CN112397806A - 集成加热功能的电池冷板、动力电池系统及新能源车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成加热功能的电池冷板、动力电池系统及新能源车辆。所述电池冷板与电池模组贴合并包括盖板和底板，盖板和/或底板上设有散热流道，散热流道的入口端和出口端分别与流体进管和流体出管流体连通，散热流道为并行布置的多列流道，电池冷板包括加热元件以及与加热元件位置对应的散热翅片，加热元件对应于多列流道之间的区域布置。本发明的电池冷板通过集成加热功能，实现了对电池模组的加热或散热，保证了电池模组的温度均匀性，延长了电池模组的使用寿命并提高使用安全性。本发明的电池冷板应用于动力电池系统时，减少了系统中的零件数量，使用可靠，可广泛应用于新能源车辆的动力电池的热管理。

Description

集成加热功能的电池冷板、动力电池系统及新能源车辆
技术领域
本发明总的涉及新能源车辆(电动车辆、混合动力车辆)技术领域，尤其是动力电池系统领域。更具体地，涉及一种应用于新能源车辆的电池热管理领域中的电池冷板，用于车辆的动力电池系统及具有动力电池系统的新能源车辆。
背景技术
随着新能源汽车的日益普及，对于其关键技术的电池热管理，也不断提出越来越高的要求。锂电池因其能量密度高、循环特性好而常被用作新能源汽车的动力来源。由于汽车在行驶过程中会不定时出现大功率的充放电现象，电池会产生较严重的发热现象。众所周知，电池在高温下循环寿命及日历寿命大幅下降，同时在低温下相对容量下降，充电缓慢，极端低温下充电还有引起短路的风险。例如，锂电池的最佳使用温度为20～30度之间，正常使用中温度应当保持在0～55度之间。当电芯温度小于0度，充电过程易出现析锂等现象；当温度大于55度时，锂电池的电芯循环寿命则会急剧下降。因此，只有将电池保持在合适的运行温度范围内，才能获得高效安全的运行。
目前电池模组的冷却方式主要包括空气冷却、电池包底部冷板冷却、电池单体间导热片冷却，以及电池包侧面冷板冷却。其中，电池包底部冷板不仅起到冷却作用，还具有结构支撑的效果，从而被应用于较多场合。然而，一般的液冷板均为直流道，温度梯度在流向上呈衰减趋势，不符合电池系统温度均匀性的要求。此外，传统的水冷加热方式通常是通过在电池包外部加热流体后，再将加热流体用于加热冷板和电池的方式来实施，这种方式使得热流体在管道流动过程中能量大幅损失，加热效果不理想。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术中的缺陷，提出一种更为高效的电池冷板方案，该电池冷板在加热和散热两种模式下都能够实现温场梯度一致。
为此，根据本发明的一个方面，提供一种集成加热功能的电池冷板，所述电池冷板与电池模组贴合并包括盖板和底板，所述盖板和/或底板上设有散热流道，所述散热流道的入口端和出口端分别与流体进管和流体出管流体连通，其中，所述散热流道为并行布置的多列流道，所述电池冷板包括加热元件以及与所述加热元件位置对应的散热翅片，所述加热元件对应于多列流道之间的区域布置。
根据上述技术构思，本发明可进一步包括任何一个或多个如下的可选形式。
在某些可选形式中，所述加热元件布置于所述盖板和/或底板的外侧，并邻近所述散热流道的入口端布置。
在某些可选形式中，所述散热翅片布置于所述盖板和/或底板的内侧并与所述加热元件尺寸匹配，所述散热翅片包括与所述盖板和/或底板的内侧表面连接的基部，以及从基部延伸出的多个散热部。
在某些可选形式中，所述多个散热部中的至少一个具有矩形、U形、V形或梯形的横截面。
在某些可选形式中，所述多个散热部中的至少一个被设置为沿纵向具有线型或波纹型的一体结构，或者为沿纵向错位布置的分体结构。
在某些可选形式中，所述多个散热部中的至少一个沿纵向设有多个散热缺口。
在某些可选形式中，所述散热流道的多列流道之间限界主流道，多列流道中的每一列流道包括依次排布的多个子流道，各个子流道具有蛇形迂回形状并通过分支流道与所述主流道连通。
根据本发明的另一方面，提供一种用于车辆的动力电池系统，所述动力电池系统包括至少一个电池模组，所述电池模组包括电池包箱体以及容置在所述电池包箱体内且并行布置的多列电池包，所述电池模组包括上述的集成加热功能的电池冷板，其中，所述电池冷板的盖板或底板与所述电池包箱体的底部贴合，或者所述盖板或底板构成所述电池包箱体的底部。
在某些可选形式中，所述电池包箱体包括加强板，所述加强板将所述多列电池包分隔，所述加热元件对应所述加强板的区域布置。
根据本发明的又一方面，提供一种新能源车辆，所述车辆包括上述的用于车辆的动力电池系统。
根据本发明的电池冷板通过集成加热功能，实现了对电池模组的加热或散热，保证了电池模组的温度均匀性，延长了电池模组的使用寿命并提高使用安全性。同时，本发明的电池冷板结构简单、易于加工生产、降低成本。当应用于动力电池系统时，本发明减少了系统中的零件数量，使用可靠，可广泛应用于新能源车辆的动力电池的热管理。
附图说明
本发明的其它特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的可选实施方式更好地理解，其中相同的附图标记标识相同或相似的部件，附图中：
图1为根据本发明一种实施方式的具有电池冷板的电池模组的示意图；
图2为图1电池模组的分解示意图；
图3为电池冷板中底板的平面示意图，示出了流体介质的流向；
图4为电池冷板中底板的部分示意图；
图5a至图5e分别示出了电池冷板中散热翅片的不同实施方式的示意图。
具体实施方式
下面详细讨论实施例的实施和使用。然而，应当理解，所讨论的具体实施例仅仅示范性地说明实施和使用本发明的特定方式，而非限制本发明的范围。在描述时各个部件的结构位置例如上、下、顶部、底部等方向的表述不是绝对的，而是相对的。当各个部件如图中所示布置时，这些方向表述是恰当的，但图中各个部件的位置改变时，这些方向表述也相应改变。
在本文中，“新能源车辆”涵盖纯电动汽车(BEV)、混合动力汽车(PHEV)、燃料电池汽车(FCEV)。本发明的电池冷板能够广泛应用于此类新能源车辆的动力电池系统或车载电源的电池热管理。“X方向”指车辆的行进方向或长度方向或纵向方向，“Y方向”指车辆的左右方向或横向方向。
首先参见图1和图2所示，在车辆的动力电池系统中通常包括至少一个电池模组，各个电池模组包括电池包箱体10以及容置在电池包箱体10内且并行布置的多列电池包20。在所示实施方式中，电池冷板30用于电池包底部的冷却。
电池包箱体10内部设有供容置电池包的多个槽口12，并设有框架结构以在受到碰撞和挤压时保护电池，尤其是在车辆行进的X方向。因而，在该实施方式中，电池包箱体10有利地包括加强板11，该加强板位于并行布置的两列电池包20之间，并且沿X方向延伸。加强板11通常具有15～30mm的厚度，两侧邻近区域用于电池之间及模组之间的电连接和布线。换句话说，电池包在Y方向的中间区域不会布置电池，也没有散热需求。本发明考虑充分利用该区域，在电池冷板上集成加热元件。在现有的方案中，通常采用独立的PTC(PositiveTemperature Coefficient)加热器将冷却液(例如水)加热到指定温度再输送到电池冷板，而PTC加热器价格昂贵，因此，本发明的集成设计不仅有效解决了电池冷板的加热问题，还减少热管理系统零件数量，降低系统成本。
结合图2至图4，在该实施方式中，电池冷板30包括可整体钎焊的盖板31和底板32，盖板31和底板32之间形成有密封的散热流道，并且分别设有盖体突出端311和底板突出端321，供连接流体进管314和流体出管315。在所示实施方式中，散热流道的入口端和出口端被设置为形成在盖板31上的流体进管安装孔312和流体出管安装孔313。可选地，散热流道的入口端和出口端亦可设置在底板32上。在该实施方式中，散热流道322形成在底板32上，散热流道322的入口端和出口端分别与流体进管314和流体出管315流体连通以供流体介质在散热流道中流动。应理解的是，在散热状态下，作为冷却介质的流体介质可包括冷却水、冷冻水或制冷剂等等。
对应于并行布置的电池包20，散热流道322同样被构造为并行布置的多列流道，以保证每个电池包的温度一致性。如图3所示的，散热流道322的多列流道之间限界主流道323，多列流道中的每一列流道包括依次排布的多个子流道322a，各个子流道322a具有蛇形迂回形状并通过分支流道322b与主流道323连通。
作为电池包箱体底部的冷板，本发明的电池冷板30可通过多种方式与电池包箱体10的底部贴合，以获得良好的冷却效果。举例来说，可将电池冷板的盖板31与电池包箱体10的底部贴合，即电池冷板30布置于电池包箱体的底部外侧；或者可将电池冷板的底板32与电池包箱体10的底部贴合，即电池冷板30可布置于电池包箱体的底部内侧。在某些实施方式中，还可将电池冷板的盖板31或底板32直接作为电池包箱体的底部，也就是，盖板31或底部32可通过焊接或者结构胶与箱体其它部位连接。
如上所述的，本发明在电池冷板30上对应电池包箱体10中加强板11的区域布置加热元件，也就是将加热元件布置于散热流道的主流道323上。如图2中所示，加热元件33可布置于底板32的外侧并邻近散热流道的入口端，作为选择，加热元件亦可布置于底板的内侧。加热元件可选自电加热膜、加热片、加热垫、加热丝、PTC加热器或PTC加热膜，通电即进入加热模式，断电则不加热。这样，上述的流体介质同时可用作加热介质对电池包进行预热，节能且环保。
为了使得被加热介质的热量更有效地散布至电池，电池冷板30的底板32内侧与加热元件33位置对应处设有散热翅片34以增强换热。在某些实施方式中，散热翅片34可与加热元件33的尺寸匹配。在某些实施方式中，散热翅片亦可延伸至主流道323的大致整个长度。以这种方式，当加热元件33对从流体进管314引入的流体介质加热后，被加热的流体介质经散热翅片34传递，沿图3中箭头方向从主流道323经由分支流道322b进入各个子流道322a，最后再经由分支流道322b汇聚至流体出管315，从而完成对电池模组中电池包的预热。由于散热流道的蛇形迂回设计，增加了流动换热系数，热量能够在散热流道中充分热交换，冷却或加热效率大幅提高。
图5a至图5e示例性示出了散热翅片的几种可选形式。总体而言，散热翅片包括与底板32的内侧表面连接的基部，以及从基部延伸出的多个散热部。图5a所示实施方式中，基部34a上大致垂直延伸出的散热部341a具有矩形横截面，并且可选地沿纵向具有波纹型的一体结构。图5b所示实施方式中，散热部341b从基部34b倾斜延伸出以形成大致V形横截面，并且可选地沿纵向具有线型的一体结构。图5c所示实施方式中，散热部341c从基部34c倾斜延伸出以形成大致U形横截面，与上述实施方式不同之处在于，散热部341c被设置为沿纵向错位布置的分体结构，从而形成多个间隙以有助于热量流通。类似地，图5d所示实施方式中，散热部341d从基部34d上大致垂直延伸出且具有矩形横截面，同时，散热部341d为沿纵向错位布置的分体结构。图5e示出了与图5b类似的另一种实施方式，不同之处在于散热部341e沿纵向设有多个散热缺口342e，这也有助于热量在各个散热部之间的流通。应理解的是，散热翅片的高度与散热流道适应，装配完成后的电池冷板中，盖板可与散热翅片的散热部的顶端连接，同时与底板上的散热流道的顶端连接，进而将盖板与底板连同流体进管、流体出管整体焊接之后，即可获得密闭的电池冷板，防止了流体介质的泄露风险。
通过以上设计，本发明的电池冷板不仅能够将电池模组中的热量有效散发降温，还能够实现对电池模组的预热，在保证动力电池的散热、加热性能的同时，获得了动力电池系统温度场的均匀性。虽然在上述实施方式中，电池冷板作为电池模组底部的冷板使用，根据不同的实际需要，亦可将电池冷板用于电池模组的侧部等其它部位的冷却。
本文描述的各个部件和特征可由多种材料制成，为实现良好热交换，组成冷板的各个部件可由铜、铝或合金材料制成，例如可选由铝制成。其中，散热翅片可选为1系列铝或者6系列铝，盖板和底板例如可选为3系列铝。此外，本文中描述的连接包括但不限于焊接等本领域技术人员所熟知的机械连接方式中的至少一种。
这里应当理解的是，图中所示实施方式仅显示了根据本发明的电池冷板和电池模组的各个可选部件的可选形状、尺寸和布置方式，然而其仅为示意而非限制，在不背离本发明的思想和范围的情况下，亦可采取其他形状、尺寸和布置方式。
以上已揭示和描述了本发明的基本原理、主要特征及技术特点，然而可以理解，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本领域的技术人员可以对上述公开的技术特征和实施例作各种变化和改进，但都落入本发明的保护范围。上述实施方式的描述是例示性的而不是限制性的，本发明的保护范围由权利要求所确定。

Claims (10)

1.一种集成加热功能的电池冷板，其特征在于，所述电池冷板与电池模组贴合并包括盖板和底板，所述盖板和/或底板上设有散热流道，所述散热流道的入口端和出口端分别与流体进管和流体出管流体连通，其中，所述散热流道为并行布置的多列流道，所述电池冷板包括加热元件以及与所述加热元件位置对应的散热翅片，所述加热元件对应于多列流道之间的区域布置。
2.根据权利要求1所述的集成加热功能的电池冷板，其特征在于，所述加热元件布置于所述盖板和/或底板的外侧，并邻近所述散热流道的入口端布置。
3.根据权利要求2所述的集成加热功能的电池冷板，其特征在于，所述散热翅片布置于所述盖板和/或底板的内侧并与所述加热元件尺寸匹配，所述散热翅片包括与所述盖板和/或底板的内侧表面连接的基部，以及从基部延伸出的多个散热部。
4.根据权利要求3所述的集成加热功能的电池冷板，其特征在于，所述多个散热部中的至少一个具有矩形、U形、V形或梯形的横截面。
5.根据权利要求3所述的集成加热功能的电池冷板，其特征在于，所述多个散热部中的至少一个被设置为沿纵向具有线型或波纹型的一体结构，或者为沿纵向错位布置的分体结构。
6.根据权利要求4所述的集成加热功能的电池冷板，其特征在于，所述多个散热部中的至少一个沿纵向设有多个散热缺口。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的集成加热功能的电池冷板，其特征在于，所述散热流道的多列流道之间限界主流道，多列流道中的每一列流道包括依次排布的多个子流道，各个子流道具有蛇形迂回形状并通过分支流道与所述主流道连通。
8.一种用于车辆的动力电池系统，所述动力电池系统包括至少一个电池模组，所述电池模组包括电池包箱体以及容置在所述电池包箱体内且并行布置的多列电池包，其特征在于，所述电池模组包括根据权利要求1至7中任一项所述的集成加热功能的电池冷板，其中，所述电池冷板的盖板或底板与所述电池包箱体的底部贴合，或者所述盖板或底板构成所述电池包箱体的底部。
9.根据权利要求8所述的用于车辆的动力电池系统，其特征在于，所述电池包箱体包括加强板，所述加强板将所述多列电池包分隔，所述加热元件对应所述加强板的区域布置。
10.一种新能源车辆，其特征在于，所述车辆包括根据权利要求8或9所述的用于车辆的动力电池系统。
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