CN208256862U - 一种纯电动汽车电池水冷结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种纯电动汽车电池水冷结构，用于新能源汽车电池系统的冷却散热，水冷结构由金属板和塑料底托相互连接组成，所述金属板用于与电池模组直接接触，所述塑料底托包括内部水路、进水管和出水管，所述内部水路由U型水路并列排布构成，每个U型水路上设有用于和进水管和出水管相连的进水口和出水口；工作时冷却液从进水管流入经内部水路循环后经出水管流出，电池模组内的芯体通过水冷结构与冷却液进行热交换。该结构可满足电池系统的冷却、降温以及温度均一性的热管理要求，并通过优化水冷结构的材料、结构来降低水冷结构的重量以及成本。

Description

一种纯电动汽车电池水冷结构

技术领域

本实用新型涉及新能源车辆电池系统的冷却散热领域，具体涉及一种纯电动汽车电池水冷结构。

背景技术

目前新能源汽车以及相关的产业迎来快速的发展，而纯电动汽车的核心就在于电池系统。纯电动汽车上锂离子电池组内过高的温度会导致化学能转化为电能的速率过快，造成电解液分解等有害反应的速度加快，永久性的损坏电池的化学结构，导致电池寿命的缩短；而在低温条件下，电池内电解液活性低，锂离子的扩散速度回降低，电池内阻增加，放电容量会显著降低，并且充电期间内压上升较快，影响电池的使用安全；同时电池组内的温度不均会导致锂电池容量分布不均，缩短整体电池组使用寿命，降低整车性能。

通过高效的热管理不仅能够使电池车电池组工作处于合理的温度工作区间，而且可以排除由于热失控而产生的一系列潜在的危险，对于保证电池组的电性能、均一性和安全性具有重要作用，因此是新能源汽车发展的重要技术环节。

电池系统的冷却方式可以分为风冷、水冷以及相变冷却。

风冷的散热效率低，导致电池散热效果较差；相变冷却的结构复杂，并且大幅的温降并不利于电池的热管理；水冷可以较好的满足电池的冷却需求同时结构简单，易于实施，因此成为大部分主机厂的选择。

以下分别列举了四款车型的水冷结构进行对比说明：

特斯拉液冷：Tesla Roadster电池系统使用了三元18650电芯，采用液冷方式，冷却液为水和乙二醇的混合物(比例为1:1)，完整的电池系统由10个电池模组构成，每个模组都有单独的冷却液分支管路，冷却液的进出口设置在模组的底部，靠近电池箱体的后部。

每个电池模组的冷却液分支管路进、出口分别有两个，并与电池箱体后下方的管路相连并汇流到主循环管路中，模组内部的管路为扁平状，这种设计可以最大限度的利用电芯之间的缝隙布置管路并使冷却液流量最大化。

电池系统中的每只电芯附近均布置有冷却管路，冷却管路与电芯间填充有绝缘导热胶质材料，固化后非常坚硬，具有固定管路、导热、绝缘的作用，冷却管路中的流道平行排布有四个分支流道，这样使冷却液在管路中分布的更均匀，利于缩小电芯间的温差。但工艺复杂、质量较大、成本高昂。

雪佛兰Volt液冷：

Volt使用了聚合物电芯，采用液冷方式，冷却液主管路在模组的两侧下方，每两个电芯和一块带有冷却液流道的散热板组成一个基本单元，电芯表面与散热板紧密贴合，使电池产生的热量能够迅速的传导至散热板并被冷却液带走。电池系统的T形垂直面的冷却液通过软管流入、流出后排座椅下方电池模组中间的导水板中，并通过导水板分向两侧的模组冷却管路，使整个电池系统的冷却液管路形成一个完整的回路。

每个电芯都有一个外壁面与散热板贴合，由于聚合物电芯的外包装有绝缘特性，因此散热板和电芯之间无需绝缘处理，这样紧密贴合的方式更有利于热量从电芯散热，每个散热板内部还有9条细小的冷却液流道，增加散热板的散热能力，主管路是通过层叠式结构层层密封形成的，对空间的利用及连接可靠性上都很好，但制造相对困难。

宝马i3液冷：宝马i3一直使用的电芯是方形铝壳，NCM，由三星SDI提供。宝马i3电池包共有8个模组组成，每个模组有12个电芯，共计96个电芯，串联。宝马i3的水冷结构简单，但是长度过长，且底部需要加装隔热海绵等措施，电池模组的温度均一性较差。

吉利帝豪EV：吉利帝豪的水冷结构简单，但是同样有着长度过长，且底部需要加装隔热海绵等措施，电池模组的温度均一性较差。

由以上四种车型的水冷结构进行分析，特斯拉的水冷结构过于复杂导致制造工艺以及成本十分高昂；雪佛兰的结构设计十分精巧，但是需要制作大量的水冷结构来对电池系统进行冷却，工艺以及成本同样十分高昂；而宝马以及吉利的水冷结构设计简单，但管路过长，并且底部需要安装隔热海绵等部件，对于电池系统的温度均一性性能较差，并且成本也会有一定程度的增加。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种纯电动汽车电池水冷结构，用以满足电池系统的冷却、降温以及温度均一性的热管理要求，并通过优化水冷结构的材料、结构来降低水冷结构的重量以及成本。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种纯电动汽车电池水冷结构，用于新能源汽车电池系统的冷却散热，水冷结构由金属板和塑料底托相互连接组成，所述金属板用于与电池模组直接接触，所述塑料底托包括内部水路、进水管和出水管，所述内部水路由U型水路并列排布构成，每个U型水路上设有用于和进水管和出水管相连的进水口和出水口；工作时冷却液从进水管流入经内部水路循环后经出水管流出，电池模组内的芯体通过水冷结构与冷却液进行热交换。

进一步的，所述金属板由铝、不锈钢、铜、合金其中的一种构成。

进一步的，所述塑料底托由塑料和碳纤维其中的一种构成。

进一步的，所述金属板的厚度为1mm。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案所带来的有益效果是：

1.本实用新型通过优化水冷结构，能够将电池芯体的温度从最高的34.54℃降低至32.9℃，降低了1.64℃，降幅为4.7％。

2.本实用新型同时能够降低电池模组内的温度差从最大的4.44℃降低至1.62℃，降低了2.82℃，降幅为63.5％。

3.本实用新型可通过优化电池水冷结构的材料，以降低重量，从原0.7722kg降低至0.5488kg，重量减轻了0.2234kg，降幅为29％；

4.同时塑料底托以及进、出水管采用塑料结构的设计可以减少底部散热海绵的部件、降低成本，同时也大幅降低水冷结构的加工、制造成本；

5.本实用新型消除了存在焊接缝冷裂纹、气孔、虚焊等问题出现的可能，降低水冷结构泄露风险

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是塑料底托的结构示意图。

图3是本实用新型具体实施例一中U型水路内水流方向示意图。

图4是本实用新型具体实施例二中U型水路内水流方向示意图。

图5是本实用新型具体实施例三中U型水路布置及内水流方向示意图。

图6是本实用新型具体实施例四中U型水路布置及内水流方向示意图。

附图标记：1-进水管，2-出水管，3-金属板，4-U型水路

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

如图1和图2所示，本实用新型保护一种纯电动汽车电池水冷结构，用于新能源汽车电池系统的冷却散热，水冷结构为长方形或正方形结构，由金属板3和塑料底托组成，金属板3用于与电池模组直接接触，塑料底托包括内部水路、进水管1和出水管2，内部水路由U型水路4并列排布构成，U型水路4上设有用于和进水管1和出水管2相连的进水口和出水口。

以下通过几个具体实施例对本实用新型做进一步说明：

具体实施例一

参见图3，塑料底托内部水路呈U型结构，电池模组布置在水冷结构上，①、②为入口，③、④为出口，电池模组内的芯体会通过水冷结构与冷却液进行热交换，水冷结构内的冷却液在和电池模组内的芯体进行热交换之后，温度上升，所以出水为热水，导致同一模组的电池芯体的温度差较大，这会极大的影响电池系统的寿命。

通过CAE仿真的手段得到各个电池芯体的最高温度，结果如下表1：

表1

由表1可知，电芯温度最高为B1，为34.54℃，电芯温度最低为A1，为30.1℃，温度差为4.4℃，温度差较大。

具体实施例二

参见图4，更改冷却水流动方向，①、③为入口，②、④为出口，分析结果如下表2：

表2

由表2可知，电芯温度最高为B8，为34.11℃，电芯温度最低为A1，为32.11℃，温度差为2℃，温度差得到优化。

具体实施例三

参见图5，更改冷却流道结构并增加U型水路，②、④、⑤、⑦为入口，①、③、⑥、⑧为出口，分析结果如下表3：

表3

由表3可知，电芯温度最高为B5，为33.35℃，电芯温度最低为A1，为31.69℃，温度差为1.66℃，最高温度以及温度差均得到优化。

具体实施例四

参见图6，更改冷却流道结构，将4流道的内部流道增加为22个流道，分析结果如下表4：

表4

由表4可知，电芯温度最高为A6，为32.9℃，电芯温度最低为A1，为31.29℃，温度差为1.62℃，最高温度以及温度差均得到优化。

由于电池模组只需要底部和进行热传导工作的金属板接触即可，所以底托的复杂流道以及进出水管等结构设计均可以使用塑料部件进行代替，这样可以对水冷结构进行减重，塑料结构的加工工艺及成本均较金属的成本低，可以大幅降低水冷系统的生产成本。

以长宽高为334mm*323.5mm*4mm，密度为2700kg/m³的金属铝板举例，铝板整体体积为4.32E-4m³，内部流道的体积为1.46E-4m³，则铝板的重量为0.7722kg，如果顶部替换为310mm*322mm*1mm的铝板，底托替换为密度为1500kg/m³的塑料，则整个水冷结构的重量为0.5488kg，重量降低了0.2234kg，降幅为29％。

具体的，本实用新型水冷结构可以应用但不局限于柱状电池、软包电池、硬包电池以及大型电池的散热冷却以及低温加热；水冷结构可以应用于但不局限于单个电池模组的小型水冷结构以及多个电池模组并排的大型水冷结构。

本实用新型的水冷结构可以整体使用铝板、不锈钢、铜、合金等导热性能好的材料构成。

与电池模组相接触的金属板可以为铝板、不锈钢、铜、合金等导热性能好的材料构成，但不仅限于以上金属；金属板可以使用冲压、铸造等方式生产。

塑料底托的内部水路可以为2路、4路、6路、8路等数量组成，但不局限于此上述的数量。塑料底托可使用塑料、碳纤维等等易成型的材质，可以使用注塑、压塑等工艺生产；金属板和塑料底托可以使用黏胶进行粘结，但不仅限于黏胶，同样可以使用楔形等结构进行连接保证密封性；

此外，在一定条件下可以去除金属板，使用电池模组与底部的塑料底托进行相连，进一步节省金属板的重量同时提升冷却液到电池模组的热传导，提升散热性能。

本实用新型并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本实用新型的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种纯电动汽车电池水冷结构，用于新能源汽车电池系统的冷却散热，其特征在于，所述水冷结构由金属板和塑料底托相互连接组成，所述金属板用于与电池模组直接接触，所述塑料底托包括内部水路、进水管和出水管，所述内部水路由U型水路并列排布构成，每个所述U型水路上设有用于和进水管和出水管相连的进水口和出水口；工作时冷却液从进水管流入经内部水路循环后经出水管流出，电池模组内的芯体通过水冷结构与冷却液进行热交换。

2.根据权利要求1所述一种纯电动汽车电池水冷结构，其特征在于，所述金属板由铝、不锈钢、铜、合金其中的一种构成。

3.根据权利要求1所述一种纯电动汽车电池水冷结构，其特征在于，所述塑料底托由塑料和碳纤维其中的一种构成。

4.根据权利要求1或2所述一种纯电动汽车电池水冷结构，其特征在于，所述金属板的厚度为1mm。