CN217522115U - 一种刀片动力电池液冷相变复合式冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种刀片动力电池液冷相变复合式冷却装置，属于电池热管理技术领域。包括刀片动力电池组、外壳、上液冷基板、下液冷基板、上液冷盖板、下液冷盖板，每两电池之间夹有相变材料，刀片动力电池组顶部，贴有上液冷基板，上液冷基板上方有上液冷盖板，上液冷基板与刀片动力电池组顶部之间，填充有导热硅胶，上液冷基板内有分形流道，电池底部具有与顶部相同的布置结构。本实用新型采用分形流道的液冷板，并与相变材料结合进行冷却，能够有效解决刀片动力电池组温度过高及温度分布不均问题，保证刀片动力电池组性能及循环寿命。

Description

一种刀片动力电池液冷相变复合式冷却装置

技术领域

本实用新型涉及一种刀片动力电池液冷相变复合式冷却装置，属于电池热管理技术领域。

背景技术

动力电池作为储能元件，具有自放电率低、无记忆等优点，因此在新能源汽车上得到了广泛应用。动力电池的充放电性能、可靠性和安全性与自身温度有关，若温度过高，会影响电池的寿命和容量，严重时将会出现燃烧、爆炸现象，且电池组温度均匀性需控制在一定范围内，防止单体电池衰减速率不一致，加快电池的损耗。

按照传热介质不同，电池热管理方式可分为强制风冷、液冷、相变材料冷却，风冷难以解决动力电池温度均匀性和地区推广问题。液冷可分为直接液冷和间接液冷，间接液冷方式成本较低，在市场上很受欢迎，间接液冷主要通过在电池模组内布置液冷板，液冷板内设置流道，冷却液在流道内循环，将电池产生的热量带走，达到降低电池温度的目的。相变材料具有较大的潜热能力，能够有效解决电池温度均匀性问题。

刀状长条形电池是目前兴起的一种大尺寸、大容量的动力锂电池，具有能量密度高，安全性能好等优点。刀片动力电池尺寸较大，充放电时温差相对较高，常见的单面传热无法有效控制刀片动力电池的温差，严重影响电池寿命。此外，常见的冷却系统存在冷却液在流道内流动途径过长及冷却液分布不均，致使散热效果不佳，电池最高温度和温差超出安全温度范围。

因此，有必要对现有技术进行改进以解决现有技术的不足。

实用新型内容

本实用新型是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种刀片动力电池液冷相变复合式冷却装置，旨在有效解决冷却液在流道内流动途径过长及冷却液分布不均,避免刀片动力电池温度过高及温度分布不均问题，保证了电池的使用寿命。

本实用新型采用如下技术方案：一种刀片动力电池液冷相变复合式冷却装置，包括刀片动力电池组、外壳6、上液冷基板41、下液冷基板42、上液冷盖板31、下液冷盖板32；刀片动力电池组由多个刀片动力电池7平行间隔设置组成且放置在外壳6内部，外壳6的左右两侧设有栅形挡板5，相邻两个刀片动力电池7之间的间隙中竖向插入相变材料120，栅形挡板5的宽度大于相邻两个刀片动力电池7之间的间隙，相变材料120两侧和刀片动力电池7两侧与栅形挡板5接触，刀片动力电池7两侧的电级露出栅形挡板5外部，刀片动力电池组与上方的上液冷基板41、下方的下液冷基板42之间均设置有导热硅胶110，上液冷基板41与上方的上液冷盖板31之间、下液冷基板42与下方的下液冷盖板32之间均设有流道密封垫102，上液冷基板41、下液冷基板42内侧面均设有分形流道82，上液冷基板41、下液冷基板42前端的一角均设有进口液冷接头21，后端与进口液冷接头21处于对角线的一角均设有出口液冷接头22，进口液冷接头21与出口液冷接头22通过分形流道82连通。

具体地，分形流道82包括冷却入口81、冷却出口87及并联的第一流道83、第二流道84、第三流道85和第四流道86，第一流道83、第二流道84、第三流道85和第四流道86的入口端均与冷却入口81连通，出口端均与冷却出口87连通，冷却入口81与进口液冷接头21连接，冷却出口87与出口液冷接头22连接，每个流道包括自上而下连通的第一串联流道91、第二串联流道92、第三串联流道93、第四串联流道94、第五串联流道95、第六串联流道96和第七串联流道97组成。

优选地，每个串联流道的两侧均匀设置有扰流装置98。

更优地，扰流装置98为圆柱形或菱形或椭圆形。

优选地，分形流道82的外周设有流道外周密封垫槽104。

具体地，上部的第二螺钉12自上而下依次穿过上液冷盖板31、上部的流道密封垫102、上液冷基板41中部对应处的螺钉孔将三者固定连接，下部的第二螺钉12自下而上依次穿过下液冷盖板32、下部的流道密封垫102、下液冷基板42 中部对应处的螺钉孔将三者固定连接。

具体地，外壳6前后侧板的四个角上均设有带螺钉孔的外壳凸台，上液冷基板41、下液冷基板42、上液冷盖板31、下液冷盖板32与外壳凸台对应处均设有带螺钉孔的连接凸台，上方的第一螺钉11 自上而下依次穿过上液冷盖板31的连接凸台、上液冷基板41的连接凸台、外壳6上方的外壳凸台将三者固定连接，下方的第一螺钉11 自下而上依次穿过下液冷盖板32的连接凸台、下液冷基板42的连接凸台、外壳6下方的外壳凸台将三者固定连接。

优选地，进口液冷接头21、出口液冷接头22与上液冷基板41和下液冷基板42的连接处均设有液冷接头密封垫101，进口液冷接头21、出口液冷接头22分别与上液冷基板41和下液冷基板42通过螺钉13连接。

优选地，外壳6与栅形挡板5焊接成一体。

优选地，上液冷基板41、下液冷基板42、上液冷盖板31、下液冷盖板32、外壳6、栅形挡板5、进口液冷接头21和出口液冷接头22均采用铝型材。

本实用新型的有益效果是：与现有技术相比，本实用新型结构设计科学，能够满足电池散热性能的情况下，保证刀片动力电池组整体结构的强度和刚度，便于加工生产，制造成本低，具有重大的实践意义。此外，本实用新型中的分形流道，能有效解决冷却液在流道内流动途径过长及冷却液分布不均问题。相邻两刀片动力电池之间夹有一定厚度的相变材料，具有高温时吸收热量，低温时释放热量的特点，与液冷相结合，能最大化降低电池组的温度，并能使刀片动力电池组温度均匀，保证了刀片动力电池组的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型整体结构的示意图。

图2为本实用新型分形流道的结构示意图。

图3为本实用新型刀片动力电池组顶部液冷模块的分解示意图。

图4为本实用新型刀片动力电池组底部液冷模块的分解示意图。

图5为图1去掉图3、图4中部件后的示意图。

图6为图5的爆炸图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例1：如图1-6所示，一种刀片动力电池液冷相变复合式冷却装置，包括刀片动力电池组、外壳6、上液冷基板41、下液冷基板42、上液冷盖板31、下液冷盖板32；刀片动力电池组由多个刀片动力电池7平行间隔设置组成且放置在外壳6内部，外壳6的左右两侧设有栅形挡板5，相邻两个刀片动力电池7之间3mm的间隙中竖向插入相变材料120，栅形挡板5的宽度大于相邻两个刀片动力电池7之间的间隙，相变材料120两侧和刀片动力电池7两侧与栅形挡板5接触，刀片动力电池7两侧的电级露出栅形挡板5外部，刀片动力电池组与上方的上液冷基板41、下方的下液冷基板42之间均设置有导热硅胶110，上液冷基板41与上方的上液冷盖板31之间、下液冷基板42与下方的下液冷盖板32之间均设有流道密封垫102，上液冷基板41、下液冷基板42内侧面均设有分形流道82，上液冷基板41、下液冷基板42前端的一角均设有进口液冷接头21，后端与进口液冷接头21处于对角线的一角均设有出口液冷接头22，进口液冷接头21与出口液冷接头22通过分形流道82连通。

进一步地，分形流道82包括冷却入口81、冷却出口87及并联的第一流道83、第二流道84、第三流道85和第四流道86，第一流道83、第二流道84、第三流道85和第四流道86的入口端均与冷却入口81连通，出口端均与冷却出口87连通，冷却入口81与进口液冷接头21连接，冷却出口87与出口液冷接头22连接，每个流道包括自上而下连通的第一串联流道91、第二串联流道92、第三串联流道93、第四串联流道94、第五串联流道95、第六串联流道96和第七串联流道97组成。

进一步地，每个串联流道的两侧均匀设置有扰流装置98，扰流装置98为圆柱形或菱形或椭圆形等，用于增强冷却液湍流强度。

进一步地，分形流道82的外周设有流道外周密封垫槽104。流道外周密封垫槽104分布在分形流道82的第一级流道83和第四级流道86外侧，形状轮廓与第一级流道83和第四级流道86外缘轮廓相似。

进一步地，上部的第二螺钉12自上而下依次穿过上液冷盖板31、上部的流道密封垫102、上液冷基板41中部对应处的螺钉孔将三者固定连接，下部的第二螺钉12自下而上依次穿过下液冷盖板32、下部的流道密封垫102、下液冷基板42 中部对应处的螺钉孔将三者固定连接。如图2所示，上液冷基板41、下液冷基板42上的中部螺钉孔为第二串联流道92、第四串联流道94、第六串联流道96的中心处的孔，螺钉孔内设有基板螺钉密封垫槽105，共6个基板螺钉密封垫槽105。如图3、4所示，流道密封垫102中部的螺钉孔内设有流道中心螺钉密封垫103。

进一步地，外壳6前后侧板的四个角上均设有带螺钉孔的外壳凸台，上液冷基板41、下液冷基板42、上液冷盖板31、下液冷盖板32与外壳凸台对应处均设有带螺钉孔的连接凸台，上方的第一螺钉11 自上而下依次穿过上液冷盖板31的连接凸台、上液冷基板41的连接凸台、外壳6上方的外壳凸台将三者固定连接，下方的第一螺钉11 自下而上依次穿过下液冷盖板32的连接凸台、下液冷基板42的连接凸台、外壳6下方的外壳凸台将三者固定连接。

进一步地，进口液冷接头21、出口液冷接头22与上液冷基板41和下液冷基板42的连接处均设有液冷接头密封垫101，进口液冷接头21、出口液冷接头22分别与上液冷基板41和下液冷基板42通过螺钉13连接。

流道密封垫槽104、基板螺钉密封垫槽105、流道中心螺钉密封垫103、流道密封垫102、液冷接头密封垫101用于防止冷却液在分形流道82内流动时发生泄漏。

进一步地，外壳6与栅形挡板5焊接成一体。

进一步地，上液冷基板41、下液冷基板42、上液冷盖板31、下液冷盖板32、外壳6、栅形挡板5、进口液冷接头21和出口液冷接头22均采用铝型材。

本实用新型的工作原理是：如图1所示，上液冷基板41左侧上方连接有进口液冷接头21，右侧下方连接有出口液冷接头22，下液冷基板42左侧下方连接有进口液冷接头21，右侧上方连接有出口液冷接头22。冷却液从进口液冷接头21进入，经过冷却入口81分别进入并联的第一流道83、第二流道84、第三流道85和第四流道86，冷却液在每个并联流道内经过第一串联流道91、第二串联流道92、第三串联流道93、第四串联流道94、第五串联流道95、第六串联流道96、第七串联流道97，最后通过冷却出口87流入出口液冷接头22，完成冷却循环，通过冷却液在分形流道82内流道，与上液冷基板41和下液冷基板42进行换热。

刀片动力电池7通过导热硅胶110与上液冷基板41和下液冷基板42换热，同时导热硅胶110起缓冲导热作用，并保证上液冷基板41和下液冷基板42与刀片动力电池7紧密贴合，较小传热热阻。

每两个刀片动力电池7之间都有3mm的间隙，该间隙中有3mm厚的相变材料120，相变材料120与刀片动力电池7为面接触，相变材料120具有高温时吸收热量，低温时释放热量的特点，在刀片动力电池7温度较高时，相变材料120会吸收刀片动力电池7产生的热量，当温度达到相变材料120相变温度时，会从固态向液态发生变化，将刀片动力电池7产生的热量存储在相变材料120中，这个过程可以保证刀片动力电池7温度均匀和电池寿命，由于相变材料120夹在刀片动力电池7之间，装配完成后，相变材料120被栅形挡板5和导热硅胶110及上液冷基板41和下液冷基板42覆盖，所以无法从外侧看到相变材料120，进而防止了相变材料120吸热融化后发生泄漏。

冷却液一般为质量比为1比1的乙二醇和水的混合液，与铝相容性好，且在低温-40摄氏度液不会凝固。

冷却液在分形流道82内流动，需要外部冷却泵(如水泵)提供循环动力，从而保证冷却液可以在分形流道82内流动，并可控制冷却液的流动速度。

刀片动力电池7产生的热量一方面通过刀片动力电池7顶部和底部的导热硅胶110传递给上液冷基板41和下液冷基板42，上液冷基板41和下液冷基板42中的分形流道82内循环有冷却液，与上液冷基板41和下液冷基板42进行换热，将热量带走。另一方面，刀片动力电池7产生的热量会传递给与刀片动力电池7相接触的相变材料120，将热量存储在相变材料120中，从而使刀片动力电池7的温度保持在安全温度范围，保证刀片动力电池能够正常工作，从而达到液冷与相变结合冷却的目的。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应是为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种刀片动力电池液冷相变复合式冷却装置，其特征在于：包括刀片动力电池组、外壳(6)、上液冷基板(41)、下液冷基板(42)、上液冷盖板(31)、下液冷盖板(32)；刀片动力电池组由多个刀片动力电池(7)平行间隔设置且放置在外壳(6)内部，外壳(6)的左右两侧设有栅形挡板(5)，相邻两个刀片动力电池(7)之间的间隙中竖向插入相变材料(120)，栅形挡板(5)的宽度大于相邻两个刀片动力电池(7)之间的间隙，相变材料(120)两侧和刀片动力电池(7)两侧与栅形挡板(5)接触，刀片动力电池(7)两侧的电级露出栅形挡板(5)外部，刀片动力电池组与上方的上液冷基板(41)、下方的下液冷基板(42)之间均设置有导热硅胶(110)，上液冷基板(41)与上方的上液冷盖板(31)之间、下液冷基板(42)与下方的下液冷盖板(32)之间均设有流道密封垫(102)，上液冷基板(41)、下液冷基板(42)内侧面均设有分形流道(82)，上液冷基板(41)、下液冷基板(42)前端的一角均设有进口液冷接头(21)，后端与进口液冷接头(21)处于对角线的一角均设有出口液冷接头(22)，进口液冷接头(21)与出口液冷接头(22)通过分形流道(82)连通。

2.根据权利要求1所述的刀片动力电池液冷相变复合式冷却装置，其特征在于：分形流道(82)包括冷却入口(81)、冷却出口(87)及并联的第一流道(83)、第二流道(84)、第三流道(85)和第四流道(86)，第一流道(83)、第二流道(84)、第三流道(85)和第四流道(86)的入口端均与冷却入口(81)连通，出口端均与冷却出口(87)连通，冷却入口(81)与进口液冷接头(21)连接，冷却出口(87)与出口液冷接头(22)连接，每个流道包括自上而下连通的第一串联流道(91)、第二串联流道(92)、第三串联流道(93)、第四串联流道(94)、第五串联流道(95)、第六串联流道(96)和第七串联流道(97)组成。

3.根据权利要求2所述的刀片动力电池液冷相变复合式冷却装置，其特征在于：每个串联流道的两侧均匀设置有扰流装置(98)。

4.根据权利要求3所述的刀片动力电池液冷相变复合式冷却装置，其特征在于：扰流装置(98)为圆柱形或菱形或椭圆形。

5.根据权利要求1或2所述的刀片动力电池液冷相变复合式冷却装置，其特征在于：分形流道(82)的外周设有流道外周密封垫槽(104)。

6.根据权利要求1所述的刀片动力电池液冷相变复合式冷却装置，其特征在于：上部的第二螺钉(12)自上而下依次穿过上液冷盖板(31)、上部的流道密封垫(102)、上液冷基板(41)中部对应处的螺钉孔将三者固定连接，下部的第二螺钉(12)自下而上依次穿过下液冷盖板(32)、下部的流道密封垫(102)、下液冷基板(42) 中部对应处的螺钉孔将三者固定连接。

7.根据权利要求1所述的刀片动力电池液冷相变复合式冷却装置，其特征在于：外壳(6)前后侧板的四个角上均设有带螺钉孔的外壳凸台，上液冷基板(41)、下液冷基板(42)、上液冷盖板(31)、下液冷盖板(32)与外壳凸台对应处均设有带螺钉孔的连接凸台，上方的第一螺钉(11) 自上而下依次穿过上液冷盖板(31)的连接凸台、上液冷基板(41)的连接凸台、外壳(6)上方的外壳凸台将三者固定连接，下方的第一螺钉(11) 自下而上依次穿过下液冷盖板(32)的连接凸台、下液冷基板(42)的连接凸台、外壳(6)下方的外壳凸台将三者固定连接。

8.根据权利要求1所述的刀片动力电池液冷相变复合式冷却装置，其特征在于：进口液冷接头(21)、出口液冷接头(22)与上液冷基板(41)和下液冷基板(42)的连接处均设有液冷接头密封垫(101)，进口液冷接头(21)、出口液冷接头(22)分别与上液冷基板(41)和下液冷基板(42)通过螺钉(13)连接。

9.根据权利要求1所述的刀片动力电池液冷相变复合式冷却装置，其特征在于：外壳(6)与栅形挡板(5)焊接成一体。

10.根据权利要求1所述的刀片动力电池液冷相变复合式冷却装置，其特征在于：上液冷基板(41)、下液冷基板(42)、上液冷盖板(31)、下液冷盖板(32)、外壳(6)、栅形挡板(5)、进口液冷接头(21)和出口液冷接头(22)均采用铝型材。

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