CN112701382A - 一种基于嵌套式螺旋液冷的圆盘式锂电池冷却箱 - Google Patents

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张思雨
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Abstract

本发明公开了一种基于嵌套式螺旋液冷的圆盘式锂电池冷却箱，包括液冷盖、冷却底座、外壳、螺旋冷却管组件、固定基体组件；采取了自上而下的三条螺旋冷却管同时进行的螺旋式液体冷却，结合全贴合式相变材料冷却，锂电池与冷却介质接触面积大大增加，所以散热和降温效果大幅上升。同时三条螺旋管采用了管径较窄的空心紫铜管，因此，每一条螺旋管在冷却液流动时都具有优秀的液体流动性和散热效果，冷却液流动均匀、顺畅，不会出现液体流动死区。单体锂电池可以充分享受自上而下的冷却液流动所带来的冷却效果，从而有效地提升了单体电池温度的均匀性。

Description

一种基于嵌套式螺旋液冷的圆盘式锂电池冷却箱
技术领域
本发明涉及锂电池热管理技术领域，具体涉及一种基于嵌套式螺旋液冷的圆盘式锂电池冷却箱。
背景技术
目前，国家对新能源产业大力扶持，对节能减排的要求不断提高，公众的环保意识也在不断发展。锂离子动力电池的应用十分广泛，在储能装置、电动交通工具、移动电源、科技产品等方面都发挥着不可替代的作用。一般情况下，锂离子动力电池必须在合适的温度范围内才能发挥其优良性能，电池组内过高或过低的温度以及温差过大，都会对锂电池造成不同程度的影响，因此需要把锂离子电池温度控制在25～40℃之内，才能够充分发挥电池的各项性能，提高电池的寿命和安全性。目前锂电池组的冷却方式主要采取风冷和液冷两种冷却方式，风冷的装置简单，但是降温效果有限。液冷多采用液冷板或电池组内部设置水冷管道来降温，降温效果明显，但容易造成冷却不均匀、温差过大的现象。相变材料因为潜热值大，有降温保温作用，但是极端高温下有失效的可能。
目前，本领域的相关技术人员已经做了一些研究，如专利CN211480155U公开了一种箱体集成式电池液冷板总成，其使用液冷板替代底板支撑电池模组，可以节约空间及重量，减少生产成本，其不足之处是不能对箱体内的单个电池进行冷却，只能在电池模组底部的液冷板处充分发挥其冷却效果，容易影响冷却均匀性。如专利CN211654996U公开了一种基于平行流扁管的液体冷却锂电池包热管理装置，其将平行流扁管与液冷方式结合，进一步提高散热效率和电池温度均匀性，其不足之处是冷却液在流经平行流扁管时由于重力作用，单个平行流扁管底部的液体流动性差，不能保证冷却液流动的一致性，进而影响电池包内温度场的均匀性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种基于嵌套式螺旋液冷的圆盘式锂电池冷却箱。
本发明解决上述问题的技术方案为：一种基于嵌套式螺旋液冷的圆盘式锂电池冷却箱，包括液冷盖、冷却底座、外壳、螺旋冷却管组件、固定基体组件；
所述外壳为上下开口的套筒结构；
所述液冷盖设置在外壳顶部，与外壳顶部开口形状配合，所述液冷盖内设有进水管，所述进水管的进水端设置在外部，进水管设有若干第一出水口，所述第一出水口延伸出液冷盖底面；
所述冷却底座设置在外壳底部，与外壳下方开口形状配合，所述冷却底座内设有出水管，所述出水管的出水端设置在外部，出水管设有若干第一进水口，所述第一进水口延伸出冷却底座顶面；
所述固定基体组件由外向内包括同轴设置的若干环状固定基体，所述环状固定基体内壁上等距均匀的设有若干电池安装槽，每个电池安装槽均可放置一枚锂电池；环状固定基体的外壁上设有螺旋散热槽；
所述螺旋冷却管组件包括若干螺旋冷却管，所述螺旋冷却管与环状固定基体对应设置，每个环状固定基体的螺旋散热槽内均盘旋设置有一螺旋冷却管，每个螺旋冷却管上端分别连接进水管的第一出水口，下端分别连接出水管的第一进水口。
进一步的，所述外壳上设有沿高度方向设置的开槽。
进一步的，固定基体组件焊接在冷却底座上。
进一步的，各环状固定基体高度相等。
进一步的，所述环状固定基体内部填充相变材料。
进一步的，所述相变材料为相变石蜡和膨胀石墨的混合物，相变石蜡与膨胀石墨的比例为9:1。
本发明具有有益效果：
本发明提供了一种基于嵌套式螺旋液冷的圆盘式锂电池冷却箱，采取了自上而下的三条螺旋冷却管同时进行的螺旋式液体冷却，结合相变材料冷却，锂电池与冷却介质接触面积大大增加，所以散热和降温效果大幅上升。同时多条螺旋管采用了管径较窄的空心紫铜管，因此，每一条螺旋管在冷却液流动时都具有优秀的液体流动性和散热效果，冷却液流动均匀、顺畅，不会出现液体流动死区。单体锂电池可以充分享受自上而下的冷却液流动所带来的冷却效果，从而有效地提升了单体电池温度的均匀性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的爆炸图；
图3为固定基体组件和螺旋冷却管组件的结构示意图；
图中：1-外壳，2-液冷盖，3-冷却底座，4-开槽，5-第一环状固定基体，6-第二环状固定基体，7-第三环状固定基体，8-第一螺旋冷却管，9-第二螺旋冷却管，10-第三螺旋冷却管，11-电池安装槽，12-锂电池，13-进水管，14-出水管。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-3所示，一种基于嵌套式螺旋液冷的圆盘式锂电池冷却箱，包括液冷盖2、冷却底座3、外壳1、螺旋冷却管组件、固定基体组件；
所述外壳1为上下开口的套筒结构，采用铝材制成，所述外壳1上设有沿高度方向设置的开槽4；
所述液冷盖2设置在外壳1顶部，与外壳1顶部开口形状配合，所述液冷盖2内设有进水管13，所述进水管13的进水端设置在外部，进水管13设有若干第一出水口，所述第一出水口延伸出液冷盖2底面，所述进水管13为空心紫铜管，进水管13放进模具中，然后采用绝缘聚乙烯复合材料在模具中浇筑成型制备液冷盖2；
所述冷却底座3设置在外壳1底部，与外壳1下方开口形状配合，所述冷却底座3内设有出水管14，所述出水管14的出水端设置在外部，出水管14设有若干第一进水口，所述第一进水口延伸出冷却底座3顶面，所述出水管14为空心紫铜管，出水管14放进模具中，然后采用绝缘聚乙烯复合材料再模具中浇筑成型制备冷却底座3；
固定基体组件采用铝材制成，使用的铝制材料，耐腐蚀性强，质量轻，导热系数大，取材简单，加工方便，固定基体组件焊接在冷却底座3上，所述固定基体组件由外向内包括同轴设置的第一环状固定基体5、第二环状固定基体6、第三环状固定基体7，所述第一环状固定基体5、第二环状固定基体6、第三环状固定基体7高度相等，所述第一环状固定基体5和第二环状固定基体6内壁上等距均匀的设有若干电池安装槽11，每个电池安装槽11均可放置一枚锂电池12，所述第三环状固定基体7为上下开口的套筒结构，第三环状固定基体7内可放置一枚锂电池12；所述第一环状固定基体5、第二环状固定基体6、第三环状固定基体7的外壁上设有螺旋散热槽，所述第一环状固定基体5、第二环状固定基体6、第三环状固定基体7内部设有填充槽，所述填充槽内填充相变材料，所述相变材料为相变石蜡和膨胀石墨的混合物，相变石蜡与膨胀石墨的比例为9:1；
所述螺旋冷却管组件包括第一螺旋冷却管8、第二螺旋冷却管9以及第三螺旋冷却管10，所述第一螺旋冷却管8盘旋设置在第一环状固定基体5的螺旋散热槽内，所述第二螺旋冷却管9盘旋设置在第二环状固定基体6的螺旋散热槽内，所述第三螺旋冷却管10盘旋设置在第三环状固定基体7的螺旋散热槽内，所述第一螺旋冷却管8、第二螺旋冷却管9以及第三螺旋冷却管10上端分别连接进水管13的第一出水口，下端分别连接出水管14的第一进水口，采用焊接连接；第一螺旋冷却管8、第二螺旋冷却管9以及第三螺旋冷却管10均采用空心紫铜管；进水管13、出水管14、第一螺旋冷却管8、第二螺旋冷却管9以及第三螺旋冷却管10采用外径为3mm，内径为2mm，壁厚为0.5mm的空心紫铜管，铜管导热性强，散热好，具备一定的柔韧度方便弯曲缠绕。
先将第一螺旋冷却管8、第二螺旋冷却管9、第三螺旋冷却管10分别缠绕在第一环状固定基体5、第二环状固定基体6、第三环状固定基体7外部，将第三螺旋冷却管10与出水管14焊接，再将第三环状固定基体7焊接在冷却底座3上，将第二螺旋冷却管9与出水管14焊接，再将第二环状固定基体6焊接在冷却底座3上，将第一螺旋冷却管8与出水管14焊接，再将第一环状固定基体5焊接在冷却底座3上，将第一螺旋冷却管8、第二螺旋冷却管9、第三螺旋冷却管10分别与进水管13焊接，再将外壳1安装上，进水管13和出水管14从外壳1的开槽4内穿过，再将冷却底座3和液冷盖2的边缘与外壳1进行密封焊接。
第三环状固定基体7中只安装有1个锂电池12，第二环状固定基体6内安装有7个锂电池12，第一环状固定基体5内安装有13个锂电池12。锂电池12应紧密贴合于电池安装槽11中，以加强锂电池12散热。把每7个锂电池12串联起来形成一个单体电池组，3个单体电池组再并联起来，形成一个3*7的电池组。所述的锂电池12为圆柱形18650锂电池12；在放电时，每一个锂电池12，都会产生热量致使温度升高，锂电池12产生的热量一部分直接通过环状固定基体传入螺旋冷却管，另一部分进入相变材料中。工作时，冷却介质从进水管13进入第一螺旋冷却管8、第二螺旋冷却管9、第三螺旋冷却管10，对锂电池组进行冷却后，汇集到出水管14，最终流出圆盘式锂电池冷却箱，冷却介质采取50％水和50％乙二醇。在冷却介质和相变材料的共同作用下，既可以对单个锂电池12降温，保证单个锂电池12温度的均匀性，也可以给整个锂电池组降温，保证整个锂电池组的温度均匀性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于嵌套式螺旋液冷的圆盘式锂电池冷却箱，其特征在于：包括液冷盖(2)、冷却底座(3)、外壳(1)、螺旋冷却管组件、固定基体组件；
所述外壳(1)为上下开口的套筒结构；
所述液冷盖(2)设置在外壳(1)顶部，与外壳(1)顶部开口形状配合，所述液冷盖(2)内设有进水管(13)，所述进水管(13)的进水端设置在外部，进水管(13)设有若干第一出水口，所述第一出水口延伸出液冷盖(2)底面；
所述冷却底座(3)设置在外壳(1)底部，与外壳(1)下方开口形状配合，所述冷却底座(3)内设有出水管(14)，所述出水管(14)的出水端设置在外部，出水管(14)设有若干第一进水口，所述第一进水口延伸出冷却底座(3)顶面；
所述固定基体组件由外向内包括同轴设置的若干环状固定基体，所述环状固定基体内壁上等距均匀的设有若干电池安装槽(11)，每个电池安装槽(11)均可放置一枚锂电池(12)；环状固定基体的外壁上设有螺旋散热槽；
所述螺旋冷却管组件包括若干螺旋冷却管，所述螺旋冷却管与环状固定基体对应设置，每个环状固定基体的螺旋散热槽内均盘旋设置有一螺旋冷却管，每个螺旋冷却管上端分别连接进水管(13)的第一出水口，下端分别连接出水管(14)的第一进水口。
2.如权利要求1所述的一种基于嵌套式螺旋液冷的圆盘式锂电池冷却箱，其特征在于：所述外壳(1)上设有沿高度方向设置的开槽(4)。
3.如权利要求1所述的一种基于嵌套式螺旋液冷的圆盘式锂电池冷却箱，其特征在于：环状固定基体焊接在冷却底座(3)上。
4.如权利要求1所述的一种基于嵌套式螺旋液冷的圆盘式锂电池冷却箱，其特征在于：各环状固定基体高度相等。
5.如权利要求1所述的一种基于嵌套式螺旋液冷的圆盘式锂电池冷却箱，其特征在于：所述环状固定基体内部填充相变材料。
6.如权利要求5所述的一种基于嵌套式螺旋液冷的圆盘式锂电池冷却箱，其特征在于：所述相变材料为相变石蜡和膨胀石墨的混合物，相变石蜡与膨胀石墨的比例为9:1。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114204160A (zh) * 2021-11-24 2022-03-18 华能国际工程技术有限公司 液冷电池箱
CN114400396A (zh) * 2021-12-09 2022-04-26 湖北文理学院 一种电池散热装置
CN115483482A (zh) * 2022-10-18 2022-12-16 西安交通大学 一种卷曲型液冷电池热管理系统

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