CN115764050B - 一种基于电池全区域散热的浸没冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种基于电池全区域散热的浸没冷却系统，密封箱模块包括密封箱体以及位于密封箱体内的电池模组和液冷板，电池模组倒放密封箱体内，电池模组设置有极耳的一侧能够浸没在密封箱体内的冷却液内，液冷板位于电池模组的另一侧；外循环换热模块包括恒温槽、浸没冷却液循环管道和液冷板冷却液循环管道，恒温槽通过浸没冷却液循环管道与密封箱体连通，恒温槽通过液冷板冷却液循环管道与液冷板的冷却液流道连通。本发明采用电池倒置在冷却液中浸没极耳的结构来对极耳进行降温，可以减少冷却液的用量，降低成本。同时在系统上方添加冷板系统来均衡电池高倍率充放电下的温度均匀性，降低电池内部的热梯度，实现高效全区域的电池热管理。

Description

一种基于电池全区域散热的浸没冷却系统

技术领域

本发明涉及到集成冷却领域，具体涉及到一种适用于电池热管理系统的液冷冷却手段，尤其涉及一种基于电池全区域散热的浸没冷却系统。

背景技术

锂离子电池由于其比能高、循环寿命长、自放电低、无记忆效应等优点，被广泛应用于新能源汽车中，被称之为新能源汽车的“心脏”。随着市场对电动汽车锂离子更高能量密度需求，传统的热管理手段如空冷、管道式液冷等已经不能满足电池散热的要求。且超级快充模式的出现使得电池在高倍率充放电中的极耳发热尤为严重，电池温度的上升必然会带来性能的下降。一旦超过适宜温度，电池内部会产生枝晶，甚至会导致电池内部发生短路并引发热失控，最终起火、爆炸，危害乘车人员的人身安全。

液冷系统作为实际应用最多的电池热管理方式，可以更迅速地带走系统产生的热量。中国实用新型专利CN 215496842U过在电池底部、侧面对电池模组进行散热，但忽略极耳散热。浸没式冷却作为一种新型液冷冷却手段，通过将锂离子电池直接浸没在冷却液中进行换热，两者间的接触热阻变小，既可以增强换热效率同时可以避免复杂的管道设计，是一种有效的热管理手段。但中国发明公开专利CN 114976382 A完全采用浸没式冷却方式来对电池进行温度管理，但需要采用大量的冷却液来浸没电池模组，成本过高。

因此需要一种基于电池全区域均匀散热的低成本浸没冷却系统装置系统对极耳进行高效散热，以提高电池模组的温度均匀性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种新的基于电池全区域均匀散热的低成本锂离子电池浸没冷却热管理结构，通过将极耳浸没进行散热能够保证电池内部温度更加均匀，电流在电池内部分布更加均匀，提升电池的循环性能。不仅可以对满足高倍率充放电下的锂电池极耳的有效降温，提高电池温度均一性，降低电池组内部温度梯度，同时还可以减少冷却液的使用量，降低成本。

为了实现本发明目的，本发明提供的一种基于电池全区域散热的浸没冷却系统装置，包括密封箱模块和外循环换热模块，

所述密封箱模块包括密封箱体以及位于密封箱体内的电池模组和液冷板，密封箱体内还用于容纳冷却液，电池模组倒放密封箱体内，电池模组设置有极耳的一侧能够浸没在所述冷却液内，液冷板位于电池模组的另一侧，液冷板内设置有冷却液流道；

外循环换热模块包括恒温槽、浸没冷却液循环管道和液冷板冷却液循环管道，恒温槽通过浸没冷却液循环管道与密封箱体连通以实现浸没的冷却液的循环，恒温槽通过液冷板冷却液循环管道与液冷板的冷却液流道连通以实现液冷板内冷却液的循环。

进一步优选地，电池模组悬空固定在密封箱体内。

进一步优选地，还包括安装杆以及安装杆固定位，密封箱体的两相对侧壁上均设置有安装杆固定位，且安装杆固定位与密封箱体的底面之间留有距离，安装杆两端分别固定在两侧的安装杆固定位，电池模组固定在安装杆上。

进一步优选地，液冷板包括板体以及在板体上内凹开设凹槽以形成冷却液流道，冷却液流道的进口位于板体的中间，然后冷却液流道的流向往两侧后再向中间处汇合，冷却液流道的出口也位于板体的中间。

进一步优选地，液冷板与密封箱体的顶部内侧固定连接，且液冷板与电池模组的顶部相接触。

进一步优选地，浸没冷却液循环管道包括第一进液管道和第一出液管道，密封箱体上设有第一进口和第一出口，第一进液管道的一端与恒温槽连接，另一端与第一进口连接，第一出液管道的一端与第一出口连接，另一端与恒温槽连接。

进一步优选地，第一出口所处位置在高度方向上高于第一进口所处的位置。

进一步优选地，第一进液管道上设置有第一控制阀，第一出液管道上设置有第一循环泵。

进一步优选地，液冷板冷却液循环管道包括第二进液管道和第二出液管道，第二进液管道的一端与恒温槽连接，另一端与液冷板冷却液流道的进口端连接，第二出液管道的一端与液冷板冷却液流道的出口端连接，另一端与恒温槽连接。

进一步优选地，第二进液管道上设置有第二控制阀，第二出液管道上设置有第二循环泵。

进一步优选地，通过控制阀来选择开启浸没冷却液循环和液冷板冷却液循环在在低倍率充放电下或开启浸没冷却液循环，或开启液冷板冷却液循环，在高倍率充放电下同时开启浸没冷却液循环和液冷板冷却液循环，以达到更好的电池模组控温能力和更低的能效控制。

进一步优选地，冷却液为矿物油、全氟胺、全氟聚醚、全氟己酮等任一种高电绝缘性的氟化物。

本发明的一个优势在于：公开了一种基于电池全区域均匀散热的浸没冷却系统装置系统。采用电池倒放结构及强制外循环散热的局部浸没式冷却方案，强化极耳散热，降低极耳尺寸及成本，同时冷却液用量可大幅下降。并在系统顶端添加散热液冷板，在高倍率充放电下控制开启进一步提高电池组的温度均匀性。

本发明的另一优势在于：电池倒放浸没在冷却液中，在热失控场景下可即刻对释放的可燃气体进行降温，并熄灭可能产生的火花，进一步降低电池燃烧的风险。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于电池全区域散热的浸没冷却系统的整体结构示意图；

图2为本发明所提供的电池模组固定截面示意图；

图3为本发明实施例中的液冷板结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接、固定等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1、图2和图3，本发明提供的一种全区域散热的浸没式冷却装置，包括密封箱模块和外循环换热模块。

所述密封箱模块包括全封闭的密封箱体1、电池模组3、冷却液2、固定在电池模组3顶部的液冷板5。所述密封箱体1内容纳有所述冷却液2，所述电池模组3悬空倒放在所述密封箱体1内且其极耳浸没在所述冷却液2中，所述液冷板5设置在所述密封箱体1内且位于所述电池模组3顶部，且所述液冷板5内设置有冷却液流道。其中，所述电池模组3包括多个串联组装的方形电池。

所述外循环换热模块包括恒温槽9、浸没冷却液循环管道和液冷板冷却液循环管道，所述恒温槽9通过所述浸没冷却液循环管道与所述密封箱体1连通以实现浸没的所述冷却液2的循环，所述恒温槽9通过所述液冷板冷却液循环管道与所述液冷板5的冷却液流道连通以实现所述液冷板5内冷却液的循环。

本实施例中，还包括安装杆6以及安装杆固定位4，密封箱体1的两相对侧壁上均设置有所述安装杆固定位4，且安装杆固定位4与密封箱体1的底面之间留有距离以使得电池模组3能够悬空在密封箱体1内，安装杆6的两端分别固定在两侧的安装杆固定位4上，电池模组3的底部固定在安装杆6上。

本实施例中，浸没冷却液循环管道包括第一进液管道和第一出液管道，恒温槽9上设有第一出水口、第二出水口、第一进水口和第二进水口，密封箱体1上设有第一进口22和第一出口24，所述第一进液管道的一端与所述恒温槽9的第一出水口连通，另一端与所述第一进口22连接，所述第一出液管道的一端与所述第一出口24连接，另一端与所述恒温槽9的第一进水口连接，且第一进液管道上设置有第一控制阀12，第一出液管道上设置有第一循环泵8；液冷板冷却液循环管道包括第二进液管道和第二出液管道，第二进液管道的一端与恒温槽9的第二出水口连接，另一端穿过密封箱体1上开设的第二进口21与液冷板5冷却液流道的进口端连接，第二出液管道的一端穿过密封箱体1上开设的第二出口23与液冷板5冷却液流道的出口端连接，另一端与恒温槽9的第二进水口连接。且第二进液管道上设置有第二控制阀11，第二出液管道上设置有第二循环泵7。所述的外循环换热模块的浸没冷却液循环管道通过所述第一进口22和所述第一出口24连通所述密封箱体1，使得所述密封箱体1内的冷却液2能够实现循环。液冷板冷却液循环管道连通所述冷却液流道和所述恒温槽9，使得所述液冷板5内的冷却液能够实现循环。通过设置循环泵可以控制冷却液的进液流速和流量，通过设置控制阀可以选择开启浸没冷却液循环和液冷板冷却液循环。

外循环换热模块中包含浸没液的冷却循环和液冷板冷却液的循环，通过所述第二控制阀11和所述第一控制阀12进行调节。优选的，在低倍率下(即2C充放电倍率以下，包含2C)开启浸没液的冷却循环，以控制电池模组3的温升和温度均匀性，保证电池极耳和非极耳区域的温度均一性，在长期的循环下维持所述电池模组3内单个电池温度一致性可以有效提高电池模组的寿命。在高倍率(即3C充放电倍率以上，包含3C)下同时开启浸没液的循环和液冷板冷却液的循环以达到所述电池模组3全区域散热所述，液冷板5维持所述电池模组3上方的温度，浸没冷却液作用于发热严重的所述电池模组3下方，同时进行散热，达到电池全区域控温。在减少冷却液用量的同时实现所述电池模组3最优化控温和均温能力。进一步优选的，外循环换热模块中的所述恒温槽9可以改变通入循环的冷却液温度来优化该系统的控温能力。

本实施例中，所述冷却液2浸没所述电池模组3的极耳，且所述冷却液2的液面高度始终高于所述第一出口24，以保证冷却液的有效循环。

本实施例中，所述第一出口24所处位置在高度方向上高于所述第一进口22所处的位置。

冷却液2为矿物油、全氟胺、全氟聚醚、全氟己酮等任一种高电绝缘性的氟化物。本实施例中，冷却液为全氟己酮。

实施例2

本实施例提供的一种全区域散热的浸没式冷却装置，包括密封箱模块和外循环换热模块。

所述密封箱模块包括全封闭的密封箱体1、电池模组3、冷却液2、固定在电池模组3顶部的液冷板5。所述密封箱体1内容纳有所述冷却液2，所述电池模组3悬空倒放在所述密封箱体1内且其极耳浸没在所述冷却液2中，所述液冷板5设置在所述密封箱体1内且位于所述电池模组3顶部，且所述液冷板5内设置有冷却液流道。其中，所述电池模组3包括多个串联组装的方形电池。

所述外循环换热模块包括恒温槽9、浸没冷却液循环管道和液冷板冷却液循环管道，所述恒温槽9通过所述浸没冷却液循环管道与所述密封箱体1连通以实现浸没的所述冷却液2的循环，所述恒温槽9通过所述液冷板冷却液循环管道与所述液冷板5的冷却液流道连通以实现所述液冷板5内冷却液的循环。

本实施例中，所述安装杆6为螺杆，所述安装杆固定位4上设置有内螺纹，所述安装杆6和所述安装杆固定位4螺纹连接以实现两者之间的固定。

本实施例中，所述液冷板5位于在所述电池模组3上方，紧贴所述电池模组3和所述密封箱体1的上方壁面。优选地，所述液冷板5和所述密封箱体1的上方壁面之间螺纹固定连接。

实施例3

本实施例提供的一种全区域散热的浸没式冷却装置，包括密封箱模块和外循环换热模块。

所述密封箱模块包括全封闭的密封箱体1、电池模组3、冷却液2、固定在电池模组3顶部的液冷板5。所述密封箱体1内容纳有所述冷却液2，所述电池模组3悬空倒放在所述密封箱体1内且其极耳浸没在所述冷却液2中，所述液冷板5设置在所述密封箱体1内且位于所述电池模组3顶部，且所述液冷板5内设置有冷却液流道。其中，所述电池模组3包括多个串联组装的方形电池。

所述外循环换热模块包括恒温槽9、浸没冷却液循环管道和液冷板冷却液循环管道，所述恒温槽9通过所述浸没冷却液循环管道与所述密封箱体1连通以实现浸没的所述冷却液2的循环，所述恒温槽9通过所述液冷板冷却液循环管道与所述液冷板5的冷却液流道连通以实现所述液冷板5内冷却液的循环。

本实施例中，请参阅图3，所述液冷板5包括板体以及在所述板体上内凹开设凹槽以形成冷却液流道，所述冷却液流道的进口位于板体的中间，然后所述冷却液流道的流向往两侧后再向中间处汇合，冷却液流道的出口也位于板体的中间。图中箭头方向代表液冷板5内部流体流动方向。所述电池模组3在运行阶段处于中间位置的电池温度往往会高于两端电池温度，通过将冷却液流道的进口和出口开设在板体的中间，使得通过所述液冷板5可以有效降低电池模组中间的电池温度，提高电池模组整体的温度均匀性。

前述发明实施例提供一种基于电池全区域散热的浸没冷却系统，通过采用电池倒置在冷却液中浸没极耳的结构来对极耳进行降温，可以减少冷却液的用量，降低成本。此外，冷却液还可以在电池热失控时可以对释放的火焰进行即时灭火。同时在系统上方添加液冷板来均衡电池高倍率充放电下的温度均匀性，降低电池内部的热梯度，实现高效全区域的电池热管理。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利保护范围中。

Claims (8)

1.一种基于电池全区域散热的浸没冷却系统装置，其特征在于，包括密封箱模块和外循环换热模块，

所述密封箱模块包括密封箱体（1）以及位于密封箱体（1）内的电池模组（3）和液冷板（5），密封箱体（1）内还用于容纳冷却液（2），电池模组（3）倒放且悬空固定在密封箱体（1）内，电池模组（3）设置有极耳的一侧能够浸没在所述冷却液（2）内，液冷板（5）位于电池模组（3）的另一侧，液冷板（5）内设置有冷却液流道；

外循环换热模块包括恒温槽（9）、浸没冷却液循环管道和液冷板冷却液循环管道，恒温槽（9）通过浸没冷却液循环管道与密封箱体（1）连通以实现浸没的冷却液（2）的循环，恒温槽（9）通过液冷板冷却液循环管道与液冷板（5）的冷却液流道连通以实现液冷板（5）内冷却液的循环；

在低倍率充放电下或开启浸没冷却液循环，或开启液冷板冷却液循环，在高倍率充放电下同时开启浸没冷却液循环和液冷板冷却液循环。

2.根据权利要求1所述的一种基于电池全区域散热的浸没冷却系统装置，其特征在于，液冷板（5）包括板体以及在板体上内凹开设凹槽以形成冷却液流道，冷却液流道的进口位于板体的中间，然后冷却液流道的流向往两侧后再向中间处汇合，冷却液流道的出口也位于板体的中间。

3.根据权利要求1所述的一种基于电池全区域散热的浸没冷却系统装置，其特征在于，液冷板（5）与密封箱体（1）的顶部内侧固定连接，且液冷板（5）与电池模组（3）的顶部相接触。

4.根据权利要求1所述的一种基于电池全区域散热的浸没冷却系统装置，其特征在于，浸没冷却液循环管道包括第一进液管道和第一出液管道，密封箱体（1）上设有第一进口（22）和第一出口（24），第一进液管道的一端与恒温槽（9）连接，另一端与第一进口（22）连接，第一出液管道的一端与第一出口（24）连接，另一端与恒温槽（9）连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于电池全区域散热的浸没冷却系统装置，其特征在于，第一出口（24）所处位置在高度方向上高于第一进口（22）所处的位置。

6.根据权利要求4所述的一种基于电池全区域散热的浸没冷却系统装置，其特征在于，第一进液管道上设置有第一控制阀（12），第一出液管道上设置有第一循环泵（8）。

7.根据权利要求1所述的一种基于电池全区域散热的浸没冷却系统装置，其特征在于，液冷板冷却液循环管道包括第二进液管道和第二出液管道，第二进液管道的一端与恒温槽（9）连接，另一端与液冷板（5）冷却液流道的进口端连接，第二出液管道的一端与液冷板（5）冷却液流道的出口端连接，另一端与恒温槽（9）连接。

8.根据权利要求7所述的一种基于电池全区域散热的浸没冷却系统装置，其特征在于，第二进液管道上设置有第二控制阀（11），第二出液管道上设置有第二循环泵（7）。