CN206040911U - 一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置，包括电池箱体，电池箱体内并列设若干电池模组群，电池模组群配合设热管组，热管组的两端部穿过电池箱体，热管组的两端部连接有散热翅片。本实用新型可以利用自然风强化换热，在节省成本、能耗和空间的前提下提高散热效率，也可装配其他机构，为不同产热量的电池模组群适配风冷或液冷通道，兼有冷却效率高、系统复杂程度低和安全性高的优势，可扩展性强，冷却方式可以依据产品的实际需求随机调整，标准化程度高；对于强制风冷来说容易做到IP67，对于液冷则完全避免冷却液在电池箱体内部泄漏的风险，轻松实现电池箱体的IP67设计，节省空间与成本，提高动力电池系统的安全性。

Description

一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置

技术领域

本实用新型属于用于直接转变化学能为电能的方法或装置、例如电池组的技术领域，特别涉及一种能提高动力电池系统的散热效率、提升散热效果、以不同的模式完成不同的电池模组的散热问题的动力电池系统用热管翅片的冷却装置。

背景技术

近年来，在国家的支持和市场的利好等条件下，动力锂离子电池行业发展非常迅速，其应用已经扩展到了电动大巴、电动小汽车、微公交和储能等领域。随着动力锂离子电池的大规模应用，越来越多的问题日益凸显，尤其是动力电池系统的散热问题。

电动汽车行驶的驱动力来源于动力电池系统，动力电池系统在充/放电过程中产生的大量的热量会使电池温度升高，进而使动力电池系统的性能大幅下降。研究表明，当锂电池的温度超过45℃时，其循环寿命将大幅下降；此外，由于高温会使锂离子电池的副反应增加，出于保护电池的目的，会对电池的充/放电功率进行限制。

现有技术中的冷却方式基本是单一的自然冷却、风冷和液冷。常规的自然冷却方式对动力电池系统冷却的效率比较低，难以满足大部分情况下的散热要求，而冷却效率比较高的强制风冷和液冷等方式成本较高、系统较为复杂以及存在一定的安全风险；常规的强制风冷存在着散热效率低、散热均匀性差和风道复杂等问题，此外，目前的强制风冷设计难以满足箱体IP67设计的要求；常规的液冷系统一般都是将液冷管路和液冷板放置在电池箱体内部，这样的设计不仅使得整个液冷系统结构复杂，而且将冷却液引入电池箱体内，存在着冷却液泄漏的安全风险；同时，现有技术中的冷却方式为固定式，没有扩展性，针对一种产品只能固定采用一种冷却模式。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是，现有技术中，冷却方式基本是单一的自然冷却、风冷和液冷，而导致的无法兼顾冷却效率、系统复杂程度高和存在安全风险，同时，现有技术中的冷却方式为固定式，没有扩展性，存在着针对一种产品只能固定采用一种冷却模式的问题，进而提供了一种优化结构的动力电池系统用热管翅片的冷却装置。

本实用新型所采用的技术方案是，一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置，包括电池箱体，所述电池箱体内并列设有若干电池模组群，所述电池模组群配合设有热管组，所述热管组的两端部穿过电池箱体，所述热管组的两端部连接有散热翅片。

优选地，所述电池模组群包括并列设置的2排电池模组，所述热管组设于2排电池模组间，所述热管组和任一电池模组间还设有导热胶层。

优选地，所述散热翅片外侧包覆设有液冷流道外壳，所述任一液冷流道外壳上设有冷却液入口和冷却液出口，所述2个液冷流道外壳上的冷却液入口通过分流管连接冷却液输入管，所述2个液冷流道外壳上的冷却液出口通过汇流管连接冷却液输出管。

优选地，所述冷却液入口和冷却液出口均设置在液冷流道外壳的前端部。

优选地，所述散热翅片外侧包覆设有风道外壳，所述任一风道外壳上设有冷却风入口和冷却风出口。

优选地，所述冷却风入口设于风道外壳的前端，所述冷却风出口设于风道外壳的后端。

优选地，所述冷却风出口处配合设有风扇。

本实用新型提供了一种优化结构的动力电池系统用热管翅片的冷却装置，通过在电池箱体内并列设置若干电池模组群，为每个电池模组群配合设置热管组，热管组的两端部穿过电池箱体后连接散热翅片，采用热管组建立高速的传热通道，可以快速、均匀地将电池产生的热量传递到电池箱体的外部；电池产生的热量被传递到电池箱体的外部之后，可以利用自然风将该热量传递到周围环境中去，散热翅片裸露在空气中，散热翅片随电动汽车运动，与周围环境中的空气有一个相对运动，这样强化了换热，在节省了成本、能耗和空间的前提下提高了散热效率，也可以装配其他的机构，为不同的产热量的电池模组群适配风冷通道或液冷通道，可以兼有冷却效率高、系统复杂程度低和安全性高的优势，同时可扩展性强，冷却方式可以依据产品的实际需求随机调整，标准化程度高；有别于现有技术，冷却工质不进入电池箱体内部，对于强制风冷来说很容易做到IP67，对于液冷则是完全避免了冷却液在电池箱体内部泄漏的风险，轻松实现电池箱体的IP67设计，节省了空间与成本，提高了动力电池系统的安全性。

附图说明

图1为本实用新型的实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型的实施例1的爆炸图结构示意图；

图3为本实用新型的实施例2的爆炸图结构示意图；

图4为本实用新型的实施例3的爆炸图结构示意图；

图5为本实用新型的电池模组群的剖视图结构示意图；

图6为本实用新型的散热翅片的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细描述，但本实用新型的保护范围并不限于此。

如图所示，本实用新型涉及一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置，包括电池箱体1，所述电池箱体1内并列设有若干电池模组群2，所述电池模组群2配合设有热管组3，所述热管组3的两端部穿过电池箱体1，所述热管组3的两端部连接有散热翅片4。

本实用新型中，在电池箱体1内并列设置若干电池模组群2，为每个电池模组群2配合设置热管组3，热管组3的两端部穿过电池箱体1后连接散热翅片4，采用热管组3建立高速的传热通道，可以快速、均匀地将电池模组群2的热量传递到电池箱体1的外部。

本实用新型中，考虑到热管优异的传热性能及结构设置的合理性，热管组3一般采用单排结构即可。

本实用新型中，电池模组群2的热量被传递到电池箱体1的外部之后，可以利用自然风将该热量传递到外部环境中去，散热翅片4裸露在空气中，当散热翅片4随电动汽车运动时，与环境空气产生相对运动，既节省了成本、能耗和空间，同时又强化了换热，提高了散热速度，也可以装配其他的机构，为不同的产热量的电池模组群2适配风冷通道或液冷通道。

本实用新型兼有冷却效率高、系统复杂程度低和安全性高的优势，同时可扩展性强，冷却方式可以依据产品的实际需求随机调整，标准化程度高；有别于现有技术，冷却工质不进入电池箱体1内部，对于强制风冷来说很容易做到IP67，对于液冷则是完全避免了冷却液在电池箱体1内部泄漏的风险，轻松实现电池箱体1的IP67设计，节省了空间与成本。

本实用新型中，当采用此种结构为实施例1时，采用热管组3在电池箱体1内部的电池模组群2与电池箱体1外部的散热翅片4之间建立一条高速的传热通道，将电池产生的热量快速地传递到电池箱体1外部的散热翅片4上去，由于热管组3的热传递阻力非常小，散热效率非常高，电池箱体1内部的散热不均匀问题将被减弱，此外，电池模组群2的热量通过热管组3传递到电池箱体1外部，电池箱体1的密封得到保证，保证了电池箱体1的IP67设计。

本实用新型中，将散热翅片4裸露在外部空气中，当电动汽车以速度v行驶时，整个电池箱体1带动散热翅片4以速度v运动，散热翅片4与外部环境中的空气存在大小为v的相对速度，该相对速度可以强化散热翅片4与空气之间的换热，提升换热效率。

所述电池模组群2包括并列设置的2排电池模组5，所述热管组3设于2排电池模组5间，所述热管组3和任一电池模组5间还设有导热胶层6。

本实用新型中，电池模组群2包括并列设置的2排电池模组5，并将热管组3设于2排电池模组5间，这使得每一热管组3可以同时冷却2排电池模组5，节省了空间与成本，同时亦便于完成热管组3与散热翅片4间相对位置的固定，保证散热效果。

本实用新型中，为了进一步降低热管组3表面与对应的2排电池模组5表面的接触热阻，在2排电池模组5和热管组3间分别设置导热胶层6，并通过一定的预紧力来保证热管组3、导热胶层6和电池模组5之间的紧密接触。

所述散热翅片4外侧包覆设有液冷流道外壳7，所述任一液冷流道外壳7上设有冷却液入口8和冷却液出口9，所述2个液冷流道外壳7上的冷却液入口8通过分流管10连接冷却液输入管11，所述2个液冷流道外壳7上的冷却液出口9通过汇流管12连接冷却液输出管13。

所述冷却液入口8和冷却液出口9均设置在液冷流道外壳7的前端部。

本实用新型中，实施例2为在散热翅片4外侧包覆设置液冷流道外壳7，即本实用新型的实施例1的自然风冷模式可以扩展为实施例2的液冷模式。

本实用新型中，当采用这种结构时，任一液冷流道外壳7上设置有冷却液入口8和冷却液出口9，冷却液入口8用于导入冷却液进行冷却作业，冷却液出口9用于导出换热后的冷却液。

本实用新型中，2个液冷流道外壳7上的冷却液入口8通过分流管10连接有冷却液输入管11，2个液冷流道外壳7上的冷却液出口9通过汇流管12连接冷却液输出管13，即冷却液在一整个冷却过程中，顺次流经冷却液输入管11、分流管10、冷却液入口8、散热翅片4、冷却液出口9、汇流管12和冷却液输出管13。

本实用新型中，电池箱体1两侧分别与一个液冷流道外壳7贴紧，贴合处无间隙，电池箱体1、散热翅片4和液冷流道外壳7形成两个液冷流道，这两个液冷流道分别只有两个开口：冷却液通过冷却液输入管11进入液冷系统，经过分流管10流入两个液冷流道外壳7，冷却液流经液冷流道外壳7时将散热翅片4上的热量带走，冷却液在液冷流道外壳7内循环之后流入汇流管12并经过冷却液输出管13流出液冷系统。

本实用新型中，这种结构保证了热管组3两端部的冷却作业的一致，不会产生两侧降温不一致而影响电池模组群2的工作的问题，同时冷却液不会流入电池箱体1的内部，保证了电池箱体1内部环境的稳定，避免了冷却液在电池箱体1内部泄露的风险，保证了电池模组群2的安全。

本实用新型中，冷却液入口8和冷却液出口9均设置在液冷流道外壳7的前端部，保证了冷却液输入管11和冷却液输出管13设置的便利性，保证了管路分布的合理。

所述散热翅片4外侧包覆设有风道外壳14，所述任一风道外壳14上设有冷却风入口15和冷却风出口16。

所述冷却风入口15设于风道外壳14的前端，所述冷却风出口16设于风道外壳14的后端。

所述冷却风出口16处配合设有风扇17。

本实用新型中，实施例3为在散热翅片4外侧包覆设置风道外壳14，即本实用新型的实施例1的自然风冷模式可以扩展为实施例3的强制风冷模式。

本实用新型中，当采用这种结构时，任一风道外壳14上设置有冷却风入口15和冷却风出口16，冷却风入口15用于导入冷风进行冷却作业，冷却风出口16用于导出换热后的风。

本实用新型中，电池箱体1两侧分别与一个风道外壳14贴紧，贴合处无间隙，电池箱体1、散热翅片4和风道外壳14形成两个冷却风道，这两个冷却风道分别只有两个开口：冷却风入口15和冷却风出口16，冷却风通过冷却风入口15流入风道外壳14，并通过冷却风出口16排入环境中去。

本实用新型中，为了保证最大程度地对散热翅片4进行风冷换热，一般情况下，冷却风入口15设置在风道外壳14的前端，冷却风出口16设置在风道外壳14的后端，保证冷却风从风道外壳14的前端流至后端，给散热翅片4进行全面的风冷换热。

本实用新型中，为了保证冷却风在进行了风冷换热后能够顺利的排出，故在冷却风出口16处配合设置了风扇17，保证了散热的效率。

本实用新型的动力电池系统用热管翅片的冷却装置的模式选择方法包括以下步骤：

步骤1.1：所述动力电池系统存在自电池开始、顺次经过导热硅胶片、电池模组外壳、导热胶层、热管组和散热翅片的主传热路径；所述热管组3存在传热路径，所述传热路径包括第一路径、第二路径、第三路径和第四路径，所述第一路径和第二路径串联，所述第三路径和第四路径并联后与所述第二路径串联，所述第一路径为热量从导热胶层6与热管组3的接触面传递到热管组3径向中心面的路径，所述第二路径为热量在热管组3和散热翅片4镶嵌区域以外的区域沿着热管组3轴向传递的路径，所述第三路径为热量在热管组3和散热翅片4镶嵌区域从热管组3沿着径向传递到热管组3与散热翅片4接触面的路径，所述第四路径为热量在热管组3和散热翅片4镶嵌区域从热管组3沿着轴向传递到热管组3与散热翅片4接触面的路径；所述第一路径、第二路径、第三路径和第四路径对应的传热量分别为q₁、q₂、q₃和q₄，q₁＝q₂＝q₃+q₄；传热路径起点的温度为T₁，传热路径终点的温度为T₂；

步骤1.2：建立等效热阻模型，所述等效热阻模型的传热路径的传热量为q₅，q₁＝q₂＝q₃+q₄＝q₅，所述等效热阻模型的传热路径的起点温度为T₃，终点温度为T₄，T₁-T₂＝T₃-T₄；

步骤1.3：建立等效热阻模型前后，热管组3的热阻相等建立等效热阻模型前的热阻为R_Pipe，建立等效热阻模型后的热阻为其中，δ_Pipe为建立等效热阻模型后热管组3的厚度，λ_Pipe为建立等效热阻模型后热管组3的导热系数，S_Pipe为建立等效热阻模型后热管组3的横截面积，由于R_Pipe＝R_Pipe-Model，

步骤1.4：所述散热翅片4存在传热路径，所述传热路径包括第五路径和第六路径，所述第五路径为热量从散热翅片4的基板18底面传递到散热翅片4的翅片19顶面的路径，所述第六路径为热量从散热翅片4基板18底面传递到基板18顶面的路径；建立散热翅片4的等效热阻模型，在通过相同热量时，建立散热翅片4的等效热阻模型前后的散热翅片4的温差相等，故建立等效热阻模型前散热翅片4的热阻R_Fin与建立等效热阻模型后散热翅片4的热阻R_Fin-Model相等，其中，δ_Fin为建立散热翅片4的等效热阻模型之后散热翅片4的厚度，λ_Fin为建立散热翅片4的等效热阻模型之后散热翅片4的导热系数，S_Fin为建立散热翅片4的等效热阻模型之后散热翅片4的横截面积，

步骤1.5：对建立步骤1.2和步骤1.3所述的等效热阻模型后的主传热路径建立集中参数化的1D传热模型，每个元件的传热过程以偏微分方程描述为：

电池传热过程：

其中，ρ_Cell为电池密度，V_Cell为电池体积，Cp_Cell为电池比热容，T_Cell为电池温度，为电池的发热功率，λ_Cell为电池导热系数，L₁为电池的厚度；

导热硅胶片传热过程：

其中，ρ_Glue1为导热硅胶片密度，V_Glue1为导热硅胶片体积，Cp_Glue1为导热硅胶片比热容，T_Glue1为导热硅胶片温度，λ_Glue1为导热硅胶片导热系数，L₂为导热硅胶片的厚度；

电池模组5外壳传热过程：

其中，ρ_Plate为电池模组5外壳密度，V_Plate为电池模组5外壳体积，Cp_Plate为电池模组5外壳比热容，T_Plate为电池模组5外壳温度，λ_Plate为电池模组5外壳导热系数，L₃为电池模组5外壳的厚度；

导热胶层6传热过程：

其中，ρ_Glue2为导热胶层6密度，V_Glue2为导热胶层6体积，Cp_Glue2为导热胶层6比热容，T_Glue2为导热胶层6温度，λ_Glue2为导热胶层6导热系数，L₄为导热胶层6的厚度；

热管组3传热过程：

其中，ρ_Pipe为热管组3密度，V_Pipe为热管组3体积，Cp_Pipe为热管组3比热容，T_Pipe为热管组3温度，λ_Pipe为热管组3导热系数，L₅为热管组3的厚度；

散热翅片4传热过程：

其中，ρ_Fin为散热翅片4密度，V_Fin为散热翅片4体积，Cp_Fin为散热翅片4比热容，T_Fin为散热翅片4温度，h为对流换热系数，A_Fin为建立等效热阻模型前散热翅片4与冷却工质接触的面积，T_f为冷却工质温度；

以上偏微分方程中，t为时间，A为横截面积，x为传热方向上的坐标。

步骤1.6：计算步骤1.5，以电池的发热功率、冷却工质温度求解出不同对流换热系数对应的电池温度，根据对电池最高温度的限制确定出系统所需要的对流换热系数h；当h＝20～60w/m2-k时选择自然冷却方案，直接通过散热翅片4散热，且散热翅片4与环境空气存在相对运动；当h＝20～100w/m2-k时，选择强制风冷散热，在散热翅片4外设置风道外壳14；当h＝500～15000w/m2-k时，选择液冷散热，在散热翅片4外设置液冷流道外壳7。

所述步骤1.3中，建立等效热阻模型前的热阻为其中，R₁为第一路径的热阻，R₂为第二路径的热阻，R₃′为第三路径和第四路径并联后的热阻，第三路径的热阻为R₃和第四路径的热阻为R₄，并联后的热阻 d₁为热管组3的厚度，S₁为热管组3与导热胶层6的接触总面积，S₂为热管组3横截面的总面积，S₃为热管组3与散热翅片4的接触总面积，l₂为第二路径的长度，l₃为热管组3嵌入散热翅片4的深度，λ_Pipe-r为热管组3径向的导热系数，λ_Pipe-a为热管组3轴向的导热系数。

所述步骤1.4中，建立等效热阻模型前的热阻为其中，R₅为第五路径的热阻，R₆为第六路径的热阻， 其中，n为散热翅片4的个数，l₄为散热翅片4的总高度，l₅为散热翅片4基板18的高度，S₄为散热翅片4基板18的横截面积，S₅为翅片19的总横截面积，λ_Fin为散热翅片4的导热系数。

本实用新型中，将电池产生的热量传递到环境空气中是一个比较复杂的过程，涉及到导热、对流换热和辐射换热三种形式的传热问题，维度也是三维的，由于电池模组群2的运行温度不是特别高，辐射换热可以忽略，一般情况下，只考虑导热和对流换热两种换热方式。

本实用新型中，电池系统内部3D结构也较为复杂，如果分析3D的传热过程，则热管理方案的选择会变得复杂且时间很长，为了简化模型、快速选择散热方案，可以将复杂的3D传热问题模化成集中参数化的1D传热问题，然后计算出电池系统散热所需要的冷却工质，进而确定冷却方案。

本实用新型中，首先应当确定电池系统的主传热路径。电池系统热管理设计中，往往有一条主要的传热路径，电池产生的热量大部分通过这条路径传递到环境空气中。在选择冷却方案时，也是以这条路径为对象进行分析，进而选择出合适的冷却方案。

本实用新型中，主传热路径为：电池产生的热量传递到电池模组5内部的导热硅胶片上，然后传递到电池模组5的外壳上；电池模组5的外壳与热管组3之间以导热胶层6填充，传递到电池模组5的外壳上的热量经过导热胶层6之后传递到热管组3上；热管组3嵌入散热翅片4，传递到热管组3上的热量通过导热的形式传递到散热翅片4上，然后通过对流换热从散热翅片4将热量散发到环境中去。

本实用新型中，在确定电池系统的主传热路径后，第二步应当模化主传热路径。这一步包括两部分，其一是将弯曲的导热路径通过热阻模型等效成一条平直的传热路径，其二是通过热阻模型将结构复杂的零部件等效成结构规则的实体。

本实用新型中，将弯曲的导热路径通过热阻模型等效成一条平直的传热路径，一般包括了步骤1.1中的第一路径、第二路径、第三路径和第四路径，这四条路径的传热量分别为q₁、q₂、q₃和q₄，等效热阻模型的传热路径的传热量为q₅，q₁＝q₂＝q₃+q₄＝q₅；同时，还需要保证建立等效热阻模型前后热管组3的温差相等，令传热路径起点的温度为T₁，传热路径终点的温度为T₂，等效热阻模型的传热路径的起点温度为T₃，终点温度为T₄，则T₁-T₂＝T₃-T₄；只有保证建立等效热阻模型前后热管组3通过相同热量情况下，温差相等，才能保证建立等效热阻模型前后的热管组3在热力学上等效。

本实用新型中，由于建立等效热阻模型前后，热管组3的热阻相等故先计算建立等效热阻模型前热管组3的热阻。建立等效热阻模型前热管组3由四条传热路径组成，每条路径都有它自己的热阻，可以根据傅里叶导热定律推导出热阻的表达式，其中，q为通过传热路径横截面的热流量，λ为物体的导热系数，A为传热面的面积，为导热方向上的温度梯度。

本实用新型中，以推导热阻的过程为：

以差分格式近似偏导数项

根据电阻＝电压降/电流，根据热阻＝温度降/热流(单位时间内通过截面传递的热量)，得到热阻其中，△T为传热路径的温差，△x为传热路径的长度。

本实用新型中，步骤1.3中，建立等效热阻模型前的热阻为其中，R₁为第一路径的热阻，R₂为第二路径的热阻，R₃′为第三路径和第四路径并联后的热阻，第三路径的热阻为R₃和第四路径的热阻为R₄，并联后的热阻 d₁为热管组3的厚度，S₁为热管组3与导热胶层6的接触总面积，S₂为热管组3横截面的总面积，S₃为热管组3与散热翅片4的接触总面积，l₂为第二路径的长度，l₃为热管组3嵌入散热翅片4的深度，λ_Pipe-r为热管组3径向的导热系数，λ_Pipe-a为热管组3轴向的导热系数。

本实用新型中，由此可知建立等效热阻模型前热管组3的热阻只与热管组3的热物性和尺寸有关，因此，在热管组3及其安装方式确定的情况下，建立等效热阻模型前热管组3的热阻是确定的。

本实用新型中，一般情况下，由得知，建立等效热阻模型之后热管组3的横截面积由电池的尺寸确定，厚度由质量守恒定律确定，由R_Pipe＝R_Pipe-Model，确定出建立等效热阻模型之后热管组3的导热系数至此，已经成功地将弯曲的传热路径模化成平直的传热路径。

本实用新型中，当弯曲的传热路径被等效成平直的传热路径之后，需用通过热阻模型将结构复杂的零部件等效成结构规则的实体，对于电池、导热硅胶片、导热胶层6和电池模组5的外壳这四种元件，它们的外形比较规则，不需要特殊处理；但对于散热翅片4来说，则需要通过热阻模型将其等效成规则的实体。

本实用新型中，在建立散热翅片4的等效热阻模型前，散热翅片4在主传热方向上由两条传热路径并联，这两条传热路径分别是第五路径和第六路径，其中，第五路径为热量从散热翅片4的基板18底面传递到散热翅片4的翅片19顶面的路径，第六路径为热量从散热翅片4基板18底面传递到基板18顶面的路径；建立散热翅片4的等效热阻模型后，散热翅片4变成了一个规则的形状。为了保证建立散热翅片4的等效热阻模型前后的散热翅片4有相同的热力学特性，在通过相同热量时，建立散热翅片4的等效热阻模型前后散热翅片4的温差相等，于是根据傅立叶导热定律的差分格式可以推导出建立散热翅片4的等效热阻模型前后散热翅片4的热阻相等，即R_Fin＝R_Fin-Model。

本实用新型中，在建立散热翅片4的等效热阻模型前，散热翅片4两条传热路径上的热阻分别为和建立散热翅片4的等效热阻模型前散热翅片4的热阻由这两个热阻并联而成，由此可得，建立散热翅片4的等效热阻模型前散热翅片4的热阻只与散热翅片4的热物性和尺寸有关，因此，在散热翅片4的结构和材料确定之后，建立散热翅片4的等效热阻模型前散热翅片4的热阻是确定的；在建立散热翅片4的等效热阻模型后，散热翅片4热阻为一般情况下，建立散热翅片4的等效热阻模型之后散热翅片4的横截面积由电池的尺寸确定，厚度由质量守恒定律确定，因此可以确定出建立散热翅片4的等效热阻模型之后热管组3的导热系数至此，已经成功地将不规则的元件模化成规则的元件。

本实用新型中，第三步是集中参数化的1D传热模型建立。当固体内部的导热热阻远小于其表面的换热热阻时，任何时刻固体内部的温度都趋于一致，以致可以认为整个固体在同一瞬间均处于同一温度下。

本实用新型中，通过步骤1.1～步骤1.4的等效热阻模型的建立，主传热路径由路径弯曲、元件不规则的特性被等效成路径平直、元件规则的特性，在此基础上，以每个元件为节点，对等效热阻模型建立后的主传热路径建立一个集中参数化的1D传热模型，每个元件的传热过程对应地用一个偏微分方程描述：

电池传热过程：

导热硅胶片传热过程：

电池模组5外壳传热过程：

导热胶层6传热过程：

热管组3传热过程：

散热翅片4传热过程：

本实用新型中，沿着主传热路径建立起1D坐标系，坐标原点位于电池顶端，x轴正方向为主传热方向，通过集中参数法，将固体的温度用固体中心点的温度表示，T_Cell表示电池的温度，T_Glue1表示导热硅胶片的温度，T_Plate表示电池模组5外壳的温度，T_Glue2表示导热胶层6的温度，T_Pipe表示热管组3的温度，T_Fin表示散热翅片4的温度。

本实用新型中，在主传热路径上的初始温度确定的情况下，上述6个偏微分方程联立起来具有确定解。为了便于计算，借助有限差分法和平衡法进行降阶。继而上述6个偏微分方程可以对应地衍生出6个线性方程，这个6个线性方程同样具有确定解。

本实用新型中，对于某时刻t+△t(t为上一个时刻，△t为时间维度上的增量)，先对电池传热过程进行求解，随后依次对导热硅胶片、电池模组5外壳、导热胶层6、热管组3和散热翅片4的传热过程进行求解，得到t+△t时刻主传热路径上各元件的温度值，并以此为基础向下一时刻逐步推进求解，得到任一时刻主传热路径上各元件的温度值，从而得到所有时刻主传热路径上各元件的温度值。

传热方程的求解过程以对电池传热过程的求解为例：

式(1)描述了电池传热过程的方程，方程等号左边的这一项表示电池内能的增加率，温度对时间的偏导数可以用差分格式近似为

等号右边第一项为电池的发热功率，已知，等号右边第二项为电池通过与导热硅胶片的接触面传递给导热硅胶片的热流量，这部分热流量可以近似为

将式(2)和式(3)代入式(1)中得

在求解t+△t时刻的电池温度时，t时刻主传热路径上的温度已知，因此可以根据式(4)计算出t+△t时刻电池的温度，类似地可以计算出导热硅胶片、电池模组5外壳、导热胶层6、热管组3和散热翅片4的温度，并以此为基础向下一时刻逐步推进求解，继而得到所有时刻主传热路径上各元件的温度。

本实用新型中，主传热路径上的传热过程可以用线性方程组来描述，由于上述式中的偏微分方程组具有确定解，因此它们衍生出来的线性方程组也具有确定解，衍生出来的6个线性方程具有10个独立的变量，分别是T_Cell,T_Glue1,T_Plate,T_Glue2,T_Pipe,T_Fin,T_Init,h,T_f，一般情况下，在设计冷却系统时，整个动力电池系统的初始温度是确定的，则T_Init已知，因此，在电池发热功率对流换热系数h和冷却工质温度T_f确定的情况下，可以计算出电池的温度T_Cell。

本实用新型中，最后根据数值计算的结果选择冷却方案。在上一步中，输入电池的发热功率、冷却工质温度，求解出不同对流换热系数对应的电池温度，根据对电池最高温度的限制确定出系统所需要的对流换热系数h；当h＝20～60w/m2-k时选择自然冷却方案，普通的自然冷却过程中，对流换热系数最大只有25w/m2-k，但当电动汽车在行驶过程中，散热翅片4与环境空气存在相对运动，可以直接通过散热翅片4大量散热；当h＝20～100w/m2-k时，选择强制风冷散热，在散热翅片4外设置风道外壳14；当h＝500～15000w/m2-k时，选择液冷散热，在散热翅片4外设置液冷流道外壳7；在h＝20～60w/m2-k时，可以依据实际情况选择自然冷却或强制风冷的模式，强制风冷的冷却工质的温度可以比较低，例如，当夏天的外温为40℃时，自然冷却工质的温度只能是40℃，但强制风冷可以先将空气的温度冷却到20℃，然后用于冷却电池，这样散热效果更好，而自然冷却的设备、能耗和成本则相对较低。冷却装置的模式确定。

本实用新型解决了现有技术中，冷却方式基本是单一的自然冷却、风冷和液冷，而导致的无法兼顾冷却效率、系统复杂程度和安全性，同时，现有技术中的冷却方式为固定式，没有扩展性，针对一种产品只能固定采用一种冷却模式的问题，通过在电池箱体1内并列设置若干电池模组群2，为每个电池模组群2配合设置热管组3，热管组3的两端部穿过电池箱体1后连接散热翅片4，采用热管组3建立高速的传热通道，可以快速、均匀地将电池模组群2产生的热量传递到电池箱体1的外部；电池模组群2产生的热量被传递到电池箱体1的外部之后，可以利用自然风将该热量传递到外部环境中去，散热翅片4裸露在空气中，散热翅片4随电动汽车运动，与环境空气存在相对运动，这样即节省了成本、能耗和空间，同时又强化了换热，提高了散热速度，也可以装配其他的机构，为不同的产热量的电池模组群2适配风冷通道或液冷通道，可以兼有冷却效率高、系统复杂程度低和安全性高的优势，同时可扩展性强，冷却方式可以依据产品的实际需求随机调整，标准化程度高；有别于现有技术，冷却工质不进入电池箱体1内部，对于强制风冷来说电池箱体1很容易做到IP67，对于液冷则是完全避免了冷却液在电池箱体1内部泄漏的风险，轻松实现电池箱体1的IP67设计，节省了空间与成本，提高了动力电池系统的安全性。

Claims (7)

1.一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置，包括电池箱体，其特征在于：所述电池箱体内并列设有若干电池模组群，所述电池模组群配合设有热管组，所述热管组的两端部穿过电池箱体，所述热管组的两端部连接有散热翅片。

2.根据权利要求1所述的一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置，其特征在于：所述电池模组群包括并列设置的2排电池模组，所述热管组设于2排电池模组间，所述热管组和任一电池模组间还设有导热胶层。

3.根据权利要求2所述的一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置，其特征在于：所述散热翅片外侧包覆设有液冷流道外壳，所述任一液冷流道外壳上设有冷却液入口和冷却液出口，所述2个液冷流道外壳上的冷却液入口通过分流管连接冷却液输入管，所述2个液冷流道外壳上的冷却液出口通过汇流管连接冷却液输出管。

4.根据权利要求3所述的一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置，其特征在于：所述冷却液入口和冷却液出口均设置在液冷流道外壳的前端部。

5.根据权利要求2所述的一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置，其特征在于：所述散热翅片外侧包覆设有风道外壳，所述任一风道外壳上设有冷却风入口和冷却风出口。

6.根据权利要求5所述的一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置，其特征在于：所述冷却风入口设于风道外壳的前端，所述冷却风出口设于风道外壳的后端。

7.根据权利要求6所述的一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置，其特征在于：所述冷却风出口处配合设有风扇。