CN115723519A - 一种换热结构及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热管理控制技术领域，公开一种换热结构及车辆，换热结构包括：换热管和换热壳体；换热管包括扁管段；换热壳体环绕扁管段，且换热壳体的轴向上的两端分别与换热管的表面密封连接，换热壳体与扁管段的厚度方向上的两个表面之间分别形成第一换热腔和第二换热腔，且第一换热腔和第二换热腔之间连通；换热壳体具有与第一换热腔连通的进液口，以及与第二换热腔连通的出液口。待冷却液体经换热管的一端流入，经过扁管段后，从换热管的另一端流出，冷却液体从换热壳体的进液口进入第一换热腔，由于扁管段的扁平形态，其换热面积较大，冷却液体可以与流经扁管段的待冷却液体充分换热，将待冷却液体充分冷却，随后经换热壳体的出液口流出。

Description

一种换热结构及车辆

技术领域

本发明涉及热管理控制技术领域，特别涉及一种换热结构及车辆。

背景技术

随着汽车电气化进程的推进，混合动力汽车及纯电动汽车(以下统称新能源汽车)其市场占比逐年提升。新能源汽车的热管理系统主要包含四大热管理系统：发动机冷却系统、电池热管理系统、电机电控热管理系统和空调系统。

现阶段新能源车辆仍处在推广普及阶段，因充电便利性和充电速度产生的里程焦虑短期内仍无法消除。冬季及夏季用车过程中，因车辆空调系统及电池热管理系统的高频工作，造成车辆续航里程的衰减，进一步加剧了驾驶员的里程焦虑，从而阻碍了新能源车辆的普及推广。

电池包温度不仅对其充电及放电存在较大的影响，同时过高或过低的温度也会对电池包充放电过程产生安全风险，因此为保证电池工作在合适的温度区间，需要开发与之适应的电池热管理系统。

新能源车辆为实现电池包在合适的温度区间工作，需采用技术措施进行电池包的低温加热功能和高温降温功能。

主流新能源车辆电池高温降温功能一般采用水冷式，电池回路冷却液通过换热器(Chiller)与空调回路低温冷媒进行热量交换，通过热量交换后低温冷却液流经电池包内换热板，实现电池包内电芯降温。

但是现有车辆电池的冷却回路换热效果不够理想。

发明内容

本发明公开了一种换热结构及车辆，用于缓解电池的冷却回路换热效果不够理想的问题。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

第一方面，提供一种换热结构，换热结构包括：换热管和换热壳体；所述换热管包括扁管段；所述换热壳体环绕所述扁管段，且所述换热壳体的轴向上的两端分别与所述换热管的表面密封连接，所述换热壳体与所述扁管段的厚度方向上的两个表面之间分别形成第一换热腔和第二换热腔，且所述第一换热腔和所述第二换热腔之间连通；所述换热壳体具有与所述第一换热腔连通的进液口，以及与所述第二换热腔连通的出液口。

在上述换热结构中，待冷却液体经换热管的一端流入，经过扁管段后，从换热管的另一端流出，冷却液体从换热壳体的进液口进入第一换热腔，并流入第二换热腔，由于扁管段的扁平形态，其换热面积较大，第一换热腔和第二换热腔内的冷却液体可以与流经扁管段的待冷却液体充分换热，将待冷却液体充分冷却，随后经换热壳体的出液口流出。且待冷却液体流入第一换热腔后被扁管段拦截，流动性较小，具有充分的换热时间；待冷却液体在扁管段的流动阻力较大，进一步提升换热效果。该结构以较简单的结构提升了换热效果。

可选地，所述第一换热腔内设有与所述扁管段的对应表面接触的第一多孔材料块；所述第二换热腔内设有与所述扁管段的对应表面接触的第二多孔材料块。

可选地，所述第一多孔材料块覆盖所述扁管段朝向所述第一换热腔的整个表面；所述第二多孔材料块覆盖所述扁管段朝向所述第二换热腔的整个表面。

可选地，所述第一多孔材料块为和所述第二多孔材料块均为水帘结构。

可选地，所述第一多孔材料块和所述第二多孔材料块相连，以形成环绕所述扁管段的环形多孔结构。

可选地，所述进液口的数量为一个，所述出液口的数量为多个。

可选地，多个所述出液口沿所述换热壳体的轴向依次间隔设置。

可选地，每相邻两个所述出液口之间的距离相等。

可选地，所述换热壳体包括相对设置的第一罩体和第二罩体，所述第一罩体与所述第二罩体可拆卸连接；其中，所述第一罩体用于与所述扁管段围成所述第一换热腔，所述第二罩体用于与所述扁管段围成所述第二换热腔。

第二方面，提供一种车辆，所述车辆包括：空调系统和电池冷却回路，所述空调系统的冷凝水出口通过管路与所述进液口连通；所述换热管形成所述电池冷却回路的部分管路。

所述车辆与上述的换热结构相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种换热结构的立体图；

图2为图1所示换热结构的剖视图；

图3为图1中换热管的示意图；

图4为图2中第一罩体的结构示意图；

图5为图2中第二罩体的结构示意图；

图6表示图2中的环形多孔结构与换热管配合的结构示意图；

图7表示图6所示结构与第二罩体配合的结构示意图。

图8表示图6中环形多孔结构的局部放大图。

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。

为了对换热结构进行更清晰地理解，首先说明其可能的应用场景，本申请实施例提供的换热结构可以应用于车辆中，以空调系统等其它产生冷却液体的系统作为冷源，来为电池等需要散热的系统的冷却回路提供散热。

请结合图1至图8：

本申请实施例提供的换热结构包括：换热管1和换热壳体2；换热管1包括扁管段13，该扁管段13两端还可以分别设有进液段11和出液段12，其中，进液段11设有用于流入待冷却液体的入口T1，出液段12设有用于流出待冷却液体的出口T2，具体可以采用圆管将中间部分压扁形成上述扁管段13，该结构制备简单，成本较低；换热壳体2环绕扁管段13，且换热壳体2的轴向上的两端分别与换热管1的表面密封连接，具体地，换热壳体2的轴向上的两端分别形成与进液段11和出液段12匹配的环形壳壁，也可以在进液段11和出液段12分别与对应的环形壳壁之间设置密封垫，以实现良好密封；换热壳体2与扁管段13的厚度方向上的两个表面之间分别形成第一换热腔U1和第二换热腔U2，且第一换热腔U1和第二换热腔U2之间连通，具体可以通过使换热壳体2的宽度大于扁管段13的宽度，在宽度方向上，扁管段13的两个侧边分别与换热壳体2的内壁形成间隙，以使第一换热腔U1和第二换热腔U2之间连通；换热壳体2具有与第一换热腔U1连通的进液口211，以及与第二换热腔U2连通的出液口221。进液口211供冷却液流入，出液口221供冷却液流出。

换热管1可以采用铝材质，便于成型，且导热性好，也可以为其他高导热材料。

在上述换热结构中，待冷却液体经换热管1的一端(如入口T1)流入，经过扁管段13后，从换热管1的另一端(如出口T2)流出，冷却液体从换热壳体2的进液口211进入第一换热腔U1，并流入第二换热腔U2，由于扁管段13的扁平形态，其换热面积较大，第一换热腔U1和第二换热腔U2内的冷却液体可以与流经扁管段13的待冷却液体充分换热，将待冷却液体充分冷却，随后经换热壳体2的出液口221流出。且待冷却液体流入第一换热腔U1后被扁管段13拦截，流动性较小，具有充分的换热时间；待冷却液体在扁管段13的流动阻力较大，进一步提升换热效果。该结构以较简单的结构提升了换热效果。结构简单，方案可实现性高。

在一个具体的实施例中，第一换热腔U1内设有与扁管段13的对应表面接触的第一多孔材料块31，第一多孔材料块31用于将冷却液分散开来，充分换热，待冷却液体与受冷却液体持续浸湿的多孔材料因温差换热，具体可参考图2，第一多孔材料块31具体设置在扁管段13的上表面，第一多孔材料块31为扁平的板状结构，以充分摊开在扁管段13的上表面上，将进液口211进入的冷却液体分散在扁管段13的上平面上，以充分进行换热；第二换热腔U2内设有与扁管段13的对应表面接触的第二多孔材料块32，该第二多孔材料块32的具体设置在扁管段13的下表面，第二多孔材料块32为扁平的板状结构，以充分摊开在扁管段13的下表面上，将进液口211进入的冷却液体分散在扁管段13的下表面上，以充分进行换热。

在一个具体的实施例中，第一多孔材料块31覆盖扁管段13朝向第一换热腔U1的整个表面，即上表面，以充分利用扁管段13的整个上表面进行充分换热，提高换热效率；第二多孔材料块32覆盖扁管段13朝向第二换热腔U2的整个表面，即下表面，以充分利用扁管段13的整个下表面进行充分换热，提高换热效率。其中，扁管段13分别与进液段11和出液段12之间形成过渡斜坡，第一多孔材料块31覆盖到进液段11与对应侧的过渡斜坡的边界，以及出液段12与对应侧的过渡斜坡的边界，两侧的过渡斜坡还可以将中间的第一多孔材料块31沿轴向固定在中间，避免第一多孔材料块31沿轴向滑动，类似地，也避免第二多孔材料块32沿轴向滑动，提高固定效果。

在一个具体的实施例中，第一多孔材料块31为和第二多孔材料块32均为水帘结构，水帘结构具有较小的水阻，可以充分将水分分散开来。局部结构放大细节可以参考图8：当冷却液体流入水帘结构后，通过水帘结构内孔隙结构，可均匀的向整个水帘结构迅速分散。

在一个具体的实施例中，第一多孔材料块31和第二多孔材料块32相连，以形成环绕扁管段13的环形多孔结构3，以便于环形多孔结构3与扁管段13良好固定；在安装环形多孔结构3时，可以直接套设在扁管段13上，环形多孔结构3可以具有一定弹性，以允许套设时允许进液段11通过，并在滑动至扁管段13时，恢复至与扁管段13的表面紧密贴合。

在一个具体的实施例中，进液口211的数量为一个，以减少用于输入冷却液体的输入管的数量，如仅将空调的冷凝水管与进液口211接通；此外，出液口221的数量为多个，经过换热的冷却液体被第一多孔材料块31和第二多孔材料块32分散在各处，可以分别经过上述多个出液口221快速流出第二换热腔U2，携带热量出去，快速散热。

在一个具体的实施例中，由于第一多孔材料块31和第二多孔材料块32沿换热壳体2的轴向延伸，使上述多个出液口221沿换热壳体2的轴向依次间隔分散开来，以在轴向上各处充分排出换热后的冷却液体。每相邻两个出液口221也可以在宽度方向上可以严格保持平齐，也可以错开一定距离，但整体上要在轴向上具有一定的间隔距离。其中，每相邻两个出液口221之间的距离刻意相等，以在各处均匀排出冷却液体，类似地，出液口221的孔径大小也可以相等或相近，有利于均匀排出冷却液体。在第一多孔材料块31和第二多孔材料块32的采用的材料分散液体作用不明显的情况下，也可以使位于中部的几个出液口221截面积大，或者设置较为密集，以便于进液口211进入的冷却液体可以集中快速流出。

在一个具体的实施例中，换热壳体2包括相对设置的第一罩体21和第二罩体22，第一罩体21与第二罩体22可拆卸连接，具体可以是卡接、粘结和焊接；其中，第一罩体21用于与扁管段13围成第一换热腔U1，第二罩体22用于与扁管段13围成第二换热腔U2。该类结构便于拆卸和组装。

也可以在扁管段13设计一些凹凸结构，进一步提升接触面积和换热能力。

基于相同的发明构思本申请实施例还提供一种车辆。

电池包降温需求一般出现在夏季高温环境用车工况下，夏季高温用车工况一般伴随着乘员舱内空调系统开启。

夏季高温环境下，我国华南、华东地区湿度平均可达77％左右。以夏季30度环境温度为例，根据理想气体方程，标准气压下，空气湿度77％时，1m³空气中含水重量约为235.78g。

汽车空调系统开启过程中，外部空气流经蒸发器遇冷在蒸发器表面形成冷凝水，冷凝水汇流滴落通过空调箱内导水管装置流出车外，温度一般在8℃左右。

该车辆包括：空调系统和电池冷却回路，空调系统的冷凝水出口通过管路与进液口211连通；换热管1形成所述电池冷却回路其中的部分管路，用于冷却电池的冷却液体经过该冷却回路。

在新能源车辆中，一方面电池冷却回路需要通过换热器利用压缩机运行实现电池降温，一方面驾驶室空调系统产生的低温冷凝水直接排出车外造成能量浪费。而本申请充分利用空调系统的冷凝水作为电池冷却回路散热的冷源，对电池冷却回路中的冷却液体进行散热，相对于现有乘员舱空调系统产生的低温冷凝水，直接通过导水管滴落车外的情况，可以提高空调系统的冷凝水的利用率，节能降耗。

在上述车辆中，待冷却液体经换热管1的一端(如入口T1)流入，经过扁管段13后，从换热管1的另一端(如出口T2)流出，冷却液体从换热壳体2的进液口211进入第一换热腔U1，并流入第二换热腔U2，由于扁管段13的扁平形态，其换热面积较大，第一换热腔U1和第二换热腔U2内的冷却液体可以与流经扁管段13的待冷却液体充分换热，将待冷却液体充分冷却，随后经换热壳体2的出液口221流出。且待冷却液体流入第一换热腔U1后被扁管段13拦截，流动性较小，具有充分的换热时间；待冷却液体在扁管段13的流动阻力较大，进一步提升换热效果。该结构以较简单的结构提升了换热效果。

并且，上述换热结构作为辅助降温装置，只作为电池热管理系统的有限补充，不会因安装此装置影响原车电池热管理性能。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种换热结构，其特征在于，包括：换热管和换热壳体；所述换热管包括扁管段；

所述换热壳体环绕所述扁管段，且所述换热壳体的轴向上的两端分别与所述换热管的表面密封连接，所述换热壳体与所述扁管段的厚度方向上的两个表面之间分别形成第一换热腔和第二换热腔，且所述第一换热腔和所述第二换热腔之间连通；

所述换热壳体具有与所述第一换热腔连通的进液口，以及与所述第二换热腔连通的出液口。

2.根据权利要求1所述的换热结构，其特征在于，所述第一换热腔内设有与所述扁管段的对应表面接触的第一多孔材料块；

所述第二换热腔内设有与所述扁管段的对应表面接触的第二多孔材料块。

3.根据权利要求2所述的换热结构，其特征在于，所述第一多孔材料块覆盖所述扁管段朝向所述第一换热腔的整个表面；

所述第二多孔材料块覆盖所述扁管段朝向所述第二换热腔的整个表面。

4.根据权利要求2所述的换热结构，其特征在于，所述第一多孔材料块为和所述第二多孔材料块均为水帘结构。

5.根据权利要求2所述的换热结构，其特征在于，所述第一多孔材料块和所述第二多孔材料块相连，以形成环绕所述扁管段的环形多孔结构。

6.根据权利要求1所述的换热结构，其特征在于，所述进液口的数量为一个，所述出液口的数量为多个。

7.根据权利要求6所述的换热结构，其特征在于，多个所述出液口沿所述换热壳体的轴向依次间隔设置。

8.根据权利要求7所述的换热结构，其特征在于，每相邻两个所述出液口之间的距离相等。

9.根据权利要求1所述的换热结构，其特征在于，所述换热壳体包括相对设置的第一罩体和第二罩体，所述第一罩体与所述第二罩体可拆卸连接；

其中，所述第一罩体用于与所述扁管段围成所述第一换热腔，所述第二罩体用于与所述扁管段围成所述第二换热腔。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括：空调系统和电池冷却回路，所述空调系统的冷凝水出口通过管路与所述进液口连通；

所述换热管形成所述电池冷却回路的部分管路。

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