CN114094226A - 一种夹层式动力电池组液冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种夹层式动力电池组液冷系统，能够解决电池单体和电池组的温度分布不均匀问题，防止各工况下电池组的热失衡。采用绝缘‑导热衬套对电池进行包裹，通过环形冷却夹层结构对其进行冷却，极大程度地增加了冷却液与动力电池的间接接触面积，提高了散热效率。对于动力电池单体而言，在高温高倍率放电工况下，沿周向和轴向都能得到均匀有效的散热，改善了电池单体的热均衡性；采用分流板实现对各冷却夹层的流量分配，并在下盖板内侧设置导流翼板，改善流量死区的流量分配情况，在高温高倍率放电工况下，可以实现整个电池组各区域的均匀散热，提高电池组整体的热均衡性，保证电池组长时间高效稳定运行。

Description

一种夹层式动力电池组液冷系统
技术领域
本发明涉及动力电池冷却技术领域，具体涉及一种夹层式动力电池组液冷系统。
背景技术
随着世界经济的快速发展和全球人口的剧增，人类社会正面临着能源危机和环境恶化的双重压力，尤其是汽车工业的迅猛发展，极大地推动了社会进步，但同时也带来了严重的污染。因此，开发清洁、高效的电动汽车无疑将成为未来汽车的主要发展方向，而动力电池组作为电动汽车驱动源的核心部件，对汽车的动力性能、续航性能和安全性能起着决定性的作用。
锂离子电池因具有比能量高、循环寿命长、转换效率高和自放电率低等优点，近年来逐渐成为电动汽车储能系统的理想选择。锂离子电池的理想工作温度为20℃-40℃，电池组中各单体温差应控制在5℃以内，而电动汽车在实际运行过程中不可避免的会在高温环境下长时间高倍率放电，或在低温环境下冷启动，这些都会造成电池温度脱离理想区间。当电池温度过高时，会引发电极退化、容量降低甚至过热、起火等安全事故；当电池温度过低时，电池容量和放电电压会迅速下降，导致电池性能衰退。而电池组内成千上万的电池单体又会造成温度不一致现象，进而导致电池电化学特性的差异，严重影响电池组的输出电能。因此，需要高效的电池热管理系统来调控电池组的温度，在高温工况下进行有效散热，低温工况下及时预热，维持各电池单体的热均衡性，使电池处于最佳工作状态。
近年来，液冷技术以其高导热系数、比热容以及固体间的高对流换热系数等优点，正逐渐取代风冷成为主流的动力电池冷却技术。而目前的车用动力电池液冷系统以间接接触式液冷为主，冷却管道与电池的接触面积较小，电池表面有较大部分未得到有效散热，导致电池自身热失衡；另一方面，随着冷却液的深入流动，前端电池得到较好冷却，但冷却液的温度逐渐升高，对后端电池的散热性能变差，各区域温度分布不均匀，导致整个电池组的热失衡。
现有技术中，如公开号为CN107623101A的动力电池冷却装置及电池模组，该装置在进水总管和出水总管之间并联设置了多个微通道冷却管，每个冷却管的两侧对称布置有多排电池单体，虽然能实现对单体电池的降温目的，但微通道冷却管与圆柱形锂电池表面为线接触，冷却面积较小，冷却效果有限，而且若沿进水总管方向每个冷却管两侧放置的电池排数越多，该装置的冷却效果越差。另一方面，沿着每一排冷却管方向，随着冷却液温度的升高，下端电池的散热效果越差，导致电池组温度分布不均匀。
又如公开号为CN207559009U的一体式电池冷却系统，将散热扁管、散热套筒和蛇形散热片三者相组合，对电池组进行散热。其中，电池固定在散热套筒内，在矩形散热扁管之间并联设置了多个蛇形散热片，其上设有与散热套筒外表面形状相适应的凹槽，散热套筒被紧密固定在凹槽中。该系统大大增加了电池与蛇形散热片之间的间接接触面积，提高了电池的散热性能和系统的安全性，但随着冷却液在散热片内的流动，靠近出口处的电池冷却效果明显下降，增加了电池组的温度不均匀性。
可见，现有动力电池组液冷技术所存在以下问题：
1.冷却管道与电池的接触面较小，只能做到局部小面积接触，电池表面有一大部分面积未得到有效散热，导致电池单体自身热失衡。
2.随着冷却液的深入冷却，前端电池得到较好冷却，但冷却液的温度逐渐升高，对末端电池的散热性能变差，尤其是在高温高倍率放电工况下，容易导致整个电池模组的热失衡。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种夹层式动力电池组液冷系统，能够解决电池单体和电池组的温度分布不均匀问题，防止各工况下电池组的热失衡。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
本发明的一种夹层式电池组液冷系统，包括分流模块、集流模块、冷却模块以及冷却液；
其中，所述冷却模块上均匀设置有并行成组的圆柱通孔；各圆柱通孔内壁均设置有绝缘-导热衬套，用于包裹电池组的单个电池；各圆柱通孔外侧壁均设置有环形冷却夹层；
所述分流模块包括相互连接的下盖板和分流板，所述分流板侧壁设有冷却液入口；所述集流模块包括相互连接的集流板和上盖板，所述集流板侧壁设有冷却液出口；所述分流板与所述集流板底部设有与所述环形冷却夹层相对应的环形开口；所述冷却模块位于所述分流板与所述集流板之间，所述环形冷却夹层与所述环形开口匹配；所述下盖板的内侧设置有导流翼板；
所述冷却液从所述冷却液入口流入，被所述分流板分流入所述环形冷却夹层中，最后汇入所述集流板中，经所述冷却液出口流出。
其中，还包括电池管理模块以及温度传感器；
所述各圆柱通孔间的实心区域设有镂空槽，用于安装温度传感器；所述温度传感器实时采集电池组各区域的温度信号反馈至电池管理模块；所述电池管理模块根据电池组各区域的温度信号实时调节冷却液入口流量与温度。
其中，所述圆柱通孔和所述环形冷却夹层为一体化设计。
其中，所述冷却模块的顶部和底部设有垂直相交的镍片凹台。
其中，所述圆柱通孔、所述环形冷却夹层和所述镍片凹台为一体化设计。
其中，镍片凹台中部采用镂空设计。
其中，所述下盖板和分流板之间设有下密封垫圈，三者通过紧固螺栓连接；所述集流板和上盖板之间设有上密封垫圈，三者通过紧固螺栓连接。
其中，所述分流模块与集流模块之间安装有支撑柱，所述支撑柱内开有螺纹通孔，通过紧固螺栓实现分流模块、集流模块与支撑柱之间的连接。
其中，所述分流模块、集流模块和冷却模块之间安装有下密封垫片以及上密封垫片，所述冷却模块的顶部和底部以及各环形冷却夹层两侧开有对称的微型紧固螺孔，分流板和集流板底部也设有与之相对应的螺纹通孔，通过紧固螺钉实现分流模块、集流模块、下密封垫片、上密封垫片和冷却模块之间的固定。
其中，所述分流模块、集流模块和冷却模块均由铝合金制成；所述绝缘-导热衬套为硅胶衬套。
有益效果：
本发明液冷系统采用绝缘-导热衬套对电池进行包裹，通过环形冷却夹层结构对其进行冷却，极大程度地增加了冷却液与动力电池的间接接触面积，强化了对流换热，降低了接触热阻，提高了散热效率。对于动力电池单体而言，在高温高倍率放电工况下，沿周向和轴向都能得到均匀有效的散热，改善了电池单体的热均衡性；采用分流板实现对各冷却夹层的流量分配，并在下盖板内侧设置导流翼板，改善流量死区的流量分配情况，使各圆柱通孔周围的环形冷却夹层都有相对均匀的冷却液流入，在高温高倍率放电工况下，可以实现整个电池组各区域的均匀散热，提高电池组整体的热均衡性，保证电池组长时间高效稳定运行。
本发明在冷却模块内部间隙安装温度传感器，可以实时采集电池组各区域的温度信号，电池管理模块通过反馈的温度信号实时调整冷却液流量与温度。不仅可以在高温环境下对电池组进行均匀有效的散热，在低温环境下冷启动时，可以通过加热冷却液对电池组进行预热，当电池温度上升至理想工作温度时再进行放电工作，有效地避免了低温下电池性能的急剧衰退，延长了电池的使用寿命。
本发明液冷系统冷却模块中的圆柱通孔和环形冷却夹层为一体化设计，在各种运行工况下，电池组中各电池单体都能得到均匀有效的散热或预热，维持电池组的温度均匀性，保证电池组在理想的温度区间内工作。
本发明液冷系统冷却模块的顶部和底部设有垂直相交的镍片凹台，便于电池成组焊接时镍片的连接与放置。
本发明液冷系统冷却模块镍片凹台中部采用镂空设计，进一步增强散热效果。
本发明液冷系统冷却模块中的圆柱通孔、环形冷却夹层和镍片凹台都为一体化设计，结构紧凑，动力电池的安装与焊接较为便捷；并且在各种运行工况下，电池组中各电池单体都能得到均匀有效的散热或预热，维持电池组的温度均匀性，保证电池组在理想的温度区间内工作。
本发明液冷系统冷却模块由铝合金制成，降低了系统的整体重量，实现对动力电池更高效、全面的冷却，提高电池组的工作性能，延长电池组使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例所述的夹层式动力电池组液冷系统整体装配图。
图2为本发明实施例所述的夹层式动力电池液冷系统三维爆炸图。
图3为本发明实施例所述的冷却模块结构示意图。
图4为本发明实施例图3的A处放大结构示意图。
图5为本发明所述的分流板结构示意图。
图6为本发明实施例图5的B处放大结构示意图。
图7为本发明实施例所述的下盖板结构示意图。
其中，1-分流模块，2-集流模块，3-冷却模块，301-环形冷却夹层，302-圆柱通孔，303-紧固螺孔，304-镂空槽，305-镍片凹台，4-支撑柱，5-入口，6-出口，7-下盖板，701-导流翼板，8-下密封垫圈，9-分流板，901-环形开口，902-螺纹通孔，10-下密封垫片，11-上密封垫片，12-集流板，13-上密封垫圈，14-上盖板，15-绝缘-导热衬套，16-动力电池。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种夹层式动力电池液冷系统，整体装配图如图1所示，三维爆炸图如图2所示。本实施例所述液冷系统包括冷却液、分流模块1、集流模块2、冷却模块3，用于冷却动力电池16。
其中，本发明实施例所述的冷却模块结构如图3所示，所述冷却模块3上设置有并行成组的圆柱通孔302。本发明实施例图3的A处放大结构如图4所示，所述圆柱通孔302内壁设有绝缘-导热衬套15，动力电池16被绝缘-导热衬套15所包裹，以减小动力电池16与凹槽内壁之间的接触热阻，增强导热速率，同时加强碰撞稳定性，本实施例中所述绝缘-导热衬套为硅胶衬套；所述圆柱通孔302侧壁设有环形冷却夹层301，便于冷却液流通，实现对动力电池16的冷却。
所述分流模块1包括下盖板7、下密封垫圈8和分流板9，三者通过紧固螺栓连接，分流板9侧壁设有冷却液入口5，其中，所述分流板结构如图5所示，图5的B处放大结构示意图如图6所示。
所述分流模块1的下盖板7的内侧设置有导流翼板701，以优化分流板9的流量分配，下盖板结构示意图如图7所示。
所述集流模块2包括集流板12、上密封垫圈13和上盖板14，三者通过紧固螺栓连接，集流板12侧壁设有冷却液出口6。
所述分流板9与集流板12底部设有与所述环形冷却夹层301相对应的环形开口，以供冷却液在分流模块1、集流模块2与冷却模块3之间的流动。具体地，冷却液从分流板9的入口5流入，经过分流板9被均匀分流入冷却模块3的各环形冷却夹层301中，实现对高温电池的冷却和低温下电池的预热，最后汇入集流板12中，经集流板12的出口6流出。
进一步地，本发明液冷系统还包括电池管理模块以及温度传感器；所述各圆柱通孔302间的实心区域设有镂空槽304，用于安装温度传感器；所述温度传感器实时采集电池组各区域的温度信号反馈至电池管理模块，所述电池管理模块根据电池组各区域的温度信号实时调节冷却液入口流量与温度。不仅可以在高温环境下对电池组进行均匀有效的散热，在低温环境下冷启动时，可以通过加热冷却液对电池组进行预热，当电池温度上升至理想工作温度时再进行放电工作，有效地避免了低温下电池性能的急剧衰退，延长了电池的使用寿命。
进一步地，本发明液冷系统冷却模块中的圆柱通孔为一体化设计，在各种运行工况下，电池组中各电池单体都能得到均匀有效的散热或预热，维持电池组的温度均匀性，保证电池组在理想的温度区间内工作。
进一步地，所述冷却模块3的顶部和底部设有垂直相交的镍片凹台305，便于电池成组焊接时镍片的连接与放置。为进一步增强散热效果，镍片凹台305中部可以采用镂空设计。进一步地，本发明液冷系统冷却模块中的圆柱通孔、环形冷却夹层和镍片凹台为一体化设计，便于电池成组焊接时镍片的连接与放置的同时，在各种运行工况下，电池组中各电池单体都能得到均匀有效的散热或预热，维持电池组的温度均匀性，保证电池组在理想的温度区间内工作。
进一步地，所述分流模块1与集流模块2之间安装有支撑柱4，支撑柱4内开有螺纹通孔，通过紧固螺栓实现分流模块1、集流模块2与支撑柱4之间的连接，以增强预紧力，提高系统密封性。
进一步地，所述分流模块1、集流模块2和冷却模块3之间安装有下密封垫片10以及上密封垫片11，所述冷却模块3的顶部和底部以及各环形冷却夹层301两侧开有对称的微型紧固螺孔303，分流板9和集流板12底部也设有与之相对应的螺纹通孔，通过紧固螺钉实现分流模块1、集流模块2、下密封垫片10、上密封垫片11和冷却模块3之间的固定，防止冷却液泄漏，增强系统密封性。
进一步地，所述分流模块1、集流模块2和冷却模块3均由铝合金制成，以减轻系统重量，实现对动力电池更高效、全面的冷却，提高电池组的工作性能，延长电池组使用寿命。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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)

1.一种夹层式电池组液冷系统，其特征在于，包括分流模块(1)、集流模块(2)、冷却模块(3)以及冷却液；
其中，所述冷却模块(3)上均匀设置有并行成组的圆柱通孔(302)；各圆柱通孔(302)内壁均设置有绝缘-导热衬套(15)，用于包裹电池组的单个电池；各圆柱通孔(302)外侧壁均设置有环形冷却夹层(301)；
所述分流模块(1)包括相互连接的下盖板(7)和分流板(9)，所述分流板(9)侧壁设有冷却液入口(5)；所述集流模块(2)包括相互连接的集流板(12)和上盖板(14)，所述集流板(12)侧壁设有冷却液出口(6)；所述分流板(9)与所述集流板(12)底部设有与所述环形冷却夹层(301)相对应的环形开口(901)；所述冷却模块(3)位于所述分流板(9)与所述集流板(12)之间，所述环形冷却夹层(301)与所述环形开口(901)匹配；所述下盖板(7)的内侧设置有导流翼板(701)；
所述冷却液从所述冷却液入口(5)流入，被所述分流板(9)分流入所述环形冷却夹层(301)中，最后汇入所述集流板(12)中，经所述冷却液出口(6)流出。
2.如权利要求1所述的液冷系统，其特征在于，还包括电池管理模块以及温度传感器；
所述各圆柱通孔(302)间的实心区域设有镂空槽(304)，用于安装温度传感器；所述温度传感器实时采集电池组各区域的温度信号反馈至电池管理模块；所述电池管理模块根据电池组各区域的温度信号实时调节冷却液入口流量与温度。
3.如权利要求1或2所述的液冷系统，其特征在于，所述圆柱通孔(302)和所述环形冷却夹层(301)为一体化设计。
4.如权利要求1所述的液冷系统，其特征在于，所述冷却模块(3)的顶部和底部设有垂直相交的镍片凹台(305)。
5.如权利要求4所述的液冷系统，其特征在于，所述圆柱通孔(302)、所述环形冷却夹层(301)和所述镍片凹台(305)为一体化设计。
6.如权利要求4或5所述的液冷系统，其特征在于，镍片凹台(305)中部采用镂空设计。
7.如权利要求1、2、4或5所述的液冷系统，其特征在于，所述下盖板(7)和分流板(9)之间设有下密封垫圈(8)，三者通过紧固螺栓连接；所述集流板(12)和上盖板(14)之间设有上密封垫圈(13)，三者通过紧固螺栓连接。
8.如权利要求1、2、4或5所述的液冷系统，其特征在于，所述分流模块(1)与集流模块(2)之间安装有支撑柱(4)，所述支撑柱(4)内开有螺纹通孔，通过紧固螺栓实现分流模块(1)、集流模块(2)与支撑柱(4)之间的连接。
9.如权利要求1、2、4或5所述的液冷系统，其特征在于，所述分流模块(1)、集流模块(2)和冷却模块(3)之间安装有下密封垫片(10)以及上密封垫片(11)，所述冷却模块(3)的顶部和底部以及各环形冷却夹层(301)两侧开有对称的微型紧固螺孔(303)，分流板(9)和集流板(12)底部也设有与之相对应的螺纹通孔，通过紧固螺钉实现分流模块(1)、集流模块(2)、下密封垫片(10)、上密封垫片(11)和冷却模块(3)之间的固定。
10.如权利要求1、2、4或5所述的液冷系统，其特征在于，所述分流模块(1)、集流模块(2)和冷却模块(3)均由铝合金制成；所述绝缘-导热衬套(15)为硅胶衬套。
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