CN112490569A - 一种微流道式电池液体冷却结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微流道式电池液体冷却结构，包括带微流道出入口的箱体、电池模组、微流道结构、微流道导管、微流道冷板及出/入口导流接头；所述出/入口导流接头与箱体内部电池模组相通，箱体的前后两面带有微流道入口和出口，分别与入口导流接头和出口导流接头连接。可以根据不同的冷却需求设计不同出入口数量。微流道直导管进入电池模组内部并与微流道结构相结合，形成包围电池模组的循环微流道结构。本发明能够使冷却液更充分地接触电池，形成扰流，极大地降低电池温度，从而进行电池组冷却，有效地解决方形电池散热问题，提高电池性能并延长使用寿命。同时模块化设计有利于在整车中成组实现。

Description

一种微流道式电池液体冷却结构
技术领域
本发明属于电动汽车锂离子电池热管理领域，具体涉及一种微流道式电池液体冷却结构。
背景技术
随着能源危机和环境问题的日益加剧，作为新能源汽车的一种，电动汽车已经逐渐成为更好的交通选择。电池作为电动汽车的动力来源，决定了汽车的性能。锂离子电池由于其高能量密度、高比功率、较长的循环寿命和自放电率低等优点，成为了电动汽车的主要应用电池。但是为了满足较长的续航，需要大量锂离子电池同时使用，这会带来较大的发热量。而锂离子电池的最大缺点就是其性能受温度影响较大。过低和过高的温度都会对锂离子电池造成不可逆转的损害，从而削弱电池性能，甚至引起电池内部短路而引发热失控现象，造成危险事故。因此，保证锂离子电池工作在合适的温度范围是至关重要的。
电池热管理系统的主要功能就是将电池组的工作温度保持在合适的范围内，延长电池的使用寿命，提高充放电性能。电动汽车在运行过程中，尤其是在高放电率的情况下，大量堆积的锂电池工作中产生热量聚集。当电池温度过高时，电池热管理系统可以有效地给电池组散热，同时减小组内电池温度分布不均匀情况。
设计有效的电池热管理系统对于控制温升和控制温度均匀性，保证电池组高效使用具有重要意义。电池冷却的方式主要有空气冷却、液体冷却、相变材料冷却和热管冷却。空气冷却方法已被证实在高环境温度和高放电倍率下，不可避免会出现过热和温度分布不均的情况。且传统的空气冷却系统由于导热系数低和热容量低等缺点，无法满足随着电池能量密度和电池尺寸的增加情况下温控要求。相变材料冷却在相变过程中通过吸收或释放大量潜热来控制电池组温度。但是相变材料由于其相对较差的导热性而不能快速的将温度维持在合适范围内，同时其相变过程中容易出现材料泄漏问题。热管虽已经在电子元件中广泛应用，但仍未普及到电动汽车中。在此情况下，液体冷却方式因其高冷却效率而成为热门研究的方向。包括特斯拉在内的众多电动汽车厂家都在使用液体冷却的电池热管理系统。
目前液体冷却方式通常使用较重的冷却装置，间接接触电池进行冷却，增加了整车的负担。而直接接触式冷却因为使冷却液和电池直接接触，减小了传热热阻，冷却效率升高，特别是对温度均匀性改善较大。目前针对直接接触式液冷研究较少。同时厂家针对圆柱型锂电池冷却的应用较多，而对软包电池和方形电池的研究不足，应用较少。而软包电池和方形电池更适合在狭窄空间中满足更高的电池容量，是未来电池组发展方向之一。所以需要设计一种应用于软包电池或方形电池中，兼顾高效冷却、装置轻便的新型电池液体直接接触式冷却结构以满足市场需要。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微流道式电池液体冷却结构。微流道结构设计便于大批量加工生产。微流道结构的主要作用是增强扰流，极大地提高对流换热效率。同时微流道与电池结合可以缩减热管理系统的体积，方便与软包电池和方形电池装配，使得带有热管理系统的电池组更容易成型，少受限制。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种微流道式电池液体冷却结构，包括带微流道出入口的箱体、电池模组、微流道直导管、出/入口导流接头、模组连通弯管、箱体盖板、模组连通直管和浸入式冷却液；其中，电池模组和微流道直导管设置在箱体内，箱体的顶部设置有箱体盖板，箱体的两侧相对的侧壁上设置有出/入口导流接头，电池模组内设置有微流道结构，出/入口导流接头与微流道直导管相连通，微流道直导管与电池模组内的相连通，相邻两个箱体之间模组连通弯管和模组连通直管连通在一起；浸入式冷却液通过出/入口导流接头进入微流道直导管并深入箱体内部，到达电池模组，电池模组浸泡于浸入式冷却液中。
本发明进一步的改进在于，箱体内部留有内置空间用于电池模组的放置及相关线路的连接。
本发明进一步的改进在于，电池模组包括电池单体以及设置在相邻两个电池单体之间的十字型微流道结构和/或弓字型微流道结构。
本发明进一步的改进在于，箱体内的冷却液深度不超过电池模组的主体高度。
本发明进一步的改进在于，箱体盖板与箱体之间填充绝缘、粘性密封材料，用于对电池模组和冷却液进行密封。
本发明进一步的改进在于，微流道直导管能够替换为微流道冷板，对于采用微流道冷板的冷却方式，冷却液通入微流道冷板后，从微流道冷板背部孔隙中直接连通微流道结构中，进而形成扰流。
本发明进一步的改进在于，微流道直导管能够替换为微流道软管，对于采用微流道软管的冷却方式，将导管插入微流道结构的缝隙中。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种微流道式电池液体冷却结构，每个电池模组采用模块化的设计，模组的结构相同，便于大批量的加工生产和整车应用。此外，通过模组间连接管实现冷却模组箱体之间的连接，模块化的设计大大简化了微流道式电池液体冷却整体结构，使得电池的成组更加灵活，少受限制。电池模组可以根据实际需求以任意数量成排组装，方便整体应用。同时，采用所提供的微流道直接接触式电池液体冷却结构，可提高空间利用率，缩小整个电池热管理系统的体积，便于在实际电动汽车和其他相关场合中进行实际应用。
附图说明
图1为本发明的十字型电池箱单体内部微流道示意图。
图2为本发明的弓字型电池箱单体内部微流道示意图。
图3为本发明的微流道直导管结构示意图。
图4为本发明的整体结构示意图。
图5为本发明的整体结构俯视图。
图6为本发明的单个电池箱内部示意图。
图7为本发明的单个电池箱俯视图。
图8为本发明的采用微流道冷板结构电池箱单体示意图。
图9为本发明的微流道冷板结构示意图。
图10为本发明的微流道软管连通结构示意图。
附图标记说明：
1-箱体，2-电池模组，3-电池单体，4-十字型微流道结构，5-微流道直导管，6-出/入口导流接头，7-模组连通弯管，8-箱体盖板，9-模组连通直管，10-弓字型微流道结构，11-微流道冷板，12-微流道软管，13-浸入式冷却液。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做出进一步的详细描述。
如图1、2、5、9、10所示，本发明提供的一种微流道式电池液体冷却结构，包括带有出入水口的箱体1、电池模组2、电池单体3、十字型微流道结构4、微流道直导管5、出/入口导流接头6、模组连通弯管7、箱体盖板8、模组连通直管9、弓字型微流道结构10、微流道冷板11、微流道软管12以及浸入式冷却液13。
如图1、2、3、4、5、6、7所示，所述出/入口导流接头6通过箱体1上的出入水口与其连接。箱体盖板8和电池箱体1之间有绝缘、粘性密封材料，对电池模组2和冷却液进行密封。电池模组2放置在箱体1的内部，在留有足够空间的同时保证整体结构紧凑性及相关线路的连接。通过模组连通弯管7和模组连通直管9实现大量电池冷却箱体1之间的连接。
如图1、2、6、7所示，电池模组2包括电池单体3，十字型微流道结构4及相应的固定装置。微流道直导管5为多通路冷却微流道管，其可以插入在于电池单体3毗邻的十字型微流道结构4中的孔隙中，并通过与箱体1上的出/入口导流接头6连接固定。微流道直导管5可采用橡胶软管结构，富有一定弹性，在不降低冷却效果的同时便于与十字型微流道结构4相结合。
如图1、2所示，可明显的看出微流道冷却结构的布置方式。本发明设计了两种微流道结构分别为十字型微流道结构4和弓字型微流道结构10。电池模组2放置于箱体1中，十字型微流道结构4、弓字型微流道结构10与电池单体3之间产生的孔隙提供了冷却液运动路径。所述电池模组2由多个电池单体3组成，每两个电池单体3之间紧密排布一个十字型微流道结构4或弓字型微流道结构10或他们的组合，形成了电池单体-微流道结构-电池单体的“三明治”结构。微流道结构可以是十字型微流道结构4，也可以是弓字型微流道结构10。主要作用是在电池间形成扰流，极大地增强对流换热效果。
如图8、9、10所示，浸入式冷却液13引入箱体1内部的方式不局限于采用微流道直导管5。本发明同时设计并保护微流道冷板11、微流道软管12的结构设计及他们的组合方式。对于采用微流道冷板11的冷却方式，冷却液通入微流道冷板11后，从微流道冷板11背部孔隙中直接连通进十字型微流道结构4中，进而形成扰流。对于采用微流道软管12的冷却方式，其原理与采用微流道直导管5相同，均为将导管插入微流道结构的缝隙中。同时，采用微流道软管12的方式更便于软管的布置，更加容易的改变软管的数量和接通方式。
电池单体高度统一，坐落于箱体装置中。每相邻两个电池单体3之间夹有一个十字型微流道结构4，形成“三明治”结构。紧固后放置在电池箱内，形成电池模组2。箱体内的冷却液深度不超过电池模组2的主体高度。电池模组2的整体尺寸刚好匹配箱体1的内部尺寸，不会发生偏移。
箱体1内留有足够内置空间用于电池模组2的放置及相关线路的连接。从箱体外引入冷却液的方式不仅可通过微流道直导管，还可以通过微流道冷板以及微流道软管进行冷却液的导入，其主要目的在于对电池模组内部周围空间形成扰流，增强换热效果。所述的微流道结构给微流道导管和微流道冷板预留了不同的流通位置，方便冷却通道的多样化布置。微流道结构提供了冷却液流通路径。在冷却液与电池充分接触的同时产生扰流，大大提高换热效率。微流道导管不限于图中的单向插入，也可以采用对向插入进行冷却。不仅能够降低电池模组最大温度，同时对于提升电池温度的均匀性有较大的改善。
出/入口导流接头6的设计可以是竖直方向、水平方向或任意阵列结构。
电池模组2的个数不局限于附图，可以根据需要进行设置，方便大批量生产与应用。
微流道结构可根据电池尺寸进行改变，同时微流道导管可采用不同的冷却液流通方式。微流道冷板的孔隙结构恰好对应微流道结构，使得冷却液可以顺利通过。同时微流道冷板内部回路结构不限于附图。
本发明的工作原理是：浸入式冷却液13通过泵及出/入口导流接头6进入微流道直导管5(或微流道冷板11、微流道软管12)并深入箱体1内部，到达电池模组2。冷却液沿着电池模组2中的十字型微流道结构4(或弓字型微流道结构10)流通并与电池单体3侧壁相接触，形成微流道扰流，增强对流换热。电池单体3与冷却液进行热交换后，电池单体3温度下降，冷却液温度升高，冷却液将热量带走。最终冷却液汇集于出口的微流道直导管5(或微流道冷板11、微流道软管12)，从出/入口导流接头6中引出。在电池冷却箱体1外部经过相应散热手段后，通过模组连通弯管7和模组连通直管9流向下一个冷却模组，实现冷却液在整车电池箱之间的循环流通利用。
以上所述仅是本发明的基本实施方式，本发明的保护范围不仅局限于上述实施例，在不脱离本发明的原理前提下的改进和修饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种微流道式电池液体冷却结构，其特征在于，包括带微流道出入口的箱体(1)、电池模组(2)、微流道直导管(5)、出/入口导流接头(6)、模组连通弯管(7)、箱体盖板(8)、模组连通直管(9)和浸入式冷却液(13)；其中，
电池模组(2)和微流道直导管(5)设置在箱体(1)内，箱体(1)的顶部设置有箱体盖板(8)，箱体(1)的两侧相对的侧壁上设置有出/入口导流接头(6)，电池模组(2)内设置有微流道结构，出/入口导流接头(6)与微流道直导管(5)相连通，微流道直导管(5)与电池模组(2)内的相连通，相邻两个箱体(1)之间模组连通弯管(7)和模组连通直管(9)连通在一起；浸入式冷却液(13)通过出/入口导流接头(6)进入微流道直导管(5)并深入箱体(1)内部，到达电池模组(2)，电池模组(2)浸泡于浸入式冷却液(13)中。
2.根据权利要求1所述的一种微流道式电池液体冷却结构，其特征在于，箱体(1)内部留有内置空间用于电池模组(2)的放置及相关线路的连接。
3.根据权利要求1所述的一种微流道式电池液体冷却结构，其特征在于，电池模组(2)包括电池单体(3)以及设置在相邻两个电池单体(3)之间的十字型微流道结构(4)和/或弓字型微流道结构(10)。
4.根据权利要求1所述的一种微流道式电池液体冷却结构，其特征在于，箱体内的冷却液深度不超过电池模组(2)的主体高度。
5.根据权利要求1所述的一种微流道式电池液体冷却结构，其特征在于，箱体盖板(8)与箱体(1)之间填充绝缘、粘性密封材料，用于对电池模组(2)和冷却液进行密封。
6.根据权利要求1所述的一种微流道式电池液体冷却结构，其特征在于，微流道直导管(5)能够替换为微流道冷板(11)，对于采用微流道冷板(11)的冷却方式，冷却液通入微流道冷板(11)后，从微流道冷板(11)背部孔隙中直接连通微流道结构中，进而形成扰流。
7.根据权利要求1所述的一种微流道式电池液体冷却结构，其特征在于，微流道直导管(5)能够替换为微流道软管(12)，对于采用微流道软管(12)的冷却方式，将导管插入微流道结构的缝隙中。
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