CN216903110U - 一种冷却系统和电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种冷却系统和电池，冷却系统包括两个相对设置的液冷侧板和连接在两个液冷侧板之间的液冷底板，该冷却系统可以通过两个液冷侧板和一个液冷底板对电芯模组的两个侧面和底面同时进行冷却，增加了换热面积，提升了换热效率，同时多面冷却还降低了电芯模组的温差。

Description

一种冷却系统和电池

技术领域

本实用新型涉及散热技术领域，具体涉及一种冷却系统和电池。

背景技术

电池在运行过程中产生大量的热量，热量聚集从而导致电池温度升高。电池在高温状态下运行，不仅对电池的性能和寿命产生影响，还会引发热失控问题，威胁电池安全。目前，电池的冷却系统主要包括液冷板和管路等部件。其中，液冷板通常位于电芯模组的底部或者上部，采用单面冷却的方式对电池进行降温。单面冷却的方式容易导致以下问题：

(1)电芯模组的温差较大

由于液冷板为单面冷却，因此在电芯模组冷却面的对侧端的温度较高，尤其在大倍率充放电情况下，产热和散热功率较大，造成温差加剧。

(2)单侧冷却换热效率低

由于液冷板单侧与电芯模组接触，换热面仅为单侧接触面，导致液冷板的换热效率受限。

(3)无法冷却铜排、连接片等

由于铜排和连接片无法与液冷板直接接触，传热路径较长，无法冷却铜排或连接片等金属件。

针对上述问题，通常采用增加冷却液流量的方式提高冷却板的换热系数和换热效率，但是该方法需要增加水泵负载，成本高，且对降低电芯模组的温差影响较差。

实用新型内容

有鉴于此,本实用新型实施例提供了一种冷却系统和电池，该冷却系统可以对电芯模组的三面同时进行冷却，增加了换热面积，提升了换热效率，同时多面冷却还降低了电芯模组的温差。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种冷却系统，所述冷却系统包括：

两个相对设置的液冷侧板；

液冷底板，连接在两个所述液冷侧板之间且位于两个所述液冷侧板的下方。

进一步地，所述冷却系统还包括：

两个进液集液管，分别设置在两个所述液冷侧板的顶部；

出液集液管，设置在所述液冷底板上，所述出液集液管与两个所述进液集液管连通；

两个进液管接头，分别与两个所述进液集液管连接；

出液管接头，与所述出液集液管连接。

进一步地，两个所述液冷侧板分别设置有多个第一支路，所述液冷底板设置有多个第二支路，多个所述第二支路分设在所述出液集液管的两侧，多个所述第一支路的一端与对应的所述进液集液管连通，多个所述第二支路的一端与所述出液集液管连通，多个所述第一支路的另一端与对应的多个所述第二支路的另一端一一对应连通。

进一步地，两个所述进液管接头连接在两个所述进液集液管的一端，所述出液管接头连接在所述出液集液管远离所述进液管接头的一端。

进一步地，两个所述液冷侧板与所述液冷底板连接形成U形对称结构，所述出液集液管设置在所述液冷底板的中间位置且与两个所述进液集液管平行，多个所述第一支路等间距排布且与对应的所述进液集液管垂直连通，多个所述第二支路等间距排布连通在对应的多个所述第一支路和所述出液集液管之间，多个所述第二支路与所述出液集液管垂直连通。

进一步地，两个所述液冷侧板和所述液冷底板通过挤压型材一体加工形成，所述进液集液管的外侧包覆有隔热材料。

进一步地，所述冷却系统还包括与所述液冷侧板一体加工形成的翼板，所述翼板由两个所述液冷侧板的内侧面向两端外侧延伸形成，所述翼板的厚度小于所述液冷侧板的厚度。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种电池，所述电池包括：

电芯模组；

如第一方面所述的冷却系统，所述电芯模组嵌入到所述冷却系统内，所述电芯模组的两个相对设置的侧面分别与两个所述液冷侧板的内侧面连接，所述电芯模组的底面与所述液冷底板的顶面连接。

进一步地，所述电池还包括：

多个连接片，所述连接片连接所述电芯模组的电芯极柱；

铜排，与所述电芯模组连接；

多个相变材料片，分别固定在对应的所述连接片和所述铜排上。

进一步地，所述电芯模组的底面和两个相对设置的侧面均设置有导热胶层，所述电芯模组通过所述导热胶层固定在所述冷却系统内；

所述电池还包括两个端板，分别位于所述电芯模组的另外两个相对设置的侧面外侧，所述端板连接在两个液冷侧板之间。

本实用新型实施例提供了一种冷却系统和电池，冷却系统包括两个相对设置的液冷侧板和连接在两个液冷侧板之间的液冷底板，该冷却系统可以通过两个液冷侧板和一个液冷底板对电芯模组的两个侧面和底面同时进行冷却，增加了换热面积，提升了换热效率，同时多面冷却还降低了电芯模组的温差。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本实用新型实施例的冷却系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的冷却系统的侧视图；

图3是本实用新型实施例的冷却系统单侧结构的轴向示意图；

图4是本实用新型实施例的冷却系统的俯视图；

图5是本实用新型实施例的电池的结构示意图；

图6是本实用新型实施例的电池的爆炸示意图；

图7是本实用新型实施例的连接片和相变材料片的结构示意图。

附图说明标记：

1-电芯模组；11-电芯极柱；2-冷却系统；21-液冷侧板；22-液冷底板；23-进液集液管；24-出液集液管；25-进液管接头；26-出液管接头；27-第一支路；28-第二支路；29-翼板；3-连接片；4-相变材料片；5-端板。

具体实施方式

以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是本实用新型并不仅仅限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则在说明书的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1-图4为本实施例的冷却系统的结构示意图。其中，冷却系统2包括两个相对设置的液冷侧板21和液冷底板22，如图1所示。液冷底板22连接在两个所述液冷侧板21之间且位于两个液冷侧板21的下方，形成U形对称结构。电芯模组1嵌入到U形对称结构内后，电芯模组1的两个相对设置的侧面分别与两个所述液冷侧板21的内侧面连接，所述电芯模组1的底面与所述液冷底板22的顶面连接，如图5所示。也就是说，两个液冷侧板21分别用于给与其连接的电芯模组1的侧面进行冷却降温，液冷底板22用于给电芯模组1的底面进行冷却降温，由此冷却系统2可以对电芯模组1的三面同时进行冷却降温，增加了换热面积，提高了换热效率。同时，多面冷却还降低了电芯模组的温差，且为组装电芯模组省去了模组侧板，降低了生产成本，提高了集成度，从而提高了电池内部空间的利用率。

在本实施例中，所述电芯模组1与液冷侧板21连接的侧面是指组成电芯模组1的所有电芯共同形成的侧面。也就是说，液冷侧板21可以将所有电芯的侧面同时覆盖进行冷却，提高对所有电芯的冷却效果。

所述冷却系统2还包括两个进液集液管23、出液集液管24、两个进液管接头25和出液管接头26，如图1所示。其中，两个进液集液管23分别设置在两个所述液冷侧板21的顶部，出液集液管24设置在所述液冷底板22上，出液集液管24和两个进液集液管23连通。两个进液管接头25分别与两个所述进液集液管23的一端连通，出液管接头26与出液集液管24的一端连通。两个进液集液管23和出液集液管24之间对应的液冷侧板21和液冷底板22内设置有多条液冷管道。冷却液通过两个进液管接头25分别进入两个进液集液管23内，两个进液集液管23将冷却液分配到各条液冷管道内，然后汇流至出液集液管24内，通过出液管接头26流出，冷却液的流动方向如图3所示的箭头。上述冷却液的流动方向使得冷却液可以流经两个液冷侧板21和液冷底板22，可以同时对电芯模组1的两个相对侧面和底面(所有电芯的侧面和底面)进行冷却降温，增加了换热面积，提高了换热效率。

在本申请中，两个所述液冷侧板21分别设置有多个第一支路27，所述液冷底板22设置有多个第二支路28，多个所述第二支路28分设在所述出液集液管24的两侧，如图2、图3和图4所示。其中，多个所述第一支路27的一端均与对应的所述进液集液管23连通，多个所述第二支路28的一端与所述出液集液管24连通，多个所述第一支路27的另一端与对应的多个所述第二支路28的另一端一一对应连通，从而形成多条液冷管道。两个液冷侧板21的第一支路27的总数量与第二支路28的数量相同。出液集液管24两侧的第二支路28的数量可以相同或不同。当出液集液管24沿宽度方向两侧的第二支路28的数量相同时，两个液冷侧板21上设置的第一支路27的数量相同，且每个第一支路27均与一个第二支路28连通。当出液集液管24两侧的第二支路28的数量不同时，则两个液冷侧板21上设置的第一支路27的数量不同，每个液冷侧板21上的第一支路27的数量与出液集液管24对应侧的第二支路28的数量相同，且一一对应连通。

优选地，所述出液集液管24设置在所述液冷底板22的中间位置且与两个所述进液集液管23平行设置，如图1所示。出液集液管24两侧的第二支路28的数量相同且均与出液集液管24垂直连通。两个液冷侧板21的第一支路27的数量相同且与对应侧的第二支路28的数量相同。每个液冷侧板21上的多个所述第一支路27均等间距排布且与对应的所述进液集液管23垂直连通。出液集液管24两侧的多个第二支路28均等间距排布。相邻两个第二支路28之间的间距和相邻两个第一支路27之间的间距相等，从而使得每个第一支路27均与一个第二支路28对应连通形成一条液冷通道。上述第一支路27和第二支路28的设置方式，使得两个液冷侧板21以及液冷底板22上流动的冷却液比较均匀，可以对电芯模组1的两个侧面和底面均匀降温换热，降低温差对电芯模组的影响。

冷却液通过两个进液管接头25分别进入两个进液集液管23内，两个进液集液管23将冷却液均匀分配到液冷侧板21的各第一支路27内，然后经过对应的第二支路28汇流至出液集液管24内，通过出液管接头26流出。为保证各第一支路27内的冷却液的流量分配均匀，可以通过调整进液集液管23与各第一支路27的接口面积实现。

在一种优选实施例中，两个进液管接头25分别与两个所述进液集液管23位于相同一侧的一端连通。出液管接头26连接在所述出液集液管24远离所述进液管接头25的一端。进液管接头25和出液管接头26设置在不同的两端，使得所有的冷却液在冷却系统内流经的长度和时间相同，从而使得所有的冷却液可以起到同等的换热效果，从而使得冷却系统可以对电芯模组实现均匀降温换热，降低温差对电芯模组的影响。除此之外，所述出液管接头26还可以连接在出液集液管24靠近进液管接头25的一端，或者，两个进液管接头25连接在两个所述进液集液管23位于不同侧的一端。

进一步地，所述出液集液管24的管径可以设置为进液集液管23的管径的两倍以上，可以使得两个进液集液管23中的冷却液同时通过同一个出液集液管24及时流出，可以避免出液不及时影响冷却液循环效果，由此可以提高对电芯模组的降温效果。

进液集液管23的长度与液冷侧板21的长度基本相同、出液集液管24的长度与液冷底板22的长度基本相同，液冷侧板21的长度与液冷底板22的长度相同，可以最大程度增加冷却液流经的面积，从而增加换热面积，提高换热效率，降低电芯模组的温差。

电芯模组1嵌入固定到冷却系统2内后，两个所述进液集液管23的高度高于所述电芯模组1的高度，可以保证进液集液管23与电芯模组1未直接接触，从而保证流入各条液冷管道以及回流到出液集液管24的冷却液的温度基本保持一致，可以避免后经过电芯的冷却液的温度高于先经过电芯的冷却液的温度的问题，由此进一步降低电芯模组1的温差。

在另一实施例中，所述进液集液管23的外侧还可以包覆有云母带等隔热材料，可以进一步保证流入各条液冷管道以及回流到出液集液管24的冷却液的温度基本保持一致，由此可以进一步降低电芯模组1的温差。

进一步地，所述冷却系统2还包括多个翼板29，分别由两个所述液冷侧板21的内侧面向两端外侧延伸形成，如图1所示。相对设置的两个翼板29之间可以用于连接端板5，所述端板5用于固定电芯模组1。所述端板5与所述翼板29进行焊接固定，如图5所示。

在本实施例中，两个所述液冷侧板21和所述液冷底板22通过挤压型材一体加工形成，其加工方式简单，成本低。所述挤压型材的材料为3系铝合金。除此之外，挤压型材的材料也可以为其它任意可以进行挤压的材料。所述翼板29与所述液冷侧板21一体加工形成，所述翼板29的厚度小于所述液冷侧板21的厚度，便于与端板5进行焊接。

本实施例的冷却系统包括两个相对设置的液冷侧板和连接在两个液冷侧板之间的液冷底板，该冷却系统可以通过两个液冷侧板和一个液冷底板对电芯模组的两个侧面和底面同时进行冷却，增加了换热面积，提升了换热效率，同时多面冷却还降低了电芯模组的温差。

图5-图6为本实施例的电池的结构示意图。其中，电池包括电芯模组1和冷却系统2，电芯模组1嵌入到冷却系统2内进行冷却，如图5所示。所述电芯模组1的两个相对设置的侧面和底面分别与所述冷却系统2的不同冷却面连接进行冷却，由此增加了换热面积，提升了换热效率，降低了电芯模组的温差。同时，电芯模组1和冷却系统2的集成度较高，提高了电池内部空间的利用率。

其中，电芯模组1为单体电芯或者由多个单体电芯通过串联/并联的方式形成矩形结构。在本实施例中，电芯模组1为由多个单体电芯通过串联/并联的方式形成，如图6所示。单体电芯的顶部设置有电芯极柱11，多个单体电芯通过连接片3焊接固定连接不同的单体电芯的电芯极柱11，从而实现串联或者并联。

电芯模组1嵌入到冷却系统2内，使得电芯模组1的两个相对设置的侧面与两个液冷侧板21连接进行冷却，电芯模组1的底面和所述液冷底板22连接进行冷却，如图5所示。上述电芯模组1的两个相对设置的侧面是指由多个单体电芯的侧面连接的形成的平面，使得液冷侧板21与其连接后，可以同时对所有的单体电芯的侧面同时进行降温。

电芯模组1嵌入具有U形结构的冷却系统2内的方式，使得冷却系统2的相对两侧面可以相当于电芯模组1两侧的模组侧板将多个单体电芯组装在一起，由此冷却系统2在增加换热面积和提高换热效率的基础上，为电芯模组1的组装省去了模组侧板，从而提高了电芯模组1和冷却系统2的集成度，提高了电池内部空间的利用率。

在一种优选实施例中，所述电芯模组1的底面和两个相对设置的侧面均设置有导热胶层。所述电芯模组1嵌入到冷却系统内中，通过所述导热胶层固定在冷却系统2内。也即，电芯模组1的底面与液冷底板22粘接，电芯模组1的两个相对设置的侧面分别与两个液冷侧板21粘接，可以保证电芯模组1和冷却系统2的结构强度和接触良好，提升导热能力。其中，所述导热胶层通过在电芯模组1的底面和两个相对设置的侧面涂覆导热胶形成。所述导热胶可以根据目前上市的产品进行选择。

所述电池还包括两个端板5，分别位于所述电芯模组1的另外两个相对设置的侧面外侧，如图5和图6所示。两个端板5连接在两个液冷侧板21之间且相对设置在两个液冷侧板21的两端，用于固定电芯模组1的两侧。其中，端板5与电芯模组1之间设置有隔热材料，从而抑制热蔓延。

所述电池还包括多个连接片3和铜排，如图5和图6所示。所述连接片3连接所述电芯模组1的电芯极柱11。电芯模组1包括多个单体电芯，连接片3用于与多个单体电芯的电芯极柱11连接，使得多个单体电芯实现串联或并联。铜排与电芯模组1连接，用于导电。其中，连接片3可以通过激光焊接固定于电芯极柱11上。

所述电池还包括多个相变材料片4，分别固定在对应的所述连接片3和所述铜排上，如图5-图7所示。当连接片3或者铜排上的温度高于所述相变材料片4的温度时，相变材料片4可以逐步的吸收连接片3或者铜排上的热量从而降低连接片3或者铜排的温度。当相变材料片4吸收的热量使得相变材料片4的温度升高至相变温度时，相变材料片4通过改变物质状态(例如固态到液态，固态到气态的相变)进一步吸收连接片3或者铜排上的热量。所述相变温度相当于改变物质状态的温度阈值，该温度阈值具体根据相变材料片4的材料确定。

在一种实施例中，相变材料片4通过胶与连接片3固定。所述相变材料片4的基材为石墨或石蜡等。相变材料片4需要通过仿真选取合适熔点温度的材料制成。当电池快充时，连接片3发热大、温升较高，相变材料片4融化并吸收热量减低温度；当连接片3发热较小时，相变材料片4凝固。相变材料片4的宽度可根据空间、发热量及成本进行控制匹配。

本实用新型实施例提供了一种电池，电池包括电芯模组和冷却系统，电芯模组嵌入到U形冷却系统内，使得电芯模组的两个侧面和底面均与冷却系统连接进行冷却。同时，电池采用相变材料片对连接片和铜排等金属件直接冷却，降低传热路径。该电池的冷却系统可以对电芯模组的三面同时进行冷却，增加了换热面积，提升了换热效率，同时多面冷却和相变材料直接冷却金属件降低了电芯模组的温差。进一步地，U形冷却系统与电芯模组的集成度高，提高了电池内部空间的利用率。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有各种改动和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冷却系统，其特征在于，所述冷却系统(2)包括：

两个相对设置的液冷侧板(21)；

液冷底板(22)，连接在两个所述液冷侧板(21)之间且位于两个所述液冷侧板(21)的下方。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统(2)还包括：

两个进液集液管(23)，分别设置在两个所述液冷侧板(21)的顶部；

出液集液管(24)，设置在所述液冷底板(22)上，所述出液集液管(24)与两个所述进液集液管(23)连通；

两个进液管接头(25)，分别与两个所述进液集液管(23)连接；

出液管接头(26)，与所述出液集液管(24)连接。

3.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，两个所述液冷侧板(21)分别设置有多个第一支路(27)，所述液冷底板(22)设置有多个第二支路(28)，多个所述第二支路(28)分设在所述出液集液管(24)的两侧，多个所述第一支路(27)的一端与对应的所述进液集液管(23)连通，多个所述第二支路(28)的一端与所述出液集液管(24)连通，多个所述第一支路(27)的另一端与对应的多个所述第二支路(28)的另一端一一对应连通。

4.根据权利要求2-3中任一项所述的冷却系统，其特征在于，两个所述进液管接头(25)连接在两个所述进液集液管(23)的一端，所述出液管接头(26)连接在所述出液集液管(24)远离所述进液管接头(25)的一端。

5.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，两个所述液冷侧板(21)与所述液冷底板(22)连接形成U形对称结构，所述出液集液管(24)设置在所述液冷底板(22)的中间位置且与两个所述进液集液管(23)平行，多个所述第一支路(27)等间距排布且与对应的所述进液集液管(23)垂直连通，多个所述第二支路(28)等间距排布连通在对应的多个所述第一支路(27)和所述出液集液管(24)之间，多个所述第二支路(28)与所述出液集液管(24)垂直连通。

6.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，两个所述液冷侧板(21)和所述液冷底板(22)通过挤压型材一体加工形成，所述进液集液管(23)的外侧包覆有隔热材料。

7.根据权利要求1中所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统(2)还包括与所述液冷侧板(21)一体加工形成的翼板(29)，所述翼板(29)由两个所述液冷侧板(21)的内侧面向两端外侧延伸形成，所述翼板(29)的厚度小于所述液冷侧板(21)的厚度。

8.一种电池，其特征在于，所述电池包括：

电芯模组(1)；

如权利要求1-7中任一项所述的冷却系统(2)，所述电芯模组(1)嵌入到所述冷却系统(2)内，所述电芯模组(1)的两个相对设置的侧面分别与两个所述液冷侧板(21)的内侧面连接，所述电芯模组(1)的底面与所述液冷底板(22)的顶面连接。

9.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，所述电池还包括：

多个连接片(3)，所述连接片(3)连接所述电芯模组(1)的电芯极柱(11)；

铜排，与所述电芯模组(1)连接；

多个相变材料片(4)，分别固定在对应的所述连接片(3)和所述铜排上。

10.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，所述电芯模组(1)的底面和两个相对设置的侧面均设置有导热胶层，所述电芯模组(1)通过所述导热胶层固定在所述冷却系统(2)内；

所述电池还包括两个端板(5)，分别位于所述电芯模组(1)的另外两个相对设置的侧面外侧，所述端板(5)连接在两个液冷侧板(21)之间。

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