CN113320370A - 一种水冷板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水冷板，包括多个连续设置的水冷部，相邻的水冷部之间固定连接，任一水冷部包括：板体，其为两端具有开口且内部中空的箱体结构；两个侧板，其相对的设置在所述板体的两端，并与所述板体形成密封的水冷腔；多个分流板，其将所述水冷腔分隔成多个相互连通的分流部；两个堵头组，其分别设置在两个所述侧板上，任一堵头组包括多个沿所述板体的宽度方向间隔设置的堵头，任一堵头设置在侧板与相邻的分流板之间。本发明根据不同的电池长度对水冷部的数量进行选择，以满足水冷板的长度与需要散热的电池的长度相匹配，柔性化高，且通过调节水冷部中堵头的个数以及设置的位置改变冷却水的流通路径和水流方向，以调节水冷板的散热效果。

Description

一种水冷板
技术领域
本发明涉及水冷板领域。更具体地说，本发明涉及一种水冷板。
背景技术
随着我国汽车保有量的持续升高，由此导致的能源紧张和环境污染问题越加突出。因此我国大力推广新能源汽车，其中重点发展电动车。
动力电池是电动车的关键部件之一，因此动力电池相关技术对电动车十分重要。随着市场对电动车的续航、充放电等性能要求越来越高，动力电池系统的热管理系统要求也越发严格。在比较成熟的冷却方式中，风冷除了需要与其他热传递手段配合使用外，已经基本被排除在乘用车电池包应用范畴以外。而水冷则是现在主要的发展方向。
传统水冷板主要有口琴管式、冲压钎焊式、平行流管式、机加箱体式、压管式。但口琴管式由于其流道单一、接触面积小、管道壁薄，导致它的换热效果一般且承重能力较差；冲压钎焊式因其需要开冲压模具，工装成本高，且钎焊炉设备成本高，综合成本高，而且每款电池都要单独投入，不具备通用性；平行流管式结构复杂，与电芯直接接触，不但对BMS控制系统要求很高，而且成本也高，不具备通用性；机加箱体式使用CNC铣槽来形成流道、成本高、效率低，不具备通用性；压管式是将折弯的铜管压入流道的结构、成本高、流道单一，不具备通用性。
发明内容
本发明还有一个目的是提供一种水冷部，其可根据不同的电池长度对水冷部的数量进行选择，以满足水冷板的长度与需要散热的电池的长度相匹配，柔性化高，且通过调节水冷部中堵头的个数以及设置的位置改变冷却水的流通路径和水流方向，以调节水冷板的散热效果。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种水冷板，包括多个连续设置的水冷部，相邻的水冷部之间固定连接形成方形结构，任一水冷部包括：
板体，其为两端具有开口且内部中空的箱体结构；
两个侧板，其相对的固定设置在所述板体的两端，并与所述板体之间形成密封的水冷腔，两个所述侧板上分别设有与所述水冷腔连通的进水孔和出水孔，所述进水孔和所述出水孔呈对角设置；
多个分流板，其平行间隔的设置在所述水冷腔内，以将所述水冷腔分隔成多个相互连通的分流部，任一分流板沿所述板体的长度方向固定设置，且所述分流板的两端不与两个所述侧板接触以形成水流通道；
两个堵头组，其分别设置在两个所述侧板上，任一堵头组包括多个堵头，其沿所述板体的宽度方向间隔设置，任一堵头固定设置在对应的侧板与相邻的分流板之间。
优选的是，相邻的两个水冷部的堵头间距相同或不同。
优选的是，所述板体为型材板体，多个所述堵头和两个所述侧板与所述板体的材质相同。
优选的是，任一分流部的截面呈多边不规则形状。
优选的是，相邻的两个水冷部的分流部的截面形状相同或不同。
优选的是，任一板体的顶部设有定位装置，其包括：
连接板，其为方形结构且可拆卸的设置在所述板体的顶部；
定位块，其沿所述板体的宽度方向滑动的设置在所述连接板的顶部，所述定位块的顶部沿所述板体的宽度方向设有导向板，所述导向板的侧壁沿所述板体的宽度方向开设有凹槽，所述凹槽的内表面设有弹性体；
两个定位板，其相对水平的固定设置在所述导向板的侧壁上并位于所述凹槽的顶面和底面，任一定位板上开设有螺纹孔，螺杆的两端分别穿过两个定位板上的螺纹孔与两个所述定位板固定连接；
定位杆，其沿所述板体的宽度方向固定设置在所述导向板的端部并延伸出所述板体的外部，所述定位杆与所述凹槽位于同一水平面，所述定位杆的直径与所述凹槽的直径相同，所述定位杆的外侧与所述螺纹孔的内侧位于同一竖直平面。
优选的是，相邻的两个水冷部之间、所述板体与两个所述侧板之间以及两个所述侧板与所述堵头之间均通过搅拌摩擦焊的方式固定连接。
优选的是，任一分流部的内部还包括：
内流体通道，其沿所述板体的长度方向设置，所述内流体通道包括多个引流槽，多个所述引流槽相对间隔设置且沿水流方向构成八字形结构，任一引流槽与所述板体的内底面固定连接；
两个第一挡板，其分别设置在两个所述分流板上，任一第一挡板的一端与对应的分流板的内侧壁固定连接，另一端延伸至位于所述内流体通道首部的引流槽上；
多个第二挡板，其分别设置在两个所述分流板上，任一第二挡板的一端与对应的分流板的内侧壁固定连接，另一端延伸至相邻的两个所述引流槽之间且不与任一引流槽接触，多个所述第二挡板沿着水流方向的长度依次减小；
其中，所述第一挡板和所述第二挡板平行间隔设置并分别与所述分流板的内侧壁呈锐角设置，所述第一挡板和所述第二挡板上均设有多个可经水流通过的通孔。
优选的是，任一引流槽为流线型枣核状突起结构，且其突起方向与水流方向相同。
优选的是，任一分流板沿其长度方向间隔设有多个连通通道，任一连通通道为网状结构并位于相邻的两个所述第二挡板之间，任一连通通道连通相邻的两个所述分流部。
本发明至少包括以下有益效果：
1、本申请所述的水冷板由多个水冷部组成，其可根据不同的电池长度对水冷部的数量进行选择，以满足水冷板的长度与需要散热的电池的长度相匹配，柔性化高，且通过调节水冷部中堵头的个数以及设置的位置改变冷却水的流通路径和水流方向，以调节水冷板的散热效果；
2、本申请所述的水冷板可根据电池各个部位的散热需求，灵活搭配具有相同结构的水冷部或不同结构的水冷部，以满足实际的工况散热需求，灵活性高；
3、本申请所述的水冷板中的组成元件均由标准型材件进行搭配组成，其模具成本低，且在开发新水冷板时，不需要重新开发工装，综合成本低。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明一个实施例的一种水冷板的结构示意图；
图2为本发明实施例1中所述水冷部的结构示意图；
图3为本发明实施例2中所述水冷部的结构示意图；
图4为本发明所述水冷部的截面图；
图5为本发明所述水冷部的截面图；
图6为本发明所述定位装置的结构示意图；
图7为本发明所述分流板的侧视结构示意图；
图8为本发明所述分流部的结构示意图；
图9为本发明所述引流槽的结构示意图。
说明书附图标记说明：
1、水冷部，2、板体，3、侧板，4、堵头，5、进水孔，6、出水孔，7、分流板，8、分流部，9、连通通道，10、引流槽，11、连接板，12、定位块，13导向板，14、凹槽，15、定位板，16、螺杆，17、定位杆，18、第一挡板，19、第二挡板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供一种水冷板，包括多个连续设置的水冷部1，相邻的水冷部1之间固定连接形成方形结构，任一水冷部1包括：
板体2，其为两端具有开口且内部中空的箱体结构；
两个侧板3，其相对的固定设置在所述板体2的两端，并与所述板体2之间形成密封的水冷腔，两个所述侧板3上分别设有与所述水冷腔连通的进水孔5和出水孔6，所述进水孔5和所述出水孔6呈对角设置；
多个分流板7，其平行间隔的设置在所述水冷腔内，以将所述水冷腔分隔成多个相互连通的分流部8，任一分流板7沿所述板体2的长度方向固定设置，且所述分流板7的两端不与两个所述侧板3接触以形成水流通道；
两个堵头组，其分别设置在两个所述侧板3上，任一堵头组包括多个堵头4，其沿所述板体2的宽度方向间隔设置，任一堵头4固定设置在对应的侧板3与相邻的分流板7之间。
在上述技术方案中，水冷板是电池散热系统的一部分，其主要是通过水冷板内部流动的冷却水将电池的热量带走，从而实现对电池的散热作用，在上述技术方案中，水冷板由多个连续设置的水冷部1组成，其可根据需要散热的电池的长度选择合适数量的水冷部1，以满足水冷板的长度与需要散热的电池的长度相匹配，柔性化高；任一水冷部1由板体2和两个侧板3组成，且侧板3与板体2之间形成密封的水冷腔，水冷腔内设置的多个不与两个侧板3接触的分流板7将水冷腔分隔成多个相互连通的分流部8，冷却水从其中一个侧板3上设置的进水孔5进入，并在多个分流部8内流动吸收电池的热量，随后从另一个侧板3上设置的出水孔6流出，实现对电池的散热作用，在实际应用中，由于车辆存在多种运行工况，不同工况下对电池的输出功率的要求不同，进而电池在工作过程中产生的热量不同，对散热需求也不同，为满足不同工况下的电池散热需求，在两个侧板3上分别沿其宽度方向设置多个堵头4，任一堵头4的两端分别与对应的侧板3的内侧壁和相邻的分流板7的端部固定连接，以将与堵头4连接的分流板7的端部与侧板3之间的这段流通路径封闭，从而改变冷却水的流通路径和冷却水在分流部8中的水流方向，以调节水冷部1对电池的散热效果，其中，堵头4的个数以及设置的位置可根据实际工况进行自由设置。
<实施例1>
如图2所示，此水冷部1的两个侧板3上的堵头4的个数相同，且在设置堵头4时均间隔一个分流板7设置，任一分流板7的一端与堵头4固定连接，另一端不设置堵头4，其中，靠近进水孔5的分流板7的一端与堵头4固定连接，即冷却水从进水孔5进入之后经过堵头4的阻挡只会流向第一个分流部8，并经过第二个分流板7上的堵头4阻挡流向第二个分流部8，以此类推，冷却水在多个分流部8中依次流通，对水冷部1上对应的电池的位置进行依次散热。
<实施例2>
此水冷部1的两个侧板3上的堵头4的个数以及设置的位置如图3所示，以三个相邻的分流部8为一组，冷却水从进水孔5进入后同时流向这三个相邻的分流部8，并在到达下一组分流部8之后同时流通至下一组的三个分流部8中，即水冷部1可在同一时间对三个相邻的分流部8上对应的电池的位置进行散热，散热面积更大，散热效果更好。
在另一种技术方案中，相邻的两个水冷部1的堵头4间距相同或不同。
在本技术方案中，由于水冷部1上的堵头4的个数和设置的位置会影响其散热效果，即当水冷板上的相邻的两个水冷部1对应的电池的位置所需的散热需求相同，相邻的两个水冷部1上堵头4的设置个数以及位置则相同，即电池的任一部位的散热效果相同；若水冷板上的相邻的两个水冷部1对应的电池的位置所需的散热需求不同，即可根据散热需求对相邻的水冷部1上的堵头4的个数以及位置进行相应的设置，从而满足电池各个部位的散热需求，本申请所述的水冷板可根据电池每个部位的散热需求，将相同的水冷部1或不同的水冷部1进行组合搭配，以满足实际的工况散热需求，灵活性高。
在另一种技术方案中，如图4、5所示，所述板体2为型材板体，多个所述堵头4和两个所述侧板3与所述板体2的材质相同；任一分流部8的截面呈多边不规则形状；相邻的两个水冷部1的分流部8的截面形状相同或不同。
在本技术方案中，冷却水的水流阻力受流道截面形状的影响，而水流阻力会影响水冷部1的散热效果，水冷部1的各个元件均由型材件进行搭配组成，型材可通过工艺制成具有一定几何形状和具体一定断面形状的物体，即型材可根据散热要求加工处理成具有不同断面形状的水冷部1，即将水冷部1的分流部8的截面设计为多边不规则形状，从而改变水冷部1的散热效果，且相邻的水冷部1上的截面形状可根据电池的散热需求选择具有相同截面形状的水冷部1或不同截面形状的水冷部1，以提高水冷板的散热效果，另一方面，型材通过加工制作成水冷部1，其模具成本低远远低于冲压模具或铸造模具费用，且在对不同长度的水冷板进行开发时，不需要重新开发工装，开发成本低。
在另一种技术方案中，如图6所示，任一板体2的顶部设有定位装置，其包括：
连接板11，其为方形结构且可拆卸的设置在所述板体2的顶部；
定位块12，其沿所述板体2的宽度方向滑动的设置在所述连接板11的顶部，所述定位块12的顶部沿所述板体2的宽度方向设有导向板13，所述导向板13的侧壁沿所述板体2的宽度方向开设有凹槽14，所述凹槽14的内表面设有弹性体；
两个定位板15，其相对水平的固定设置在所述导向板13的侧壁上并位于所述凹槽14的顶面和底面，任一定位板15上开设有螺纹孔，螺杆16的两端分别穿过两个定位板15上的螺纹孔与两个所述定位板15固定连接；
定位杆17，其沿所述板体2的宽度方向固定设置在所述导向板13的端部并延伸出所述板体2的外部，所述定位杆17与所述凹槽14位于同一水平面，所述定位杆17的直径与所述凹槽14的直径相同，所述定位杆17的外侧与所述螺纹孔的内侧位于同一竖直平面；相邻的两个水冷部1之间、所述板体2与两个所述侧板3之间以及两个所述侧板3与所述堵头4之间均通过搅拌摩擦焊的方式固定连接。
在本技术方案中，相邻的水冷部1之间通过搅拌摩擦焊的方式固定连接，为避免焊接过程中产生缝隙和裂缝，影响水冷板的抗压性，则需要依次对相邻的两个水冷部1之间进行定位，以保证焊接的精准性，即在任一水冷部1的顶部设置定位装置，可在水冷部板体的四周开设螺纹孔，定位装置上的连接板11通过螺纹孔与板体2螺栓连接，待焊接结束后，通过松开螺栓拆卸连接板11的方式将定位装置从水冷部1上拆卸下来，而板体2上的螺纹孔可方便电池定位安装在板体2上，连接板11顶部设置的定位块12带动导向板13沿板体2的宽度方向移动，导向板13上设有凹槽14，且凹槽14与两个螺纹孔之间的螺杆16组成的空间与定位杆17的直径相同；在对两个水冷部1定位的过程中，首先人为的将两个水冷部1抵接并通过滑动定位块12带动两个定位装置相互靠近，直至其中一个定位装置上的定位杆17穿过另一个定位装置上的凹槽14后，将螺杆16穿过两个定位板15上的螺纹孔后并通过螺母使得定位杆17卡设在凹槽14与螺杆16之间，即定位完成，凹槽14内设置的弹性体可防止定位杆17的端部与凹槽14接触时造成凹槽14的损坏，再通过搅拌摩擦焊使两个水冷部1焊接在一起，搅拌摩擦焊技术是一种固相焊接方法，焊接过程中没有合金元素的烧损，由于其焊接温度低于材料熔点，从根本上杜绝了因为熔化凝固而导致的气孔、夹杂、元素偏析、凝固裂纹等焊接缺陷，水冷部的元件之间均采用此焊接方式焊接，可保证水冷部的水密性，水冷部中的冷却水在高压状态也不会产生泄露，对电池造成损伤，相邻的水冷部1之间采用此方法焊接，可进一步保证相邻的水冷部1之间不会产生缝隙和裂缝，影响水冷板的抗压性。
在另一种技术方案中，如图8所示，任一分流部8的内部还包括：
内流体通道，其沿所述板体2的长度方向设置，所述内流体通道包括多个引流槽10，多个所述引流槽10相对间隔设置且沿水流方向构成八字形结构，任一引流槽10与所述板体2的内底面固定连接；
两个第一挡板18，其分别设置在两个所述分流板7上，任一第一挡板18的一端与对应的分流板7的内侧壁固定连接，另一端延伸至位于所述内流体通道首部的引流槽10上；
多个第二挡板19，其分别设置在两个所述分流板7上，任一第二挡板19的一端与对应的分流板7的内侧壁固定连接，另一端延伸至相邻的两个所述引流槽10之间且不与任一引流槽10接触，多个所述第二挡板19沿着水流方向的长度依次减小；
其中，所述第一挡板18和所述第二挡板19平行间隔设置并分别与所述分流板7的内侧壁呈锐角设置，所述第一挡板18和所述第二挡板19上均设有多个可经水流通过的通孔。
在本技术方案中，冷却水进入分流部8后，发生过冷沸腾吸收电池的热量会产生气泡，气泡过大会有堵塞分流部8的可能，从而造成水冷板局部温度过高的问题，本申请在任一分流部8的内部设有内流体通道，其由多个引流槽10组成，且多个引流槽10沿着水流方向在分流部8的内部构成八字形结构，八字型结构沿着水流方向形成直径依次变大的微通道，当冷却水发生过冷沸腾产生气泡时，引流槽10形成的径向扩张微通道由于其尾部和前部之间存在不平衡表面张力，该表面张力可以使微通道中的气泡沿着水流方向运动，迅速离开微通道，解决了因个别气泡过大难以排出水冷部1而造成的局部温度过高的问题，同时在内流体通道的首部设置第一挡板18，第一挡板18与分流板7呈锐角设置，使得冷却水经过第一挡板18的引流作用进入到内流体通道中，同时也防止前一水冷部1中过大的气泡进入到分流板7与内流体通道外部的这段区域中；第二挡板19的一端与分流板7固定连接，另一端延伸至相邻的两个引流槽10之间同样也是防止内流体通道中的气泡通过两个引流槽10之间的间隙进入到这段区域中，造成过大的气泡堵塞这段通道造成水冷部1局部过热的现象，第一挡板18和第二挡板19上设置的通孔可使得水冷部1中的冷却水温度均匀分布，提高散热效果，其中，由于水冷部1的截面呈多边不规则形状，引流槽10、第一挡板18和第二挡板19可根据水冷部1的截面形状进行相应的设置，且由于水冷部1两侧的分流部8由板体2和分流板7组成，即位于水冷部1两侧并与板体2相邻的第一挡板18和第二挡板19的一端与板体2的内侧壁固定连接，其它分流部8中的第一挡板18和第二挡板19分别与分流板7的内侧壁固定连接。
在另一种技术方案中，如图9所示，任一引流槽10为流线型枣核状突起结构，且其突起方向与水流方向相同。
在本技术方案中，引流槽10为水滴形状，且其突起方向与水流方向相同，引流槽10设计为此形状一方面可减小冷却水的流动阻力，提高水冷部1的散热效率，且流动阻力的减小可进一步提高冷却水中气泡的流动速度，使其快速的离开分流部8，另一方面枣核状突起的流线型结构，在增加换热面积的同时也会减少压损，可靠性好。
在另一种技术方案中，如图7所示，任一分流板7沿其长度方向间隔设有多个连通通道9，任一连通通道9为网状结构并位于相邻的两个所述第二挡板19之间，任一连通通道9连通相邻的两个所述分流部8。
在本技术方案中，分流板7上设置的网状形连通通道9一方面防止过大的气泡通过连通通道9进入到分流板7与内流体通道外部的这段区域中，另一方面使得相邻的两个分流部8之间形成多重的水流通道，即各个分流部8内的冷却水可在短时间内实现相互混掺，冷却水分布更加均匀，冷却效果好。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种水冷板，其特征在于，包括多个连续设置的水冷部，相邻的水冷部之间固定连接形成方形结构，任一水冷部包括：
板体，其为两端具有开口且内部中空的箱体结构；
两个侧板，其相对的固定设置在所述板体的两端，并与所述板体之间形成密封的水冷腔，两个所述侧板上分别设有与所述水冷腔连通的进水孔和出水孔，所述进水孔和所述出水孔呈对角设置；
多个分流板，其平行间隔的设置在所述水冷腔内，以将所述水冷腔分隔成多个相互连通的分流部，任一分流板沿所述板体的长度方向固定设置，且所述分流板的两端不与两个所述侧板接触以形成水流通道；
两个堵头组，其分别设置在两个所述侧板上，任一堵头组包括多个堵头，其沿所述板体的宽度方向间隔设置，任一堵头固定设置在对应的侧板与相邻的分流板之间。
2.如权利要求1所述的水冷板，其特征在于，相邻的两个水冷部的堵头间距相同或不同。
3.如权利要求1所述的水冷板，其特征在于，所述板体为型材板体，多个所述堵头和两个所述侧板与所述板体的材质相同。
4.如权利要求1所述的水冷板，其特征在于，任一分流部的截面呈多边不规则形状。
5.如权利要求4所述的水冷板，其特征在于，相邻的两个水冷部的分流部的截面形状相同或不同。
6.如权利要求1所述的水冷板，其特征在于，任一板体的顶部设有定位装置，其包括：
连接板，其为方形结构且可拆卸的设置在所述板体的顶部；
定位块，其沿所述板体的宽度方向滑动的设置在所述连接板的顶部，所述定位块的顶部沿所述板体的宽度方向设有导向板，所述导向板的侧壁沿所述板体的宽度方向开设有凹槽，所述凹槽的内表面设有弹性体；
两个定位板，其相对水平的固定设置在所述导向板的侧壁上并位于所述凹槽的顶面和底面，任一定位板上开设有螺纹孔，螺杆的两端分别穿过两个定位板上的螺纹孔与两个所述定位板固定连接；
定位杆，其沿所述板体的宽度方向固定设置在所述导向板的端部并延伸出所述板体的外部，所述定位杆与所述凹槽位于同一水平面，所述定位杆的直径与所述凹槽的直径相同，所述定位杆的外侧与所述螺纹孔的内侧位于同一竖直平面。
7.如权利要求1所述的水冷板，其特征在于，相邻的两个水冷部之间、所述板体与两个所述侧板之间以及两个所述侧板与所述堵头之间均通过搅拌摩擦焊的方式固定连接。
8.如权利要求1所述的水冷板，其特征在于，任一分流部的内部还包括：
内流体通道，其沿所述板体的长度方向设置，所述内流体通道包括多个引流槽，多个所述引流槽相对间隔设置且沿水流方向构成八字形结构，任一引流槽与所述板体的内底面固定连接；
两个第一挡板，其分别设置在两个所述分流板上，任一第一挡板的一端与对应的分流板的内侧壁固定连接，另一端延伸至位于所述内流体通道首部的引流槽上；
多个第二挡板，其分别设置在两个所述分流板上，任一第二挡板的一端与对应的分流板的内侧壁固定连接，另一端延伸至相邻的两个所述引流槽之间且不与任一引流槽接触，多个所述第二挡板沿着水流方向的长度依次减小；
其中，所述第一挡板和所述第二挡板平行间隔设置并分别与所述分流板的内侧壁呈锐角设置，所述第一挡板和所述第二挡板上均设有多个可经水流通过的通孔。
9.如权利要求8所述的水冷板，其特征在于，任一引流槽为流线型枣核状突起结构，且其突起方向与水流方向相同。
10.如权利要求8所述的水冷板，其特征在于，任一分流板沿其长度方向间隔设有多个连通通道，任一连通通道为网状结构并位于相邻的两个所述第二挡板之间，任一连通通道连通相邻的两个所述分流部。
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