CN214753909U - 用于动力电池冷却的冷板结构 - Google Patents

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邵明军
刁凤祥
王涛
姜玉雁
郭聪
王学冰
孙钦鹏
申言才
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Abstract

本实用新型公开了一种用于动力电池冷却的冷板结构，包括冷板本体和分流结构，所述冷板本体内设置有若干冷却流道，所述分流结构具有冷却液供液口及与所述供液口连通的多级分流通道，多级分流通道中的末级分流通道与所述冷板本体内的冷却流道一一对应连接。本实用新型通过沿冷却液流动方向设置多级分流结构，可以保证冷板的各个冷却流道之间冷却液流量分配更均匀，从而保证冷板上的温差更小，进而实现冷板上电池模组的降温与均温控制。

Description

用于动力电池冷却的冷板结构
技术领域
本实用新型属于散热技术领域，具体涉及一种用于动力电池冷却的冷板结构，适用于新能源汽车动力电池包、航天用锂电池、储能锂电池的冷却。
背景技术
近年来，由于一次能源的短缺以及由此造成的污染问题，可再生能源得到重视，在交通领域内，电动力汽车、混合动力电动汽车得到大力发展。电动力汽车的续航以及耐用性与锂离子电池的性能密切相关。锂离子电池性能受温度的影响很大，温度过高或者过低都会降低电池的性能，并且减少电池的充放电的循环次数，并使得容量减小。电池过热造成电池热失控，可能引发燃烧或者爆炸。因而锂离子电池冷却是保证电池正常工作，提高电动汽车的续航里程和充放电倍率的重要条件。
现有的电池热管理系统主要有风冷式、液冷式，冷媒直冷技术现在还不完全成熟，只在很少的车型中得到应用。
风冷式将自然风或空调降温后的冷风吹入电池包进行冷却，其优点是结构简单，重量轻，缺点在于受外界环境温度影响大。此外，风冷对流换热系数太低，所以冷却能力极其有限，无法应对电池发热量较大的情形。
由于冷却液的换热系数比空气的换热系数高，因此液冷式具有更强的散热能力，相对于风冷式可以应对更大的电池热耗，而且液体的温度更容易控制，受外界环境影响较小，是现今使用最多的一种电池包冷却模式。液冷式一般使用乙二醇水溶液为循环工质，根据环境温度的不同，在环境温度较低时，直接将热量释放到周围的环境中，当环境温度较高时，通过汽车制冷系统将热量释放到周围的环境。
以使用最广泛的硬包方形锂电池冷却为例，这种硬包电池的液冷形式是将冷板和电池模组进行贴合(一般在电池底部)，冷板做成小通道结构，冷却液流经冷板降低电池温度。此种冷却方式结构简单，易于加工制造，成本较低，因此得到了广泛的应用。
目前主流的冷却方式是多块冷板之间或者流道之间采用并联方式，降低冷却系统的流动阻力，但是这种冷却方式也存在明显的缺点：(1)如果冷板与冷板之间流量分配不均匀，则会造成某一块电池上的温度过高；(2)某一块冷板上的不同流道之间流量分配很难保证均匀，会造成冷板上某一处的温度过高。一般地，如果冷板上流量分配均匀，冷板上最大温差一般小于5℃，甚至于温度小于3℃，而假如流量分配差别较大，冷板上温差甚至可达十几度，难以满足动力电池的热管理要求。所以冷板上的流量分配是液冷系统设计的重点内容。图1、图2为常见的方形电池的液冷系统结构图。冷却液从供液母管1流入，通过冷板进口封头6流体流经四个冷板本体3，在出口封头4汇集从回液母管5流出。由于冷却液在流经每块冷板的流动阻力并不相同，因此很容易导致每块冷板本体3之间流量分配不均匀，造成电池模组7之间的均温性降低。正是基于现有冷却系统冷却液分布不均匀的技术缺陷，本项目提出了一种新的冷板设计方案，用于提高电池模组的电池热管理水平。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可以保证冷板上的流道中流量分配均匀，从而使得液冷冷板上的温差较小的用于动力电池冷却的冷板结构。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：用于动力电池冷却的冷板结构，包括：
至少一块冷板本体，所述冷板本体内设置有若干冷却流道；
分流结构，所述分流结构具有冷却液供液口及与所述供液口连通的多级分流通道，多级分流通道中的末级分流通道与所述冷板本体内的冷却流道一一对应连接。
作为优选的技术方案，所述分流结构中下级分流通道的数目为上级分流通道数目的2倍，所述分流结构的末级分流通道数目为2n个，n为分流通道的级数。
作为优选的技术方案，所述分流通道的宽度沿冷却液流动方向随着分流级数逐次递减。
作为优选的技术方案，下级单个分流通道的截面积相对于上级单个分流通道的截面积减半。
作为优选的技术方案，分流通道的级数n的取值范围为2～6。
作为优选的技术方案，所述分流结构中的分流通道与冷板本体内的冷却流道的布置方向相同或垂直。
作为优选的技术方案，所述冷板本体设置有进口封头和出口封头，所述分流结构安装于进口封头中，各所述冷却流道在出口封头汇合。
作为优选的技术方案，所述冷板本体为两块以上，相邻的两块所述冷板本体并联设置。
由于采用了上述技术方案，本实用新型具有至少以下有益效果：
(1)通过设置多级分流结构，可以保证冷板的各个冷却流道之间流量分配更均匀，从而保证冷板上的温差更小，实现流道的电池模组的降温与均温控制。
(2)对于冷板本体并联后再进行多级分流，一方面可以有效减少板体内的分流级数，另一方面这种结构使得并联的母管上几个流道之间流量分配更加均匀。
附图说明
以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：
图1是现有技术中冷板结构的结构示意图(带有电池模组)；
图2是现有技术中冷板结构的结构示意图(去掉电池模组)；
图3是本实用新型实施例一的结构示意图；
图4是图3中A-A向的剖面结构示意图；
图5是本实用新型实施例二的结构示意图；
图6是图5中B-B向的剖面结构示意图；
图7是本实用新型实施例三的结构示意图；
图8是图7中C-C向的剖面结构示意图。
图中：1-供液母管；2-分流结构；201-一级分流通道；202-二级分流通道； 203-三级分流通道；204-四级分流通道；205-五级分流通道；206-冷却流道； 3-冷板本体；4-出口封头；5-回液母管；6-进口封头；7-电池模组。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
实施例一
如图3和图4所示，用于动力电池冷却的冷板结构，包括冷板本体3和分流结构2，所述冷板本体3内设置有若干冷却流道206；
所述分流结构2具有供液口及多级分流通道，供液口与供液母管1连接，用于冷却液流入；本实施例中，多级分流通道为五级分流结构，即一级分流通道201、二级分流通道202、三级分流通道203、四级分流通道204、五级分流通道205。参考图4，所述分流结构2中下级分流通道的数目为上级分流通道数目的2倍，所述分流结构的末级分流通道数目为2n个，分流通道的级数n的取值范围优选为2～6；本实施例中，五级分流通道205即末级分流通道为25＝32 个，五级分流通道205分别一一对应连接冷却流道206，即冷却流道206亦为 25＝32个。本实施例中，各级分流通道与冷却流道206的长度布置方向相同。
如果用四级分流或者三级分流，则冷却流道数目可以相应减少为24＝16个或者23＝8个，分流级数可根据冷板的宽度、电池温度及均温性要求确定，从2～ 6不等，其均应属于本实用新型的保护范围。
参考图4，分流通道的宽度d沿冷却液流动方向随着分流级数逐次递减，如一级分流通道201的宽度d介于2～16mm，d随着分流级数逐渐递减，即从二级分流通道202至五级分流通道205逐次递减。图中尺寸只是示例，实际过程中，分流结构通道尺寸递减的标准如下：由于每次分流后下一级单个通道流量减半，所以应当使得下一级分流通道的截面积相对于上级分流通道截面积减半。相邻两级分流通道之间的间距h取值2～10mm，h可以不随分流级数发生变化。相邻两级分流通道之间的间距应当是一致的，取决于冷板流道尺寸。
本实施例中，所述冷板本体3设置有进口封头7和出口封头4，所述分流结构安装于进口封头7中，各所述冷却流道流体在出口封头4汇合，然后从回液母管5流出；出口封头4仍旧用简单的直管封头即可。
采用上述分级流道可以使每个冷却流道206之间的流动阻力接近相等，可有效地提高每个流道之间的流量分配均匀性，大幅度提高电池模组之间的均温性。
实施例二
参考图5和图6，本实施例与实施例一的结构原理相同，分流结构2也为五级分流，其唯一区别在于：本实施例中，分流结构2为竖直布置，即分流结构2中各级分流通道与冷却流道的长度布置方向垂直，这样可以充分节约电池包内部空间。
实施例三
参考图7和图8，根据电池包内部模组的结构形式，可将四个通道并联然后进行三级分流，这样做可以有效减少冷板内分流级数，此时每个冷板本体3 内只有三级分流结构，通道出口仍旧汇集到一根管中。这种四管并联三级分流的结构封头，等于人为的增加了流动阻力，这种流动阻力相对来说并不大，带来的好处在于使得并联的供液母管1上几个流道之间流量分配更均匀。
分流的级数取决于具体情况，可减少或者增多，其均应属于本实用新型的保护范围。
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (8)

1.用于动力电池冷却的冷板结构，其特征在于，包括：
至少一块冷板本体，所述冷板本体内设置有若干冷却流道；
分流结构，所述分流结构具有冷却液供液口及与所述供液口连通的多级分流通道，多级分流通道中的末级分流通道与所述冷板本体内的冷却流道一一对应连接。
2.如权利要求1所述的用于动力电池冷却的冷板结构，其特征在于：所述分流结构中下级分流通道的数目为上级分流通道数目的2倍，所述分流结构的末级分流通道数目为2n个，n为分流通道的级数。
3.如权利要求2所述的用于动力电池冷却的冷板结构，其特征在于：所述分流通道的宽度沿冷却液流动方向随着分流级数逐次递减。
4.如权利要求3所述的用于动力电池冷却的冷板结构，其特征在于：下级单个分流通道的截面积相对于上级单个分流通道的截面积减半。
5.如权利要求2所述的用于动力电池冷却的冷板结构，其特征在于：分流通道的级数n的取值范围为2～6。
6.如权利要求1所述的用于动力电池冷却的冷板结构，其特征在于：所述分流结构中的分流通道与冷板本体内的冷却流道的布置方向相同或垂直。
7.如权利要求1所述的用于动力电池冷却的冷板结构，其特征在于：所述冷板本体设置有进口封头和出口封头，所述分流结构安装于进口封头中，各所述冷却流道在出口封头汇合。
8.如权利要求1至7任一项所述的用于动力电池冷却的冷板结构，其特征在于：所述冷板本体为两块以上，且相邻的两块所述冷板本体并联设置。
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