CN112186288A - 一种冷却装置、动力电池和汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种冷却装置、动力电池和汽车，涉及汽车技术领域，该冷却装置包括：冷却管路；至少一个容纳装置，所述容纳装置包括有一腔体，所述腔体与所述冷却管路连通；其中，所述冷却管路在水平方向高度的最大值，低于所述腔体在水平方向高度的最小值。本发明上述实施例通过容纳装置的腔体与冷却管路连通，并且所述冷却管路在水平方向高度的最大值，低于所述腔体在水平方向高度的最小值，可以在冷却液体积膨胀时，通过所述腔体承载一部分所述冷却液，避免冷却液膨胀时损坏冷却管路，还可以防止冷却液在进入所述腔体时，腔体中的空气流出所述腔体，提高汽车的安全性和可靠性。

Description

一种冷却装置、动力电池和汽车
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，具体涉及一种冷却装置、动力电池和汽车。
背景技术
目前，电池包采用液冷技术可以大幅度改善动力电池的使用寿命，提高动力电池的安全性和可靠性，目前的电动汽车多以液冷电池包为主。换电型电动汽车也已被市场所认可，因其补充能量的快捷性被推广使用。
在目前的换电型电动汽车上，电池包与车身分离时，电池包上的冷却液管路也要与车身上的冷却液管路断开，并且管路接头会立即自动关闭，防止冷却液外溢。即卸下后的电池包的内部液冷系统是完全密闭的。这样就存在一个安全隐患:当一个在低温环境运行完的换电电池包进入换电场所充电后，电池包的温度会有一个数十摄氏度的温升，冷却液在温度升高后，体积会有明显的膨胀，在密闭的电池包液冷系统中，如果不能吸收这些膨胀，液冷系统就需要承受远大于其最高运行压力的膨胀力，导致液冷系统出现爆裂、漏液，进而可能引起电池包内部短路、起火，威胁公共安全。
发明内容
本发明实施例提供了一种冷却装置、动力电池和汽车，用以解决汽车的动力电池与车身分离后，动力电池液冷系统因冷却液体积膨胀可能导致的爆裂、漏液的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种冷却装置，包括：
冷却管路；
至少一个容纳装置，所述容纳装置包括有一腔体，所述腔体与所述冷却管路连通；
其中，所述冷却管路在水平方向高度的最大值，低于所述腔体在水平方向高度的最小值。
可选的，所述容纳装置还包括：
与所述腔体连通的管接头，所述容纳装置通过所述管接头与所述冷却管路相连通。
可选的，所述容纳装置还包括：
所述管接头的内壁上，沿所述管接头的径向方向形成有一隔离部，所述隔离部将所述冷却管路与所述腔体隔离；
其中，所述隔离部上开设有至少一个连通所述冷却管路与所述腔体的通路。
可选的，所述通路在水平方向高度的最小值，大于所述冷却管路在水平方向高度的最大值。
可选的，所述容纳装置还包括：
与所述腔体连通的连通部；
所述管接头通过所述连通部，与所述腔体相连通；其中，所述连通部设置于所述腔体侧表面上靠近所述腔体底部的位置。
可选的，所述连通部在水平方向高度的最小值，小于或等于所述腔体在水平方向高度的最小值。
可选的，所述冷却装置应用于动力电池，其中，一个所述容纳装置的体积与所述容纳装置的数量的乘积大于所述冷却装置中冷却液的最大膨胀量，其中，
Figure BDA0002119219930000021
ΔL＝β×L0
Figure BDA0002119219930000022
Figure BDA0002119219930000023
A为容纳装置的数量，为正整数；
ΔL为动力电池内冷却装置中冷却液的最大膨胀量；
β为冷却液的热膨胀系数；
L0为常温下动力电池内冷却装置中的冷却液的体积；
T0为常温(25℃，298.15K)；
T1为汽车运行工况中的最低环境温度；
T2为动力电池在换电站内充电时内部能够达到的最高温度；
V0为容纳装置的标称容积；
V1为在T1温度下动力电池被卸下时容纳装置内所存空气的体积；
V2为在T2温度下动力电池被卸下时容纳装置内所存空气的体积；
P0为标准大气压101.3kPa；
P1为T1温度下容纳装置内所存空气的压力；
P2为T2温度下动力电池冷却装置能承受的最大工作压力。
可选的，所述冷却装置还包括：
设置有第一锁紧结构的冷却液输入口；
设置有第二锁紧结构的冷却液输出口，所述冷却液输出口通过所述冷却管路与所述冷却液输入口连接。
可选的，所述容纳装置安装于所述冷却管路上的拐角或者端部。
本发明实施例还提供了一种动力电池，包括如上所述的冷却装置。
本发明实施例还提供了一种汽车，包括如上所述的动力电池。
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种冷却装置、动力电池和汽车，至少具有以下有益效果：
通过容纳装置的腔体与冷却管路连通，并且所述冷却管路在水平方向高度的最大值，低于所述腔体在水平方向高度的最小值，可以在冷却液体积膨胀时，通过所述腔体承载一部分所述冷却液，避免冷却液膨胀时损坏冷却管路，还可以防止冷却液在进入所述腔体时，腔体中的空气流出所述腔体，提高汽车的安全性和可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的容纳装置的结构示意图之一；
图2为本发明实施例提供的容纳装置的剖视图之一；
图3为本发明实施例提供的容纳装置的结构示意图之二；
图4为本发明实施例提供的容纳装置的剖视图之二；
图5为本发明实施例提供的冷却装置的结构示意图之一；
图6为本发明实施例提供的冷却装置的结构示意图之二；
附图标记说明：
1-冷却管路，11-第一管路，12-第二管路，13-第三管路，2-容纳装置，21-腔体，22-管接头，23-通路，24-连通部，3-冷却液输入口，4-冷却液输出口。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
在本发明的各种实施例中，应理解，下述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
目前，在换电型电动汽车运行时，车上液冷系统中有一个半开放的补液壶，可以吸收冷却液的体积膨胀，对非换电液冷电池包来说，不存在电池包液冷系统完全密闭的应用场景。目前正在运营的换电型电动汽车的液冷型电池包中，有的是将液冷电池包冷却液进出口接头中的一个由自闭式改为开放式，任由膨胀后的冷却液自由溢出；有的是在将液冷电池包卸下后，再手动给电池包冷却液进出口接头中的一个连上一个容器，收集溢出的冷却液。但是，前者容易污染环境，后者操作繁琐，若忘记了，仍存在安全隐患，此外，两种办法都会导致换电过程中需要频繁补充冷却液，延长了换电时间，增加了用车成本。因此，本发明实施例提供了一种冷却装置、动力电池和汽车，可以在冷却液体积膨胀时，通过腔体21承载一部分所述冷却液，避免冷却液膨胀时损坏冷却管路1，还可以防止冷却液在进入所述腔体21时，腔体中的空气流出所述腔体21，提高汽车的安全性和可靠性。
具体的，如图1至4所示，本发明实施例提供了一种冷却装置，应用于动力电池，包括：
冷却管路1；
至少一个容纳装置2，所述容纳装置2包括有一腔体21，所述腔体21与所述冷却管路1连通；
其中，所述冷却管路1在水平方向高度的最大值，低于所述腔体21在水平方向高度的最小值。
其中，所述容纳装置2可以由铝、铜、不锈钢等金属或其合金通过各种工艺加工而成，也可以由尼龙、聚烯烃等热塑或热固性树脂通过各种工艺加工而成，所述腔体21也可以用橡胶等弹性体材料制成；上述材料在考虑成本的同时，应该满足具体使用场合的工作温度、工作压力、使用寿命等要求，避免腔体21由于承受不了压力爆裂等。所述腔体21可以为内部中空的壳体，所述壳体的外形可以为方形、圆柱形、球形、锥形或者以上外形的任意组合等，所述壳体的容积可以为数十毫升至数千毫升之间，所述壳体的容积并不限定。
其中，所述冷却管路1上还可以设置有冷却元件，所述容纳装置2可以直接与所述冷却管路1连通，也可以设置于冷却元件中。所述容纳装置2可以安装于所述冷却装置中较容易产生气体积聚的“死角”部位(即角落中)，也可以安装在其他位置，所述容纳装置2的位置并不限定。所述容纳装置2入口朝下(即所述容纳装置2在水平方向高度的最小值，高于所述冷却管路1在水平方向高度的最大值)，以保证在加注冷却液或冷却装置工作时，所述容纳装置2的腔体21中的气体只能被压缩而不会被冷却液排挤出所述腔体21，提高安全性。
在本发明上述实施例中，通过容纳装置2的腔体与冷却管路1连通，并且所述冷却管路1在水平方向高度的最大值，低于所述腔体21在水平方向高度的最小值，可以在冷却液体积膨胀时，通过压缩所述腔体21内的空气使所述腔体21承载一部分所述冷却液，避免冷却液膨胀时损坏冷却管路1，还可以防止冷却液在进入所述腔体21时，腔体21中的空气流出所述腔体21，提高汽车的安全性和可靠性。
可选的，如图1至4所示，所述容纳装置2还包括：
与所述腔体21连通的管接头22，所述容纳装置2通过所述管接头22与所述冷却管路1相连通。
其中，所述管接头22可以是公头也可以是母头，其规格应与冷却管路1常用的管径或接头相符合，可以采用快速连接或管螺纹连接等方式。
可选的，如图2和图4所示，所述容纳装置2还包括：
所述管接头22的内壁上，沿所述管接头22的径向方向形成有一隔离部，所述隔离部将所述冷却管路1与所述腔体21隔离；
其中，所述隔离部上开设有至少一个连通所述冷却管路1与所述腔体21的通路23。
其中，所述通路23可以为一个也可以为多个，数量并不限定。所述通路23的容积小于预设容积，所述预设容积为能够使所述冷却液通过所述通路23流入所述腔体21中时，所述腔体21中的气体可以被压缩而不会由所述通道流出的设定值。
可选的，所述通路23在水平方向高度的最小值，大于所述冷却管路1在水平方向高度的最大值。即所述容纳装置2在使用过程中，所述通路23的位置高于所述冷却管路1的位置，可以防止冷却液在进入所述腔体21时，腔体中的空气流出所述腔体21，提高汽车的安全性和可靠性。
其中，所述通路23在水平方向高度的最大值可以小于或等于所述腔体21在水平方向高度的最小值，可以在温度降低，冷却液的体积变小时，冷却液可以顺畅的流出所述腔体21，减少冷却液在所述腔体21中的残留。所述通路23在水平方向高度的最大值也可以大于所述腔体21在水平方向高度的最小值。所述通路23的高度与所述管接头22的长度有关，在管接头22的长度较长(即管接头22在使用过程中高度较高)时，可以设置通路23的在水平方向高度的最大值可以小于所述腔体21在水平方向高度的最小值；在管接头22的长度较短(即管接头22在使用过程中高度较低)时，可以设置通路23的在水平方向高度的最大值可以大于或等于所述腔体21在水平方向高度的最小值。
可选的，所述容纳装置2还包括：
与所述腔体21连通的连通部24；
所述管接头22通过所述连通部24，与所述腔体21相连通；其中，所述连通部24设置于所述腔体21侧表面上靠近所述腔体21底部的位置。
其中，所述连通部24用于连通所述腔体21与所述管接头22，以保证所述腔体21与所述冷却管路1连通。所述连通部24可以设置于所述容纳装置2的拐角上(即设置于所述腔体21的拐角上)，使用时，所述腔体21的位置高于所述连通部24的位置。所述容纳装置2满足具体使用场合的工作温度、工作压力、使用寿命、耐腐蚀性、阻燃性等要求。
可选的，所述连通部24在水平方向高度的最小值，小于或等于所述腔体21在水平方向高度的最小值，可以在温度降低，冷却液的体积变小时，冷却液可以顺畅的流出所述腔体21，减少冷却液在所述腔体21中的残留。所述连通部24的位置和高度并不限定。
可选的，所述冷却装置可以应用于动力电池中，其中，一个所述容纳装置2的体积与所述容纳装置2的数量的乘积大于所述冷却装置中冷却液的最大膨胀量，其中，
Figure BDA0002119219930000071
ΔL＝β×L0
Figure BDA0002119219930000072
Figure BDA0002119219930000073
A为容纳装置的数量，为正整数；
ΔL为动力电池内冷却装置中冷却液的最大膨胀量；
β为冷却液的热膨胀系数；
L0为常温下动力电池内冷却装置中(即动力电池与汽车分离时自动封闭后的动力电池内部)的冷却液的体积；
T0为常温(25℃，298.15K)；
T1为汽车运行工况中的最低环境温度；
T2为动力电池在换电站内充电时内部能够达到的最高温度；
V0为容纳装置的标称容积，即容纳装置内部的通道以内的腔体的容积；
V1为在T1温度下动力电池被卸下时容纳装置内所存空气的体积；
V2为在T2温度下动力电池被卸下时容纳装置内所存空气的体积；
P0为标准大气压101.3kPa；
P1为T1温度下容纳装置内所存空气的压力(表压)；若动力电池与车身分离前，车内的冷却系统的水泵已经停止工作，P1可以近似为补液壶页面与动力电池中冷却装置最低处的液面差；
P2为T2温度下动力电池冷却装置能承受的最大工作压力(表压)。
其中，V1-V2为一个容纳装置2可以容纳的冷却液膨胀量。所述容纳装置2可以安装一个或多个，全部所述容纳装置2的容积之和需要超出通过计算确定的动力电池的冷却装置中冷却液在极端工况下(即由T1升温至T2)的最大体积膨胀量。在ΔL除以V1-V2的差值的数值，即第一数值为整数时，所述容纳装置2的数量可以为第一数值加1，例如：在所述第一数值为2时，所述容纳装置2的数量可以为3；在所述第一数值为非整数时，所述容纳装置2的数量可以为大于所述第一数值的整数，例如：所述第一数值为2.4，所述容纳装置的数量可以为3。
可选的，如图5和图6所示，所述冷却装置还包括：
设置有第一锁紧结构的冷却液输入口3；
设置有第二锁紧结构的冷却液输出口4，所述冷却液输出口4通过所述冷却管路1与所述冷却液输入口3连接。
可选的，如图5所示，所述冷却管路1可以包括：
第一管路11，所述第一管路11设置于所述冷却液输入口3和所述冷却液输出口4之间；
与所述第一管路11并联连接的第二管路12，所述第二管路12水平方向的高度大于所述第一管路11水平方向的高度，所述容纳装置2设置于所述第二管路12上。
其中，在向冷却装置加注冷却液时，在第二管路12里，冷却液先通过冷却装置的管接头22再到所述通路23，由于冷却液占据了所述通路23，致使冷却装置中腔体21内部空腔里的空气不能排出来，随着冷却液的增加，液面增高，液体压力增大，腔体21内部空腔里的空气被压缩，空气压力增大，气体压力与液体压力始终相同，保持平衡。其中，所述容纳装置可以设置于所述第二管路12的上方，也可以所述通路23、连通部24以及腔体21均设置于所述第二管路12的上方。
可选的，所述容纳装置2可以安装于所述第二管路12上的拐角或者端部，也可以安装于所述第二管路12上的其他位置。所述冷却管路1的具体结构并不限定。
可选的，如图6所示，所述冷却管路1还可以包括：
第三管路13，所述容纳装置2设置于所述第三管路13上的拐角或者端部。
其中，在向冷却装置加注冷却液时，在第三管路13里，冷却液先通过冷却装置的管接头22再到所述通路23，由于冷却液占据了所述通路23，致使冷却装置中腔体21内部空腔里的空气不能排出来，随着冷却液的增加，液面增高，液体压力增大，腔体21内部空腔里的空气被压缩，空气压力增大，气体压力与液体压力始终相同，保持平衡。其中，所述容纳装置可以设置于所述第三管路13的上方，也可以所述通路23、连通部24以及腔体21均设置于所述第三管路13的上方。所述冷却管路1的具体结构并不限定。
下面通过一具体实施例说明所述容纳装置2的数量和容积进行选择：
在动力电池从汽车上换下时，动力电池的冷却液输入口3和冷却液输出口4立即自动封闭。该汽车补液壶液面高于冷却装置最低处500mm，该冷却装置内完全被冷却液充满，内部装有5L冷却液，主要组成为50％乙二醇水溶液，密度1.071g/ml，其质量浓度为52.4％。冷却装置运行时，内部压力约20kPa-25kPa，系统最高耐压350kPa。在冬季汽车运营时，动力电池内最低温度约-15℃；在换电站内充电，有时可能用较大功率充电，充电末期动力电池内温度最高可达55℃，即最高温升幅度70℃。水的膨胀系数为208×10-6/℃，乙二醇的膨胀系数为570×10-6/℃，可以得到冷却液的热膨胀系数为295.6×10-6/℃。5L冷却液升温70℃后，体积增加了103.5ml，所以，可以拟选用两个有效容积100ml的冷却装置。计算方法如下：
所述腔体21内部空腔的体积为V0(也就是腔体21的标称容量)，T0＝298.15K，P0＝101.3kPa，在冷却装置内压力P1＝0.5*1.071*9.8＝5.25kPa和最低工作温度T1＝-15℃(258.15K)下，腔体21内部气体的体积为V1，在冷却装置中可承受的最高压力P2＝350kPa和最高工作温度T2＝55℃(328.15K)下，腔体21内部气体的体积为V2，则
Figure BDA0002119219930000101
Figure BDA0002119219930000102
其中，V1-V2＝0.575V0＝57.5ml
V1-V2即为每个容纳装置2可以容纳的最大冷却液膨胀量，本发明实施例中冷却液总膨胀量为103.5ml，所以，可以选用两个标称容积100ml的容纳装置2分别安装在整个冷却装置位置最高两个角落里的冷却管路1的末端。
本发明实施例还提供了一种动力电池，包括如上任一实施例所述的冷却装置。
本发明实施例还提供了一种汽车，包括如上任一实施例所述的动力电池。
所述汽车还可以包括：设置于车身内部的冷却系统，所述冷却系统与所述冷却装置通过所述冷却液输入口3和所述冷却液输出口4连通。在所述动力电池与所述车身分离时，所述冷却系统与所述冷却装置分离，所述冷却装置的所述冷却液输入口3通过所述第一锁紧结构封闭，所述冷却液输出口4通过所述第二锁紧结构封闭。
综上所述，本发明的实施例中，通过容纳装置2的腔体与冷却管路1连通，并且所述冷却管路1在水平方向高度的最大值，低于所述腔体21在水平方向高度的最小值，可以在冷却液体积膨胀时，通过压缩所述腔体21内的空气使所述腔体21承载一部分所述冷却液，避免冷却液膨胀时损坏冷却管路1，还可以防止冷却液在进入所述腔体21时，腔体21中的空气流出所述腔体21，并且也不会产生冷却液的外溢，不会污染环境，也不需要人工干预，避免操作失误造成危险，也避免了频繁补充冷却液导致的换电时间延长和用车成本增加的问题，提高电动汽车运行的安全性和可靠性。
以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，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 (11)

1.一种冷却装置，其特征在于，包括：
冷却管路(1)；
至少一个容纳装置(2)，所述容纳装置(2)包括有一腔体(21)，所述腔体(21)与所述冷却管路(1)连通；
其中，所述冷却管路(1)在水平方向高度的最大值，低于所述腔体(21)在水平方向高度的最小值。
2.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述容纳装置(2)还包括：
与所述腔体(21)连通的管接头(22)，所述容纳装置(2)通过所述管接头(22)与所述冷却管路(1)相连通。
3.如权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，所述容纳装置(2)还包括：
所述管接头(22)的内壁上，沿所述管接头(22)的径向方向形成有一隔离部，所述隔离部将所述冷却管路(1)与所述腔体(21)隔离；
其中，所述隔离部上开设有至少一个连通所述冷却管路(1)与所述腔体(21)的通路(23)。
4.如权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，所述通路(23)在水平方向高度的最小值，大于所述冷却管路(1)在水平方向高度的最大值。
5.如权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，所述容纳装置(2)还包括：
与所述腔体(21)连通的连通部(24)；
所述管接头(22)通过所述连通部(24)，与所述腔体(21)相连通；其中，所述连通部(24)设置于所述腔体(21)侧表面上靠近所述腔体(21)底部的位置。
6.如权利要求5所述的冷却装置，其特征在于，所述连通部(24)在水平方向高度的最小值，小于或等于所述腔体(21)在水平方向高度的最小值。
7.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置应用于动力电池，其中，一个所述容纳装置(2)的体积与所述容纳装置(2)的数量的乘积大于所述冷却装置中冷却液的最大膨胀量，其中，
Figure FDA0002119219920000021
ΔL＝β×L0
Figure FDA0002119219920000022
Figure FDA0002119219920000023
A为容纳装置的数量，为正整数；
ΔL为动力电池内冷却装置中冷却液的最大膨胀量；
β为冷却液的热膨胀系数；
L0为常温下动力电池内冷却装置中的冷却液的体积；
T0为常温(25℃，298.15K)；
T1为汽车运行工况中的最低环境温度；
T2为动力电池在换电站内充电时内部能够达到的最高温度；
V0为容纳装置的标称容积；
V1为在T1温度下动力电池被卸下时容纳装置内所存空气的体积；
V2为在T2温度下动力电池被卸下时容纳装置内所存空气的体积；
P0为标准大气压101.3kPa；
P1为T1温度下容纳装置内所存空气的压力；
P2为T2温度下动力电池冷却装置能承受的最大工作压力。
8.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置还包括：
设置有第一锁紧结构的冷却液输入口(3)；
设置有第二锁紧结构的冷却液输出口(4)，所述冷却液输出口(4)通过所述冷却管路(1)与所述冷却液输入口(3)连接。
9.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述容纳装置(2)安装于所述冷却管路(1)上的拐角或者端部。
10.一种动力电池，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的冷却装置。
11.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求10所述的动力电池。
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