CN115498328B - 一种与电池面相耦合的半开式电池热管理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新能源电池的冷却技术领域，具体为一种与电池面相耦合的半开式电池热管理装置，密封圈紧密密封夹持在相邻电池单体之间，密封圈上设置有适配冷却管贯穿插接的通孔，密封圈的下端设置有密封内腔，所述密封内腔中填充有相变冷却液，有益效果为：采用密封圈将冷却液封至相邻电池间的密封空间，使非绝缘液体能够代替绝缘有机油类对电池直接接触换热，并利用其“沸腾‑冷凝”过程强化了传热；利用密封圈和电池面形成密封空间，并在密封空间中充注少量冷却液对电池散热，相比于采用夹置大量热管或采用大尺寸液冷板的方式，更加满足轻量化设计要求。
Description
技术领域
本发明涉及新能源电池的冷却技术领域，具体为一种与电池面相耦合的半开式电池热管理装置。
背景技术
动力电池是电动汽车发展的关键技术，其中锂离子电池是应用首选。锂离子电池的最佳工作温度范围为25~40℃，温度过高、过低以及分布不均都会对其性能、寿命产生不利影响，尤其当温度过高时，甚至会引发燃烧、爆炸等安全性问题。
现有电池冷却方式有空冷、液冷、基于相变材料的冷却、基于热管的冷却，目前应用最为广泛的是液冷方式，液冷方式或将电池直接放置于冷却液中或通过冷板等与电池接触，前者为直接接触式后者为间接接触式。
由于直接接触液冷方式中冷却液需与电池直接接触换热，出于电池正常工作与安全性考虑，因此多采用硅基油等绝缘有机油类作为冷却液，但此类冷却液往往流动性差、同时也影响了冷却效果。
间接接触液冷方式大多将液冷板置于电池模组或电池包底面换热，也有少数将液冷板置于侧面或顶面；此种冷却方式下电池与液冷板的接触换热面积小，易造成位于电池模组和电池包中部电池的热量积聚；也有冷却方式将间接液冷与相变材料或热管相结合增加散热，但基于空间限制和轻量化设计的考虑，其效果并不理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种与电池面相耦合的半开式电池热管理装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种与电池面相耦合的半开式电池热管理装置，所述电池热管理装置包括：
壳体，所述壳体内设置有线性排列连接的多组电池单体，壳体的外壁上贯穿设置有进液口和出液口；
循环冷却组件，所述循环冷却组件包括进液管、出液管和冷却管，线性分布的多组所述冷却管贯穿插接在相邻电池单体之间，冷却管的两端分别连接进液管和出液管，进液管和出液管分别沿进液口和出液口贯穿插接在壳体上，进液管和出液管中填充有循环流动的液冷介质；
密封圈，所述密封圈紧密密封夹持在相邻电池单体之间，密封圈上设置有适配冷却管贯穿插接的通孔，密封圈的下端设置有密封内腔，所述密封内腔中填充有相变冷却液。
优选的，所述进液口和出液口设置在壳体的同一侧，冷却管设置为U形管。
优选的，所述进液口和出液口设置在壳体的相对的一侧，冷却管设置为平直管。
优选的，所述密封圈的中间设置有横梁，所述横梁的两侧倾斜设置有贴合电池单体外壁的倾斜薄板，密封内腔由横梁、一对倾斜薄板和电池单体围成，密封圈上固定设置有包裹冷却管的套管，套管的中间设置有连通密封内腔的排气管，套管的两端设置有连通倾斜薄板上端的回流倾斜管。
优选的，所述横梁上贯穿设置有插孔，所述插孔上竖直滑动插接有T形升降管，所述T形升降管的上端圆弧侧壁贯穿设置有圆周阵列分布的一对排气侧孔，横梁的内部设置有直角弯折延伸的内嵌流道，所述排气侧孔通过内嵌流道连通排气管。
优选的，所述横梁的上端设置有压缩内腔，压缩内腔的上端密封设置有锥形端盖，压缩内腔中竖直设置有弹簧。
优选的，所述弹簧的上下两端压合在锥形端盖的下端面与T形升降管的上端之间，排气侧孔与内嵌流道的端口之间上下错位分布，排气侧孔与内嵌流道之间错位的高度小于弹簧的压缩量，所述锥形端盖的上端面设置有锥形倾斜面。
优选的，所述套管的中间外壁固定套接有固定套环，所述固定套环的内腔设置有圆环状的导流圆环内腔，固定套环的上端设置有连通套管内腔的连通口，导流圆环内腔的上端通过连通口连通套管的内腔，导流圆环内腔的下端连通排气管。
优选的，所述横梁的下端竖直设置有一对隔板，所述隔板位于倾斜薄板的下端外侧，隔板的下端与密封圈的下端内壁之间留有间隙，隔板外侧与倾斜薄板内壁围成的梯形截面内腔体积小于相邻隔板之间围成的矩形截面体积的三分之一。
优选的，所述密封圈的四个内壁边角位置设置有三角状的加强筋。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.采用密封圈将冷却液封至相邻电池间的密封空间，使非绝缘液体能够代替绝缘有机油类对电池直接接触换热，并利用其“沸腾-冷凝”过程强化了传热；
2.相比于普通间接接触液冷将液冷板置于电池模组或电池包底部与电池底部换热，本发明中电池最大两侧面以及与进出液管接触面均参与换热，增大了电池散热面积；
3.本发明中循环冷却液通过超细液冷管流经相邻电池间的狭小密封空间，使电池模组或电池组更加紧凑，节省了空间；
4.本发明利用密封圈和电池面形成密封空间，并在密封空间中充注少量冷却液对电池散热，相比于采用夹置大量热管或采用大尺寸液冷板的方式，更加满足轻量化设计要求。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的立体结构侧视图；
图3为本发明的实施例2中冷却管立体结构示意图；
图4为本发明的实施例3中冷却管结构示意图；
图5为本发明的密封圈主视图；
图6为图5中A处结构放大图；
图7为本发明的密封圈剖视图；
图8为图7中B处结构放大图；
图9为图7中C处结构放大图。
图中：1、壳体；2、电池单体；3、密封圈；4、进液口；5、进液管；6、出液管；7、出液口；8、冷却管；81、U形管；82、平直管；9、T形升降管；10、相变冷却液；11、加强筋；12、套管；13、横梁；14、隔板；15、固定套环；16、密封内腔；17、倾斜薄板；18、回流倾斜管；19、排气管；20、锥形端盖；21、压缩内腔；22、插孔；23、弹簧；24、内嵌流道；25、排气侧孔；26、导流圆环内腔；27、连通口。
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。
请参阅图1至图9，本发明提供一种技术方案：
实施例1：
一种与电池面相耦合的半开式电池热管理装置，电池热管理装置包括壳体1，密封圈3和循环冷却组件。
壳体1内设置有线性排列连接的多组电池单体2，壳体1的外壁上贯穿设置有进液口4和出液口7，循环冷却组件包括进液管5、出液管6和冷却管8，线性分布的多组冷却管8贯穿插接在相邻电池单体2之间，冷却管8的两端分别连接进液管5和出液管6，进液管5和出液管6分别沿进液口4和出液口7贯穿插接在壳体1上，进液管5和出液管6中填充有循环流动的液冷介质。
通过进液管5、出液管6和冷却管8组成的循环冷却装置，从而实现对相邻电池单体2之间的间隙进行冷却。
密封圈3紧密密封夹持在相邻电池单体2之间，密封圈3上设置有适配冷却管8贯穿插接的通孔，密封圈3的下端设置有密封内腔16，密封内腔16中填充有相变冷却液10。
电池热管理装置工作时，通过冷却液在密封内腔16中的“沸腾-冷凝”过程将电池单体2工作中产生的热量传至冷却管8，再由冷却管8中的循环冷却液传至电池单体2外部。
循环的液冷介质由进液管5流入电池单体2之间，再通过冷却管8流经相邻电池单体2间的密封内腔16，最后经由出液管6流出；电池产生的热量通过表面传至密封内腔16底部的相变冷却液10，相变冷却液10吸热升温逐渐沸腾，热量则以潜热的形式储存在蒸汽中，随蒸汽升至冷却管8附近，经冷却管8的管壁由管内循环液冷介质带走，而放热冷凝后的相变冷却液10液体则在重力的作用下直接滴落回或沿电池单体2的壁面流回密封内腔16底部再次参与换热，一次往复达到将热量传出电池单体2的目的，相变冷却液10整个“沸腾-冷凝”的换热过程均在密封空间中进行，因此无需限制其绝缘性。
其中密封圈3为天然橡胶，形状为外缘与电池侧面大小相当的方形，厚度为2-4mm，密封圈3的四个内壁边角位置设置有三角状的加强筋11。
相变冷却液10的填充不超过密封内腔16体积的三分之一，相变冷却液10可为电子氟化液等绝缘性液体，亦可为水或氨水等非绝缘液体，充注于密封内腔16中的相变冷却液10需沸点处于电池单体2最佳工作温度范围内，当相变冷却液10为水时，需要与密封内腔16抽真空相配合，通过降压使相变冷却液10的沸点降至电池单体2最佳工作温度范围内。
实施例2：
在实施例1的基础上，如图3所示，进液口4和出液口7设置在壳体1的同一侧，冷却管8设置为U形管81。
实施例3：
在实施例1的基础上，如图4所示，进液口4和出液口7设置在壳体1的相对的一侧，冷却管8设置为平直管82。
实施例4：
在实施例1的基础上，为了防止相变冷却液10粘附或泄露，密封圈3的中间设置有横梁13，横梁13的两侧倾斜设置有贴合电池单体2外壁的倾斜薄板17，密封内腔16由横梁13、一对倾斜薄板17和电池单体2围成，密封圈3上固定设置有包裹冷却管8的套管12，套管12的中间设置有连通密封内腔16的排气管19，套管12的两端设置有连通倾斜薄板17上端的回流倾斜管18。
通过设置横梁13与倾斜薄板17，形成下层的密封内腔16，利用套管12和排气管19的配合，实现集中蒸汽的定向排放，进而达到集中冷却的目的，避免蒸汽在密封内腔16中聚集造成散热效率降低。
实施例5：
在实施例4的基础上，横梁13上贯穿设置有插孔22，插孔22上竖直滑动插接有T形升降管9，T形升降管9的上端圆弧侧壁贯穿设置有圆周阵列分布的一对排气侧孔25，横梁13的内部设置有直角弯折延伸的内嵌流道24，排气侧孔25通过内嵌流道24连通排气管19。
通过设置排气侧孔25与内腔流道24 的配合，实现连通排气。
实施例6：
在实施例5的基础上，横梁13的上端设置有压缩内腔21，压缩内腔21的上端密封设置有锥形端盖20，压缩内腔21中竖直设置有弹簧23，弹簧23的上下两端压合在锥形端盖20的下端面与T形升降管9的上端之间，排气侧孔25与内嵌流道24的端口之间上下错位分布，排气侧孔25与内嵌流道24之间错位的高度小于弹簧23的压缩量，锥形端盖20的上端面设置有锥形倾斜面。
通过设置弹簧23使得产生的蒸汽在密封内腔16中持续增大，尤其是高功率运行时，电池单体2产生的热量增大，蒸汽在T形升降管9的下端聚集，随着内压的增大，T形升降管9上升，弹簧23被压缩，排气侧孔25与内腔流道24连通，形成排气散热，冷凝后的相变冷却液10通过回流倾斜管18回流至密封内腔16中。
实施例7：
在实施例6的基础上，套管12的中间外壁固定套接有固定套环15，固定套环15的内腔设置有圆环状的导流圆环内腔26，固定套环15的上端设置有连通套管12内腔的连通口27，导流圆环内腔26的上端通过连通口27连通套管12的内腔，导流圆环内腔26的下端连通排气管19。
通过设置导流圆环内腔26，使得蒸汽从上向下冲击在冷却管8的外壁上，避免造成冷凝的相变冷却液10造成对排气管19端口的封堵。
实施例8：
在实施例7的基础上，横梁13的下端竖直设置有一对隔板14，隔板14位于倾斜薄板17的下端外侧，隔板14的下端与密封圈3的下端内壁之间留有间隙，隔板14外侧与倾斜薄板17内壁围成的梯形截面内腔体积小于相邻隔板14之间围成的矩形截面体积的三分之一。
随着蒸汽的聚集，内压增大，进而使得相变冷却液10向两侧挤压，进而使得相变冷却液10两侧的液位高于中间的液位，增大了与电池单体2侧壁的接触面积，提高了在高功率运行时的散热效率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种与电池面相耦合的半开式电池热管理装置，其特征在于：所述电池热管理装置包括：
壳体（1），所述壳体（1）内设置有线性排列连接的多组电池单体（2），壳体（1）的外壁上贯穿设置有进液口（4）和出液口（7）；
循环冷却组件，所述循环冷却组件包括进液管（5）、出液管（6）和冷却管（8），线性分布的多组所述冷却管（8）贯穿插接在相邻电池单体（2）之间，冷却管（8）的两端分别连接进液管（5）和出液管（6），进液管（5）和出液管（6）分别沿进液口（4）和出液口（7）贯穿插接在壳体（1）上，进液管（5）和出液管（6）中填充有循环流动的液冷介质；
密封圈（3），所述密封圈（3）紧密密封夹持在相邻电池单体（2）之间，密封圈（3）上设置有适配冷却管（8）贯穿插接的通孔，密封圈（3）的下端设置有密封内腔（16），所述密封内腔（16）中填充有相变冷却液（10）；
所述密封圈（3）的中间设置有横梁（13），所述横梁（13）的两侧倾斜设置有贴合电池单体（2）外壁的倾斜薄板（17），密封内腔（16）由横梁（13）、一对倾斜薄板（17）和电池单体（2）围成，密封圈（3）上固定设置有包裹冷却管（8）的套管（12），套管（12）的中间设置有连通密封内腔（16）的排气管（19），套管（12）的两端设置有连通倾斜薄板（17）上端的回流倾斜管（18），所述横梁（13）的下端竖直设置有一对隔板（14），所述隔板（14）位于倾斜薄板（17）的下端外侧，隔板（14）的下端与密封圈（3）的下端内壁之间留有间隙，隔板（14）外侧与倾斜薄板（17）内壁围成的梯形截面内腔体积小于相邻隔板（14）之间围成的矩形截面体积的三分之一。
2.根据权利要求1所述的一种与电池面相耦合的半开式电池热管理装置，其特征在于：所述进液口（4）和出液口（7）设置在壳体（1）的同一侧，冷却管（8）设置为U形管（81）。
3.根据权利要求1所述的一种与电池面相耦合的半开式电池热管理装置，其特征在于：所述进液口（4）和出液口（7）设置在壳体（1）的相对的一侧，冷却管（8）设置为平直管（82）。
4.根据权利要求1所述的一种与电池面相耦合的半开式电池热管理装置，其特征在于：所述横梁（13）上贯穿设置有插孔（22），所述插孔（22）上竖直滑动插接有T形升降管（9），所述T形升降管（9）的上端圆弧侧壁贯穿设置有圆周阵列分布的一对排气侧孔（25），横梁（13）的内部设置有直角弯折延伸的内嵌流道（24），所述排气侧孔（25）通过内嵌流道（24）连通排气管（19）。
5.根据权利要求4所述的一种与电池面相耦合的半开式电池热管理装置，其特征在于：所述横梁（13）的上端设置有压缩内腔（21），压缩内腔（21）的上端密封设置有锥形端盖（20），压缩内腔（21）中竖直设置有弹簧（23）。
6.根据权利要求5所述的一种与电池面相耦合的半开式电池热管理装置，其特征在于：所述弹簧（23）的上下两端压合在锥形端盖（20）的下端面与T形升降管（9）的上端之间，排气侧孔（25）与内嵌流道（24）的端口之间上下错位分布，排气侧孔（25）与内嵌流道（24）之间错位的高度小于弹簧（23）的压缩量，所述锥形端盖（20）的上端面设置有锥形倾斜面。
7.根据权利要求6所述的一种与电池面相耦合的半开式电池热管理装置，其特征在于：所述套管（12）的中间外壁固定套接有固定套环（15），所述固定套环（15）的内腔设置有圆环状的导流圆环内腔（26），固定套环（15）的上端设置有连通套管（12）内腔的连通口（27），导流圆环内腔（26）的上端通过连通口（27）连通套管（12）的内腔，导流圆环内腔（26）的下端连通排气管（19）。
8.根据权利要求1所述的一种与电池面相耦合的半开式电池热管理装置，其特征在于：所述密封圈（3）的四个内壁边角位置设置有三角状的加强筋（11）。
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