CN118231850A - 液冷电池包 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种液冷电池包，液冷电池包包括箱体组件、液冷组件和电芯，液冷组件包括导通结构和若干个并列设置的液冷结构，各液冷结构在箱体组件内部限定出若干个容置空间；若干个电芯分别设置于各容置空间内，以使各电芯与液冷组件进行热传递。本申请中，容纳电芯的若干个容置空间都由液冷结构限定得出，则处在任意容置空间内的电芯都能够直接或间接接触液冷结构，便于液冷组件对全部电芯进行降温，保证全部电芯的温度一致性；相较于传统底面冷却方案，换热面积至少增大150％，提升了散热效率，并降低了电芯高度方向的温差；由于电芯散热效率增大和温差降低，能够实现更大倍率的充放电，并提升运行寿命。

Description

液冷电池包

技术领域

本申请涉及电池技术领域，特别涉及一种液冷电池包。

背景技术

锂电池在新能源汽车和储能行业得到了越来越广泛的应用，但是随之而来的则是运行安全与运行寿命等系列问题。锂电池对于工作温度有比较严苛的要求，一般要求控制在15℃至35℃的范围内，对电芯工作过程中的散热、保温、隔热等方面提出了较高的要求。

目前电池系统主要采用底面冷却，在充放电过程中很大程度上需要借助电芯自身吸热产生较大的温升，很多的电池包温升会达到10～15℃，甚至会达到20℃，使得电芯在较大的温度范围内长期工作，这对于电芯的长期安全温度运行及其使用寿命是极为不利的，从而对新能源汽车的使用体验大打折扣。

发明内容

为解决上述技术问题中的至少之一，本申请提供一种液冷电池包，能够更好的控制电芯温升，所采用的技术方案如下：

本申请提供一种液冷电池包，液冷电池包包括箱体组件、液冷组件和电芯，所述液冷组件包括导通结构和若干个并列设置的液冷结构，所述液冷结构内设置有流道，所述流道用于容纳液体，各所述液冷结构在所述箱体组件内部限定出若干个容置空间，各所述液冷结构通过所述导通结构连通，所述导通结构用于使液体在各所述液冷结构之间流动；若干个所述电芯分别设置于各所述容置空间内，以使各所述电芯与所述液冷组件进行热传递。

本申请的某些实施例中，所述电芯包括第一侧面和第二侧面，第一侧面的面积小于第二侧面的面积，所述电芯通过所述第一侧面与所述液冷结构进行热传递。

本申请的某些实施例中，所述箱体组件的底部设置至少一个定位横梁，若干个所述电芯设置在各所述定位横梁的两侧，以使所述电芯分为若干个工作组。

本申请的某些实施例中，各所述液冷结构上均设置有第一进液端口和第一出液端口，所述第一进液端口和所述第一出液端口连通所述流道，相邻所述液冷结构的所述第一进液端口和所述第一出液端口通过所述导通结构连通。

本申请的某些实施例中，所述第一进液端口与所述第一出液端口上设置有第一连接件，所述导通结构上设置有第二连接件，所述第一连接件与所述第二连接件插接。

本申请的某些实施例中，所述定位横梁上设置有若干个插口，各所述液冷结构分别插入各所述插口中，以定位各所述液冷结构。

本申请的某些实施例中，所述液冷结构包括集液结构和若干个第一液冷板，各所述第一液冷板内均设置有所述流道，所述集液结构连接于相邻所述第一液冷板之间，所述集液结构上设置有第二进液端口和第二出液端口，相邻所述液冷结构的所述第二进液端口和所述第二出液端口通过所述导通结构连通。

本申请的某些实施例中，所述集液结构与所述第一液冷板通过焊接连接，所述导通结构与所述集液结构通过焊接连接。

本申请的某些实施例中，所述定位横梁上设置有若干个支撑结构，各所述集液结构分别设置于各所述支撑结构上，以使各所述支撑结构卡入相邻所述第一液冷板之间。

本申请的某些实施例中，所述箱体组件的底部设置为第二液冷板，所述第二液冷板与所述电芯的底面通过导热结构胶间接接触。

本申请的某些实施例中，各所述电芯的所述第一侧面与所述液冷结构之间设置有第一导热层，各所述电芯的底面与箱体组件之间设置有第二导热层；相邻所述电芯的所述第二侧面之间设置有隔热层，所述隔热层用于阻止热量在相邻所述电芯之间传递。

本申请的实施例至少具有以下有益效果：本申请中，容纳电芯的若干个容置空间都由液冷结构限定得出，则处在任意容置空间内的电芯都能够直接或间接接触液冷结构，便于液冷组件对全部电芯进行降温，保证全部电芯的温度一致性；液冷组件在进行工作时，液体首先流入单个液冷结构中，并在液冷结构的流道内流动，以吸收与该液冷结构接触的电芯的热量，同时，部分液体会沿着导通结构流入相邻的液冷结构中，并在相邻的液冷结构中流动，以此类推，吸收全部电芯的热量，相较于传统底面冷却方案，换热面积至少增大150％，提升了散热效率，并降低了电芯高度方向的温差；由于电芯散热效率增大和温差降低，能够实现更大倍率的充放电，并提升运行寿命。

本申请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，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/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是本申请液冷电池包的结构示意图；

图2是本申请液冷电池包的爆炸图；

图3是本申请液冷电池包中隔热层的结构示意图；

图4是本申请液冷电池包第一实施例中液冷组件的结构示意图；

图5是本申请液冷电池包第一实施例中非末端液冷结构的结构示意图；

图6是本申请液冷电池包第一实施例中末端液冷结构的结构示意图；

图7是本申请液冷电池包第一实施例液体流向示意图；

图8是本申请液冷电池包第一实施例箱体组件的结构示意图；

图9是本申请液冷电池包第二实施例中液冷组件的结构示意图；

图10是本申请液冷电池包第二实施例中非末端液冷结构的结构示意图；

图11是本申请液冷电池包第二实施例中末端液冷结构的结构示意图；

图12是本申请液冷电池包第二实施例中非末端的集液结构的结构示意图；

图13是本申请液冷电池包第二实施例液体流向示意图；

图14是本申请液冷电池包第二实施例箱体组件的结构示意图。

附图标记：

箱体组件101；

液冷组件201；导通结构202；液冷结构203；流道204；容置空间205；

第一进液端口301；第一出液端口302；第一连接件303；定位横梁304；插口305；

第一液冷板401；第二进液端口402；第二出液端口403；支撑结构404；集液结构405；导流孔406；

第一导热层501；第二导热层502；隔热层503；

电芯601；第一侧面602；第二侧面603。

具体实施方式

本部分将结合图1至图14详细描述本申请的实施例，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，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，若出现术语“中心”、“中部”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。限定有“第一”、“第二”的特征是用于区分特征名称，而非具有特殊含义，此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

锂电池的电芯在工作过程中产生的热量主要包括两个部分。一部分输送至冷却系统，并被冷却系统带离电芯；另一部分被电芯自身吸收，导致电芯温度上升，影响电芯的散热。目前的电池包在进行大倍率充放电时，产热量很大，单纯依靠传统的底面冷却系统很难把热量带离。因此，需要采用效率更高的散热结构和散热方式。

如图1和图2所示，本申请实施例提供一种液冷电池包，液冷电池包包括箱体组件101、液冷组件201和电芯601。箱体组件101用于盛装电芯601和液冷组件201，液冷组件201遍布箱体组件101内部空间的各处，从而直接或间接接触全部的电芯601，从而对全部的电芯601进行散热，保证各电芯601温度的一致性。

进一步地，液冷组件201吸收电芯601的热量，并以较大的接触面积与电芯601接触，以提升换热面积的方式提升散热效率。

同时，液体带走热量的能力明显优于同体积空气，因此，采用液冷可以快速散热，使得电芯601的温度快速降低，保证电芯601的安全性与稳定性，减少因为散热导致的故障发生。液冷组件201内部存在液体，液冷组件201以内部液体吸收热量的方式进行电芯601散热。

在一些示例中，若干个电芯601均处于箱体组件101的内部，各电芯601通过汇流排相互连接为一个整体，可以理解的是，各电芯601分别处于箱体组件101内部的不同位置。为使液冷组件201能够对全部电芯601进行散热，液冷组件201也处于箱体组件101的内部，同时，液冷组件201需要在箱体组件101的内部进行延伸，以到达各电芯601的位置。

进一步地，液冷组件201包括导通结构202和若干个液冷结构203，各液冷结构203在箱体组件101的内部延伸至各电芯601的位置，从而对全部电芯601进行散热。

其中，各液冷结构203并列设置，沿着X向排布，且各液冷结构203近似相互平行，且相邻液冷结构203之间留有间隔。可以理解的是，箱体组件101的内部空间是确定的，当各液冷结构203以上述排布方式设置于箱体组件101内时，箱体组件101的内部空间由液冷结构203划分为若干个容置空间205，各电芯601分别设置于各容置空间205内，每个容置空间205内各电芯601沿着Y向排布。同时，由于各液冷结构203近似相互平行，放置于容置空间205内的各电芯601大致呈矩形阵列排布，且每一个电芯601都能够与相应位置的液冷结构203进行直接或间接的接触，以保证散热效果。

另外，各液冷结构203通过导通结构202相互连通，向单个液冷结构203内通入液体时，液体能够流入全部的液冷结构203中，以使每一个液冷结构203都能发挥散热功效。可以理解的是，相邻的液冷结构203通过导通结构202连通即可使全部的液冷结构203连通，导通结构202可以采用液体管路的设置形式。

具体地，液冷结构203以不同的位置与不同的电芯601相接触，则液冷结构203的各个接触位置都需要具有散热的能力。因此，液冷结构203内设置有流道204，流道204用于容纳吸收热量的液体，且流道204需要经过液冷结构203的各个接触位置，保证液体能够吸收不同位置电芯601的热量。

在一些示例中，电芯601大致形成为四棱柱形状，则电芯601包括一个顶面、一个底面、两个相对的第一侧面602和两个相对的第二侧面603。

进一步地，汇流排连接于电芯601的顶面，而液冷结构203贴合于电芯601的第一侧面602上，避免液冷结构203与汇流排发生结构干涉。其中，电芯601的两个第一侧面602分别贴合于两个相邻的液冷结构203上，则每个电芯601都由两个液冷结构203夹持，两个液冷结构203共同为一个电芯601进行热传递形式的散热。

具体地，第一侧面602的面积小于第二侧面603的面积，相较于面积较大的第二侧面冷却，由于电芯601在长度方向的导热系数约为厚度方向的3至5倍，同时，第二侧面603面积约为第一侧面602面积的2至3倍，第一侧面冷却的整体散热效率会大于第二侧面冷却。

如图4所示，第一实施例中，每个液冷结构203的主体结构为一块第一液冷板401，第一级的液冷结构203上设置有朝X向反向的第一进液端口301和第一出液端口302，外部的液体沿着该第一进液端口301进入液冷结构203，并沿着该第一出液端口302流出液冷结构203，从而初步形成液体流动的回路。具体地，朝X向反向的第一进液端口301和第一出液端口302沿着Z向排布，且该第一进液端口301处于该第一出液端口302的底部。

由于液冷结构203并列设置多个，为保证液体能够由第一级的液冷结构203流入第二级的液冷结构203，第一级的液冷结构203上还设置有朝X向的第一出液端口302和第一进液端口301。朝X向的第一出液端口302与朝X向反向的第一进液端口301处于第一级的液冷结构203的同一位置，仅方向相反；同理，朝X向的第一进液端口301与朝X向反向的第一出液端口302处于第一级的液冷结构203的同一位置，仅方向相反。非末端的液冷结构203上的端口设置方式都与第一级的液冷结构203相同，可以理解的是，各级的液冷结构203上的全部第一进液端口301与第一出液端口302均与流道204连通。

液体经过前一级液冷结构203的朝X向的第一出液端口302，并通过导通结构202流入后一级的液冷结构203；液体也能够经过后一级液冷结构203的朝X向反向的第一出液端口302，并通过导通结构202流入前一级液冷结构203，以此种方式形成全部液冷结构203的导通。

特别地，由于末端的液冷结构203不存在后一级的液冷结构203，则末端的液冷结构203仅需要与前一级的液冷结构203连通，则末端的液冷结构203上仅设置有朝X向反向的第一出液端口302和第一进液端口301。

如图5和图6所示，在第一实施例中，为便于各级的液冷结构203的第一进液端口301与第一出液端口302连接，第一进液端口301与第一出液端口302上均设置有第一连接件303。同时，导通结构202上设置有第二连接件，第一连接件303与第二连接件能够实现快速插接。具体地，第一连接件303采用快插公头，第二连接件采用快插母头。

如图7所示，在液体流动过程中，外部液体首先通过第一进液端口301流入第一级的液冷结构203。流入第一级的液冷结构203的液体中，一部分液体在第一级的液冷结构203内进行循环流动，并沿着第一出液端口302导出；另一部分液体继续流入第二级的液冷结构203。同理，流入第二级的液冷结构203的液体中，一部分液体在第二级的液冷结构203内进行循环流动，并导出至第一级的液冷结构203；另一部分液体继续流入第三级的液冷结构203。以此类推，完成液体在全部液冷结构203内的循环流动过程。

在一些示例中，箱体组件101的底部设置有至少一个定位横梁304，定位横梁304用于液冷结构203的定位，以保证液冷电池包整体的结构稳定性。同时，各电芯601设置于定位横梁304的两侧，则定位横梁304也将电芯601分为若干个工作组，各工作组之间间隔设置。具体地，定位横梁304的宽度和高度均设置为20至40mm。

如图8所示，在第一实施例中，液冷结构203插接在定位横梁304上，从而保证各液冷结构203在X向上位置稳定。同时，箱体组件101的侧壁能够进一步限定液冷结构203的位置，保证各液冷结构203在Y向上位置稳定。

进一步地，定位横梁304上设置有若干插口305，插口305的数量与液冷结构203的数量相等，各液冷结构203的底部分别插入各插口305中，以实现定位。

如图9、图10和图11所示，在第二实施例中，每个液冷结构203的主体结构为多块第一液冷板401，相邻第一液冷板401通过集液结构405对接，以使各第一液冷板401近似处于同一平面。可以理解的是，各第一液冷板401中均设置流道204，液体首先流入集液结构405中，并从集液结构405流入第一液冷板401中。

其中，第一级的集液结构405上设置有朝X向反向的第二进液端口402和第二出液端口403，外部的液体沿着该第二进液端口402进入集液结构405，并流入相应的第一液冷板401中，再从第一液冷板401回流至集液结构405，且液体能够沿着该第二出液端口403流出集液结构405，以初步形成液体流动的回路。具体地，朝X向反向的第二进液端口402和第二出液端口403沿着Z向排布，且该第二进液端口402处于该第二出液端口403的底部。

由于液冷结构203并列设置多个，为保证液体能够由第一级的液冷结构203流入第二级的液冷结构203，第一级的集液结构405上还设置有朝X向的第二出液端口403和第二进液端口402。朝X向的第二出液端口403与朝X向反向的第二进液端口402处于第一级的集液结构405的同一位置，仅方向相反；同理，朝X向的第二进液端口402与朝X向反向的第二出液端口403处于第一级的集液结构405的同一位置，仅方向相反。非末端的集液结构405上的端口设置方式都与第一级的集液结构405相同，可以理解的是，各级的集液结构405上的全部第二进液端口402与第二出液端口403均与流道204连通。

液体能够经过前一级集液结构405的朝X向的第二出液端口403，并通过导通结构202流入后一级的集液结构405；液体也能够经过后一级集液结构405的朝X向反向的第二出液端口403，并通过导通结构202流入前一级的集液结构405，以此种方式形成全部集液结构405的导通，即全部第一液冷板401的导通。

特别地，由于末端的集液结构405不存在后一级的集液结构405，则末端的液集液结构405仅需要与前一级的集液结构405连通，则末端的集液结构405上仅设置有朝X向反向的第二出液端口403和第二进液端口402。

如图12所示，在第二实施例中，集液结构405包括Z向分布的第一腔体和第二腔体，第一腔体与第二腔体相互隔离，第一腔体处于第二腔体的底部，则朝X向的第二出液端口403与朝X向反向的第二进液端口402与第一腔体连通，朝X向的第二进液端口402与朝X向反向的第二出液端口403与第二腔体连通。因此，第一腔体与第二腔体内液体的流动方向相反。

进一步地，为保证进入集液结构405中的液体能够顺利进入或导出第一液冷板401，第一腔体的相对两侧均设置有导流孔406，集液结构405两侧的第一液冷板401上设置有与流道204连通的进入口，进入口与导流孔406对接。同理，第二腔体的相对两侧均设置有导流孔406，集液结构405两侧的第一液冷板401上设置有与流道204连通的导出口，导出口与导流孔406对接。

在第二实施例中，为保证集液结构405与第一液冷板401的连接强度，集液结构405与第一液冷板401通过焊接连接。为保证导通结构202与集液结构405的连接强度，导通结构202与集液结构405通过焊接连接。

如图13所示，在液体流动过程中，外部液体首先通过第二进液端口402流入第一级的集液结构405。流入第一级的集液结构405的液体中，一部分液体在集液结构405和第一液冷板401内进行循环流动，并沿着第二出液端口403导出；另一部分液体继续流入第二级的集液结构405。同理，流入第二级的集液结构405的液体中，一部分液体在相应的第一液冷板401和集液结构405内进行循环流动，并导出至第一级的集液结构405；另一部分液体继续流入第三级的集液结构405。以此类推，完成液体在全部液冷结构203内的循环流动过程。

如图14所示，在第二实施例中，箱体组件101底部的定位横梁304上设置有若干支撑结构404，支撑结构404的数量与液冷结构203的数量相等。当集液结构405的Z向长度小于第一液冷板401的Z向长度时，液冷结构203在相邻两个第一液冷板401连接集液结构405的位置会形成凹陷，支撑结构404嵌入此凹陷中，从而对液冷结构203起到一定的定位作用。可以理解的是，当支撑结构404嵌入凹陷中时，集液结构405处于支撑结构404上。

进一步地，支撑结构404采用隔热支撑块，一方面为液冷结构203提供一定的支撑力，同时也实现第一液冷板401与定位横梁304的热阻隔，防止第一液冷板401吸收额外的热量而降低散热效率。

如图2和图3所示，在一些示例中，电芯601的第一侧面602与液冷结构203采用间接接触。具体地，电芯601的第一侧面602与液冷结构203之间设置有第一导热层501，保证热量的传递效率。同时，电芯601的底面与箱体组件101之间设置有第二导热层502，同样保证热量的传递效率。第一导热层501与第二导热层502由导热结构胶形成，导热结构胶的厚度设置为0.8至2mm。

进一步地，相邻电芯601通过第二侧面603相互接触，但需要避免热量在各电芯601之间传递，因此，相邻电芯601的第二侧面603之间设置有隔热层503。同时，电芯601的第二侧面603与箱体组件101的侧壁之间设置有隔热层503，靠近箱体组件101中心区域的电芯601的第二侧面603也设置有隔热层503。全部隔热层503均沿着X向布设。

具体地，相邻电芯601的第二侧面603之间的隔热层503的厚度设置为1至2mm，电芯601的第二侧面603与箱体组件101的侧壁之间的隔热层503的厚度设置为3至5mm，靠近箱体组件101中心区域的电芯601第二侧面603的隔热层503的厚度设置为3至5mm。

在一些示例中，箱体组件101的底部可以设置为第二液冷板，第二液冷板与电芯601的底面通过导热结构胶间接接触。

在一些示例中，箱体组件101上设置有总进液端口和总出液端口，液体经过总进液端口流入第一级的液冷结构203。同理，经过循环的液体从第一级的液冷结构203导出至总出液端口。

在本说明书的描述中，若出现参考术语“一个实施例”、“一些实例”、“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申请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。

以上结合附图对本申请的实施方式作了详细说明，但是本申请不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (11)

1.液冷电池包，其特征在于，包括：

箱体组件；

液冷组件，所述液冷组件包括导通结构和若干个并列设置的液冷结构，所述液冷结构内设置有流道，所述流道用于容纳液体，各所述液冷结构在所述箱体组件内部限定出若干个容置空间，各所述液冷结构通过所述导通结构连通，所述导通结构用于使液体在各所述液冷结构之间流动；

电芯，若干个所述电芯分别设置于各所述容置空间内，以使各所述电芯与所述液冷组件进行热传递。

2.根据权利要求1所述的液冷电池包，其特征在于：所述电芯包括第一侧面和第二侧面，第一侧面的面积小于第二侧面的面积，所述电芯通过所述第一侧面与所述液冷结构进行热传递。

3.根据权利要求1或2所述的液冷电池包，其特征在于：所述箱体组件的底部设置至少一个定位横梁，若干个所述电芯设置在各所述定位横梁的两侧，以使所述电芯分为若干个工作组。

4.根据权利要求3所述的液冷电池包，其特征在于：各所述液冷结构上均设置有第一进液端口和第一出液端口，所述第一进液端口和所述第一出液端口连通所述流道，相邻所述液冷结构的所述第一进液端口和所述第一出液端口通过所述导通结构连通。

5.根据权利要求4所述的液冷电池包，其特征在于：所述第一进液端口与所述第一出液端口上设置有第一连接件，所述导通结构上设置有第二连接件，所述第一连接件与所述第二连接件插接。

6.根据权利要求4所述的液冷电池包，其特征在于：所述定位横梁上设置有若干个插口，各所述液冷结构分别插入各所述插口中，以定位各所述液冷结构。

7.根据权利要求3所述的液冷电池包，其特征在于：所述液冷结构包括集液结构和若干个第一液冷板，各所述第一液冷板内均设置有所述流道，所述集液结构连接于相邻所述第一液冷板之间，所述集液结构上设置有第二进液端口和第二出液端口，相邻所述液冷结构的所述第二进液端口和所述第二出液端口通过所述导通结构连通。

8.根据权利要求7所述的液冷电池包，其特征在于：所述集液结构与所述第一液冷板通过焊接连接，所述导通结构与所述集液结构通过焊接连接。

9.根据权利要求7所述的液冷电池包，其特征在于：所述定位横梁上设置有若干个支撑结构，各所述集液结构分别设置于各所述支撑结构上，以使各所述支撑结构卡入相邻所述第一液冷板之间。

10.根据权利要求1所述的液冷电池包，其特征在于：所述箱体组件的底部设置为第二液冷板，所述第二液冷板与所述电芯的底面通过导热结构胶间接接触。

11.根据权利要求2所述的液冷电池包，其特征在于：各所述电芯的所述第一侧面与所述液冷结构之间设置有第一导热层，各所述电芯的底面与箱体组件之间设置有第二导热层；相邻所述电芯的所述第二侧面之间设置有隔热层，所述隔热层用于阻止热量在相邻所述电芯之间传递。