CN113506930A - 换热板及其系统 - Google Patents

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Abstract

一种换热板及其系统，涉及锂电池热管理技术领域。该换热板包括第一板体、第二板体、进口管和出口管；所述第一板体和所述第二板体固定连接并形成密闭的板体空腔；所述进口管设置在所述第一板体或所述第二板体上，所述出口管设置在所述第一板体或所述第二板体上，且所述进口管和所述出口管均与所述板体空腔连通；所述板体空腔内设置有多个连接在所述第一板体与所述第二板体之间的连接柱；在平行于所述第二板体的表面的平面上，所述连接柱的截面呈流线型。该换热系统包括换热板。本发明的目的在于提供一种换热板及其系统，以在一定程度上解决现有技术中存在的换热介质在换热板内的压降较大的技术问题。

Description

换热板及其系统
技术领域
本发明涉及锂电池热管理技术领域，具体而言，涉及一种换热板及其系统。
背景技术
纯电动汽车和混合动力汽车以电池作为动力源，在使用中可以实现零污染，并可利用煤炭、水力等其它非石油资源，能有效解决汽车排污和能源问题，因而在世界范围内得到普遍重视。纯电动汽车和混合动力汽车的性能和品质在很大程度上依赖其所配置的动力电池组的性能。
新能源车锂电池主要是液体冷却和加热为主，电池与换热板贴合接触，通过换热介质在换热板内流动，来实现对电池的冷却或者加热。现有的换热介质在换热板内的压降较大，从而导致驱动换热介质流动的驱动装置功率较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种换热板及其系统，以在一定程度上解决现有技术中存在的换热介质在换热板内的压降较大的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种换热板，包括第一板体、第二板体、进口管和出口管；所述第一板体和所述第二板体固定连接并形成密闭的板体空腔；所述进口管设置在所述第一板体或所述第二板体上，所述出口管设置在所述第一板体或所述第二板体上，且所述进口管和所述出口管均与所述板体空腔连通；
所述板体空腔内设置有多个连接在所述第一板体与所述第二板体之间的连接柱；
在平行于所述第二板体的表面的平面上，所述连接柱的截面呈流线型。
在上述任一技术方案中，可选地，在平行于所述第二板体的表面的平面上，所述连接柱包括相连接的连接柱递增段和连接柱递减段；
所述连接柱递增段的宽度逐渐增加，所述连接柱递减段的宽度逐渐减少，且所述连接柱递增段的长度大于所述连接柱递减段的长度；其中，所述连接柱的长度方向与所述换热板内的换热介质的流向相同或者相反。
在上述任一技术方案中，可选地，所述连接柱递增段包括递增圆弧段和递增直线段；
所述递增圆弧段为圆弧形，所述递增直线段为直线形；
所述连接柱递减段为圆弧形；
所述递增圆弧段与所述连接柱递减段通过所述递增直线段连接。
在上述任一技术方案中，可选地，所述递增直线段与所述连接柱的长度方向之间的夹角λ为锐角。
在上述任一技术方案中，可选地，所述夹角λ的范围为10°-30°。
在上述任一技术方案中，可选地，所述递增圆弧段、所述递增直线段和所述连接柱递减段依次圆滑过渡。
在上述任一技术方案中，可选地，所述连接柱的顶部与所述第一板体固定连接，所述连接柱的底部与所述第二板体固定连接；
所述连接柱的顶部具有倒圆角形成的倒圆角结构。
在上述任一技术方案中，可选地，所述连接柱由所述第二板体冲压而成，或者所述连接柱与所述第二板体通过焊接、铆接或者粘接方式固定连接。
在上述任一技术方案中，可选地，所述板体空腔内阵列设置有多个所述连接柱；
相邻两个所述连接柱之间的距离不大于所述连接柱的高度的10倍；
相邻两个所述连接柱之间的距离不大于所述连接柱的最大宽度的3倍；
相邻两个所述连接柱之间的距离不大于30mm。
一种换热系统，包括换热板。
本发明的有益效果主要在于：
本发明提供的换热板及其系统，通过连接在第一板体与第二板体之间的多个连接柱，可以导流从进口管流入板体空腔内的换热介质，可以使换热介质更好地从出口管流出，在一定程度上提高了换热效果，减少了压降；通过连接柱的截面呈流线型，可有效缓解板体空腔内的涡流，进一步减少了压降，在同样的换热效果条件下，可以降低驱动装置的功率。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为现有的换热板的结构示意图；
图2为现有的换热板的另一结构示意图(未显示第一板体)；
图3为本发明实施例提供的换热板的结构示意图(未显示第一板体)；
图4为本发明实施例提供的换热板的连接柱的结构示意图；
图5A为现有的多个连接柱的排布示意图；
图5B为本发明实施例提供的多个连接柱的排布示意图；
图6A为图5A所示的换热板内换热介质流动仿真示意图；
图6B为图5B所示的换热板内换热介质流动仿真示意图。
图标：1-导流筋；2-凸起；
100-第一板体；200-第二板体；300-进口管；400-出口管；500-连接柱；510-连接柱递增段；511-递增圆弧段；512-递增直线段；520-连接柱递减段。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以采用各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例
本实施例提供一种换热板及其系统；请参照图3-图6B，图3为本实施例提供的换热板的结构示意图，图4为本实施例提供的连接柱的结构示意图；为了更好的了解本实施例，图5A为现有的多个连接柱的排布示意图，图6A为图5A所示的换热板内换热介质流动仿真示意图，图5B为本实施例提供的多个连接柱的排布示意图，图6B为图5B所示的换热板内换热介质流动仿真示意图。其中，图4中采用虚线分隔出递增圆弧段511、递增直线段512和连接柱递减段520。
本实施例提供的换热板，用于纯电动汽车和混合动力汽车等车辆的电池的冷却或者加热，尤其用于新能源车锂电池的冷却或者加热。
结合图1，参见图3-图6B所示，该换热板，包括第一板体100、第二板体200、进口管300和出口管400；第一板体100和第二板体200固定连接并形成密闭的板体空腔；进口管300设置在第一板体100或第二板体200上，出口管400设置在第一板体100或第二板体200上，且进口管300和出口管400均与板体空腔连通。
板体空腔内设置有多个连接在第一板体100与第二板体200之间的连接柱500。
在平行于第二板体200的表面的平面上，连接柱500的截面呈流线型。本实施例所述流线型可以为类似于水滴形、类似于锥形等类似形状。
本实施例中所述换热板，通过连接在第一板体100与第二板体200之间的多个连接柱500，可以导流从进口管300流入板体空腔内的换热介质，可以使换热介质更好地从出口管400流出，在一定程度上提高了换热效果，减少了压降；通过连接柱500的截面呈流线型，可有效缓解板体空腔内的涡流，进一步减少了压降，在同样的换热效果条件下，可以降低驱动装置的功率。
本实施例中所述换热板，连接柱500还可以加强第一板体100与第二板体200的连接强度，避免或者减少第一板体100与第二板体200因板体空腔内的换热介质的压力而产生的形变，可以使换热板与电池更好的贴合，提高了换热板的换热效率；通过采用截面呈流线型的连接柱500，因可减少压降而可选择功率更低的驱动装置，进而可降低板体空腔内的换热介质的压力，从而可进一步避免或者减少第一板体100与第二板体200因换热介质的压力而产生的形变。此外，在同样的换热效果条件下，功率更低的驱动装置其成本更低，在一定程度上降低了换热成本，符合目前越来越严苛的新能源电池成本控制理念。
现有技术中，如图1所示，电池换热板包括第一板体100、第二板体200、进口管300和出口管400，第一板体100和第二板体200固定连接并形成密闭的板体空腔；进口管300和出口管400均与板体空腔连通。板体空腔内设置有连接在第一板体100与第二板体200之间的导流筋1。导流筋1为长条形。
为了增强换热效果，也为了减小压降，导流筋1设计为圆柱形的凸起2，如图2所示，然而具有圆柱形的凸起2，其压降不理想，在满足换热效果条件下，板体空腔内的换热介质的压力较高，尤其是局部压力较高，导致第一板体100与第二板体200的局部易变形，影响其换热效率，而且其驱动装置的功率较高，成本也较高。
本实施例所述换热板，通过将凸起2优化为截面呈流线型的连接柱500，可有效缓解板体空腔内的涡流，进一步减少了压降，在一定程度上使板体空腔内的换热介质压力分布更加均匀，极大降低了第一板体100与第二板体200的局部压力，从而降低了第一板体100与第二板体200的局部变形量或者局部变形的概率。在同样的换热效果条件下，可以采用较低功率的驱动装置即可满足本实施例所述换热板的压力需求。
参见图4所示，本实施例的可选方案中，在平行于第二板体200的表面的平面上，连接柱500包括相连接的连接柱递增段510和连接柱递减段520。
连接柱递增段510的宽度逐渐增加，连接柱递减段520的宽度逐渐减少，且连接柱递增段510的长度大于连接柱递减段520的长度；
其中，连接柱500的长度方向、连接柱递增段510的长度方向和连接柱递减段520的长度方向相同。可选地，连接柱500的长度方向与换热板内的换热介质的流向相同或者相反。通过连接柱500的长度方向与换热板内的换热介质的流向相同或者相反，以有效减少相邻两个连接柱500之间的涡流，可进一步减少压降。
可选地，连接柱递增段510和连接柱递减段520沿着换热板内的换热介质的流向设置。也即换热板内的换热介质先经过连接柱递增段510，再经过连接柱递减段520。通过将连接柱递增段510和连接柱递减段520沿着换热介质的流向设置，以有效减少换热介质的流动阻力，进而有效减少相邻两个连接柱500之间的涡流，可进一步减少压降。
参见图4所示，可选地，在平行于第二板体200的表面的平面上，连接柱递增段510包括递增圆弧段511和递增直线段512。递增圆弧段511为圆弧形，递增直线段为直线形。
连接柱递减段520为圆弧形。
递增圆弧段511与连接柱递减段520通过递增直线段512连接。通过递增圆弧段511、递增直线段512和连接柱递减段520，以有效减少换热介质的流动阻力，进而有效减少相邻两个连接柱500之间的涡流，可进一步减少压降。
本实施例的可选方案中，递增圆弧段511、递增直线段512和连接柱递减段520依次圆滑过渡，以进一步减少换热介质的流动阻力，进而可有效减少相邻两个连接柱500之间的涡流，以进一步减少压降。如图4所示，递增直线段512的数量为两个，每个递增直线段512一端连接递增圆弧段511，另一端连接柱递减段520。
本实施例的可选方案中，递增直线段512与连接柱500的长度方向之间的夹角λ为锐角。通过试验，采用锐角的夹角λ，更符合流体力学，可有效减少换热介质的流动阻力以及产生的涡流现象，可以有效地减少板体空腔内的换热介质的压降。本实施例中，连接柱500可以为对称结构，也可以为非对称结构；可选地，连接柱500为对称结构，连接柱500的对称轴平行于连接柱500的长度方向；也就是说，两个递增直线段512对称设置。
可选地，夹角λ的范围为10°-30°。例如，夹角λ的值为10°、15°、18°、25°、30°等。当夹角λ的范围为10°-30°，压降改善效果更加明显。
本实施例的可选方案中，连接柱500的顶部与第一板体100固定连接，例如连接柱500与第一板体100通过焊接、铆接或者粘接等方式固定连接。
本实施例的可选方案中，连接柱500的底部与第二板体200固定连接；例如，连接柱500由第二板体200冲压而成，或者连接柱500与第二板体200通过焊接、铆接或者粘接等方式固定连接。
本实施例的可选方案中，连接柱500的顶部具有倒圆角形成的倒圆角结构。通过采用倒圆角结构，以能够在一定程度上减少换热介质的流动阻力，进而可有效减少相邻两个连接柱500之间的涡流，以进一步减少压降。
参见图3所示，本实施例的可选方案中，板体空腔内阵列设置有多个连接柱500；例如多个连接柱500按照行列分布。
本实施例的可选方案中，相邻两个连接柱500之间的距离不大于连接柱500的高度的10倍；例如相邻两个连接柱500之间的距离，是连接柱500的高度的5倍、8倍或者10倍等。采用相邻两个连接柱500之间的距离不大于连接柱500的高度的10倍，以避免或者减少第一板体100与第二板体200因换热介质的压力而产生的形变，进而在一定程度上保障了换热板的换热效率。
其中，连接柱500的高度为第一板体100与第二板体200之间的距离。
本实施例的可选方案中，相邻两个连接柱500之间的距离不大于连接柱500的最大宽度的3倍；例如相邻两个连接柱500之间的距离，是连接柱500的最大宽度的1倍、2.5倍或者3倍等。采用相邻两个连接柱500之间的距离不大于连接柱500的最大宽度的3倍，以避免或者减少第一板体100与第二板体200因换热介质的压力而产生的形变，进而在一定程度上保障了换热板的换热效率。
本实施例的可选方案中，相邻两个连接柱500之间的距离不大于30mm。依据现有的新能源车锂电池的结构、形状，多次试验发现相邻两个连接柱500之间的距离不大于30mm时，第一板体100与第二板体200因换热介质的压力而产生的形变没有或者可以基本忽略，在一定程度上保障了换热板的换热效率。例如，相邻两个连接柱500之间的距离为20mm、22.5mm、28mm或者30mm等等。
可选地，连接柱500的高度例如为2.5mm、3mm或者4mm等。
可选地，连接柱500的最大宽度例如为8mm、10mm或者11mm等。
下面以本实施例所述的换热板与具有圆柱形凸起2的换热板进行仿真试验对比，表1为对比数据。其中，图5A所示的凸起2的横向间距与图5B所示的连接柱500的横向间距相同，均为a＝10.2mm；图5A所示的凸起2的纵向间距与图5B所示的连接柱500的纵向间距相同，均为b＝20.5mm。图6A为图5A所示的换热板内换热介质流动仿真示意图，图中示出了两个圆柱形凸起2周边的涡流；图6B为图5B所示的换热板内换热介质流动仿真示意图，图中示出了两个连接柱500周边的涡流。表1的产品内容积也为板体空腔的体积。
表1
Figure BDA0003171179290000101
由对比数据可得，当其他条件不变时，本实施例的连接柱500比圆柱形凸起2的压降更小。经过多次的对比分析，可以发现，换热板尺寸越大，压降改善效果越明显。
分析结果表明，当凸起2的形状为圆柱形时，凸起2和凸起2之间存在涡流，且涡流现象比较严重。而当连接柱500的形状为流线型时，连接柱500和连接柱500之间的涡流现象就缓解了很多。
本实施例提供一种换热系统包括上述的换热板。该换热系统例如还包括驱动换热板内换热介质流动的驱动装置等。该换热板，通过换热板内连接在第一板体100与第二板体200之间的多个连接柱500，可以导流从进口管300流入板体空腔内的换热介质，可以使换热介质更好地从出口管400流出，在一定程度上提高了换热效果，减少了压降；通过连接柱500的截面呈流线型，可有效缓解板体空腔内的涡流，进一步减少了压降，在同样的换热效果条件下，可以降低驱动装置的功率。
本实施例提供的换热系统，包括上述的换热板，上述所公开的换热板的技术特征也适用于该换热系统，上述已公开的换热板的技术特征不再重复描述。本实施例中所述换热系统具有上述换热板的优点，上述所公开的所述换热板的优点在此不再重复描述。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种换热板，其特征在于，包括第一板体、第二板体、进口管和出口管；所述第一板体和所述第二板体固定连接并形成密闭的板体空腔；所述进口管设置在所述第一板体或所述第二板体上，所述出口管设置在所述第一板体或所述第二板体上，且所述进口管和所述出口管均与所述板体空腔连通；
所述板体空腔内设置有多个连接在所述第一板体与所述第二板体之间的连接柱；
在平行于所述第二板体的表面的平面上，所述连接柱的截面呈流线型。
2.根据权利要求1所述的换热板，其特征在于，在平行于所述第二板体的表面的平面上，所述连接柱包括相连接的连接柱递增段和连接柱递减段；
所述连接柱递增段的宽度逐渐增加，所述连接柱递减段的宽度逐渐减少，且所述连接柱递增段的长度大于所述连接柱递减段的长度；其中，所述连接柱的长度方向与所述换热板内的换热介质的流向相同或者相反。
3.根据权利要求2所述的换热板，其特征在于，所述连接柱递增段包括递增圆弧段和递增直线段；
所述递增圆弧段为圆弧形，所述递增直线段为直线形；
所述连接柱递减段为圆弧形；
所述递增圆弧段与所述连接柱递减段通过所述递增直线段连接。
4.根据权利要求3所述的换热板，其特征在于，所述递增直线段与所述连接柱的长度方向之间的夹角λ为锐角。
5.根据权利要求4所述的换热板，其特征在于，所述夹角λ的范围为10°-30°。
6.根据权利要求3所述的换热板，其特征在于，所述递增圆弧段、所述递增直线段和所述连接柱递减段依次圆滑过渡。
7.根据权利要求1-6任一项所述的换热板，其特征在于，所述连接柱的顶部与所述第一板体固定连接，所述连接柱的底部与所述第二板体固定连接；
所述连接柱的顶部具有倒圆角形成的倒圆角结构。
8.根据权利要求1-6任一项所述的换热板，其特征在于，所述连接柱由所述第二板体冲压而成，或者所述连接柱与所述第二板体通过焊接、铆接或者粘接方式固定连接。
9.根据权利要求1-6任一项所述的换热板，其特征在于，所述板体空腔内阵列设置有多个所述连接柱；
相邻两个所述连接柱之间的距离不大于所述连接柱的高度的10倍；
相邻两个所述连接柱之间的距离不大于所述连接柱的最大宽度的3倍；
相邻两个所述连接柱之间的距离不大于30mm。
10.一种换热系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的换热板。
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