CN210984896U - 一种应用于动力电池液冷系统的直角型变结构冷却板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于动力电池液冷系统的直角型变结构冷却板，这种冷却板包含平行设置的两条流道，其流道包括多段直管段，其直管段的段数为奇数，且相邻的直管段之间通过直角作为拐角相连并呈连续变化；本实用新型还公开了一种带液冷组件的动力电池模组，其包括电池单体、绝缘导热片、冷却板、汇流排以及固定套件，电池单体并行排列且留有一定间隔，极耳位置扣装汇流排，并在两侧依次设置绝缘导热片和冷却板，然后通过固定套件限位固定。本实用新型能将电池温度控制在合理范围内的同时，进一步降低了电池模组内的温差。

Description

一种应用于动力电池液冷系统的直角型变结构冷却板

技术领域

本实用新型涉及新能源动力电池技术领域，具体涉及一种应用于动力电池液冷系统的直角型变结构冷却板。

背景技术

锂离子电池因具有自身单体电压高、比能量大、适宜工作温度范围大、使用寿命长等优点，成为了替代化石燃料的清洁能源首选，被广泛应用于新能源电动汽车上作为动力电池。

动力电池是电动汽车的动力源，其性能的发挥直接影响电动汽车动力性、经济性和安全性。温度过高，会加快电池副反应的进行和性能的衰减，严重时甚至会引起电池热失控从而会引发燃烧、爆炸等事故；温度过低，电池释放的能量和容量会显著降低，甚至引起电池容量不可逆性衰减。因此，对于电动汽车而言，动力电池是成组的，通过串或并的方式连接在一起，各单体之间温差(一致性)对电动汽车影响大，若一个单体损坏，电动汽车就将无法正常运行；对于锂离子电池的安全性而言，将其温度控制在合理范围内是极其关键的；合理高效的热管理系统能将电池温度和一致性控制在合理范围内，改善电池的性能和延长其使用寿命，从而保障电动汽车安全可靠地运行。因此，对动力(锂离子)电池模组的热管理进行研究具有重要理论和现实意义。其中热管流道结构研究对温度控制和温度一致性具有关键性影响。

目前，根据传热介质不同，可将动力电池热管理系统的冷却方式分为风冷、液冷、相变冷却式三大类。其中，风冷由于其自身的散热局限性，很难满足电池高负荷工况下散热要求；液冷凭借其较高的冷却效率和可靠性，得到广泛应用；相变材料冷却可很好地维持电池组的温度均匀型，但大部分相变材料热导率不高，成本较高。因此，采用液冷热管理结构进行动力电池散热被认为是整车热管理系统结构设计的首要选择。

当前动力电池液冷系统的冷却板流道结构主要有S型、回型、多流道并行结构等几大类，并可在此基础上改变进出口数量和位置分布、冷却板流道数目、流道的线型及间距等参数。其中，S型、回型冷却板有着较好的温差控制能力，多流道并行结构有着较好的液冷散热能力。综合考虑冷却板流道结构对电池温度场分布的影响，既要有良好的散热能力又要有良好的温差控制能力，因此有必要在其结构上进行优化以获得更佳的电池模组液冷散热的最终方案。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种应用于动力电池液冷系统的直角型变结构冷却板，该冷却板在传统S型流道的基础上根据电池温度场分布规律进行结构的重新设计，以提升电池模组液冷系统的冷却效果，并能有效控制电池模组在正常的工作温度范围内工作，提高电池温度的一致性，进而有效地提高电池组的寿命和性能。

本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种应用于动力电池液冷系统的直角型变结构冷却板，安装于动力电池模组两侧以对动力电池模组进行液冷冷却或者导热预热，包含平行设置的两条流道，并在流道的两端还分别设置有供导热液输入和输出的外端导流口；两条流道的流道结构和尺寸一致，分别设置于冷却板中心线的上、下两侧，其每条流道均由多段直管段和多个拐角组成，其直管段的段数为奇数，且相邻的直管段之间以直角方式作为拐角相连，同时所述流道在不同的直管段中的尺寸变化具有以下规律：

不同的直管段的横截面截面积在沿流道中导热液流经的方向上连续增大；

方向水平的直管段在流道中导热液流经的方向上的长度连续增加；

方向竖直的直管段在流道中导热液流经的方向上的长度连续减小。

作为进一步限定，导热液可以是经过预热处理的热导热液，也可以是冷导热液，即所述冷却板可用于电池温度过高时的冷却散热，也可以用于温度过低时的预热。

采用这种变结构流道能大大改善了传统S型流道中导热液从进液口开始因换热使导热液的温度升高，进而与冷却板流道后半程的换热能力下降的问题，导热液通过变结构流道能快速而有效地流经整个电池冷却板，实现对动力电池模组的有效散热，减小电池单体之间以及进液口与出液口之间的温差；解决了电池模组冷却效果不佳或者不均匀的问题；同时这种多拐角结构也能有效提高导热液的扰动，提升流道内各部分的导热性能。

另外，流道中各直管段或垂直或平行，平行的直管段与冷却板同侧顶/底端的距离不相同，垂直的直管段之间通过拐角连接的结构，也能有效增强导热液在流道内的扰动，提高换热系数，能更好地平衡电池冷却板各部分的换热能力，减小电池单体之间的温差。

一种带液冷系统的动力电池模组，包括动力电池模组以及液冷系统，所述动力电池模组包括并列设置的若干电池单体、汇流排，各电池单体之间留有间隙且位置相邻的电池单体之间的间距相等，并在电池单体的极耳位置通过汇流排以串联或并联的方式形成电池模组；而所述液冷系统主要包括冷却板、导热液，通过绝缘导热片安装于动力电池模组的两侧，所述冷却板采用具有上述结构特征的直角型变结构冷却板，其绝缘导热片紧靠于直角型变结构冷却板的内侧，并通过固定套件将整个电池模组和液冷系统紧密贴合及固定。

作为进一步限定，所述电池单体优选采用方形动力锂电池，冷却板只需通过绝缘导热片贴合在电池两侧，结构简单，体积小，易于安装到电动汽车上并且更容易达到更好的冷却效果。

作为进一步限定，所述电池模组两侧的冷却板采用非对称排布安装，一侧冷却板在安装固定后，另一侧的冷却板在对称状态下翻转180°后再进行安装，这种安装方式能使电池模组的温度一致性得到进一步提升。

作为进一步限定，所述固定套件将电池模组和贴合的冷却板进行固定。采用上述结构，使动力电池模组与冷却板紧密固定，并且易于拆卸。

作为进一步限定，所述流道截面为矩形，矩形结构的流道能使冷却板的散热更加均匀，电池模组的各部分最高温度更低，并且减小各部分温差。

有益效果：本实用新型公开的直角型变结构冷却板结构新颖，设计巧妙，在原有S型、回型、多流道并行流道基础上重新进行结构设计来提升电池模组液冷系统的冷却效果，使电池模组的最高温度降低到45℃以内，温差稳定在2～3℃之间，提升了电池模组液冷系统的冷却效果和电池温度的一致性，有利于延长电池组的寿命，同时，能通过导热液的替换,实现复杂工况下的电池模组散热和寒冷天气下的电池预热，减少新能源汽车的零部件数量，简化控制逻辑。

附图说明

图1为本实用新型的带液冷组件的动力电池模组的较佳实施例的组件爆炸图。

图2为本实用新型的较佳实施例的冷却板内部截面示意图。

其中：1、左侧冷却板；2、右侧冷却板；3、左侧绝缘导热片；4、右侧绝缘导热片；5、电池单体；6、固定套件；7、汇流排；8、电池极耳；9、流道；10、流道进液口；11、第一直管段；12、第二直管段；13、第三直管段；14、第四直管段；15、第五直管段；16、第六直管段；17、第七直管段；18、流道出液口；19、第一条流道；20、第二条流道；21、冷却板中心线；22、流道中心线。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示以及实施例，进一步阐述本实用新型。

在下述实施例中，在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心线”、“顶端”、“底端”、“垂直”、“平行”等指示的方位和位置关系均为基于附图所示的方位和位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位并对其进行构造，因此不能理解为对本实用新型的限制。

参见图1的一种带液冷组件的动力电池模组的实施例，本实施例的动力电池模组适用于电动汽车，其包括五个电池单体5、左侧绝缘导热片3、右侧绝缘导热片4、左侧冷却板1、右侧冷却板2、汇流排7以及固定套件6；相关尺寸参数为：

电池单体简化尺寸为120mm×66mm×18mm，电池单体之间的间隙距离为5mm。而冷却板尺寸为120mm×110mm×4mm。

电池单体5采用方形动力锂电池，如磷酸铁锂离子电池、三元锂离子电池等，在本实施例中，电池单体5采用三元锂离子电池单体。汇流排7主要是电流的载体，选铜，铜镀镍或铝等导电金属制成，在本实施例中，汇流排7为铜排；左侧绝缘导热片3和右侧绝缘导热片4要求导热效果好，重量轻，柔软，绝缘，防湿效果好的硅胶片材料制成；左侧冷却板1与右侧冷却板2由于在散热过程中会产生冷凝珠，因而其材料采用导热效果好，重量轻，高强度，韧性好的铝合金材料制成；导热液采用导热系数较高的50％水～50％乙二醇混合溶液；固定套件6选择具有紧固缓冲作用的耐磨性橡胶成型制成。

根据传热原理，温度由电池单体5内部通过电池单体5的壳体在两侧分别通过左侧冷却板1与右侧冷却板2的冷却板壳体传递给导热液，经过循环液冷系统，从而降低电池模组的温度和温差。

五个电池单体5之间留有相同距离的间隙用于空气自然对流，电池单体5的电池极耳8通过汇流排7连接成组，并通过绝缘导热片安装在左侧冷却板1和右侧冷却板2之间。

左侧绝缘导热片3和右侧绝缘导热片4在电池单体5的两侧分别安装于左侧冷却板1与右侧冷却板2之间，以将电池单体5与左侧冷却板1与右侧冷却板2隔离，起到绝缘和防湿的效果。

固定套件6安装在整个电池模组和冷却板外端，提升电池模组的结构稳定性，保证电池模组紧固的同时使电池模组和冷却板有更好的贴合效果，提高冷却板的冷却能力，固定套件6包括固定框架和螺钉螺母，固定框架安装在左侧冷却板1与右侧冷却板2外表面，并通过螺钉螺母进行锁紧，起到紧固作用的同时使左侧冷却板1、右侧冷却板2和左侧绝缘导热片3、右侧绝缘导热片4以及电池模组5更好地贴合在一起。

而外部输入的导热液经流道进液口10导入到流道9，再通过冷却板中的流道9末端的流道出液口18流出，为整个冷却板完成热交换，平衡冷却板各部分的换热能力。

图2所示的冷却板内部截面图有两条沿冷却板中心线对称分布的相同流道，流道的截面为矩形。另外，冷却板内各直管段宽度之间的关系为：第一直管段11<第二直管段12<第三直管段13<第四直管段14<第五直管段15<第六直管段16<第七直管段17；而冷却板内各直管段长度之间的关系为：第一直管段11<第五直管段15，第三直管段13<第七直管段17，第二直管段12>第四直管段14>第六直管段16。

在本实施例中，图2所示的冷却板还包括冷却板壳体、冷却管口以及冷却板流道9。冷却板流道中心线22是在冷却板下端平分线的基础上，加上三段垂直流道平均值并充分考虑电池温度场分布规律进行优化所得，冷却管口分为流道进液口10和流道出液口18，用于进出导热液，外部输入管道内的导热液通过流道进液口10导入到冷却板流道9中，然后通过流道出液口18流出，为整个冷却板完成热交换，从而可以保证冷却系统有效给电池模组散热，控制电池模组在一定温度范围内工作。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种应用于动力电池液冷系统的直角型变结构冷却板，其特征在于，包含平行设置的两条流道，并在流道的两端还分别设置有供导热液输入和输出的外端导流口；两条流道的流道结构和尺寸一致，分别设置于冷却板中心线的上、下两侧，其每条流道均包括多段直线段，其直线段的段数为奇数，且相邻的直线段之间通过直角作为拐角相连，同时所述流道在不同的直线段中的尺寸变化具有以下规律：

不同的直线段的横截面的面积在沿流道中导热液流经的方向上连续增大；

方向水平的直线段在流道中导热液流经的方向上的长度连续增加；

方向数值的直线段在流道中导热液流经的方向上的长度连续减小。

2.根据权利要求1所述的应用于动力电池液冷系统的直角型变结构冷却板，其特征在于，导热液为用于电池温度过高时进行冷却散热的热导热液或者为用于电池温度过低时进行预热处理的热导热液。

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