CN113054291B - 一种电池模组或系统用冷板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池模组或系统用冷板,包括冷板基板、流体流道、绕流单元、流体入口和流体出口；所述冷板基板构成相对密闭的换热冷板，所述换热冷板内存在所述流体流道；所述换热冷板相对两端分别设置所述流体入口和所述流体出口，所述流体入口和所述流体出口通过所述流体流道连通；所述绕流单元安装在所述流体流道内。在冷媒流道内加设非常规的绕流单元，在增加冷板的换热效率的同时，也降低了入口至出口的压损耗散，降低系统的能耗，可以有效降低电池组的温度值，提高散热效率，保障电池的工作稳定性及安全性。

Description

一种电池模组或系统用冷板

技术领域

本发明涉及电池技术领域，更具体的说是涉及一种电池模组或系统用冷板。

背景技术

随着能源问题的严峻性以及科技的发展，清洁高效的电池技术已经广泛应用于我们日常生活的各个领域，特别在汽车、航天航空等领域，均采用锂离子电池作为设备的动力来源。无论是储能电池还是动力电池，电池自身的产热会随着充放电速率、容量等因素的增大而增大，充放电效率、安全性及续航性等工作性能取决于电池自身的温度特性。因此，合理有效的散热设备是保障电池正常工作的重要部件。目前，电池行业的主要散热方式为风冷、液冷及相变冷却。由于液冷的高效率性，其已成为目前应用最为广泛的散热方式，其主要是依靠散热冷板这一部件实现对电池系统的液冷散热。目前，也有很多学者针对冷板自身结构特性进行研究来强化冷板与电池组的换热效率。当时传统的结构设计存在散热装置造价高、经济性和实用性低，以及产生压损较大的问题。

因此，如何在增加冷板换热效率的同时，降低压损和电池系统能耗是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电池模组或系统用冷板，在冷媒流道内加设非常规的绕流单元，在增加冷板的换热效率的同时，也降低了入口至出口的压损耗散，降低系统的能耗，可以有效降低电池组的温度值，提高散热效率，保障电池的工作稳定性及安全性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电池模组或系统用冷板，包括冷板基板、流体流道、绕流单元、流体入口和流体出口；所述冷板基板构成相对密闭的换热冷板，所述换热冷板内存在所述流体流道；所述换热冷板相对两端分别设置所述流体入口和所述流体出口，所述流体入口和所述流体出口通过所述流体流道连通；所述绕流单元安装在所述流体流道内。

优选的，所述绕流单元为非单纯圆柱或半圆柱体，横截面最高点位于绕流单元前半段的迎流面上，所述迎流面的曲率大于或等于绕流单元后半段的背流面的曲率。所述绕流单元的横截面最高点为分离点，所述分离点后方的背流面斜率降低、梯度降低，曲面的曲率增加，是相较于迎流面较为平缓的结构，一定程度上增加了流体与所述绕流单元的接触面积，破坏了涡流的产生条件，压差阻力较小，流动所产生的压损较小，降低系统的功耗，节能经济性能好。

所述绕流单元的所述迎流面前端为前缘点，背流面后端为后缘点，所述前缘点到所述后缘点的距离为弦长，所述前缘点到所述分离点垂直投影到所述弦长上的距离为L1，所述后缘点到所述分离点垂直投影到所述弦长上的距离为L2；所述绕流单元的厚度为H；所述L1≤L2。

优选的，所述绕流单元平行于所述冷板基板安装，或垂直于所述冷板基板安装，且所述绕流单元的所述迎流面的前缘点均朝向所述流体入口方向；所述绕流单元平行于所述冷板基板安装时位于所述流体流道的中心位置，或位于所述流体流道壁面上，若干所述绕流单元从所述流体入口处至所述流体出口处顺列排布或叉列排布在所述流体流道内。所述第一绕流单元和所述第二绕流单元安装于所述流体流道的中心位置，并顺列排布，所述第三绕流单元安装于所述流体流道壁面上，并顺列排布或叉列排布。增设绕流单元会增加换热流体与基板的热交换面积；绕流单元的水平、垂直安装均可以破坏层流边界层热阻，强化换热、降低压损；相较于顺列排布，叉列排布对电池模组或系统的冷板换热效果更优。

优选的，所述绕流单元包括三种结构，分别为第一绕流单元、第二绕流单元和第三绕流单元；所述第一绕流单元为对称结构，横截面为上下对称的弧形结构，上下弧线最高点之间的距离为所述第一绕流单元厚度H；所述第二绕流单元横截面为翼型结构，上下为不对称弧形结构，上弧线弧度大于下弧线弧度；所述第三绕流单元横截面为所述第一绕流单元的一半，所述下弧线为直线。

优选的，所述绕流单元和所述冷板基板一体加工成型。

优选的，所述绕流单元和所述冷板基板采用铝或不锈钢金属材料等。

优选的，所述流体流道内流通换热流体，所述换热流体采用水或乙二醇水溶液。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种电池模组或系统用冷板，产生的有益效果包括：

(1)冷板内流体流道中架设绕流单元，强化了换热流体与冷板基板的对流换热系数，增强冷板与电池模组或电池系统的换热效率；

(2)绕流单元为非常规的圆柱或半圆柱体，其为仿机翼型机构，迎流面曲率小于背流面曲率，能够减少换热流体流经绕流单元所产生的压差阻力，降低系统驱动换热流体所产生的功耗，降低系统压降，节能环保；

(3)绕流单元与冷板基板一体加工成型，加工简单，经济实惠，同时绕流单元被封装于冷板基板内形成的流体流道中，结构稳定，不用损坏，重复利用性强，同时可以一定程度的增强冷板的应力强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的垂直安装第一绕流单元或第二绕流单元冷板俯视图；

图2附图为本发明提供的垂直安装第三绕流单元冷板俯视图；

图3附图为本发明提供的水平安装绕流单元冷板俯视图；

图4附图为本发明提供的垂直安装绕流单元冷板侧视图；

图5附图为本发明提供的水平顺序排布安装第三绕流单元冷板侧视图；

图6附图为本发明提供的水平叉列排布安装第三绕流单元冷板侧视图；

图7附图为本发明提供的水平顺序排布安装第一绕流单元或第二绕流单元冷板侧视图；

图8附图为本发明提供的第一绕流单元结构示意图；

图9附图为本发明提供的第二绕流单元结构示意图；

图10附图为本发明提供的第三绕流单元结构示意图；

图11附图为本发明提供的第一绕流单元横截面结构示意图；

图12附图为本发明提供的第二绕流单元横截面结构示意图；

图13附图为本发明提供的第三绕流单元横截面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种电池模组或系统用冷板，包括冷板基板3、流体流道4、绕流单元2、流体入口1和流体出口5；冷板基板3构成相对密闭的换热冷板，换热冷板内存在流体流道4；换热冷板相对两端分别设置流体入口1和流体出口5，流体入口1和流体出口5通过流体流道4连通；绕流单元2安装在流体流道4内。

在本实施例中，绕流单元2为非单纯圆柱或半圆柱体，横截面最高点位于绕流单元前半段的迎流面上，迎流面的曲率大于或等于绕流单元后半段的背流面的曲率。绕流单元的横截面最高点为分离点，分离点后方的背流面斜率降低、梯度降低，是相较于迎流面较为平缓的结构，一定程度上增加了流体与绕流单元的接触面积，破坏了涡流的产生条件，压差阻力较小，流动所产生的压损较小，降低系统的功耗，节能经济性能好。

绕流单元的迎流面前端为前缘点，背流面后端为后缘点，前缘点到后缘点的距离为弦长，前缘点到分离点垂直投影到弦长上的距离为L1，后缘点到分离点垂直投影到弦长上的距离为L2；绕流单元的厚度为H；L1≤L2。

在一种实施例中，绕流单元平行于冷板基板安装，或垂直于冷板基板安装，且绕流单元的迎流面的前缘点均朝向流体入口方向；绕流单元平行于冷板基板安装时位于流体流道的中心位置，或位于流体流道壁面上，若干绕流单元从流体入口处至流体出口处顺序排布或叉列排布在流体流道内。

在一种实施例中，绕流单元为第一绕流单元，为对称结构，横截面为上下对称的弧形结构，上下弧线最高点之间的距离为第一绕流单元厚度H；迎流面前端为前缘点，背流面后端为后缘点，前缘点到后缘点的距离为弦长，前缘点到分离点垂直投影到弦长上的距离为L1，后缘点到分离点垂直投影到弦长上的距离为L2；绕流单元的厚度为H；L1≤L2；

第一绕流单元平行于冷板基板安装，或垂直于冷板基板安装，且迎流面的前缘点均朝向流体入口方向，位于流体流道的中心位置，若干第一绕流单元在流体流道内顺序排布。

在一种实施例中，绕流单元为第二绕流单元，横截面为翼型结构，上下为不对称弧形结构，上弧线弧度大于下弧线弧度，迎流面前端为前缘点，背流面后端为后缘点，前缘点到后缘点的距离为弦长，前缘点到分离点垂直投影到弦长上的距离为L1，后缘点到分离点垂直投影到弦长上的距离为L2；绕流单元的厚度为H；L1≤L2；

第二绕流单元平行于冷板基板安装，或垂直于冷板基板安装，且迎流面的前缘点均朝向流体入口方向，位于流体流道的中心位置，若干第一绕流单元在流体流道内顺序排布。

在一种实施例中，绕流单元为第三绕流单元，横截面为第一绕流单元的一半，下弧线为直线；迎流面前端为前缘点，背流面后端为后缘点，前缘点到后缘点的距离为弦长，前缘点到分离点垂直投影到弦长上的距离为L1，后缘点到分离点垂直投影到弦长上的距离为L2；绕流单元的厚度为H；L1≤L2；

第三绕流单元平行或垂直与冷面基板，安装于流体流道壁面上，并且安装的若干第三绕流单元顺序排布或叉列排布在流体流道壁上。

为了进一步优化上述技术方案，绕流单元和冷板基板一体加工成型。

为了进一步优化上述技术方案，绕流单元和冷板基板采用铝或不锈钢金属材料等。

为了进一步优化上述技术方案，流体流道内流通换热流体，换热流体采用水或乙二醇水溶液。

为了进一步优化上述技术方案，绕流单元水平或垂直流体流道安装，其长度随安装位置适应性变化，分别等于流体流道宽度或流体流道高度。

本发明的冷板一般安装于电池模组或电池系统的底部、上部或侧面。电池组产生的热量通过导热传递给冷板基板，换热流体从流体入口流入，进入冷板的主流区域，流体会分散进入不同流体流道内部，流体经过绕流单元的绕流特性后，通过对流换热原理与基板充分换热，之后从流体出口流出，将热量带出冷板，进而降低电池组温度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种电池模组或系统用冷板，其特征在于，包括冷板基板、流体流道、绕流单元、流体入口和流体出口；所述冷板基板构成相对密闭的换热冷板，所述换热冷板内存在所述流体流道；所述换热冷板相对两端分别设置所述流体入口和所述流体出口，所述流体入口和所述流体出口通过所述流体流道连通；所述绕流单元安装在所述流体流道内；

所述绕流单元包括三种结构，分别为第一绕流单元、第二绕流单元和第三绕流单元；所述第一绕流单元为对称结构，横截面为上下对称的弧形结构；所述第二绕流单元横截面为翼型结构，上下为不对称弧形结构，上弧线弧度大于下弧线弧度；所述第三绕流单元横截面为所述第一绕流单元的一半，所述下弧线为直线；

所述绕流单元为非单纯圆柱或半圆柱体，横截面最高点位于绕流单元前半段的迎流面上，所述迎流面的曲率大于或等于绕流单元后半段的背流面的曲率；

所述绕流单元的横截面最高点为分离点，所述分离点后方的背流面斜率降低、梯度降低，曲面的曲率增加；

所述绕流单元的所述迎流面前端为前缘点，背流面后端为后缘点，所述前缘点到所述后缘点的距离为弦长，所述前缘点到所述分离点垂直投影到所述弦长上的距离为L1，所述后缘点到所述分离点垂直投影到所述弦长上的距离为L2；所述绕流单元的厚度为H；L1≤L2；

所述绕流单元平行于所述冷板基板安装，或垂直于所述冷板基板安装，且所述绕流单元的所述迎流面均朝向所述流体入口方向；所述绕流单元平行于所述冷板基板安装时位于所述流体流道的中心位置，或位于所述流体流道壁面上，若干所述绕流单元从所述流体入口处至所述流体出口处顺序排布或叉列排布在所述流体流道内；

所述第一绕流单元和所述第二绕流单元安装与所述流体流道的中心位置，并顺列排布，所述第三绕流单元安装与所述流体流道壁面上，并顺列排布或叉列排布。

2.根据权利要求1所述的一种电池模组或系统用冷板，其特征在于，所述绕流单元和所述冷板基板一体加工成型。

3.根据权利要求1所述的一种电池模组或系统用冷板，其特征在于，所述绕流单元和所述冷板基板采用铝或不锈钢金属材料。

4.根据权利要求1所述的一种电池模组或系统用冷板，其特征在于，所述流体流道内流通换热流体，所述换热流体采用水或乙二醇水溶液。

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