CN210607530U - 动力电池组R134a制冷剂直冷与热管耦合强化冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为动力电池组R134a制冷剂直冷与热管耦合强化冷却装置，属于电动汽车电池热管理领域，特别涉及动力电池制冷剂直接冷却的的换热装置。本装置提出一种新型的电池制冷剂直冷和热管复合冷却系统，通过在电池间布置扁状热管阵列与电池直接接触进行高效换热，将热量迅速传递至底置的蒸发冷板中，由其中的制冷剂蒸发进行高强度快速冷却，与间冷形式相比，实现制冷剂在膨胀阀节流后进入冷板直接蒸发换热急速冷却电池包，与主流的以宝马i3为代表的直冷技术相比，本实用新型提出的复合热管直冷技术可以进一步提升电动汽车电池包严苛工况下的换热能力，同时结构可靠性和轻量化也得到极大提升。

Description

动力电池组R134a制冷剂直冷与热管耦合强化冷却装置

技术领域

本发明属于电动汽车电池热管理领域，特别涉及动力电池快速冷却及热安全管理技术。

背景技术

随着新能源汽车中纯电动汽车的蓬勃发展，作为其中关键部件的动力电池的热管理逐渐受到越来越多的重视。车辆行驶过程中，动力电池放电会伴随会产生大量热量，使得整个电池包的温度迅速升高，若不及时有效处理则会影响电池性能和寿命，严重时甚至引起电池燃烧爆炸等热安全事故。因此，对动力电池进行高效的热管理就显得尤为重要。在市面上的各种热管理方式中，风冷、液冷以及Chiller间接冷却等形式已经有初步应用。

风冷形式由于换热系数小，只适用于产热较小的电池包。液冷常采用电池模组直接浸润在冷却液中的换热形式，或者液体冷却液直接进入电池之间的换热板或管道中带走热量的形式，虽然冷却效果较风冷明显提高，但这种冷却方式存在系统内冷却液体量大、电池包过重以及冷却液流经电池包内部容易引起漏液短路等安全隐患问题。目前已有的Chiller间接冷却形式虽然能实现制冷剂与冷却液之间的热量交换，但制冷剂与电池之间仍旧是间接换热的形式，这种二次换热效率低、效果差。同时，动力电池材料的发展越来越朝着高能量密度、高产热以及电池成组朝着大容量、长续航的方向快速发展，因此为保证这种发展态势下电池包最佳的热管理效果和电池材料的寿命和安全性，急需进一步提升电池组强化冷却技术及方法。

发明内容

本发明提出一种新型的电池制冷剂直冷和热管耦合的冷却装置，在电池组中阵列插入扁平热管阵列，电池组和扁平热管阵列共同放置在金属支撑板上方；分流器固定在在金属支撑板两侧，并与放置在金属支撑板下方的蒸发冷板连接；金属支撑板和蒸发冷板共同放置在下壳体中；上壳体放置在下壳体上方并与下壳体连接，上述组件共同构成该冷却装置。

通过扁平热管阵列与电池组直接接触进行高效换热，将热量迅速传递至底置的蒸发冷板中，制冷剂由入口的分流器从冷却装置外部流入蒸发冷板中吸收扁平热管阵列传递至蒸发冷板中的热量后再由出口的分流器流出，完成对电池组的高强度快速冷却，与间冷形式相比，实现制冷剂在膨胀阀节流后进入冷板直接蒸发换热急速冷却电池包的效果，可以进一步提升电动汽车电池包在高温、大负荷严苛工况下的最佳温度保障能力，同时热管理系统结构可靠性和轻量化也得到极大提升。

附图说明

图1：装置整体三维示意图及局部放大图

图2：电池组主视图及局部放大图

图3：金属支撑板结构示意图及局部放大图

图4：分流器结构示意图

图5：蒸发冷板结构示意图及局部放大图

图6：蒸发冷板内流道流向图

图7：上壳体、下壳体结构示意图及局部放大图

图8：上壳体、下壳体连接示意图及局部剖视图

图1-图8中：1-电池组、2-扁平热管阵列、3-金属支撑板、4-分流器、5-蒸发冷板、6-上壳体、7-下壳体、 8-单体块状电池、9-导热硅胶垫片、10-单体扁平热管、11-热管插入槽、12-支撑板固定肋、13-分流器固定凸台、14-角件结构、15-入口T形管、16-出口T形管、17-管箍、18-蒸发冷板内流道流向图、19-防水橡胶圈、20-分流器预留卡口、21-支撑板固定凸台、22-壳体固定孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

如附图1所示，在本实施例中，动力电池组R134a制冷剂直冷与热管耦合强化冷却装置由电池组1、扁平热管阵列2、金属支撑板3、分流器4、蒸发冷板5、上壳体6、下壳体7等部件组成；采用单体块状电池8竖直放置、单体块状电池8之间平行水平并列布置在金属支撑板3上的方式形成电池组1，电池组 1再与其他其他部件共同组成电池包23；通过采用制冷剂经分流器4结构进入在蒸发冷板5中直接蒸发，将扁平热管这列2从电池组1中获得并转移至蒸发冷板5中的热量带走，从而实现对整个电池包23的高效冷却。

如附图2所示，在本实施例中，上述扁平热管阵列2中的每一个单体扁平热管10的宽度等于单体块状电池8，高度略高于单体块状电池8，厚度为若干毫米，材料为铝；扁平热管阵列2与电池组1布置方式相同，单体块状电池8与单体扁平热管10交替间隔布置在金属支撑板3上。单体块状电池8与单体扁平热管10之间用与单体块状电池8侧面大小相同的导热硅胶垫片9填充，起到缓震和防穿刺的作用。

如附图3所示，在本实施例中，上述金属支撑板3上有高低错落的一个大槽和若干低于大槽的热管插入槽11，电池组1和扁平热管阵列2刚好放入方形大槽，每一个热管插入槽11则刚好可以置入一个单体扁平热管10。电池组1整体放入涂有导热硅脂的大槽中固定卡住，扁平热管阵列2通过伸出方形电池的部分直接插入金属支撑板的热管插入槽11中并用导热硅脂涂抹填充缝隙加强换热效果，并提供一定的缓震作用；金属支撑板3的左右两侧有用于支撑作用的，向下延伸的支撑板固定肋12直接与下壳体7相接触，避免下部蒸发冷板5直接承受上部组件的重量；下部空腔大小与蒸发冷板5大小相同。金属支撑板3左右两侧有若干突出的分流器固定凸台13，分别用于支撑左右两侧的分流器4，并采用管箍17螺栓连接固定住分流器4。金属支撑板3前后侧有若干的角件结构14，通过螺钉和下壳体7相互固定连接

如附图4所示，在本实施例中，上述分流器4包括一个入口分流器4和一个出口分流器5；每个分流器4上有一个总口和若干的的分支口；分支口分别与蒸发冷板5上的入口端或出口端通过橡胶管连接；入口分流器4和出口分流器4的总口通过管材连接至下壳体7上的分流器预留卡口20。

如附图5和附图6所示，在本实施例中，上述蒸发冷板5放置在金属支撑板3下部空腔中并与金属支撑板3直接接触，并用螺钉将金属支撑板3左右两侧带有固定孔的支撑板固定肋12和相应位置同样带有螺纹孔的蒸发冷板5相互固定连接；蒸发冷板5内有相互平行的若干制冷剂流道，内流道采用扁圆截面，且宽度明显高于截面高度，较大的内部表面积加强换热能力且更加保证了相变温度的一致性，且流道等间距设置；流道进出口都有伸出板体的一部分，每两个流道之间用一个倒立的入口T形金属管15或出口T 形金属管16与这两个流道焊接，入口T形金属管15或出口T形金属管16上部与分流器4的分支口用橡胶管相连。此外，在蒸发冷板5下布置一导热硅胶垫片9，减缓蒸发冷板5与下壳体7之间的摩擦振荡冲击，同时兼具一定的散热作用。

如附图7和附图8所示，在本实施例中，上述装置的上壳体6和下壳体7都采用高强度复合材料制成；下壳体7内部下表面有用于固定住金属支撑板3和蒸发冷板5的大槽；大槽边缘前后分布若干具有螺纹孔的支撑板固定凸台21，金属支撑板3通过螺钉将其前后侧的角件结构14与支撑板固定凸台21相互固定连接；上壳体6扣在下壳体7上，上壳体6和下壳体7的边缘都采用外翻结构，以便上壳体6和下壳体7连接更加稳定；且连接采用防水设计，下壳体7边缘表面挖有两个半圆槽道，遍部整个壳体边缘，在两个槽道中置有与槽道半径相同的圆截面防水橡胶圈19，在上壳体6对应位置处有同样半径的圆弧槽，上壳体6 圆弧不足半个圆弧，以便上壳体6和下壳体7连接时对防水橡胶圈有一定的挤压作用，使防水效果更佳；上壳体6和下壳体7边缘处有相互对应且用于连接的壳体固定孔22，采用螺栓连接使壳体间相互扣合，且固定连接时使用橡胶垫圈起到防水作用。

Claims (8)

1.动力电池组R134a制冷剂直冷与热管耦合强化冷却装置，其特征在于电池组(1)中阵列插入扁平热管阵列(2)，电池组(1)和扁平热管阵列(2)共同放置在金属支撑板(3)上方；分流器(4)固定在金属支撑板(3)两侧，并与放置在金属支撑板(3)下方的蒸发冷板(5)连接；金属支撑板(3)和蒸发冷板(5)共同放置在下壳体(7)中；上壳体(6)放置在下壳体(7)上方并与下壳体(7)连接，上述组件共同构成该冷却装置。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征是电池组(1)采用单体块状电池(8)竖直放置，单体块状电池(8)之间平行水平并列布置在金属支撑板(3)上的方式形成该电池组(1)。

3.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征是扁平热管阵列(2)中的每一个单体扁平热管(10)的宽度等于单体块状电池(8)，高度略高于单体块状电池(8)，厚度达若干毫米，材料为铝；扁平热管阵列(2)布置方式与电池组(1)的布置方式相同，单体块状电池(8)与单体扁平热管(10)交替间隔布置在金属支撑板(3)上，并用高导热硅脂涂抹在接触面上加强换热效果，并提供缓震作用；单体块状电池(8)与单体扁平热管(10)之间用导热硅胶垫填充，起到缓震和防穿刺的作用。

4.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征是金属支撑板(3)上面有高低错落的一个大槽和若干低于大槽的热管插入槽(11)，方形大槽刚好将电池组(1)和扁平热管阵列(2)放入，每一个热管插入槽(11)则刚好可以置入一个单体扁平热管(10)；电池组(1)整体放入涂有导热硅脂的大槽中固定卡住，扁平热管阵列(2)通过伸出方形电池的部分直接插入金属支撑板的热管插入槽(11)中并用导热硅脂涂抹填充缝隙加强换热效果，并提供缓震作用；金属支撑板(3)的左右两侧有用于支撑作用的，向下延伸的支撑板固定肋(12)直接与下壳体(7)相接触，避免下部蒸发冷板(5)直接承受上部组件的重量；下部空腔大小与蒸发冷板(5)大小相同；金属支撑板(3)左右两侧有若干突出的分流器固定凸台(13)，分别用于支撑左右两侧的分流器(4)，并采用管箍(17)螺栓固定住分流器(4)；金属支撑板(3)前后侧有若干的角件结构(14)，通过螺钉和下壳体(7)相互固定连接。

5.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征是分流器(4)由一个用作入口的分流器(4)和一个用作出口的分流器(4)构成；每个分流器(4)上有一个总口和若干的分支口；分支口分别与蒸发冷板(5)上的入口端或出口端通过橡胶管连接；入口分流器(4)和出口分流器(4)的总口通过管材连接至下壳体(7)上的分流器预留卡口(20)。

6.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征是蒸发冷板(5)放置在金属支撑板(3)下部空腔并与金属支撑板(3)直接接触，并用螺钉将金属支撑板(3)左右两侧支撑板固定肋(12)和蒸发冷板(5)相互固定连接；蒸发冷板(5)内有相互平行的若干制冷剂流道，内流道采用扁圆截面，且宽度明显高于截面高度，增强换热能力，且流道等间距设置；进出口都有伸出板体的一部分，每两个流道之间用一个倒立的入口T形金属管(15)或出口T形金属管(16)与这两个流道焊接，T形金属管上部与分流器(4)的分支口用橡胶管相连；此外，在蒸发冷板(5)下填充一导热硅胶垫片(9)，减缓蒸发冷板(5)与下壳体(7)之间的摩擦振荡冲击，并同时提供散热作用。

7.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征是上壳体(6)和下壳体(7)采用高强度复合材料制成；上壳体(6)和下壳体(7)边缘处有相互对应用于连接的壳体固定孔(22)，上壳体(6)扣在下壳体(7)上，通过螺栓连接；上壳体(6)和下壳体(7)的连接采用防水设计，边缘都采用外翻结构，以便上壳体(6)和下壳体(7)相合更加稳定；下壳体边缘表面挖有两个半圆槽道，遍部整个壳体边缘，在两个槽道中置有与槽道半径相同的圆截面防水橡胶圈(19)，在上壳体(6)对应位置处有同样半径的圆弧槽，但不足半个圆弧，以便上壳体(6)和下壳体(7)相合时对防水橡胶圈挤压作用，起到防水效果。

8.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征是下壳体(7)内部下表面有用于固定住金属支撑板(3)和蒸发冷板(5)的大槽；大槽边缘前后分布若干具有螺纹孔的支撑板固定凸台(21)，金属支撑板(3)通过螺栓将其前后侧的角件结构(14)与支撑板固定凸台(21)相互固定连接。

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