证了新能源汽车的安全性，而且提升了新能源汽车的续航里程。

Description

能够高效散热的新能源汽车电池系统
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，具体涉及一种能够高效散热的新能源汽车电池系统。
背景技术
随着国内外多国政府的推广以及新能源汽车的技术进步，新能源汽车(主要指电动汽车)得到了快速地普及，越来越多的家庭选择购买新能源汽车。
电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。电池、电机和电控系统是电动汽车最为核心且成本最高的三大件。目前，新能源汽车最大的问题是电池的续航里程和时有发生的自燃事故，其中，电池过热问题不仅会引发新能源汽车自燃事故，还会影响新能源汽车的续航里程。
部分电动汽车的电池系统选择采用电池包的结构形式，以利于模块化、平台化地根据需求增减配置电池电量。由于电池包相对封闭，为防止电池包过热，必须为每个电池包配置散热系统，现有的散热系统通常包括液冷和风冷两种散热模式。但是，由于结构设计的问题，目前电池包的散热效果始终不够理想，并不能够很好地解决时有发生的电池包温度过高的问题。
解决以上问题成为当务之急。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供了一种能够高效散热的新能源汽车电池系统。
其技术方案如下：
一种能够高效散热的新能源汽车电池系统，包括液冷散热底板、冷却液冷却循环系统、冷却用风发生系统以及若干设置在液冷散热底板上的电池包，其要点在于：所述电池包包括电池包外壳、盖合在电池包外壳上的电池包端盖以及设置在电池包外壳中的电池组，所述电池组包括液冷散热组件、风冷散热组件以及若干并排设置、且均为薄板结构的电芯；
所述液冷散热组件包括分别设置在各个电芯厚度方向两侧的液冷散热片，相邻电芯共用同一所述液冷散热片，各片液冷散热片通过冷却液连接管依次连通，位于最外侧的一片液冷散热片的进液接头上连接有主进液管，位于最外侧的另一片液冷散热片的出液接头上连接有主出液管；
各个电池包的主进液管和主出液管均向外穿出电池包端盖后接入冷却液冷却循环系统，所述液冷散热底板通过底板进液管和底板出液管接入冷却液冷却循环系统；
所述风冷散热组件包括分别相对地设置在各个电芯宽度方向两侧的条形出风管和条形排风管、用于向各个条形出风管送风的主进风管以及用于将各个条形排风管排出热风向外输出的主排风管，各个电芯的外缘与相邻条形出风管和条形排风管之间均留有间隙，所述条形出风管和条形排风管靠近相邻电芯的一侧壁上均开设有沿长度方向延伸的进出风隙缝；
各个电池包的主进风管和主排风管均向外穿出电池包端盖后接入冷却用风发生系统。
采用以上结构，相邻电芯之间均设置有片状或板状结构的液冷散热片，冷却液循环回路依次流经各片液冷散热片，能够持续高效地带走热量；每个电芯两边分别设置一个强制出风的条形出风管和一个强制排风的条形排风管，极大提高了电芯周围空气的流动速度和换气效率，大幅提高了散热效率，同时，通过沿电芯外周延伸的进出风隙缝的设计，能够照顾到电芯的各个部分，实现均匀风冷散热，避免散热不均而导致局部高温的情况；各个电池包的液冷散热组件统一接入冷却液冷却循环系统，各个电池包的风冷散热组件统一接入冷却用风发生系统，稳定可靠，易于维护；并且，各个电池包设置在液冷散热底板上，液冷散热底板也一同接入冷却液冷却循环系统，不仅能够提高对电池包的散热，而且能源利用率高；综上，本发明的液冷组件和风冷组件在散热能力效果上均具有极大的提升，能够避免电池包出现过热问题，保证新能源汽车的安全性，提升新能源汽车的续航里程。
作为优选：所述冷却液冷却循环系统包括散热管路、设置在散热管路中的循环泵、设置在散热管路上的散热翅片以及设置在散热翅片一侧的散热风机组，各个主进液管的外端均与电池包进液管连通，电池包进液管与底板进液管通过进液三通接头与散热管路的出液端连通，各个主出液管的外端均与电池包出液管连通，电池包出液管与底板出液管通过出液三通接头与散热管路的进液端连通。采用以上结构，结构简单可靠，对冷却液的散热性能好，能够快速降低冷却液的温度。
作为优选：所述散热管路具有呈波浪形的散热段，所述散热翅片套装在散热段上。采用以上结构，使冷却液流经散热翅片和散热风扇的路径更长，能够大幅提高冷却液的散热效果。
作为优选：所述液冷散热底板分隔形成若干并排设置的散热区，在所述散热区的内部均设置冷却液微流道，各个散热区的两端均分别与底板进液管和底板出液管连通。由于液冷散热底板的尺寸大，易发生各部分温度不均匀的情况，采用以上结构，能够使液冷散热底板各部分的温度更加均匀，保证对各个电池包的散热效果。
作为优选：所述冷却用风发生系统包括总进风管、总出风管、设置在总进风管进风端的鼓风机以及设置在总出风管出风端的排风扇，各个主进风管的外端均与总进风管连通，各个主排风管的外端均与总出风管连通。采用以上结构，结构简单可靠。
作为优选：所述液冷散热片的内部分隔形成有至少两个并排设置的冷却液流经区，所述冷却液流经区中均通过平行交错设置的导流筋形成波浪形的冷却液流道。采用以上结构，使冷却液能够尽可能地流经液冷散热片的每个区域，实现对电芯的均匀散热，避免电芯发生局部过热的情况。
作为优选：靠近进液接头一侧的所述冷却液流经区中的相邻导流筋的间隔宽度大于靠近出液接头一侧的所述冷却液流经区中的相邻导流筋的间隔宽度。由于实际上冷却液并不会充满整个冷却液流道，进而将冷却液温度高的冷却液流经区(更靠近出液接头)的流道宽度设计为相对于冷却液温度低的冷却液流经区(更靠近进液接头)的流道宽度更窄，能够使单位面积的冷却液液量相对更多，弥补冷却液温度升高而导致吸热效率降低的问题，从而保证了对电芯的均匀散热，避免电芯发生局部过热的情况。
作为优选：所述导流筋的一端端部固定在相邻的分隔筋或液冷散热片的侧框上，另一端端部与相邻分隔筋或液冷散热片的侧框之间的间隔宽度大于该导流筋与相邻导流筋之间的间隔宽度。采用以上结构，使冷却液的流动更加顺畅，避免发生冷却液淤积的情况。
作为优选：各个所述条形出风管和条形排风管分别通过呈长条形的中转接头与对应的主进风管或主排风管连通；
所述中转接头靠近条形出风管或条形排风管的一侧面凸出形成有至少两个沿其长度方向排布的环形气嘴，在所述环形气嘴的两侧设置有相互正对的安装卡子；
所述条形出风管和条形排风管靠近相邻中转接头的一侧面上开设有与对应环形气嘴相适应的气嘴插入孔，各个环形气嘴分别能够插入对应的气嘴插入孔中，并紧贴气嘴插入孔的孔壁，所述条形出风管和条形排风管的两侧壁上凹陷形成有与对应安装卡子相适应的卡接槽，各个安装卡子分别能够卡入对应的卡接槽中。
采用以上结构，中转接头的设置便于与主进风管或主排风管进行密封连接，弥补安装公差，使进风与排风都更加通畅；另外，通过多点式的送风方式，能够有效提高送风效率，减小风阻，同时利用卡接配合，不仅连接牢靠，而且装配简单，另外环形气嘴插入气嘴插入孔的设计，既能够起到安装定位的作用，还保证了密封效果。
作为优选：所述中转接头远离条形出风管或条形排风管一侧面的中心位置凸出形成有条形管接头，所述主进风管和主排风管上具有与对应主管连接头相适应的主管接头。采用以上结构，简单可靠，易于装配连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
采用以上技术方案的能够高效散热的新能源汽车电池系统，结构新颖，设计巧妙，易于实现，液冷组件和风冷组件在散热能力效果上均具有极大的提升，能够避免电池包出现过热问题，整个电池系统不仅散热能力强，而且散热效率高，能耗低，不仅保证了新能源汽车的安全性，而且提升了新能源汽车的续航里程。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为液冷散热底板的结构示意图；
图3为电池包的结构示意图；
图4为图3去除电池包端盖的示意图；
图5为电池包外壳的结构示意图；
图6为电池组的结构示意图；
图7为单个电芯与相邻部件的配合关系示意图；
图8为图7的剖视图；
图9为液冷散热片的内部结构示意图；
图10为条形出风管或条形排风管其中一个视角的结构示意图；
图11为条形出风管或条形排风管另外一个视角的结构示意图；
图12为中转接头的结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种能够高效散热的新能源汽车电池系统，其主要包括液冷散热底板15、冷却液冷却循环系统、冷却用风发生系统以及若干设置在液冷散热底板15上的电池包。
电池包，包括电池包外壳12、盖合在电池包外壳12上的电池包端盖13以及设置在电池包外壳12中的电池组，电池组包括液冷散热组件、风冷散热组件以及若干电芯1。各个电芯1均为薄板结构，且并排设置，本实施例中，电芯1为常见的锂离子电池。
请参见图3-图5，电池包外壳12中具有用于容置电池组的电池组安装腔12a，该电池组安装腔12a的腔壁上沿周向分布有若干元件安装槽12b，在元件安装槽12b中设置有若干均匀分布的温度传感器14，从而能够准确监测电池包内部各部分的温度，避免发生电池包过热的问题。本实施例中，温度传感器14优选采用红外温度传感器，简单可靠，耐高温。
电池包外壳12靠近电池包端盖13的一端具有与电池包端盖13相适应的端盖安装凸台12c，该端盖安装凸台12c上设置有一圈密封圈安装槽12d，在该密封圈安装槽12d中设置有向外凸出的密封圈，当电池包端盖13盖合在电池包外壳12上时，密封圈与电池包端盖13过盈配合。
电池包外壳12的外壁上设置有若干减重槽12e，在减重槽12e中均设有若干加强筋12f，通过这样的设计，既满足轻量化的要求，又保证了电池包外壳12的结构强度。
请参见图6-图8，液冷散热组件包括分别设置在各个电芯1厚度方向两侧的液冷散热片2，相邻电芯1共用同一液冷散热片2，即液冷散热片2与电芯1交替设置。并且，为了能够使液冷散热片2更好地吸收电芯1的热量，在电芯1与对应液冷散热片2之间设置有硅胶导热片10。硅胶导热片10作为极佳的柔性导热介质，能够将电芯1的热量更好地传递给液冷散热片2，大幅提高了对电芯1的吸热效率。
请参见图6-图9，液冷散热片2的内部均设有供冷却液流动的冷却液流道2b，液冷散热片2上设置有用于供冷却液流入的进液接头2c和用于供冷却液流出的出液接头2d，冷却液从进液接头2c流入液冷散热片2内部的冷却液流道2b，最后从出液接头2d流出，能够带走液冷散热片2的热量，对液冷散热片2进行高效地散热。
本实施例中，各片液冷散热片2通过冷却液连接管3依次连通；并且，位于最外侧的一片液冷散热片2的进液接头2c上连接有主进液管8，出液接头2d通过对应的冷却液连接管3与相邻液冷散热片2的进液接头2c连通；位于最外侧的另一片液冷散热片2的出液接头2d上连接有主出液管9，进液接头2c通过对应的冷却液连接管3与相邻液冷散热片2的出液接头2d连通。请参见图1，电池包端盖13上开设有与主进液管8相适应的进液管穿出孔13c，主进液管8向外穿出进液管穿出孔13c，电池包端盖13上开设有与主出液管9相适应的出液管穿出孔13d，主出液管9向外穿出出液管穿出孔13d。
冷却的冷却液从主进液管8流入第一片液冷散热片2，然后依次流经剩下的每一片液冷散热片2，在从最后的一片液冷散热片2流出后经主出液管9送回液冷系统的冷却液冷却组件进行冷却，最后冷却后的冷却液再循环回主进液管8。其中，主进液管8和主出液管9的外端均设置有对接接头e，以便于快速地与冷却液冷却循环系统进行连接，方便快捷。
进一步地，进液接头2c和出液接头2d的外端均具有凸出形成的连接防漏头，连接防漏头均为朝着远离进液接头2c或出液接头2d逐渐减小的棱台结构，且连接防漏头采用弹性橡胶材料制成，密封性好，经久耐用。
请参见图9，液冷散热片2的内部分隔形成有至少两个并排设置的冷却液流经区，冷却液流经区中均通过平行交错设置的导流筋2a形成波浪形的冷却液流道2b。并且，靠近进液接头2c一侧的冷却液流经区中的相邻导流筋2a的间隔宽度大于靠近出液接头2d一侧的冷却液流经区中的相邻导流筋2a的间隔宽度；由于实际上冷却液并不会充满整个冷却液流道2b，进而将冷却液温度高的冷却液流经区(更靠近出液接头2d)的流道宽度设计为相对于冷却液温度低的冷却液流经区(更靠近进液接头2c)的流道宽度更窄，能够使单位面积的冷却液液量相对更多，弥补冷却液温度升高而导致吸热效率降低的问题，从而保证了对电芯1的均匀散热，避免电芯1发生局部过热的情况。另外，导流筋2a的一端端部固定在相邻的分隔筋2e或液冷散热片2的侧框2f上，另一端端部与相邻分隔筋2e或液冷散热片2的侧框2f之间的间隔宽度大于导流筋2a与相邻导流筋2a之间的间隔宽度，使冷却液的流动更加顺畅，避免发生冷却液淤积的情况。
请参见图3、图6和图7，风冷散热组件包括分别相对地设置在各个电芯1宽度方向两侧的条形出风管4和条形排风管5、用于向各个条形出风管4送风的主进风管6以及用于将各个条形排风管5排出热风向外输出的主排风管7，各个电芯1的外缘与相邻条形出风管4和条形排风管5之间均留有间隙，条形出风管4和条形排风管5靠近相邻电芯1的一侧壁上均开设有沿长度方向延伸的进出风隙缝d。电池包端盖13上开设有与主进风管6相适应的进风管穿出孔13a，主进风管6向外穿出进风管穿出孔13a，电池包端盖13上开设有与主排风管7相适应的排风管穿出孔13b，主排风管7向外穿出排风管穿出孔13b。主进风管6和主排风管7能够很方便地与冷却用风发生系统连接。
请参见图6-图8以及图10和图11，为了能够将风量均匀地吹向电芯1的各部分以及能够均匀地吸入电芯1各部分的热量，条形出风管4和条形排风管5均包括呈长条形的主体部以及主体部两端的弧形折弯部，其整体形状与电芯1相适应，相应的，进出风隙缝d自条形出风管4和条形排风管5的一端延伸至另一端。
请参见图6-图8，各个条形出风管4和条形排风管5分别通过呈长条形的中转接头11与对应的主进风管6或主排风管7连通。
请参见图12，中转接头11靠近条形出风管4或条形排风管5的一侧面凸出形成有至少两个沿其长度方向排布的环形气嘴11a，在环形气嘴11a的两侧设置有相互正对的安装卡子11b。条形出风管4和条形排风管5靠近相邻中转接头11的一侧面上开设有与对应环形气嘴11a相适应的气嘴插入孔a，各个环形气嘴11a分别能够插入对应的气嘴插入孔a中，并紧贴气嘴插入孔a的孔壁，条形出风管4和条形排风管5的两侧壁上凹陷形成有与对应安装卡子11b相适应的卡接槽b，各个安装卡子11b分别能够卡入对应的卡接槽b中。利用多个环形气嘴11a的送排风设计，能够有效提高送风效率，减小风阻，使进出风隙缝d的各部分出风均匀。同时，环形气嘴插11a入气嘴插入孔a的设计，既能够起到安装定位的作用，还保证了密封效果。而利用与卡接槽b安装卡子11b的卡接配合，不仅连接牢靠，而且装配简单，并且，安装卡子11b有多组，连接牢靠。
请参见图6-图8以及图12，中转接头11远离条形出风管4或条形排风管5一侧面的中心位置凸出形成有条形管接头11c，主进风管6和主排风管7上具有与对应主管连接头11c相适应的主管接头c。其中，条形管接头11c的外端向外凸出形成有弹性的密封凸缘11c1，密封凸缘11c1的外周面为朝着远离条形管接头11c方向逐渐较小的锥面结构，并且，密封凸缘11c1为橡胶材质制成，密封性好。
外界较冷的风从主进风管6同时输向各个条形出风管4，冷风从条形出风管4上的进出风隙缝d出现对应的电芯1，吸收电芯1热量后，较热的风被各个条形排风管5上的进出风隙缝d吸入，并汇集到主排风管7中，向外输入。
请参见图1，各个电池包的主进风管6和主排风管7均向外穿出电池包端盖13后接入冷却用风发生系统。各个电池包的主进液管8和主出液管9均向外穿出电池包端盖13后接入冷却液冷却循环系统。液冷散热底板15通过底板进液管15c和底板出液管15b接入冷却液冷却循环系统。
请参见图1和图2，冷却液冷却循环系统包括散热管路16、设置在散热管路16中的循环泵17、设置在散热管路16上的散热翅片18以及设置在散热翅片18一侧的散热风机组19，各个主进液管8的外端均与电池包进液管20连通，电池包进液管20与底板进液管15c通过进液三通接头21与散热管路16的出液端连通，各个主出液管9的外端均与电池包出液管22连通，电池包出液管22与底板出液管15b通过出液三通接头27与散热管路16的进液端连通。
其中，循环泵17为整个冷却液冷却循环系统提供循环动力，经散热管路16冷却后的冷却液同时输入电池包进液管20与底板进液管15c中，分别用于吸收各个电池包和液冷散热底板15的热量，然后较热的冷却液从电池包出液管22与底板出液管15b中汇流循环回到散热管路16中，冷却液在散热管路16中流动时，散热翅片18和散热风机组19能够快速带走冷却液的热量，实现对冷却液的降温。
进一步地，请参见图2，散热管路16具有呈波浪形的散热段16a，散热翅片18套装在散热段16a上，使冷却液流经散热翅片18和散热风机组19的路径更长，能够大幅提高冷却液的散热效果。
请参见图2，液冷散热底板15分隔形成若干并排设置的散热区15a，具体地说，相邻散热区15a之间通过筋条物理隔断，使冷却液不会流入到相邻的散热区15a中。在散热区15a的内部均设置冷却液微流道，使冷却液能尽可能地均匀分布在散热区15a中。各个散热区15a的两端均分别与底板进液管15c和底板出液管15b连通，实现冷却液循环。
请参见图1，冷却用风发生系统包括总进风管23、总出风管25、设置在总进风管23进风端的鼓风机24以及设置在总出风管25出风端的排风扇26，各个主进风管6的外端均与总进风管23连通，各个主排风管7的外端均与总出风管25连通。其中，鼓风机24用于将外界的冷风强制输入到总进风管23中，再由各个主进风管6引入对应的电池包中，排风扇26用于将主排风管7中的热风强制排出，从而使各个主排风管7能够吸出对应电池包中的热空气。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种能够高效散热的新能源汽车电池系统，包括液冷散热底板、冷却液冷却循环系统、冷却用风发生系统以及若干设置在液冷散热底板上的电池包，其特征在于：所述电池包包括电池包外壳、盖合在电池包外壳上的电池包端盖以及设置在电池包外壳中的电池组，所述电池组包括液冷散热组件、风冷散热组件以及若干并排设置、且均为薄板结构的电芯；
所述液冷散热组件包括分别设置在各个电芯厚度方向两侧的液冷散热片，相邻电芯共用同一所述液冷散热片，各片液冷散热片通过冷却液连接管依次连通，位于最外侧的一片液冷散热片的进液接头上连接有主进液管，位于最外侧的另一片液冷散热片的出液接头上连接有主出液管；
各个电池包的主进液管和主出液管均向外穿出电池包端盖后接入冷却液冷却循环系统，所述液冷散热底板通过底板进液管和底板出液管接入冷却液冷却循环系统；
所述风冷散热组件包括分别相对地设置在各个电芯宽度方向两侧的条形出风管和条形排风管、用于向各个条形出风管送风的主进风管以及用于将各个条形排风管排出热风向外输出的主排风管，各个电芯的外缘与相邻条形出风管和条形排风管之间均留有间隙，所述条形出风管和条形排风管靠近相邻电芯的一侧壁上均开设有沿长度方向延伸的进出风隙缝；
各个电池包的主进风管和主排风管均向外穿出电池包端盖后接入冷却用风发生系统。
2.根据权利要求1所述的能够高效散热的新能源汽车电池系统，其特征在于：所述冷却液冷却循环系统包括散热管路、设置在散热管路中的循环泵、设置在散热管路上的散热翅片以及设置在散热翅片一侧的散热风机组，各个主进液管的外端均与电池包进液管连通，电池包进液管与底板进液管通过进液三通接头与散热管路的出液端连通，各个主出液管的外端均与电池包出液管连通，电池包出液管与底板出液管通过出液三通接头与散热管路的进液端连通。
3.根据权利要求2所述的能够高效散热的新能源汽车电池系统，其特征在于：所述散热管路具有呈波浪形的散热段，所述散热翅片套装在散热段上。
4.根据权利要求1所述的能够高效散热的新能源汽车电池系统，其特征在于：所述液冷散热底板分隔形成若干并排设置的散热区，在所述散热区的内部均设置冷却液微流道，各个散热区的两端均分别与底板进液管和底板出液管连通。
5.根据权利要求1所述的能够高效散热的新能源汽车电池系统，其特征在于：所述冷却用风发生系统包括总进风管、总出风管、设置在总进风管进风端的鼓风机以及设置在总出风管出风端的排风扇，各个主进风管的外端均与总进风管连通，各个主排风管的外端均与总出风管连通。
6.根据权利要求1所述的能够高效散热的新能源汽车电池系统，其特征在于：所述液冷散热片的内部分隔形成有至少两个并排设置的冷却液流经区，所述冷却液流经区中均通过平行交错设置的导流筋形成波浪形的冷却液流道。
7.根据权利要求6所述的能够高效散热的新能源汽车电池系统，其特征在于：靠近进液接头一侧的所述冷却液流经区中的相邻导流筋的间隔宽度大于靠近出液接头一侧的所述冷却液流经区中的相邻导流筋的间隔宽度。
8.根据权利要求6所述的能够高效散热的新能源汽车电池系统，其特征在于：所述导流筋的一端端部固定在相邻的分隔筋或液冷散热片的侧框上，另一端端部与相邻分隔筋或液冷散热片的侧框之间的间隔宽度大于该导流筋与相邻导流筋之间的间隔宽度。
9.根据权利要求1所述的能够高效散热的新能源汽车电池系统，其特征在于：各个所述条形出风管和条形排风管分别通过呈长条形的中转接头与对应的主进风管或主排风管连通；
所述中转接头靠近条形出风管或条形排风管的一侧面凸出形成有至少两个沿其长度方向排布的环形气嘴，在所述环形气嘴的两侧设置有相互正对的安装卡子；
所述条形出风管和条形排风管靠近相邻中转接头的一侧面上开设有与对应环形气嘴相适应的气嘴插入孔，各个环形气嘴分别能够插入对应的气嘴插入孔中，并紧贴气嘴插入孔的孔壁，所述条形出风管和条形排风管的两侧壁上凹陷形成有与对应安装卡子相适应的卡接槽，各个安装卡子分别能够卡入对应的卡接槽中。
10.根据权利要求9所述的能够高效散热的新能源汽车电池系统，其特征在于：所述中转接头远离条形出风管或条形排风管一侧面的中心位置凸出形成有条形管接头，所述主进风管和主排风管上具有与对应主管连接头相适应的主管接头。
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