CN213546405U - 一种口琴管及动力电池热管理系统 - Google Patents

一种口琴管及动力电池热管理系统 Download PDF

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邓善庆
郎春艳
曹自海
吴启泉
唐湘波
王清泉
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Abstract

本实用新型公开了一种口琴管,所述口琴管呈扁管状,所述口琴管内部具有换热通道,所述口琴管包括换热板,所述换热板的内侧限定成所述换热通道的侧壁,所述换热板的外侧与电池芯接触;所述换热板的内侧具有多个凸起的扰流体,多个所述扰流体沿所述口琴管的长度方向排列。本实用新型还提供一种动力电池热管理系统。这种口琴管可以大幅提高在动力电池热管理系统中的换热系数,快速降低电芯温度。

Description

一种口琴管及动力电池热管理系统
技术领域
本实用新型涉及新能源汽车电池技术领域,尤其涉及一种口琴管及动力电池热管理系统。
背景技术
新能源动力电池作为汽车的动力源,其充电和放电的发热会长时间存在,动力电池的性能与电池的温度密切相关,为了尽可能延长动力电池的使用寿命并获得最大功率,需在规定的温度范围内使用动力电池,但是长时间使用容易积蓄热量,因此目前新能源的动力单元都装有冷却装置。
现有的冷却装置中有一类为口琴通道平行流式冷却装置,其中口琴管两侧分别连接进出水管使得冷却水可以在口琴管内流动,口琴管贴设在电池芯上,随着水的流动带走电池芯上的热量,从而达到散热的目的。
但是这种换热装置的口琴管本身没有助于散热的结构,在口琴管与电池芯接触面积一定的情况下,难以提高冷却装置的制冷效率;若采用在与电池芯的接触面上设置凸起来增大换热的方式,这些凸起会使得与电池芯的接触不紧密,减小口琴管与电池芯之间的热传导系数,此外这种方式增加了制造难度,对整体的冷却效果反而不明显。
实用新型内容
为了克服现有技术的不足,本实用新型的目的在于提供一种口琴管及动力电池热管理系统,其可以大幅提高换热系数,快速降低电芯温度。
本实用新型的目的采用如下技术方案实现:
一种口琴管,所述口琴管呈扁管状,所述口琴管内部具有换热通道,所述口琴管包括换热板,所述换热板的内侧限定成所述换热通道的侧壁,所述换热板的外侧与电池芯接触;所述换热板的内侧具有多个凸起的扰流体,多个所述扰流体沿所述口琴管的长度方向排列。
进一步地,所述扰流体在所述换热板内侧沿着口琴管的长度方向和宽度方向呈阵列排布。
进一步地,在所述口琴管的宽度方向上,每排设有2至10个所述扰流体。
进一步地,在所述口琴管的宽度方向上,每排所述扰流体弯曲延伸或交错设置。
进一步地,所述扰流体具有斜面,所述斜面与所述换热板之间的夹角为40°至50°。
进一步地,所述扰流体由所述换热板由外向内凹陷变形而成。
进一步地,所述扰流体为半球形、半椭球形、具有倒圆角的方形或圆柱形。
进一步地,还包括与所述换热板相对设置的非换热板,所述非换热板为平滑面。
进一步地,所述口琴管的高度为2至10mm,宽度为18-100mm。
进一步地,总长度越长的所述口琴管,其内所述扰流体的分布密度越低。
本实用新型还提供了一种动力电池热管理系统,包括了所述的口琴管。
相比现有技术,本实用新型的有益效果在于:
本方案从流体力学和传热学的角度出发,针对现有的口琴管做了改进,使得口琴管内通过流体时可以达到更高的换热系数。本方案中的扰流体是朝向管内凸起的形状,其作用并非为扩大散热面,而是为了在工作流体流经换热板时尽量避免在管壁附近形成流速降低、换热效率低的边界层。工作流体在流动时,沿着长度方向排列的扰流体可以反复扰动工作流体,避免在口琴管流动的过程中形成贴合换热板的边界层,使得靠近换热板上的工作流体形成近似紊流的流动状态,从而获得较高的换热系统,增大换热效率,快速将电池芯中的热量带走。
附图说明
图1为本实用新型中一种口琴管第一个视角的立体图;
图2为本实用新型中一种口琴管第二个视角的立体图;
图3为本实用新型中一种口琴管中换热板和非换热板的一种优选实施方式的示意图;
图4为本实用新型中一种口琴管中换热板和非换热板的另一种优选实施方式的示意图。
具体实施方式
下面,结合附图以及具体实施方式,对本实用新型做进一步描述,需要说明的是,在不相冲突的前提下,以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上,或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能存在居中元件。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
图1至2示出了本实用新型的一种口琴管,口琴管1呈扁管状,口琴管1 内部具有用于通过工作流体的换热通道,口琴管包括换热板11,换热板11的内侧限定成换热通道的侧壁,换热板的外侧与电池芯接触;换热板11的内侧具有多个凸起的扰流体111,多个扰流体111沿口琴管1的长度方向排列。
在采用口琴管制冷的装置中,热量的传导方向主要为:电池芯→换热板11 →流体,电池芯上的热量通过热传导的形式传递到与之接触的换热板11上,这些热量再通过对流换热的方式被口琴管1内流动的工作流体带走。因此,在换热板11与电池芯接触情况一定的情况下,改变换热板11与工作流体之间的对流换热将会明显提升整体换热效率。
当工作流体在管内受迫流动时,因粘性力而使得管壁处的流速降低,形成边界层,若没有其它结构干扰,边界层会从管口向内逐渐加厚。边界层的流速低,换热效率低。而当管内存在紊流时,流体微团除了沿主体方向运动外,还存在强烈的横向脉动,因此热传递不仅依靠分子的导热,还依靠流体微团的横向脉动,换热效率得以大幅提高。
利用上述原理,本方案采取了在口琴管1换热板11的内侧设置扰流体111 的方式,而并未采用一般的增加外侧散热面的方式。扰流体111可以尽量避免工作流体流经换热板11时在管壁附近形成流速降低、换热效率低的边界层。在扰流体111的位置设置上,沿着长度方向排列的方式可以在大部分或者整个流动的过程中反复扰动流体,避免在口琴管1流动的过程中形成贴合换热板11的边界层,使得靠近换热板11上的工作流体形成近似紊流的流动状态,从而获得较高的换热系统,增大换热效率,快速将电池芯中的热量带走,尤其适用于电池芯温度很高的时候或进行快充发热量较大的时候。
在流体的选取上,本实施例优选冷媒流体作为口琴管1内流动的流体,冷媒流体采用R-134a或HFO-1234yf型冷媒。现有动力电池冷却装置中,一般采用冷冻液(一般用50/50乙二醇和等离子水配制)作为工作流体,冷冻液具有易于获取、传热系数适中和无毒无害等各种优势,但是冷冻液一般是层流、单相流,不会发生相变,对流传热没有R134a或HFO-1234yf高。若口琴管1中流动的工作流体可以发生由液态变化为气态的相变过程,其换热系数将进一步增强。因此,为了进一步增强换热效率,本实施例将容易发生汽化的冷媒流体作为口琴管1中流动的工作流体。冷媒在流经换热板11和热流体时,由于热量集中增加,流动状态变化,会发生多处沸腾汽化现象,往后继续流动遇到扰流体 111会再次发生沸腾汽化。试验表明,10℃的冷媒经过多个扰流体111后温度可以下降到3℃以下,在流动过程中换热效率逐渐增大,扭转了一般采用水作为工作流体换热效率在流动过程中逐渐下降的缺陷。
如图3和4所示,作为扰流体111在换热板11上的优选排布方式,扰流体 111在换热板11内侧沿着口琴管1的长度方向和宽度方向呈阵列排布,使得扰流体111在换热板11上能以较为均匀的方式排布,进而保证对边界层全面、持续的扰动效果。
在实际设计中,扰流体111的数量可以根据口琴管1的宽度调整,本实施例优选在宽度方向上每排设有2至10个扰流体111,试验显示,现有一般宽度的口琴管1设置此数量范围内的扰流体111对换热效率的促进明显。在排布方式上,每排扰流体111可以排成一列直线也可以为弯曲延伸或交错设置,本实施例优选弯曲延伸和交错设置的形式,相较于直线排布,无需考虑前后排扰流体111的位置就可以达到较好的边界层破坏效果。
由于设置扰流体111会在一定程度上减慢口琴管1内的流体速度从而降低换热效率,因此总长度越长的口琴管1,其内扰流体111的分布密度越低,以避免对口琴管1内的换热造成负面影响。其中,扰流体111的分布密度指单位面积内的扰流体的个数,当管内扰流体的分布不均匀时,可以取多个不同位置处单位面积内扰流体密度的平均值。
作为扰流体111的优选方案,扰流体111具有斜面,斜面与换热板11之间的夹角为40°至50°。设置斜面便于流体从上越过,然后在斜面后形成紊流,破坏边界层,40°至50°的角度可以获得最佳的效果,扰流体111的形状优选采用半球形、半椭球形、具有倒圆角的方形或圆柱形等具有斜面或圆弧面的形状,既可以防止无法破坏边界层,又可以避免过度减慢流速。
扰流体111可以通过在口琴管1内部增加凸起形成,但是本方案优选采用由换热板11由外向内凹陷变形而成,这是考虑到口琴管1较扁的形状,难以直接在管内增设凸起,换热板11由外向内凹陷变形在加工时更加简单。
除上述结构外,为了进一步增加对电池芯的换热效率,本方案还优选将与换热板11相对的非换热板12设置为平滑面。相比在非换热板12内部也设置扰流体111的方案,这种平滑面的方案可以避免口琴管1内的工作流体在非换热板12过多进行热交换,避免非换热板12将其它部位的热量吸收导致流体温度升高,不利于换热板11与电池芯的热量交换。
本实施例中所采用的口琴管1的高度为2至10mm,宽度为18-100mm。经过试验,这一尺寸的口琴管1结合上述扰流体111可以达到较佳的换热效果。
此外,本实用新型还提供了一种应用上述口琴管的动力电池热管理系统(图中未示出),动力电池热管理系统即为换热系统,用于冷却动力电池,除口琴管外的其它结构为现有技术,在此不做赘述。
上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式,不能以此来限定本实用新型保护的范围,本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种口琴管,其特征在于,
所述口琴管呈扁管状,所述口琴管内部具有换热通道,所述口琴管包括换热板,所述换热板的内侧限定成所述换热通道的侧壁,所述换热板的外侧与电池芯接触;
所述换热板的内侧具有多个凸起的扰流体,多个所述扰流体沿所述口琴管的长度方向排列。
2.如权利要求1所述的口琴管,其特征在于,所述扰流体在所述换热板内侧沿着口琴管的长度方向和宽度方向呈阵列排布。
3.如权利要求2所述的口琴管,其特征在于,在所述口琴管的宽度方向上,每排设有2至10个所述扰流体。
4.如权利要求3所述的口琴管,其特征在于,在所述口琴管的宽度方向上,每排所述扰流体弯曲延伸或交错设置。
5.如权利要求1所述的口琴管,其特征在于,所述扰流体具有斜面,所述斜面与所述换热板之间的夹角为40°至50°。
6.如权利要求1所述的口琴管,其特征在于,所述扰流体由所述换热板由外向内凹陷变形而成。
7.如权利要求1所述的口琴管,其特征在于,所述扰流体为半球形、半椭球形、具有倒圆角的方形或圆柱形。
8.如权利要求1所述的口琴管,其特征在于,还包括与所述换热板相对设置的非换热板,所述非换热板为平滑面。
9.如权利要求1所述的口琴管,其特征在于,总长度越长的所述口琴管,其内所述扰流体的分布密度越低。
10.一种动力电池热管理系统,包括权利要求1至9任一项所述的口琴管。
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