CN210984901U - 一种应用于动力电池模组的曲线型变结构冷却板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于动力电池模组的曲线型变结构冷却板，这种冷却板包含平行设置的两条流道，所述流道为连续的曲线结构流道，且所述流道的截面面积沿流道中导热液的流动方向呈非等大渐变变化；同时在所述冷却板上对应流道位置的两端还分别设置有供导热液的输入和输出的外端导流口；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、汇流排以及电池安装板，电池单体并行排列且留有一定间隔，极耳位置扣装汇流排，其外侧通过电池安装板限位固定，并在两侧依次设置绝缘导热片和冷却板。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模组的曲线型变结构冷却板

技术领域

本实用新型涉及动力电池散热领域，具体涉及一种具备拔插式结构的应用于动力电池模组的曲线型变结构冷却板。

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心脏，电池模组内部温升及温度均匀性是衡量电池供电性能、安全性能、稳定性能的重要指标。其温度过高，会加快电池副反应的进行，导致电池容量、工作电压、充放电效率的衰减，严重时甚至会出现热失控，进而引发安全事故；而温度过低，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。对于电动汽车而言，各电池单体通过串联或并联的方式连接成组，若个别电池单体提前失效，会影响整个电池包性能，电动汽车将无法正常运行。因此，利用合理高效的热管理系统，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，无疑具有重要意义，其中，热管流道结构研究对温度控制和温度一致性更具有关键性影响。

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；相变材料冷却可以很好地维持电池组的温度均匀型，散热效果较好，但相变材料要求高且价格昂贵，受材料和成本限制较大。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设计主要有曲线型、直通道、单腔结构等几大类，并在此基础上衍生了不同冷却液进出口分布位置、分流道数目，冷却板流道数目等其他流道类型。由于曲线非对称通道冷却板设计较单腔结构有更好的结构完整性和支撑性，与直通道相比又能减少通道面积和冷却液用量，与曲线对称通道设计相比温度均匀性更好，因此，可将其作为优选方案并对其结构进行优化以获得更佳的电池模组液冷散热效果。

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模组的曲线型变结构冷却板，该冷却板在传统曲线流道基础上，根据电池温度场分布规律所做出的流道变结构和流道非对称分布设计可提升电池模组液冷系统的冷却效果，进一步提高电池温度的一致性，延长动力电池的循环寿命，以解决现有电池冷却板温差控制能力较弱、对动力电池冷却效果不强的问题。

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模组的曲线型变结构冷却板，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，所述流道结构和尺寸一致，均为连续的曲线结构流道，且所述流道的截面面积沿流道中导热液的流动方向呈非等大渐变变化，两条流道分布于冷却板中心线的上、下部；同时在所述冷却板上对应流道位置的两端还分别设置有供导热液的输入和输出的外端导流口。

采用以上结构，导热液沿流道截面渐变的流道流经整个冷却板时，可大大改善传统曲线型流道中导热液温升造成的冷却板的换热能力下降，电池模组的冷却效果不佳的情况，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。

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。

作为进一步限定，所述流道采用非对称分布，以降低各单体电池之间的温差，进一步提升电池模组的温度均匀性。

作为进一步限定，所述流道截面为变长宽比的矩形截面，这种变截面的矩形截面流道可使冷却板各部位换热能力更均匀，温差更小。

作为进一步限定，所述流道的非等大渐变的截面中，电池中心部位的流道截面渐变数值比两端数值大，这种截面变化形态充分考虑单体电池放热时中心温度较高的现象，因而更符合实际冷却要求。

一种带液冷组件的动力电池模组，包括动力电池模组以及冷却组件，所述动力电池模组包括并列设置的若干电池单体，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，所述电池单体通过电池安装板封装固定，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；而所述冷却组件安装于动力电池模组的电池安装板两侧，包括绝缘导热片以及具有上述结构特征的曲线型变结构冷却板，其绝缘导热片紧靠于曲线型变结构冷却板的内侧，并与电池模组的两侧侧面贴合。

作为进一步限定，所述电池单体优选采用方形动力锂电池，以方便绝缘导热片在电池两侧的贴合度，保证良好的导热性能的同时保证安装的简易性。

作为进一步限定，所述冷却板通过插拔方式进行可拆卸替换。

作为进一步限定，所述电池安装板上设置有对曲线型变结构冷却板进行连接固定的插拔连接件，以实现电池模组外端固定的同时可方便冷却板的拔插替换。

有益效果：本实用新型公开的曲线型变结构冷却板结构新颖，设计巧妙，在原有曲线型流道基础上重新进行结构设计，设置了两条曲线非对称流道，这种冷却板结构能使电池模组的工作温度长期稳定地控制在20～45℃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装配示意图。

图2为图1的较佳实施例的组件爆炸图。

图3为本实用新型的较佳实施例的冷却板流道中心线轮廓曲线示意图。

图4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、第一冷却板；2、第二冷却板；3、第一绝缘导热片；4、第二绝缘导热片；5、电池安装板；6、汇流排；7、电池单体；8、进液口导流口；9、出液口导流口。

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，本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

参见图1、图2的一种带液冷组件的动力电池模组的实施例，在本实施例中，动力电池模组包括五个电池单体7、第一绝缘导热片3、第二绝缘导热片4、第一冷却板1、第二冷却板2、汇流排6以及电池安装板5；相关尺寸参数为：

电池单体简化尺寸为120mm×66mm×18mm，电池单体之间间距为5mm。冷却板尺寸为120mm×110mm×4mm，流道厚度2mm，通道截面长度入口处8mm，出口处15mm。

电池单体7采用方形动力锂电池，如磷酸铁锂、三元等。汇流排6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6为铜排；第一绝缘导热片3和第二绝缘导热片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；第一冷却板1与第二冷却板2的材料要求导热效果好，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。

五个电池单体7之间留有相同距离的间隙用于空气自然对流，电池单体7的极耳通过汇流排6连接成组，并封装在电池安装板5中，并安装在第一冷却板1和第二冷却板2之间。

第一绝缘导热片3和第二绝缘导热片4在电池模组7的两侧，分别安装于第一冷却板1和第二冷却板2与电池模组7之间，三者紧密相贴，以将电池单体7与第一冷却板1与第二冷却板2隔离，起到绝缘和防湿的效果。

电池安装板5装在电池单体7组成的电池模组外端，提升电池模组的密封性，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，同时，在电池安装板5的外端设置有插拔开口可供第一冷却板1与第二冷却板2能够更好地实现拔插替换。而外部输入的导热液经导流口8从进液口导入到冷却板流道，再通过冷却板流道流向出液口导流口9，为整个冷却板完成热交换，平衡冷却板各部分的换热能力。

本实施例的动力电池模组在工作时，电池单体7的产热通过单体电池间隙之间的空气自然对流和循环液冷系统带走，从而降低电池模组的温度和温差，控制电池模组在一定的温度范围内工作，提高电池温度的一致性，有效提高电池组的寿命。

图3、图4所示冷却板内部截面图，两条弯曲变结构流道沿冷却板中心线上下非对称分布，其中，a、b、c、d、e分别表示流道轮廓线上的点，其中，曲线f和g表示流道对应的轮廓线，即流道出入口截面中心点连线，均落在各自半平面的中心线上。流道中心线是通过勾勒出五个弯曲通道顶点后，利用非均匀有理基样条曲线结构连接而成，其中，a点和e点对应的顶点分别为入口和出口处矩形流道截面中心点，c点的顶点在冷却板垂直中心线上，b点和d点的顶点关于垂直中心线左右对称。另外，冷却板流道段的变结构设计为矩形长宽比非等大渐变，其中，b点和d点顶点所对应的曲线波峰渐变大小为2mm，c点顶点对应的曲线波谷渐变值为3mm，更符合电池实际的冷却需求。

在实施例中，在切除放样得到一条弯曲变结构流道后，可通过线性阵列得到另外一条非对称的弯曲变结构流道。

图4所示的冷却板内部截面图中，两条弯曲非对称变结构流道沿冷却板中心线上下分布，流道截面为矩形截面。另外，在进行流道变结构设计时，矩形截面的宽度保持不变，仅改变流道截面长度进行流道截面长宽比的控制，且长宽比控制在冷却效果最佳范围内。

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 (5)

1.一种应用于动力电池模组的曲线型变结构冷却板，安装于动力电池模组两侧以对动力电池模组进行高温液冷冷却或者低温导热预热，其特征在于，包含平行设置的两条流道，所述流道结构和尺寸一致，均为连续的曲线结构流道，且所述流道的截面面积沿流道中导热液的流动方向呈非等大渐变变化，两条流道分布于冷却板中心线的上、下部；同时在所述冷却板上对应流道位置的两端还分别设置有供导热液的输入和输出的外端导流口。

2.根据权利要求1所述的应用于动力电池模组的曲线型变结构冷却板，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。

3.根据权利要求1所述的应用于动力电池模组的曲线型变结构冷却板，其特征在于，所述流道采用非对称分布。

4.根据权利要求1所述的应用于动力电池模组的曲线型变结构冷却板，其特征在于，所述流道的截面为变长宽比的矩形截面。

5.根据权利要求1所述的应用于动力电池模组的曲线型变结构冷却板，其特征在于，所述流道的非等大渐变的截面中，电池中心部位的流道截面渐变数值比两端数值大。

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