CN111725583A - 一种锂离子动力电池包外置液冷装置及其应用的电池包 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子动力电池包外置液冷装置，包括水冷板(12)；水冷板(12)与位于外部的电池包(11)的底面相接触；水冷板(12)，嵌入式安装在水冷板支撑架(13)的上部；水冷板支撑架(13)为中空的框架结构，其内填充放置有多块弹性的支撑泡棉(14)；水冷板支撑架(13)的顶部左右两端，固定连接外部的电池包(11)的底部；水冷板支撑架(13)的底部，固定连接一个底护板(15)。本发明可以有效改善电池包的散热情况，及时可靠地散发电池包的热量，此外，本发明通过采用外置水冷板支撑架，可以对水冷板进行支撑，保证水冷板的散热效果和结构强度，具有设计简便、生产加工简单、成本低等优势。

Description

一种锂离子动力电池包外置液冷装置及其应用的电池包
技术领域
本发明涉及新能源汽车行业电池系统技术领域，特别是涉及一种锂离子动力电池包外置液冷装置及其应用的电池包。
背景技术
锂离子电池具有比能量高、循环使用次数多、存储时间长等优点，不仅在便携式电子设备上如移动电话、数码摄像机和手提电脑得到广泛应用，而且也广泛应用于电动汽车、电动自行车以及电动工具等大中型电动设备方面，因此对锂离子电池的性能要求越来越高。
随着国家补贴政策对电池系统能量密度要求越来越高，主要应用在商用车领域的磷酸铁锂电池单体电池，能量密度不断提高，对电池包系统的成组率要求也逐渐提升。
目前，单体电芯提高能量密度的主要方式为增加电芯的尺寸，从而导致电池的单位散热面积减小，电池在工作过程中产生的热量，不能快速的传递出去，不仅造成电芯的工作温度升高，而且同时使得电池包内温度分布不均，加剧电芯的不一致性，影响电池的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种锂离子动力电池包外置液冷装置及其应用的电池包。
为此，本发明提供了一种锂离子动力电池包外置液冷装置，包括水冷板；
水冷板与位于外部的电池包的底面相接触；
水冷板，嵌入式安装在水冷板支撑架的上部；
水冷板支撑架为中空的框架结构，其内填充放置有多块弹性的支撑泡棉；
水冷板支撑架的顶部左右两端，固定连接外部的电池包的底部；
水冷板支撑架的底部，固定连接一个底护板。
其中，水冷板包括纵向分布的、中空的口琴管；
口琴管的前后两端，分别与中空的水室相连通；
位于前方的水室的顶部左右两端，分别设置有进水管和出水管。
其中，位于后方的水室的左右两端，分别焊接有一个定位块。
其中，水冷板支撑架包括纵向分布的中间梁；
中间梁的左右两边，分别等间隔设置有一个纵向分布的侧边纵梁；
中间梁和侧边纵梁之间，通过从前往后分布的多个横梁焊接固定在一起；
水冷板支撑架内，具有多个泡棉容纳开口；
每个泡棉容纳开口，用于容纳一块支撑泡棉。
其中，口琴管，位于中间梁和侧边纵梁之间的空隙中。
其中，
每个侧边纵梁上，从前往后等间隔加工有三个固定通孔；
每个侧边纵梁的后部，焊接有阶梯型定位销。
此外，本发明还提供了一种锂离子动力电池包，包括权利要求-任一项所述的锂离子动力电池包外置液冷装置；
锂离子动力电池包外置液冷装置，固定安装在电池包的底部。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种锂离子动力电池包外置液冷装置及其应用的电池包，其可以有效改善电池包的散热情况，及时可靠地散发电池包的热量。
此外，对于本发明，通过采用外置水冷板支撑架，可以对水冷板进行支撑，保证水冷板的散热效果和结构强度，具有设计简便、生产加工简单、成本低等优势。
附图说明
图1为本发明提供的一种锂离子动力电池包外置液冷装置，与电池包的装配分解示意图；
图2为本发明提供的一种锂离子动力电池包外置液冷装置中，水冷板的结构示意图；
图3为本发明提供的一种锂离子动力电池包外置液冷装置中，水冷板支撑架的结构示意图；
图4为本发明提供的一种锂离子动力电池包外置液冷装置的整体装配结构图；
图中，11为电池包；12为水冷板；13为水冷板支撑架；14为支撑泡棉；15为底护板。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1至图4，本发明提供了一种锂离子动力电池包外置液冷装置包括水冷板12；
水冷板12与位于外部的电池包11的底面相接触；
水冷板12，嵌入式安装在水冷板支撑架13的上部(具体可以采用定位销来定位和固定)；
水冷板支撑架13为中空的框架结构，其内填充放置有多块弹性的支撑泡棉14；
水冷板支撑架13的顶部左右两端，固定连接外部的电池包11的底部；
水冷板支撑架13的底部，固定连接一个底护板15。
在本发明中，具体实现上，参见图2所示，水冷板12包括纵向分布的、中空的口琴管23；
口琴管23的前后两端，分别与中空的水室22相连通；
位于前方的水室22的顶部左右两端，分别设置有进水管21和出水管25(当然，根据实际的需要，进水管和出水管的位置可以互换)。
需要说明的是，对于本发明的水冷系统，进水管21和出水管25，分别通过中空的连接管道，对应与一个外部冷却泵(如水泵)的出液口和进液口相连通，所述连接管道以及进水管21和出水管25中预先注入有冷却液。其中，水冷系统中使用的冷却液为阻燃冷却液，可以为水和乙二醇的混合溶液。其中，外部冷却泵(如水泵)的作用是给进水管21和出水管25和连接管道、水冷板内的冷却液提供循环动力，从而保证冷却液可以在由进水管21和出水管25组成的循环水道以及中空的连接管道、水冷板中流动，并可控制冷却液的流动速度。
具体实现上，位于后方的水室22的左右两端，分别焊接有一个定位块24。定位块24例如可以为1mm厚度的铝片，一端的铝片上加工圆孔，另一端的铝片上加工腰孔，用于和水冷板支撑架13进行定位。
在本发明中，水冷板12和水冷板支撑架13之间可以采用销钉定位，因口琴管结构不能承受过大的外力，且口琴管的适度移动，不影响水冷板和电池箱底部的贴合面积，对电池系统的冷却效果没有影响，所以水冷板不需要额外的固定即可。
需要说明的是，在本发明中，水冷板12采用口琴管结构，内部增加加强筋结构，可以增加口琴管的结构强度，同时也可以增加系统的流阻，增加换热量。
具体实现上，口琴管使用3系铝合金，采用四进四出的管路布置形式，每个口琴管的规格为48*5，壁厚0.5mm，内部采用肋筋结构，增加口琴管强度和耐压能力。在水冷板12的前后两端，有用于冷却液分流的水室22，水室22为3系铝合金，水室22侧面开扁孔和口琴管23使用钎焊工艺焊接在一起，水室22的左右两端使用铝板钎焊，保证整个水路的气密性。
需要说明的是，如图2所示，液冷板为口琴管结构，口琴管23包含多个同向的流道管230(例如八个)，流道管230为矩形截面，每个流道管内通过同向的筋壁进行分离，以增加水冷板的耐压性。图2中所示的水室22的侧壁加工腰孔，流道管230和水室22通过工装穿插固定在一起，并使用钎焊工艺焊接固定。
在本发明中，口琴管包括八个流道管，其中4个进水支路和4个出水支路，流道管内的冷却液流向为U型，进出水的路径完全对称，所以水冷板在实际使用中也不需要区分进出水口，方便安装。为隔离进水和出水，可以在前方的水室的内部中间位置嵌入并焊接一个铝片。
在本发明中，前方的水室22的左右两端开孔，进水管21和出水管25采用间隙配合插在开孔处，涂抹助焊剂，采用火焰钎焊工艺焊接在一起，图中水室22的出水口的朝向为向上，还可以根据实际的水管布置选择前后和左右方向。进水管21和出水管25可以采用快插式结构，也可以采用卡箍式结构。水室22的左右两端使用方形冲压铝板封堵，并钎焊保证气密性，防止冷却液流出。
需要说明的是，对于本发明，水室22两端的定位结构，采用铝片钎焊，圆孔和腰孔结合的方式，与双圆孔的定位方式相比，在保证定位精度的同时可以增加安装的便利性。
需要说明的是，对于本发明，水冷板的口琴管和水室使用钎焊连接，可以根据电池包的尺寸定制设计。
具体实现上，对于水冷板，进水管21和出水管25，分别和水室使用钎焊连接，进水管21和出水管25的朝向可以根据环境需要调整。
在本发明中，具体实现上，参见图3所示，水冷板支撑架13包括纵向分布的中间梁35；
中间梁35的左右两边，分别等间隔设置有一个纵向分布的侧边纵梁33；
中间梁35和侧边纵梁33之间，通过从前往后分布的多个横梁34焊接固定在一起(不限于图3所示的四个横梁)；
水冷板支撑架13内，具有多个泡棉容纳开口140(不限于图3所示的六个)；
每个泡棉容纳开口140，用于容纳一块支撑泡棉14。
具体实现上，口琴管23，位于中间梁35和侧边纵梁33之间的空隙中。
具体实现上，每个侧边纵梁33上，从前往后等间隔加工有三个固定通孔32，用于和位于外部的新能源汽车整车进行固定。
具体实现上，侧边纵梁33的底部开有多个方形缺口，每个方形缺口内部焊接有一个焊接螺母31，用于水冷板支撑架和电池包的固定(通过连接螺栓)。
需要说明的是，在本发明中，水冷板支撑架13，采用钣金弯折拼焊工艺进行加工，平均厚度为2.5mm，主体结构为田字形，具体是三纵四横框架结构，可以保证对电池包的支撑作用。在田字形框架结构中间，填充放置四块弹性的支撑泡棉14，用于为水冷板提供持续的回弹力，保持水冷板和电池包的接触，保证液冷装置的散热效果。其中，鉴于采用钣金弯折和拼焊工艺，此种加工方式的成本比较低，加工速度快，适合批量制作和生产。
在本发明中，两个侧边纵梁33和中间梁35使用2.5mm厚度的冷轧钢板弯折，弯折对接边使用氩弧焊进行焊接。中间梁35开有四个槽，中间的四个横梁34使用2.0mm的冷轧钢板，穿过中间梁的底部，和三个纵梁(即两个侧边纵梁33和纵向分布的中间梁35)进行焊接。
具体实现上，每个侧边纵梁33的后部，焊接有阶梯型定位销36，用于安装和定位水冷板(对应定位块24上的圆孔和腰孔)。
需要说明的是，对于水冷板支撑架13，由冷轧钢板弯折焊接组成三纵四横框架结构，使用气体保护焊进行焊接，焊接工艺成熟，支撑板强度高。
对于水冷板支撑架13，具有和水冷板间定位的双台阶的定位销(即阶梯型定位销)，直径小的一端用于和水冷板定位，直径大的一端焊接在水冷板支撑架13的侧边纵梁33上，该结构同时兼顾了定位和焊接的要求。
在本发明中，具体实现上，支撑泡棉14，在水冷系统安装完成以后，保持一定的变形量，一般在20％～30％之间，用于为水冷板提供持续的支撑力，保证水冷板的贴合程度。
具体实现上，水冷板支撑架13的框架结构中间安放CR材质的支撑泡棉14，厚度8～10mm，可以放置六块弹性泡棉，用于为水冷板提供持续的回弹力，保持水冷板和电池包的接触，保证液冷装置的散热效果。需要说明的是，CR泡棉是一种通用型特种橡胶，除具有一般橡胶的良好物性外，还具有耐燃、耐油、耐化学腐蚀等优异特性。
在本发明中，具体实现上，在水冷板支撑架13的最外部使用冷轧钢板防护板(即底护板15)，通过四角螺钉固定在水冷板支撑架13上，防止电池包在安装进电池仓的过程中，对支撑泡棉和水冷板的擦伤和磕碰。
基于图1至图4所示本发明提供的一种锂离子动力电池包外置液冷装置，本发明还提供了一种锂离子动力电池包，包括前面所述的锂离子动力电池包外置液冷装置；
锂离子动力电池包外置液冷装置，固定安装在电池包11的底部。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种锂离子动力电池包外置液冷装置及其应用的电池包，其可以有效改善电池包的散热情况，及时可靠地散发电池包的热量。
此外，对于本发明，通过采用外置水冷板支撑架，可以对水冷板进行支撑，保证水冷板的散热效果和结构强度，具有设计简便、生产加工简单、成本低等优势。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种锂离子动力电池包外置液冷装置，其特征在于，包括水冷板(12)；
水冷板(12)与位于外部的电池包(11)的底面相接触；
水冷板(12)，嵌入式安装在水冷板支撑架(13)的上部；
水冷板支撑架(13)为中空的框架结构，其内填充放置有多块弹性的支撑泡棉(14)；
水冷板支撑架(13)的顶部左右两端，固定连接外部的电池包(11)的底部；
水冷板支撑架(13)的底部，固定连接一个底护板(15)。
2.如权利要求1所述的锂离子动力电池包外置液冷装置，其特征在于，水冷板(12)包括纵向分布的、中空的口琴管(23)；
口琴管(23)的前后两端，分别与中空的水室(22)相连通；
位于前方的水室(22)的顶部左右两端，分别设置有进水管(21)和出水管(25)。
3.如权利要求2所述的锂离子动力电池包外置液冷装置，其特征在于，位于后方的水室(22)的左右两端，分别焊接有一个定位块(24)。
4.如权利要求1所述的锂离子动力电池包外置液冷装置，其特征在于，水冷板支撑架(13)包括纵向分布的中间梁(35)；
中间梁(35)的左右两边，分别等间隔设置有一个纵向分布的侧边纵梁(33)；
中间梁(35)和侧边纵梁(33)之间，通过从前往后分布的多个横梁(34)焊接固定在一起；
水冷板支撑架(13)内，具有多个泡棉容纳开口(140)；
每个泡棉容纳开口(140)，用于容纳一块支撑泡棉(14)。
5.如权利要求4所述的锂离子动力电池包外置液冷装置，其特征在于，口琴管(23)，位于中间梁(35)和侧边纵梁(33)之间的空隙中。
6.如权利要求4所述的锂离子动力电池包外置液冷装置，其特征在于，
每个侧边纵梁(33)上，从前往后等间隔加工有三个固定通孔(32)；
每个侧边纵梁(33)的后部，焊接有阶梯型定位销(36)。
7.一种锂离子动力电池包，其特征在于，包括权利要求1-6中任一项所述的锂离子动力电池包外置液冷装置；
锂离子动力电池包外置液冷装置，固定安装在电池包(11)的底部。
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