CN209056577U - 一种动力电池均温液冷系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种动力电池均温液冷系统，包括电池模块和液冷板，电池模块具有至少一个电池，液冷板设置于电池模块底部，液冷板内设置有第一液体流道和第二液体流道，第一液体流道的第一端和第二液体流道的第一端连接，第一液体流道和第二液体流道同时从各自的第一端沿液冷板的周向方向并绕过各自的第一端延伸至各自的第二端。本实用新型的主要结构特点是结构简单、高效、成本低、加工工艺要求不高。通过改变动力电池组液冷板结构和液体流道的布置方式，确定了合适的流体域面积，使得流动液体漩涡减少、动能损失减小，保证了动力电池能够以相同的散热条件和散热速率对外释放热量。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种动力电池液冷技术领域，具体地说是一种动力电池均温液冷系统。
背景技术
目前，电动汽车的关键技术在于动力电池，而动力电池的性能受温度影响最明显，温度过高或过低都影响其性能的发挥，甚至引起热失控、电池内部短路等安全问题。动力电池在使用时，动力电池的温度会急剧上升，热交换过程中能量损失大，对动力电池的冷却效果不好，同时也消耗了更多的电量，降低了电动汽车的续航里程，而且导致动力电池系统中动力电池的性能一致性差，进而影响整个动力电池系统的工作性能、寿命和安全。
现有动力电池液冷系统对电池降温温度控制不均匀，如图4和图5所示，将两个电池放置在两块液冷板上，两块液冷板外部采用U型管连接，两个电池的示意性温度分布图，两组电池温差在同一水平切面上相差较大，距离进液口近的电池模块温度整体温差不大，但是距离出液口近的电池模块温度却表现的温度过高，并且两个电池的温度差达到22K。由于电池采用的单纯的电芯材料的导热系数(19W/mK)，没有涉及高导热的铝合金框架，上述温差水平应比真实情况偏大。尽管如此，但在实际情况中，上述分离的串联设计造成的同一水平面的电池温度差异也会很大，应该有6～10℃。从液冷板加工设计的角度来讲，较窄的液冷板宽度150(mm)比较容易铝挤保证平面度，但是相较于更宽的液冷板宽度300(mm)，增加了一倍的堵头焊接量和水嘴焊接量，成本并不会有所降低，相反这种设计还增加了液冷板泄漏风险及额外的装配量。
实用新型内容
本实用新型针对现有电池液冷系统对动力电池降温控制的不足，提供一种动力电池均温液冷系统，结构简单、降温效率高，能够使动力电池间处于相同的散热条件，保证动力电池以相同的散热速率对外释放热量。
具体地，本实用新型提供了一种动力电池均温液冷系统，其包括：
电池模块，其具有至少一个电池；和
液冷板，设置于所述电池模块底部，所述液冷板内设置有第一液体流道和第二液体流道；
所述第一液体流道的第一端和所述第二液体流道的第一端连接；且
所述第一液体流道和所述第二液体流道同时从各自的第一端沿所述液冷板的周向方向并绕过各自的第一端延伸至各自的第二端。
可选地，所述第一液体流道和所述第二液体流道均包括多个第一直线区段和多个第二直线区段；
每个所述第一直线区段与所述液冷板的长度方向平行；
每个所述第二直线区段与所述液冷板的宽度方向平行。
可选地，所述第一液体流道和所述第二液体流道的横截面轮廓为矩形，宽度为10mm至14mm，高度为4mm至6mm。
可选地，所述液冷板的上表面的一端的两侧分别设置有两个液体流道接头，分别连接于所述第一液体流道的第二端和所述第二液体流道的第二端。
可选地，所述液冷板的长度为750mm至780mm，宽度为290mm至310mm，厚度为7mm至9mm。
可选地，所有所述第一直线区段的数量为10至14个；
所有所述第二直线区段的数量为8至12个。
可选地，所述液冷板的材质为铝6061，密度为2.9g/cm3，采用铝挤型工艺制成。
可选地，所述电池模块包括两个电池。
本实用新型的一种动力电池均温液冷系统，主要结构特点是结构简单、高效、成本低、加工工艺要求不高。通过改变动力电池组液冷板结构和液体流道的布置方式，确定了合适的流体域面积，使得流动液体漩涡减少、动能损失减小，液冷板采用一体化的设计更有利于动力电池均匀散热，解决了现有液冷板带来的电池组温度不一致的缺陷，保证了动力电池能够以相同的散热条件和散热速率对外释放热量。很大程度上降低了动力电池因温度控制不均造成的燃烧、爆炸，从而提高电池使用寿命。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本实用新型一个实施例的动力电池均温液冷系统的示意性结构图；
图2是图1中液冷板的示意性结构图；
图3是图1中动力电池均温液冷系统的两个电池的示意性温度分布图；
图4是现有动力电池液冷系统的示意性结构图；
图5是图4中动力电池液冷系统的两个电池的示意性温度分布图。
具体实施方式
根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。
图1是根据本实用新型一个实施例的动力电池均温液冷系统的示意性结构图。如图1所示并参考图2和图3，本实用新型实施例提供了一种动力电池均温液冷系统。该动力电池均温液冷系统包括电池模块和液冷板20。具体地，电池模块，具有至少一个电池30。
液冷板20设置于电池模块底部，液冷板20内设置有第一液体流道21和第二液体流道22，第一液体流道21的第一端和第二液体流道22的第一端连接。第一液体流道21和第二液体流道22同时从各自的第一端沿液冷板20的周向方向并绕过各自的第一端延伸至各自的第二端。液冷板20一体化设计，同时作用在一个或者多个电池30上，充分利用闲置空间，为动力电池提供更大的散热面积，省去外部的U型管连接，更利于安装和后期维护。且第一液体流道21和第二液体流道22采用的是蜗牛式交叉循环方式布置，液体从外围向内流，再从内流出，交叉控温。
在本实用新型的一些实施例中，第一液体流道21和第二液体流道22均包括多个第一直线区段和多个第二直线区段。每个第一直线区段与液冷板20的长度方向平行，每个第二直线区段与液冷板20的宽度方向平行。所有第一直线区段的数量为10至14个，所有第二直线区段的数量为8至12个。优选地，第一直线区段的数量为12个，第二直线区段的数量为11个。
在本实用新型的一些实施例中，第一液体流道21和第二液体流道22的横截面轮廓为矩形，宽度为10mm至14mm，高度为4mm至6mm。优选地，宽度为12mm，高度为5mm。
在本实用新型的一些实施例中，液冷板20的上表面的一端的两侧分别设置有两个液体流道接头，分别连接于第一液体流道21的第二端和第二液体流道 22的第二端。液冷板20的尺寸为(长×宽×高)765×300×8(mm)，采用铝板且由铝挤型工艺制成，材质为铝6061，密度为2.9g/cm3。电池模块包括两个电池30。
本实用新型还对动力电池均匀液冷系统温度变化过程进行了仿真和具体地实物试验。具体仿真步骤：
(1)初始化模型及参数准备
电池30是由正负极板，电解液，PE隔板，电池壳，电池大盖，电池小盖等结构组成，使用Flowsimulation建立电池30模型进行电池30的温升和液冷板20降温的仿真模拟时，根据提供的电池30数据对电池30组进行简化，简化后必须保证模型与实际相符，因此我们将电池30内部以及外部的各部分材料假设为一个是完整的均匀体，各部密度、能耗均一致，且外形尺寸必须与真实模块相同，同时假设电池30的比热容不随电池30的温度变化而变化，也不随电池30的SOC(电量剩余)值变化而变化。假设电池30在同一方向的导热率均相等，而且电池30各方向的导热率不随电池30温度的变化而变化，也不随电池30SOC值的变化而变化。电池30在恒流放电时电池30各部分的生热速率都是均等的。
(2)现有电池液冷系统对电池30降温温度控制不均匀，对其流道和外部连接方式进行研究，设计出2倍于如图4所示液冷板宽度的新型液冷板20，也即设计宽度为300mm。
(3)电池热效应分析：动力电池的热量计算公式：其中λ为固体导热系数，A为垂直于热流密度方向面积，Δx电池的厚度。电池中的热传递表达公式：其中m为电池的重量，Cp表示电池的比热容，温度的变化率，Heatgen指电池的内部发热，hA(Ts-Ta)表示对流给热，h表示对流换热系数，辐射热的变化率，Ts表示为电池温度，Ta表示环境温度。
(4)设置初始条件及边界条件
仿真模型建立，包括第一液体流道21和第二液体流道22布置，流体域面积大小控制，进出口位置改变，电池大小。为使结果更容易与本方向先进水平对比和接轨，采用国际单位制SI。内部分析类型，排除不具备流动能力的腔，使用固体内热传导类型。使用重力，重力向下。液体在实际企业中使用水加乙二醇的混合物，再此为了计算简便，使用单一液体——水，流动类型使用层流和湍流。材料合金为铝挤型工艺常用材料铝6061。设置绝热壁面，粗糙度设置为0，绝对理想状态下求解。温度采用我们取进口给定入口质量流量，设出口为环境压力(一个大气压)。
(5)划分网格进行计算
划分整体网格为3级，对电池30进行6级网格细化，重点突出电池30这个细部特征，生成自适应网格从而获得相对精确结果，对流体进行6级细化，迭代次数384次。
进一步地，仿真时环境温度为297.3K，电池功率700w，电池等效密度 2008kg/m，比热容1121J，热导率19W/(m×k)，电池传导类型为各向同性，给定入口质量流量为0.16667kg，设出口为环境压力101325pa。对固体计算平均温度和最高温度，全局网格3级，局部网格细化到5级。
通过上述仿真分析发现，以及通过实物具体试验发现，动力电池均匀液冷系统的两个电池30之间的温度对比结果如图3所示，很容易看出两块电池30 温度曲线居然近似拟合，温度保持的非常同步，这对电池30性能一致性是一种理想的保障。同时温度一致保证寿命大体一致。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (8)
1.一种动力电池均温液冷系统，其特征在于，包括：
电池模块，其具有至少一个电池；和
液冷板，设置于所述电池模块底部，所述液冷板内设置有第一液体流道和第二液体流道；
所述第一液体流道的第一端和所述第二液体流道的第一端连接；且
所述第一液体流道和所述第二液体流道同时从各自的第一端沿所述液冷板的周向方向并绕过各自的第一端延伸至各自的第二端。
2.根据权利要求1所述的动力电池均温液冷系统，其特征在于，
所述第一液体流道和所述第二液体流道均包括多个第一直线区段和多个第二直线区段；
每个所述第一直线区段与所述液冷板的长度方向平行；
每个所述第二直线区段与所述液冷板的宽度方向平行。
3.根据权利要求1所述的动力电池均温液冷系统，其特征在于，
所述第一液体流道和所述第二液体流道的横截面轮廓为矩形，宽度为10mm至14mm，高度为4mm至6mm。
4.根据权利要求1所述的动力电池均温液冷系统，其特征在于，
所述液冷板的上表面的一端的两侧分别设置有两个液体流道接头，分别连接于所述第一液体流道的第二端和所述第二液体流道的第二端。
5.根据权利要求1所述的动力电池均温液冷系统，其特征在于，
所述液冷板的长度为750mm至780mm，宽度为290mm至310mm，厚度为7mm至9mm。
6.根据权利要求2所述的动力电池均温液冷系统，其特征在于，
所有所述第一直线区段的数量为10至14个；
所有所述第二直线区段的数量为8至12个。
7.根据权利要求1所述的动力电池均温液冷系统，其特征在于，
所述液冷板的材质为铝6061，密度为2.9g/cm3，采用铝挤型工艺制成。
8.根据权利要求1所述的动力电池均温液冷系统，其特征在于，
所述电池模块包括两个电池。
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