CN111933846A - 一种集成液冷系统的电池包箱体和电动车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成液冷系统的电池包箱体和电动车辆，其包括底板和壁板，所述底板由铝型材直接加工成型，所述底板内集成有冷却液流道，所述底板的侧端面上集成有至少两个耳状结构，每个耳状结构与冷却液流道连通，每个耳状结构上设置有进出水口。本发明可以实现在控制电池包内模组工作温度并保证各模组温度一致性的同时，且有效加大电池包有效利用空间，减轻电池包重量，避免冷却液泄漏风险。

Description

一种集成液冷系统的电池包箱体和电动车辆
技术领域
本发明涉及一种电池包箱体，本发明电池包箱体技术领域，具体涉及一种集成液冷系统的电池包箱体和电动车辆。
背景技术
目前电动汽车中主要采用电池包作为能量存储装置和动力源，电池包在汽车行驶中通过放电给汽车提供动力。在车辆行驶过程和快充过程中，电池工作电流较大，容易导致电池单体温度过高。而电池单体的工作温度对电池性能有极大的影响，工作温度过高会导致其循环寿命大幅下降，且电池包主要由电池单体进行串并联组成，包内电池单体之间温度不均匀会进一步导致电池包性能下降或失效。因此必须采用电池热管理系统将电池温度控制在合理范围内，同时保证电池单体之间的温度保持较好的一致性。
一般地，电池包内热管理系统有四种实现方式：自然冷却方式、风冷方式、液体冷却方式和直冷方式。相比自然冷却和风冷方式，液体冷却方式的换热效率更高；相比直冷方式，液体冷却方式更能保证电池单体的温度一致性，所以液体冷却方式是目前电动汽车电池热管理系统使用最广泛的方式。
目前电池包内液冷系统主要通过液冷板对模组进行冷却，液冷板属于电池包内部一个独立部件。液冷板底部粘贴支撑垫或支撑泡棉安装在电池包箱体底部，模组安装在液冷板之上，模组与液冷板之间采用导热垫填充间隙，保证模组到液冷板的热量传递效率。因此，目前普遍采用的液体冷却系统主要包括液冷板(包括连接管道)、导热垫、支撑垫等零部件。
传统的液冷板式热管理系统布置方式有诸多问题待解决：首先，传统的布置方式，电池包底部需要10mm-20mm高度的空间安装液冷系统零部件，极大的占用电池包空间，导致电池包内可用于安装模组的空间变小，为了满足用电需求，电池包整包体积也相应增大，与整车的安装匹配难度加大；同时液冷板一般采用铝制材料，整个液冷系统重量约在15kg-20kg左右，占用电池包重量较大的比例，不利于电池包轻量化和能量密度提升；且液冷板与电池包的组装方式，对系统的密封性要求极高，容易出现漏液问题，进而影响电池包可靠及安全等性能；整个液冷系统由于材料、及模具加工等因素也导致电池包成本偏高。
中国实用新型专利CN201821425821X公开了一种箱外热管理的轻量化电池箱体，包括下箱体1和设于下箱体上的上盖，所述下箱体和上盖间设有2列电池模组，所述下箱体的底板为空腔，所述空腔内设有2列液冷板，任一所述液冷板与任一电池模组一一对应设置；所述液冷板与电池模组3间设有导热层；2列电池模组3间设有液冷管道，所述液冷管道与任一液冷板空间连通，所述液冷管道设有冷却液入口和冷却液出口；下箱体采用碳纤维复合材料一体成型工艺成型。该专利虽然涉及下箱体的底板为空腔，但其通过内部嵌设液冷板的方式进行冷却，内部包含管路，并不涉及本技术交底书提供的在箱体底板内利用铝型材空隙本身作为冷却液流动通道，不额外插入液冷板及管路，且将冷却液进出口设计在箱体外部，以及从下箱体底板上设计两个延伸到箱体外的耳状结构，在该结构上焊接进出水管，使得电池包内部无冷却液管道，降低电池包内部泄漏风险，同时省去了电池包内水管的占用空间，优化电池包空间；即无法有效避免冷却液泄漏风险的技术问题。
中国发明专利CN2016108801261公开了一种电池托盘集成液冷装置，描述了将散热通道限定了在托盘内部，使托盘既作为支撑结构又作为散热结构，提高了电池包空间的利用率，对系统结构进行了有效减重。该专利虽然能提高了电池包空间的利用率，对系统结构进行了有效减重，但不涉及本技术交底书提供的在控制电池包内模组工作温度并保证各模组温度一致性的情况下；将液冷系统与电池包箱体一体化以有效减少液冷系统零部件，加大电池包有效利用空间，减轻电池包重量，避免冷却液泄漏风险，降低电池包总成本和生产周期。
中国发明专利CN111048708A公开了一种新能源汽车电池模块上的电池箱下箱体，电池箱下箱体包括底板和围绕底板设置的周向围框，底板上设有至少两个沿左右方向布置的中空流道，周向围框包括沿前后方向间隔布置的前侧板和后侧板，前侧板上有进液通道和出液通道，底板上的中空流道包括进液流道和出液流道，分别与进液通道和出液通道对接连通，后侧板上有与中空流道对接连通的集流通道。流体介质依次流过进液通道、进液流道、集流通道、出液流道和出液通道，底板端面不需要经过复杂的加工，也不需要在底板两端焊接封板，底板与前侧板和后侧板结合形成循环通道。该专利实质上还是采用现有的液冷板技术，采用口琴管+集流管集成的形式，子部件较多，且为了实现口琴管式的结构，底板材料一版比较软，直接作为箱体底板强度上有一定风险，同时该水管直接从内部口琴管水平引出，水平布置，在抗振动扰动性能较差，接头处易出现松脱问题；且一般这种方式箱体上开孔位置受限，开孔后也影响箱体本身强度；
发明内容
为解决上述技术问题，本发明采用了这样一种集成液冷系统的电池包箱体和电动车辆，其可以实现在控制电池包内模组工作温度并保证各模组温度一致性的同时，且有效加大电池包有效利用空间，减轻电池包重量，避免冷却液泄漏风险。
本发明采用的技术方案是：一种集成液冷系统的电池包箱体，其包括底板和壁板，所述底板由铝型材直接加工成型，所述底板内集成有冷却液流道，所述底板的侧端面上集成有至少两个耳状结构，每个耳状结构与冷却液流道连通，每个耳状结构上设置有进出水口。
在本发明的一种优选实施方案中，所述进出水口的中心轴线与所述耳状结构垂直布置，所述耳状结构与所述底板平行布置。
在本发明的一种优选实施方案中，所述底板由两块铝板固接而成，至少一块铝板的端面上平行设置有多个结构梁，每个结构梁与铝板垂直布置。
在本发明的一种优选实施方案中，所述铝板上设置有模组安装孔，所述模组安装孔与所述冷却液通道不相交。
在本发明的一种优选实施方案中，两块铝板通过焊接或/和螺栓固接或/和胶接。
在本发明的一种优选实施方案中，所述冷却液流道包括依次平行首位连通布置的两通道、三通道、两通道、两通道、三通道和两通道，位于首尾的两通道与进出水口连通。
在本发明的一种优选实施方案中，所述壁板上的外周面上设置有六个安装支架，每个安装支架上设置有用于连接车身的螺栓孔。
在本发明的一种优选实施方案中，所述壁板上的外周面上设置有高压接插件安装孔、低压接插件安装孔和维修开关。
本发明公开了一种电动车辆，其包括电池箱体，所述电池箱体内安装有电池模组，所述电池箱体集成液冷系统的电池包箱体。
在本发明的一种优选实施方案中，所述电池模组和所述电池箱体的底板之间填充有导热垫。。
本发明的有益效果是：本发明的结构简单、散热效果好、集成性高，其通过对底板采用铝型材的集成化加工成型，在底板内利用铝型材空隙本身作为冷却液流动通道，不额外插入液冷板及管路，且通过在底板上增加耳状结构，从而将进出水口设计在箱体外部，使得电池包内部无冷却液管道，降低电池包内部泄漏风险，同时省去了现有技术中电池包内水管的占用空间，优化电池包空间，且不会削弱底板的侧端面壁厚；空隙的形状可以是矩形等多边形截面；进一步的，本发明通过在底板上布置导热垫来填充底板与模组下底面之间的间隙，导热垫可以采用较高导热系数的硅胶系材料，且具有较好的压缩性，在模组重量和安装力的作用下会压缩导热垫，从而使得导热垫能填充由于模组底面和下箱体上表面平面度带来的间隙，加快模组与底板之间热量的有效传递；进一步的，本发明在底板内设计的流动通道中通入冷却液，通过冷却液在箱体底部的流动带走模组产生的热量，从而控制电池包内模组工作温度并保证各模组温度一致性的。且有效减少液冷系统零部件，加大电池包有效利用空间，减轻电池包重量，避免冷却液泄漏风险，降低电池包总成本和生产周期。
附图说明
图1为本发明一种集成液冷系统的电池包箱体的示意图；(安装有电池包)
图2为本发明一种集成液冷系统的电池包箱体的示意图；(未安装电池包)
图3为本发明一种集成液冷系统的电池包箱体的底板示意图；
图4为本发明一种集成液冷系统的电池包箱体的侧剖视图。
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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种集成液冷系统的电池包箱体，包括底板和壁板，所述底板由铝型材直接加工成型，所述底板内集成有冷却液流道，所述底板的侧端面上集成有至少两个耳状结构，每个耳状结构与冷却液流道连通，每个耳状结构上设置有进出水口。
优选地，所述进出水口的中心轴线与所述耳状结构垂直布置，所述耳状结构与所述底板平行布置。
优选地，所述底板由两块铝板固接而成，至少一块铝板的端面上平行设置有多个结构梁，每个结构梁与铝板垂直布置。
优选地，所述铝板上设置有模组安装孔，所述模组安装孔与所述冷却液通道不相交。
优选地，两块铝板通过焊接或/和螺栓固接或/和胶接。
优选地，所述冷却液流道包括依次平行首位连通布置的两通道、三通道、两通道、两通道、三通道和两通道，位于首尾的两通道与进出水口连通。
优选地，所述壁板上的外周面上设置有六个安装支架，每个安装支架上设置有用于连接车身的螺栓孔。
优选地，所述壁板上的外周面上设置有高压接插件安装孔、低压接插件安装孔和维修开关。
本发明还公开了一种电动车辆，包括电池箱体，所述电池箱体内安装有电池模组，所述电池箱体为集成液冷系统的电池包箱体。所述电池模组和所述电池箱体的底板之间填充有导热垫。
下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
如图1所示，该电池包箱体内包含模组11，共八个，模组11安装在下箱体10底部，通过螺栓与图2中的模组安装孔21连接将模组固定，模组底部与下箱体表面之间用导热垫填充间隙，导热垫具有良好的导热性能和压缩性能，将模组11安装在下箱体10上时，模组11重量和安装力会压缩导热垫，从而使得导热垫能填充由于模组底面和下箱体上表面平面度带来的间隙，由于导热垫导热性能比空气导热系数高，所以能有效地提高模组热量向下箱体上的传递，从而使得下箱体中冷却液能快速带走模组发热产生的热量。
如图2所示，下箱体10的四个角处及前后中部设计了电池包的六个安装支架20，安装支架20上开螺栓孔12，电池包通过安装支架与车身之间的用螺栓连接固定。同时在电池包下箱体10前部设计了三个孔，包括高压接插件安装孔16、低压接插件安装孔15和维修开关17。在电池包下箱体10后部设计了两个从下箱体底部延伸出来的连接结构，例如18和19耳状结构，其内部设计了冷却液流道，并在耳状结构外表面焊接进水口13和出水口14，进出水口与下箱体底部的冷却液流道相通。
电池包下箱体中集成了冷却液流道，使得电池包下箱体具有冷却电池包内模组、提高电芯模组温度一致性的功能。如图3冷却液流道剖面图所示，冷却液从进水口13向下流入，在箱体下底板进水口 22处分为两个流道24，流道24之间通过铝型材的结构梁25隔开，冷却液在流道24中如图中箭头所示方向两通道并联流动，在箱体前部会合后再转流向180°后三通道并联流动，然后再转流向180°后两通道并联流动，接着再转流向180°后两通道并联流动，接着再转向180°后三通道并联流动，冷却液汇集后再转流向180°两通道并联流向出水口23，在下箱体底板的出水口23处汇集，然后通过外部焊接的出水口14流出，完成整个冷却液的循环流动。下箱体中集成的冷却液通道避开了模组安装孔21，防止出现冷却液泄露的风险。
下箱体10是采用铝型材机加工成型，下箱体10四周壁面上也含有空隙27和28，具体如图4所示。而在下箱体底部也包含较多的空隙，本方法就是将下箱体中的空隙26设计成流道24，从而使得能够在下箱体底部通入冷却液，通过图3中设计的流道24来使得冷却液在电池包中循环流动，进而能够控制电池包内模组的温度，从而使得电池下箱体10具有液冷板的功能。
本发明的可以带来以下有益效果：
1.有利于电池包轻量化设计。动力电池包下箱体底板一般是采用机加工的铝型材来保证箱体强度，铝型材中有较多的空隙，本方法将动力电池中液冷板与下箱体集成到一起，即在下箱体底板中利用铝型材的空隙本身布置冷却液流道，不额外插入液冷板及管路，在通道中通入冷却液来对箱体中的模组进行冷却，此方法可以减少电池包中的液冷板和支撑垫两个零部件，能有效的降低电池包的重量。
2.有利于电池包能量密度提升。本方法一方面可以有效降低电池包重量，使得在布置相同模组的情况下，电池包的比能量密度(能量Wh/重量kg)能够有效提高；另一方面，本方法将液冷板和下箱体集成到一起，减少了液冷板和支撑垫两个零部件，使得在相同的电池包外边界尺寸条件下，能够有更多的空间布置更多的模组，从而增加了电池包的电量及可用能量，有效提高了电池包的体积能量密度(能量Wh/体积m3)。
3.有利于电池包降成本和缩短生产周期。本方法将液冷板与下箱体集成为一体，一方面节省了液冷板和支撑垫的材料成本费用，另一方面节省了液冷板的模具费，及开模时间，并极大的节省了电池包的整体开发成本，缩短了电池包的生产制造周期。
4.有利于电动车续航里程提升。本方法将液冷板与下箱体集成为一体，一方面可有效的提升电池包的能量密度，另一方面能有效的降低电池包的重量，使得车辆行驶的负载降低，两方面改善均能使得电动车的续航里程有效提升。
5.有利于降低电池包的安全风险。本方法将液冷板与下箱体集成为一体，且在设计的两个延伸到箱体外的耳状结构上焊接进出口水管，从而使得电池包内部无冷却液管道，彻底规避了电池包内管道冷却液泄漏的风险，从而提高整车安全性能。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种集成液冷系统的电池包箱体，包括底板和壁板，其特征在于：所述底板由铝型材直接加工成型，所述底板内集成有冷却液流道，所述底板的侧端面上集成有至少两个耳状结构，每个耳状结构与冷却液流道连通，每个耳状结构上设置有进出水口。
2.根据权利要求1所述的集成液冷系统的电池包箱体，其特征在于：所述进出水口的中心轴线与所述耳状结构垂直布置，所述耳状结构与所述底板平行布置。
3.根据权利要求1所述的集成液冷系统的电池包箱体，其特征在于：所述底板由两块铝板固接而成，至少一块铝板的端面上平行设置有多个结构梁，每个结构梁与铝板垂直布置。
4.根据权利要求3所述的集成液冷系统的电池包箱体，其特征在于：所述铝板上设置有模组安装孔，所述模组安装孔与所述冷却液通道不相交。
5.根据权利要求3所述的集成液冷系统的电池包箱体，其特征在于：两块铝板通过焊接或/和螺栓固接或/和胶接。
6.根据权利要求1所述的集成液冷系统的电池包箱体，其特征在于：所述冷却液流道包括依次平行首位连通布置的两通道、三通道、两通道、两通道、三通道和两通道，位于首尾的两通道与进出水口连通。
7.根据权利要求1所述的集成液冷系统的电池包箱体，其特征在于：所述壁板上的外周面上设置有六个安装支架，每个安装支架上设置有用于连接车身的螺栓孔。
8.根据权利要求1所述的集成液冷系统的电池包箱体，其特征在于：所述壁板上的外周面上设置有高压接插件安装孔、低压接插件安装孔和维修开关。
9.一种电动车辆，包括电池箱体，所述电池箱体内安装有电池模组，其特征在于：所述电池箱体为权利要求1-8任意一项权利要求所述的集成液冷系统的电池包箱体。
10.根据权利要求9所述的电动车辆，其特征在于：所述电池模组和所述电池箱体的底板之间填充有导热垫。
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