CN213752811U - 动力电池充放电冷却系统、电池及车辆 - Google Patents

Abstract

本公开涉及动力电池领域，具体提供了一种动力电池充放电冷却系统、电池及车辆。该冷却系统包括多个第一换热板和第二换热板，多个第一换热板间隔设置，第一换热板与电池模组接触以使两者间换热，第二换热板包括蒸发段和冷凝段，电池模组中每个电芯的至少一个侧面与蒸发段接触，冷凝段与第一换热板接触。电池包括上述冷却系统。车辆包括上述电池。本申请的冷却系统包括多个第一换热板和第二换热板，且电芯至少三个侧面与换热板接触进行换热，有效增加换热效率以及散热效果，同时提高电芯温度的一致性，可有效满足电池能量密度较高及高倍率充放电条件下的冷却需求，保证产品可靠性和安全性，增加电池的使用寿命。

Description

动力电池充放电冷却系统、电池及车辆

技术领域

本公开涉及动力电池领域，尤其涉及一种动力电池充放电冷却系统、电池及车辆。

背景技术

动力电池是新能源电动汽车的动力源，其在工作的过程中会产生大量热量，使得电池的温度迅速升高，若不及时有效处理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，需要热交换装置来维持动力电池处于适宜的温度状态，保证其工作性能及安全性。

液冷系统以其冷却性能好、热容量大、结构紧凑等优点成为当前工程应用中较为普遍的换热装置。目前液冷系统的研究大多集中在液冷流道设计、新型冷却工质研究、冷却策略设计等方面。但随着电池能量密度及充放电倍率的提高，电池的使用工况越来越复杂，对电池热管理系统也提出了更高的要求。由于动力电池的散热量需求加剧，传统的液冷系统导热速度较慢，整体换热效率较低，且不能保证电池的温度一致性在合理范围内，已无法适应目前的散热需求，进而影响电池的可靠性、寿命和性能。

实用新型内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种动力电池充放电冷却系统、电池及车辆。

本公开提供了一种动力电池充放电冷却系统，包括多个第一换热板和第二换热板，多个所述第一换热板间隔设置，每相邻的两个所述第一换热板之间形成用于装放电池模组的空间，所述第一换热板与所述电池模组接触以使两者间换热，所述第二换热板包括彼此连接的蒸发段和冷凝段，所述电池模组中每个电芯的至少一个侧面与所述蒸发段接触，所述冷凝段与所述第一换热板接触以使两者间换热。

可选的，所述第二换热板设置在相邻的两个所述电芯之间，所述电芯远离所述第二换热板的一侧设有第一隔热缓冲垫，使得所述第二换热板与所述第一隔热缓冲垫交替设置。

可选的，同一组所述电池模组上的所述第二换热板的冷凝段交替设置在相邻的两个所述第一换热板上。

可选的，同一组所述电池模组上的所述第二换热板的冷凝段均设置在其中一个所述第一换热板上。

可选的，每相邻的两个所述电芯之间均设有第二隔热缓冲垫，所述电芯的至少一个自由面与所述第二换热板接触。

可选的，所述蒸发段与所述冷凝段垂直设置，所述第一换热板上设有用于安装所述冷凝段的凹槽，且所述冷凝段与所述凹槽相匹配。

可选的，所述冷凝段的面积与所述电芯和所述冷凝段接触的侧面的面积相同。

可选的，所述蒸发段所处平面与所述冷凝段所处平面重合，所述冷凝段插入至所述第一换热板的内部，所述第一换热板内的冷却液流经所述冷凝段。

本公开还提供了一种电池，包括上述动力电池充放电冷却系统。

本公开还提供了一种车辆，包括上述电池。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请的冷却系统包括多个第一换热板和第二换热板，电芯的两个侧面与第一换热板接触换热，其他至少一个侧面与第二换热板接触换热，使得电芯至少三个侧面与换热板接触进行换热，有效增加换热效率以及散热效果，同时，电芯的散热点至少分散在三个侧面上，提高电芯温度的一致性，避免出现局部温度过高或过低的现象，可有效满足电池能量密度较高及高倍率充放电条件下的冷却需求，保证产品可靠性和安全性，增加电池的使用寿命。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例所述具有动力电池充放电冷却系统的电池的示意图；

图2为本公开实施例所述具有动力电池充放电冷却系统的电池的分解图；

图3为本公开实施例所述蒸发段与冷凝段垂直设置时的第二换热板的示意图；

图4为本公开实施例所述第一换热板上设有凹槽时的示意图；

图5为本公开实施例所述蒸发段与冷凝段垂直设置时的第二换热板与第一换热板的安装方式的示意图；

图6为本公开实施例所述电池模组的示意图。

其中，10、第一换热板；11、凹槽；20、第二换热板；21、蒸发段；22、冷凝段；30、电池模组；31、电芯；40、第一隔热缓冲垫；50、冷却液管道。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

结合图1和图2所示，本申请实施例提供的动力电池充放电冷却系统包括多个第一换热板10和第二换热板20，其中，第一换热板10与第二换热板20的形状可以根据电芯31或者电池模组30的形状而改变。第一换热板10和第二换热板20起到降低电芯31温度的作用，其中，一种方式为第一换热板10和第二换热板20直接与电芯31接触，另一种方式为第一换热板10和第二换热板20通过介质与电芯31接触。可见，第一换热板10和第二换热板20与电芯31之间的换热方式不受限制，只要能够满足通过第一换热板10和第二换热板20实现降低电芯31的温度即可。值得注意的是，为了便于描述，在本申请中，将一个单元称为电芯31，如图6所示，多个电芯单元组成一排称为电池模组30，多个电池模组30并列设置称为电池。其中，电池为方形电池、方形软包电池或者方形的柱状电池模组等。

如图1所示，多个第一换热板10间隔设置，且多个第一换热板10相互平行，优选的，每相邻的两个第一换热板10之间的距离相同，且端部均处于同一平面内，进而使得每相邻的两个第一换热板10之间形成用于装放电池模组30的空间，且第一换热板10与电池模组30的两个侧面接触以使两者换热，通过第一换热板10降低每个电芯31的温度。优选的，电池模组30的两个侧面均与第一换热板10贴合，增加换热效果。第二换热板20包括彼此连接的蒸发段21和冷凝段22，电池模组30中每个电芯31的至少一个侧面与蒸发段21接触，冷凝段22与第一换热板10接触以使两者间换热，通过电芯31在工作过程中产生的热量传递至蒸发段21，蒸发段21再将热量传递至冷凝段22，进而通过冷凝段22将热量传递给第一换热板10，通过第一换热板10内的冷却液将热量带走。如图2所示，第二换热板20垂直于第一换热板10，当电芯31不呈矩形时，第一换热板10与第二换热板20之间也可以不垂直，但需使得第二换热板20贴合在电芯31的侧面，以增加换热效果。其中，电芯31与蒸发段21接触一侧的面积与蒸发段21的面积相同，或者蒸发段21的面积小于电芯31与蒸发段21接触一侧的面积。优选的，电芯31与蒸发段21接触一侧的面积与蒸发段21的面积相同，进一步增加散热效果。

本申请的冷却系统包括多个第一换热板10和第二换热板20，电芯31的两个侧面与第一换热板10接触换热，以图1方向为例，这里电芯31的两个侧面是指电芯31沿着冷却液管道50长度方向上相对设置的两个侧面，上述方向是相对于图1方向而言，并不代表电池使用过程中的实际方向。电芯31的其他至少一个侧面与第二换热板20接触换热，这里其他至少一个侧面是指电芯31未与第一换热板10接触的侧面。进而使得电芯31至少三个侧面与换热板接触进行换热，有效增加换热效率以及散热效果，同时，电芯31的散热点至少分散在三个侧面上，提高电芯31温度的一致性，避免出现局部温度过高或过低的现象，可有效满足电池能量密度较高及高倍率充放电条件下的冷却需求，保证产品可靠性和安全性，增加电池的使用寿命。

在一些实施例中，结合图1和图2所示，第二换热板20设置在相邻的两个电芯31之间，具体地，第二换热板20的蒸发段21设置在相邻的两个电芯31之间，且蒸发段21的整体长度和宽度可根据冷却需求进行调整，并结合不同电芯31的尺寸选出最优尺寸，确保换热效果。电芯31远离第二换热板20的一侧设有第一隔热缓冲垫40，使得第二换热板20与第一隔热缓冲垫40交替设置。具体地，以图1所示方向为例，第二换热板20与第一隔热缓冲垫40沿着第一换热板10的长度方向交替设置。值得注意的是，上述方向是相对于图1方向而言，并不代表电池使用过程中的实际方向。该种设置方式中，每个电芯31的一个侧面与第二换热板20接触，电芯31与第二换热板20相对的另一个侧面与第一隔热缓冲垫40接触，通过设置第一隔热缓冲垫40可为电芯31受热膨胀提供一定空间，增加使用过程的安全性。该种设计方式使得电芯31的三个侧面与换热板接触，避免出现两侧凉，中间热的现象。且电池各个电芯31的散热效果相同，在保证每个电芯31各个位置温度的一致性的同时，确保电池热度的一致性。进一步优化地，以图1中方向为例，也可在电芯31的顶面和/或底面也设置第二换热板20，即可在电芯31的顶面设置第二换热板20，或者在电芯31的底面设置第二换热板20，或者在电芯31的顶面和底面均设置第二散热板20，以此进一步增加电芯31的散热效果，同时，提高电芯31温度的一致性。值得注意的是，上述方向是相对于图1方向而言，并不代表电池使用过程中的实际方向。且在该种设置方式中，冷凝段22的设置方式包括以下几种方式：

方式一，同一组电池模组30上的第二换热板20的冷凝段22交替设置在相邻的两个第一换热板10上。具体地，同一组电池模组30上的相邻的两个电芯31的侧面均设有第二换热板20，此处两个第二换热板20的冷凝段22，一个设置在其中一个第一换热板10上，另一个设置在与该第一换热板10相对应的另一个第一换热板10上。采用第二换热板20的冷凝段22交替设置的方式时，可以使电芯31两端的第一换热板10受力平衡，同时可以使电芯31侧面的第一换热板10传热更加均匀，防止第一换热板10局部热负荷较大的问题，有利于控制电芯31温差在合理范围内。

方式二，同一组电池模组30上的第二换热板20的冷凝段22均设置在其中一个第一换热板10上。该种设计方式较为简单，便于拆装。

值得注意的是，本申请的冷凝段22的设置方式包括但不限于上述两种实施例，只要能够实现与第一换热板10进行换热均在本申请的保护范围内。

在另一些实施例中，每相邻的两个电芯31之间均设有第二隔热缓冲垫，电芯31的至少一个自由面与第二换热板20接触。该处的自由面是指未与第一换热板10和第二隔热缓冲垫接触的侧面，具体为按照图1所示方向的顶面和底面，其中，该实施例并非图1中实施例，只是通过图1描述电芯31的方向。采用该种设置方式时，可将第二换热板20设置在电芯31的顶部、底部或顶部和底部。优选的，第二换热板20设置在电芯31的底部，避免影响电芯31的正常使用，且当电芯31的顶部设置第二换热板20时，第二换热板20上应设有与电芯31突出部件相匹配的开孔，避免影响电芯31性能。值得注意的是，上述方向是相对于图1方向而言，并不代表电池使用过程中的实际方向。

如图3所示，在一些实施例中，蒸发段21与冷凝段22垂直设置，使得第二换热板20呈L形。如图4所示，第一换热板10上设有用于安装冷凝段22的凹槽11，且冷凝段22与凹槽11相匹配。该处的相匹配是指冷凝段22的厚度与凹槽11的深度相同，且冷凝段22的面积与凹槽11的截面积相同，增加换热面积。如图5所示，该种设计方式使得冷凝段22安装在凹槽11内后，第一换热板10的内表面与冷凝段22的内表面平齐，进而使得第一换热板10的内表面近似平面，便于电芯31的安装，节省整体体积，同时，使得电芯31与第一换热板10、蒸发段21以及冷凝段22紧密接触，尽可能减少接触热阻。使用状态下，与冷凝段22相对应的电芯31，一端与冷凝段22接触，另一端与第一换热板10接触换热。其中，安装冷凝段22时，在凹槽11内涂抹结构胶，且结构胶具有导热功能，冷凝段22通过结构胶固定在凹槽11内，进而通过冷凝段22将电芯31的热量传递到第一换热板10上。

通过设置凹槽11固定冷凝段22相对于焊接或其他连接方式，凹槽11连接的第一个优点是便于第二换热板20的定位和固定；第二个优点是便于涂抹结构胶，可以保证第二换热板20和第一换热板10的接触良好，高效传热；第三个优点是可以通过改变凹槽11形状、大小和深度，适应不同形式的冷凝段22，主要可以通过调整第二换热板20和第一换热板10之间的接触面积优化导热系统，提高均温性能。当然也可以把第二换热板20和第二换热板20在凹槽11位置处通过点焊直接固定在一起，凹槽11内仅涂抹导热胶即可。该种方式下，第一换热板10的凹槽11为第一换热板10与第二换热板20的换热接触面，不止局限于矩形，可以根据冷凝段22的形式的不同而采用不同形状。

进一步优化地，冷凝段22的面积与电芯31和冷凝段22接触的侧面的面积相同。该种设计方式使得冷凝段22将电芯31侧面的热量与蒸发段21的热量一起传递给第一换热板10，使得热量分布均匀，当然，冷凝段22的面积也可小于或大于电芯31侧面的面积。当冷凝段22的面积小于电芯31的侧面的面积时，电芯31的侧面部分与冷凝段22接触，另一部分与第一换热板10直接接触。当冷凝段22的面积大于电芯31的侧面的面积时，冷凝段22延伸至与该处电芯31相邻的另一个电芯31的侧面，使得处于第一隔热缓冲垫40两侧的两个电芯31的侧面均与冷凝段22接触，增加整体的换热效果，且该处的面积均按照电芯31的高度相同而言。值得注意的是，冷凝段22的面积大于电芯31的侧面面积并小于两个电芯31的侧面面积总和，使得相邻两个电芯31的侧面均与冷凝段22接触，增加散热效果，同时，避免冷凝段22面积过大，影响第一换热板10的强度，并且避免相邻两个第二换热板20的冷凝段22之间相互干扰。具体地，以图5所述方向为例，该处的电芯31的侧面是指电芯31与第一换热板10接触的一侧，且上述方向是相对于图5方向而言，并不代表电池使用过程中的实际方向

在另一些实施例中，蒸发段21所处平面与冷凝段22所处平面重合，即冷凝段22由蒸发段21延伸形成，冷凝段22插入至第一换热板10的内部，第一换热板10内的冷却液流经冷凝段22。具体地，第一换热板10的内部设有冷凝通道，冷凝段22的端部插入到冷凝通道内，但不会将冷凝通道截断，使得冷却液在冷凝通道流通的过程中，与冷凝段22直接换热，进而带走热量，增加换热效果。相应地，采用该种设计方式应适应增加第一换热板10的厚度，使得冷凝段22插入到第一换热板10后，冷却液依然可以在冷凝通道内流通，同时，确保冷凝段22能够插入一段距离，以此实现换热效果，且冷凝段22插入到第一换热板10的内部后，冷凝段22与第一换热板10的接触面通过导热胶密封，避免冷却液泄露。

本申请的第二换热板20与电芯31、第一换热板10等部件的传热接触面之间涂抹导热胶或硅脂填充缝隙以加强换热效果，并提供一定的缓震作用。同时，本申请中的第一换热板10优选为液冷板，且液冷板可为水冷板等，液冷板内设有可供冷却液流通的液冷通过，多个液冷板的端部通过冷却液管道50连通，冷却液管道50上设有进液口和出液口，冷却液通过进液口流入后，依次通过各个液冷板，再通过出液口流出，从而构成水循环的回路，以带走热量。第二换热板20起导热和均温作用，优选为平热导管，但包括却不局限于平板热管，也可以是普通热管，也可以是铝平板嵌入单根或多根热管等方式组成。其中，平板热管的内部具有工质流动通道，工质流动通道为棋格状。优选的，平板热管为吹胀式平板热管。通过平板热管强化了电池与液冷板之间的热量交换。

处于端部的电芯31的外侧也可设置第二换热板20或者隔热缓冲垫，以此提高电芯31的换热效果，或者电池整体的缓冲效果。但处于端部的电芯31的外侧也可不设置第二换热板20和隔热缓冲垫，以此减少电池成本。

本申请还提供了一种电池，该电池包括上述动力电池充放电冷却系统。具体地，电池内设有多个第一换热板10和第二换热板20，且第一换热板10和第二换热板20的具体设置方式与上述动力电池充放电冷却系统中第一换热板10和第二换热板20的设置方式相同，因此，在此未作过多描述，采用该动力电池充放电冷却系统的电池的换热效率高、换热效果好，且能够提高电池内各个电芯31温度的一致性，保证产品可靠性和安全性，增加电池的使用寿命。

本申请还提供了一种车辆，包括上述电池，该电池包括上述电池的全部技术特征，因此，在此未作过多的描述。采用该电池的车辆具有良好的稳定效果，不会因为电池的性能不能达到使用需求而出现安全事故，确保安全行驶。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种动力电池充放电冷却系统，其特征在于，包括多个第一换热板(10)和第二换热板(20)，多个所述第一换热板(10)间隔设置，每相邻的两个所述第一换热板(10)之间形成用于装放电池模组(30)的空间，所述第一换热板(10)与所述电池模组(30)接触以使两者间换热，所述第二换热板(20)包括彼此连接的蒸发段(21)和冷凝段(22)，所述电池模组(30)中每个电芯(31)的至少一个侧面与所述蒸发段(21)接触，所述冷凝段(22)与所述第一换热板(10)接触以使两者间换热。

2.根据权利要求1所述的动力电池充放电冷却系统，其特征在于，所述第二换热板(20)设置在相邻的两个所述电芯(31)之间，所述电芯(31)远离所述第二换热板(20)的一侧设有第一隔热缓冲垫(40)，使得所述第二换热板(20)与所述第一隔热缓冲垫(40)交替设置。

3.根据权利要求2所述的动力电池充放电冷却系统，其特征在于，同一组所述电池模组(30)上的所述第二换热板(20)的冷凝段(22)交替设置在相邻的两个所述第一换热板(10)上。

4.根据权利要求2所述的动力电池充放电冷却系统，其特征在于，同一组所述电池模组(30)上的所述第二换热板(20)的冷凝段(22)均设置在其中一个所述第一换热板(10)上。

5.根据权利要求1所述的动力电池充放电冷却系统，其特征在于，每相邻的两个所述电芯(31)之间均设有第二隔热缓冲垫，所述电芯(31)的至少一个自由面与所述第二换热板(20)接触。

6.根据权利要求1至5任一项所述的动力电池充放电冷却系统，其特征在于，所述蒸发段(21)与所述冷凝段(22)垂直设置，所述第一换热板(10)上设有用于安装所述冷凝段(22)的凹槽(11)，且所述冷凝段(22)与所述凹槽(11)相匹配。

7.根据权利要求6所述的动力电池充放电冷却系统，其特征在于，所述冷凝段(22)的面积与所述电芯(31)和所述冷凝段(22)接触的侧面的面积相同。

8.根据权利要求1至5任一项所述的动力电池充放电冷却系统，其特征在于，所述蒸发段(21)所处平面与所述冷凝段(22)所处平面重合，所述冷凝段(22)插入至所述第一换热板(10)的内部，所述第一换热板(10)内的冷却液流经所述冷凝段(22)。

9.一种电池，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的动力电池充放电冷却系统。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的电池。

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