CN115347268B - 电池包以及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池包以及车辆，电池包包括：多个电芯，所述多个电芯在第一方向间隔设置，相邻的所述电芯之间限定出沿第二方向延伸的空气流道，所述第一方向和所述第二方向垂直；扰乱件，至少一个所述空气流道内设有至少一个所述扰乱件，所述扰乱件被构造成可动作以扰乱所述电芯的温度边界层以增加所述电芯的表面换热系数。由此，通过设置扰乱件，能够增加电池的表面换热系数，可以提升空气与电池的换热效果，从而有效防止电池模组发生热失控。

Description

电池包以及车辆

技术领域

本发明涉及车辆领域，尤其是涉及一种电池包以及具有该电池包的车辆。

背景技术

随着新能源车辆的快速发展，其中电池包作为新能源汽车动力系统的核心部件，发热机理和温度特性影响着电池包的性能、寿命和安全，通常较高的工作温度不利于电池包的可靠性，会引起电芯的热扩散效应，进而导致电池包的能量密度衰减甚至发生热失控，处于高温条件下电池包寿命会大大衰减。电池包在使用过程中，应该尽量避免电池包长期在高温下使用。

相关技术中，现有较多车型采用液冷形式对电池包散热，这种散热方式导致电池热管理系统结构复杂，液体容易泄露，同时成本增加。并且，也有的车型采用空气冷却电池包，但在电池包温度高于一定值时，风冷将不能达到对电池包理想的冷却效果，导致电池包温度下降不明显，容易导致电池包发生热失控。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出了一种电池包，该电池包能够增加电池的表面换热系数，可以提升空气与电池的换热效果，从而有效防止电池模组发生热失控。

本发明进一步地提出了一种车辆。

根据本发明的电池包包括：多个电芯，所述多个电芯在第一方向间隔设置，相邻的所述电芯之间限定出沿第二方向延伸的空气流道，所述第一方向和所述第二方向垂直；扰乱件，至少一个所述空气流道内设有至少一个所述扰乱件，所述扰乱件被构造成可动作以扰乱所述电芯的温度边界层以增加所述电芯的表面换热系数。

根据本发明的电池包，通过设置扰乱件，能够增加电池的表面换热系数，可以提升空气与电池的换热效果，从而有效防止电池模组发生热失控。

在本发明的一些示例中，所述的电池包还包括挡风件，所述扰乱件设在所述挡风件上，所述挡风件位于所述扰乱件的空气流动方向的上游侧，在所述第一方向上，所述挡风件的宽度大于所述扰乱件的厚度以使气流经过所述挡风件时产生涡流，所述扰乱件被构造成受所述涡流的频率影响而发生动作。

在本发明的一些示例中，在所述第二方向上，所述扰乱件的长度为L1，所述扰乱件和所述挡风件的长度总和为L2，其中：1/2≤L1/L2≤3/4。

在本发明的一些示例中，在第三方向上，所述挡风件的高度不低于所述电芯的高度，所述第三方向分别与所述第一方向和所述第二方向正交。

在本发明的一些示例中，所述挡风件的宽度最大值d与所述空气流道的宽度h之间的比例为，满足关系式：1/60≤d/h≤5/6。

在本发明的一些示例中，所述挡风件形成为圆柱状。

在本发明的一些示例中，所述扰乱件的厚度最大值δ和所述挡风件的宽度的最大值d之间的比例为δ/d，满足关系式1/150≤δ/d≤2/3。

在本发明的一些示例中，在所述第二方向上，所述扰乱件的厚度保持不变。

在本发明的一些示例中，在所述第一方向上，所述扰乱件与所述空气流道的相对侧壁之间的间距相同。

在本发明的一些示例中，所述空气流道内间隔设置多个所述扰乱件。

在本发明的一些示例中，在所述第二方向上，相邻的所述扰乱件之间的间隙大于所述扰乱件与所述挡风件总长度的3倍。

在本发明的一些示例中，所述的电池包还包括底座和冷却件，所述多个电芯和所述扰乱件分别设在所述底座上，所述冷却件设在所述底座上以对所述底座进行冷却，所述冷却件内设有冷却液的流动空间。

根据本发明的车辆，包括上述的电池包。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的电池包的示意图；

图2是根据本发明实施例的电池包的俯视图；

图3是根据本发明实施例的电池包的相邻电池和扰乱件装配示意图；

图4是根据本发明实施例的电池包的扰乱件摆动姿态示意图；

图5是根据本发明实施例的电池包的扰乱件摆动所产生的温度场分布图；

图6是根据本发明实施例的电池包的扰乱件摆动所产生的涡流分布图；

图7是现有技术中空气流道内温度场分布图。

图8是根据本发明实施例的电池包的扰乱件主动式摆动姿态示意图；

图9是根据本发明实施例的电池包的扰乱件主动式摆动的温度场分布图；

图10是根据本发明实施例的电池包的扰乱件主动式摆动的涡流分布图。

附图标记：

电池包100；

电芯10；空气流道20；扰乱件30；挡风件40；底座50；温度边界层60；上摆动位置70、中间位置80；下摆动位置90。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图10描述根据本发明实施例的电池包100。

如图1-图10所示，根据本发明实施例的电池包100包括：扰乱件30和多个电芯10。多个电芯10在第一方向间隔设置，相邻的电芯10之间限定出沿第二方向延伸的空气流道20，第一方向和第二方向垂直。需要说明的是，第一方向是指图1中的左右方向，第二方向是指图1中的前后方向，多个电芯10在第一方向依次间隔开设置，相邻的电芯10之间形成空气流道20。对电芯10降温时，气体(例如空气)从空气流道20流过带走电芯10的热量，达到对电芯10降温的效果，避免电芯10的温度过高。并且，至少一个空气流道20内设置有至少一个扰乱件30，扰乱件30被构造成可动作以扰乱电芯10的温度边界层60以增加电芯10的表面换热系数，需要解释的是，电芯10的与空气流道20相对的表面形成有温度边界层60，电芯10的温度边界层60被扰乱后，可以增加电芯10的表面换热系数。

其中，相邻的两个电芯10之间的间隔距离可以设置为6mm，温度边界层60为电芯10的散热层，可以通过风扇主动将空气吹入空气流道20内，在扰乱件30动作的作用下，电芯10的温度边界层60被扰乱，空气流入空气流道20内后，空气流道20内可以产生涡流，由于电芯10的表面换热系数增加，单位时间内，能够增加空气与电芯10的换热量，空气可以带走更多的热量，从而可以提升空气与电芯10的换热效果，使电芯10温度进一步降低，进而有效防止电池模组发生热失控，避免电池包100发生爆炸，提升了电池包100的使用寿命和安全性。

并且，与采用液冷形式对电池包100散热相比，本申请的降温方式对电池包100的气密性要求降低，电池包100设计得到简化，不用考虑液体泄漏问题。同时，在电池包100温度高于一定值时，通过设置扰乱件30，也能够将电芯10温度降低，避免电池包100发生火灾。另外，在保证电池包100内核心部件的工作温度在目标范围内的前提下，减少了驱动风扇的时间，同时整体换热效果可以提升。

由此，通过设置扰乱件30，能够增加电池的表面换热系数，可以提升空气与电池的换热效果，从而有效防止电池模组发生热失控。

在本发明的一些实施例中，如图1-图4所示，电池包100还可以包括挡风件40，扰乱件30设置在挡风件40上，挡风件40位于扰乱件30的空气流动方向的上游侧，例如：空气流动方向为图1中的前后方向，当空气从空气流道20的前端流向后端时，此时挡风件40设置在扰乱件30的前端，扰乱件30的前端为空气流动方向的上游侧，而当空气从空气流道20的后端流向前端时，此时挡风件40设置在扰乱件30的后端，扰乱件30的后端为空气流动方向的上游侧，本申请以扰乱件30的前端为空气流动方向的上游侧为例进行说明。

并且，在第一方向上，挡风件40的宽度大于扰乱件30的厚度，这样设置可以使气流经过挡风件40时产生涡流，扰乱件30被构造成受涡流振荡的频率影响而发生动作。其中，当扰乱件30的模态与涡流的频率相当或者相近时，扰乱件30会发生共振从而影响到空气流道20内空气形成流体域的压力波动，扰乱件30动作扰乱电芯10与空气流道20相对的表面的温度边界层60，可以增加电芯10的表面换热系数，空气流过空气流道20时达到强化散热的效果。

具体地，在本申请中，对电池包100的电芯10散热分为主动式散热和被动式散热，主动式散热和被动式散热的区别在于是否需要功率才能实现散热。主动式散热可以通过风扇向空气流道20内吹风，风扇工作需要消耗能量以实现空气与电芯10之间的热量传递。被动式散热仅依靠由于温度梯度进行热传导或加热流体的“自然对流”来实现热传递。而本申请中使用了主动式散热和被动式散热相互结合的散热方式，即通过风扇主动向空气流道20内吹风，空气在挡风件40的作用下在空气流道20内形成涡流，扰乱件30受涡流的频率影响发生动作扰乱电芯10的温度边界层60，可以提升电芯10的平均表面换热系数，通过与普通风冷换热系数进行对比发现，在保证电池包100内核心部件的工作温度在目标范围内的前提下，减少了驱动风扇的时间，同时整体换热效果可以提升。

作为本发明的另外一种实施例，电池包100可以设置有动力驱动件，动力驱动件用于驱动挡风件40动作，挡风件40可以实现平移和/或旋转相互耦合的运动模式，挡风件40的旋转以挡风件40的中心轴线作为旋转轴线，挡风件40的平移为向第一方向，即挡风件40在图1中左右方向平行移动，挡风件40平移与旋转的耦合运动如图8所示，挡风件40的运动可以带动扰乱件30的运动，从而可以扰乱电芯10的温度边界层60。

作为本发明的另外一种实施例，动力驱动件用于驱动扰乱件30动作，从而可以扰乱电芯10的温度边界层60。

在本发明的一些实施例中，如图3所示，在第二方向上，扰乱件30的长度为L1，扰乱件30和挡风件40的长度总和为L2，其中：1/2≤L1/L2≤3/4，优选地，L1/L2＝3/4。这样设置能够使扰乱件30的长度尺寸和挡风件40的长度尺寸比例适宜，空气流过挡风件40时，能够保证产生的涡流驱动扰乱件30动作，可以保证对电芯10的降温效果，从而可以进一步避免电芯10发生热失控，进而可以提升电池包100的使用安全性。

在本发明的一些实施例中，在第三方向上，第三方向分别与第一方向和第二方向正交，第三方向是指图1中电池包100的上下方向，挡风件40的高度不低于电芯10的高度，优选地，挡风件40的高度与电芯10的高度相同，进一步地，扰乱件30的高度与电芯10的高度相同。空气流入空气流道20流过挡风件40时，如此设置能够在电芯10的不同高度处均产生涡流，可以保证涡流能驱动扰乱件30动作，从而可以保证扰乱电芯10的温度边界层60，进而可以进一步提升空气与电芯10的换热效率。

在本发明的一些实施例中，挡风件40的宽度最大值d与空气流道20的宽度h之间的比例为d/h，满足关系式：1/60≤d/h≤5/6，优选地，d/h＝1/4。其中，在图1中的左右方向，挡风件40的宽度最大值为d，空气流道20的宽度为h，满足关系式：d/h＝1/4，这样设置能够使挡风件40的宽度尺寸与空气流道20的宽度尺寸比例适宜，空气流过挡风件40与电芯10之间的间隙时，可以保证能形成涡流，从而可以进一步保证涡流能驱动扰乱件30动作。

在本发明的一些实施例中，挡风件40可以形成为圆柱状，其中，空气流过挡风件40时，空气产生的涡流的频率与扰乱件30的固有频率共振，并且，通过将挡风件40设置为圆柱状，能够使空气平顺地流过挡风件40，可以避免空气在空气流道20内流动时发生噪音。但本发明不限于此，挡风件40的横截面可以构造为矩形、三角形、梯形等形状。

在本发明的一些实施例中，扰乱件30可以设置为薄片结构，进一步地，扰乱件30可以设置为塑料件，这样设置能够降低扰乱件30生产成本，可以降低电池包100生产成本。扰乱件30的厚度最大值δ和挡风件40的宽度的最大值d之间的比例为δ/d，满足关系式：1/150≤δ/d≤2/3，优选地，δ/d＝1/15，其中，挡风件40的宽度方向、扰乱件30的厚度方向均为图1中左右方向，空气流过挡风件40时，通过将扰乱件30的厚度尺寸与挡风件40的宽度尺寸比例设置为δ/d＝1/150-2/3，可以保证空气流过挡风件40产生的涡流能驱动扰乱件30动作，从而可以保证扰乱件30的工作性能。

在本发明的一些实施例中，在第二方向上，扰乱件30的厚度保持不变，即扰乱件30的不同区域处厚度相同，在涡流的驱动下，这样设置能够使扰乱件30平顺摆动，可以更加均匀地扰乱电芯10表面不同区域处的温度边界层60，从而可以使空气与电芯10不同区域处的换热效率大致相同，并且，也能够便于扰乱件30的生产和制造，可以提升扰乱件30的生产效率。

在本发明的一些实施例中，在第一方向上，扰乱件30与空气流道20的相对侧壁之间的间距相同，也就是说，在图1中电池包100的左右方向，扰乱件30与两侧的电芯10之间的间隔距离相同，扰乱件30摆动时，如此设置能够使扰乱件30同时扰乱两侧的电芯10表面的温度边界层60，可以提升空气流道20内的空气与两侧电芯10间的换热效率，单位时间内，可以带走更多的热量。

在本发明的一些实施例中，空气流道20内间隔设置多个扰乱件30。其中，当电芯10的长度较长时，一个空气流道20内可以设置有多个扰乱件30，多个扰乱件30在第二方向上依次间隔开设置，进一步地，一个空气流道20内也可以设置有多个挡风件40，多个挡风件40和多个扰乱件30一一对应设置，在多个扰乱件30同时摆动过程中，多个扰乱件30产生涡街扰乱电芯10的温度边界层60，可以进一步增加电芯10的表面换热系数。

进一步地，在第二方向上，相邻的两个扰乱件30之间的间隙需大于扰乱件30和挡风件40总长度的3倍，需要说明的是，任意相邻的两个扰乱件30之间的间隔距离需大于扰乱件30和挡风件40总长度的3倍，其中，扰乱件30产生涡街的有限区域长度为扰乱件30和挡风件40总长度的10倍，通过将两个扰乱件30之间的间隔距离设置为大于扰乱件30和挡风件40总长度的3倍，可以保证将电芯10表面的整个温度边界层60扰乱，更加均匀地扰乱电芯10表面不同区域处的温度边界层60，从而可以进一步增加电芯10的表面换热系数，进而可以使两个扰乱件30之间的间隙尺寸适宜。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，电池包100还可以包括：底座50和冷却件(图中未示出)，多个电芯10和扰乱件30分别设在底座50上，进一步地，电芯10的下端、扰乱件30的下端均可以设置在底座50的上表面，冷却件设置在底座50上以对底座50进行冷却，冷却件内可以设置有冷却液的流动空间，冷却液可以在流动空间内流动带走冷却件热量。其中，电芯10热量可以传递至底座50，在室外温度过高无法仅靠风冷散热时，通过冷却件对底座50进行冷却，能够将电芯10产生的热量带走，可以进一步避免电芯10发生热失控，从而可以避免电池包100起火，进而可以延长电池包100的使用寿命。

需要说明的是，图4展示了扰乱件30在不同模态下的摆动形态，扰乱件30在共振条件下的摆动形态选择取决于斯特劳哈尔数，当雷诺数处于200到100000的区间时(流体的流速)，流体涡激振动的斯特劳哈尔数为0.21，斯特劳哈尔数决定了不同流速和特征长度下的涡激振动频率。当扰乱件30的模态与涡激振动的频率相当时，扰乱件30会发生共振从而影响到空气流道20内流体区域的压力波动。图4显示了不同模态下扰乱件30的变形，扰乱件30分别会发生一次变形，二次变形、三次变形和四次变形。图4中扰乱件30发生一次变形时会产生一个波谷，扰乱件30发生二次变形时会产生一个波峰和波谷，扰乱件30发生三次变形时会产生一个波峰和两个波谷，波峰位于两个波谷之间，扰乱件30发生四次变形时会产生两个波峰和两个波谷，波峰和波谷交替排列。

需要解释的是，斯特劳哈尔数(St＝fD/u)用于表征涡激频率(f)，特征长度(D)与速度(u)之间的关系。雷诺数(Re＝ρuD/μ)用来表征流体流动情况的无量纲数。其中，u、ρ、μ和D分别为流体的流速、密度、粘性系数和特征长度。利用雷诺数可以区分流体的流动是层流或湍流，也可用来确定物体在流体中所受到的阻力。

并且，通过图7与图5中几种情况的对比，可以显示具有扰乱件30振荡的空气流道20比现有空气流道具备更好的散热效果。在图7中的温度场分布，冷风吹入电芯10间的空气流道内，电芯的表面温度高，流体温度呈现分层状，在电芯10表面形成一层高温温度边界层。对于图5中的扰乱件30的换热效果(即本申请中扰乱件30的换热效果)，空气流道20内的扰乱件30摆动打散了温度边界层60，因此扰乱件30可以破坏温度边界层60在电芯10表面的扩散。图5中分别展示了扰乱件30在上摆动位置70、中间位置80和下摆动位置90时的温度场混合效果。图6展示了设置扰乱件30的空气流道20在不同时刻的涡流分布图。图6中分别展示了扰乱件30在上摆动位置70、中间位置80和下摆动位置90时的涡流分布。颜色的深浅代表了第三方向的涡街旋转方向，可以看出当涡激振动的扰乱件30处于上摆动位置70、中间位置80、下摆动位置90摆动位置时，涡流向下游流动并保持在靠近空气流道20的中心线两侧排列。在图6中，涡流在设置扰乱件30的空气流道20内有助于将热流体从温度边界层60带到空气流道20的中心，大涡流与温度边界层60的相互作用将冷流体分解成小涡流，同时增加了冷热流体之间的混合区域，最终提高了电芯10表面的换热系数。

根据本发明实施例的车辆，包括上述实施例的电池包100，电池包100安装在车辆上，电池包100内通过设置扰乱件30，能够增加电池的表面换热系数，可以提升空气与电池的换热效果，从而有效防止电池模组发生热失控，进而可以提升车辆的行驶安全性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种电池包，其特征在于，包括：

多个电芯，所述多个电芯在第一方向间隔设置，相邻的所述电芯之间限定出沿第二方向延伸的空气流道，所述第一方向和所述第二方向垂直；

扰乱件，至少一个所述空气流道内设有至少一个所述扰乱件，所述扰乱件被构造成可动作以扰乱所述电芯的温度边界层以增加所述电芯的表面换热系数；

挡风件，所述扰乱件设在所述挡风件上，所述挡风件位于所述扰乱件的空气流动方向的上游侧，在所述第一方向上，所述挡风件的宽度大于所述扰乱件的厚度以使气流经过所述挡风件时产生涡流，所述扰乱件被构造成受所述涡流的频率影响而发生动作。

2.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，在所述第二方向上，所述扰乱件的长度为L1，所述扰乱件和所述挡风件的长度总和为L2，其中：1/2≤L1/L2≤3/4。

3.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，在第三方向上，所述挡风件的高度不低于所述电芯的高度，所述第三方向分别与所述第一方向和所述第二方向正交。

4.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述挡风件的宽度最大值d与所述空气流道的宽度h之间的比例为d/h，满足关系式：1/60≤d/h≤5/6。

5.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述挡风件形成为圆柱状。

6.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述扰乱件的厚度最大值δ和所述挡风件的宽度的最大值d之间的比例为δ/d，满足关系式：1/150≤δ/d≤2/3。

7.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，在所述第二方向上，所述扰乱件的厚度保持不变。

8.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，在所述第一方向上，所述扰乱件与所述空气流道的相对侧壁之间的间距相同。

9.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述空气流道内间隔设置多个所述扰乱件。

10.根据权利要求9所述的电池包，其特征在于，在所述第二方向上，相邻的所述扰乱件之间的间隙大于所述扰乱件与所述挡风件总长度的3倍。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的电池包，其特征在于，还包括底座和冷却件，所述多个电芯和所述扰乱件分别设在所述底座上，所述冷却件设在所述底座上以对所述底座进行冷却，所述冷却件内设有冷却液的流动空间。

12.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求1-11中任一项所述的电池包。

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