CN218827385U - 一种多面换热的电池液冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多面换热的电池液冷系统，包括底部液冷板、顶部液冷板、换热工质进液管和换热工质出液管，所述底部液冷板设置在电芯的底部，其内部设有底部流道；所述顶部液冷板设置在所述电芯的顶部，其内部设有顶部流道；所述底部流道和顶部流道均与所述换热工质进液管和换热工质出液管连通。

Description

一种多面换热的电池液冷系统

技术领域

本实用新型涉及电池领域，尤其涉及一种多面换热的电池液冷系统。

背景技术

随着经济和新能源技术的不断发展，电化学储能产品在市场上也日渐成熟。其中，动力电池包是电化学储能产品的研发核心，每一个电池包是由多个电池模组组成，每个电池模组由多个电池串并联组成。

锂离子电池需要工作在适宜的温度范围(20-40℃)内，在此范围内其性能、寿命及安全性表现最好。实际使用中，锂离子电池温度一方面受环境温度影响，另一方面受自身发热影响，会偏离此适宜的温度范围，所以需要使用热管理系统控制其温度。当前最常用的是液冷系统，但是，现有的液冷系统方案逐渐难以满足巨大的散热需求。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种多面换热的电池液冷系统，包括底部液冷板、顶部液冷板、换热工质进液管和换热工质出液管，所述底部液冷板设置在电芯的底部，其内部设有底部流道；所述顶部液冷板设置在所述电芯的顶部，其内部设有顶部流道；所述底部流道和顶部流道均与所述换热工质进液管和换热工质出液管连通。

较佳地，所述电芯的底部与所述底部液冷板之间填充有第一TIM层，所述电芯顶部与所述顶部液冷板之间填充有第二TIM层。

较佳地，所述底部液冷板为一体板。

较佳地，所述顶部液冷板位于所述电芯顶部的若干极柱之间的空隙中。

较佳地，所述顶部液冷板包括若干液冷板条，若干的所述液冷板条分布在若干的所述极柱之间的空隙中。

较佳地，若干的所述液冷板条通过其两端的若干集流管分成若干串联或/和并联的液冷板条组：所述液冷板组包括若干平行的所述液冷板条，所述液冷板条内设有分通道，所述集流管内设有集流通道，所述液冷板条内的所述分通道与其两端的集流管内的所述集流通道连通。

较佳地，沿着换热工质在若干所述液冷板条组的流动方向，第一个所述集流管上开设有换热工质进口，所述换热工质进口与所述换热工质进液管连通；最有一个所述集流管上开设有换热工质出口，所述换热工质出口与所述换热工质出液管连通。

较佳地，所述的第一个所述集流管和所述的最后一个所述集流管位于所述液冷板条的同一侧。

较佳地，所述电芯的顶部设有防爆阀，所述顶部液冷板包括并联的第一顶部液冷板和第二顶部液冷板，所述第一顶部液冷板和所述第二顶部液冷板分布在所述防爆阀的两侧。

较佳地，所述底部液冷板通过螺纹紧固件固定在底盘框架上，所述顶部液冷板通过螺纹紧固件固定在底盘框架上或固定在电池模组上。

较佳地，所述的一种多面换热的电池液冷系统，还包括绝缘保护盖，所述绝缘保护盖位于所述顶部液冷板的上方，并与所述电芯固定连接。

与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：

1、在传统的单面冷却方案中，只在电芯的一面(底面)布置有液冷板，此时顶面距离液冷板较远，其换热效率会很低。本实用新型在电芯顶部增加了另一套液冷板，电芯的中下部分可以通过底部液冷板散热，而中上部分则通过顶部液冷板散热。相比较于仅有一面的液冷板，大大增加了散热面积，同时将散热距离缩短了一半，可以大幅提高传热效率。

2、本实用新型充分利用电芯顶部原有的空间，在不占用更多空间的前提下，增加顶部换热板，即顶部液冷板位于电芯顶部的若干极柱之间的空隙中。

3、电芯顶部的极柱与相应的导电busbar连接，作为过流部件，其在运行时后持续处于高温。而顶部液冷板可以为其散热，降低其温度，进而延长整个系统寿命。

4、当电芯顶部设置防爆阀，在电芯热失控时，其防爆阀会喷出大量高温气体及杂质，高温物质可能伤害极柱附近的绝缘防护。此时顶部液冷板可以迅速冷却这些喷出物质，降低高温物质对顶部绝缘防护的破坏，进而降低热失控的危害，提高系统的安全性。

5、热失控时，失控电芯产生大量热量，达到非常高的温度，会将热量传导到周边相邻电芯触发其失控。本实用新型通过顶部液冷板和底部液冷板同时散热，迅速将失控电芯温度控制下来，避免其触发周边电芯，遏制热失控的传递。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是本实用新型一实施例所述的一种多面换热的电池液冷系统的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例所述的一种多面换热的电池液冷系统的爆炸图；

图3是本实用新型一实施例所述的顶部液冷板的结构示意图；

图4是本实用新型另一实施例所述的一种多面换热的电池液冷系统的结构示意图；

图5是本实用新型另一实施例所述的一种多面换热的电池液冷系统的爆炸图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

请参考图1至图5，一种多面换热的电池液冷系统，包括底部液冷板4、顶部液冷板1、换热工质进液管3和换热工质出液管2，所述底部液冷板4设置在电芯5的底部，其内部设有底部流道；所述顶部液冷板1设置在所述电芯5(电芯5是电动汽车的储能单元，也是液冷板的冷却/加热对象)的顶部，其内部设有顶部流道；所述底部流道和顶部流道均与所述换热工质进液管3和换热工质出液管2连通，底部流道和顶部流道是并联的关系，即换热工质进液管3的出口分别与底部流道和顶部流道的进口连通，换热工质出液管2的进口分别与底部流道和顶部流道的出口连通，换热时，换热工质从换热工质进液管3分别进入底部液冷板4、顶部液冷板1中，跟电芯5换热后，再流入换热工质出液管2。换热工质进液管3和换热工质出液管2与电池外部管道连接。

本实施例对换热工质的成分不做限制，可以是水-乙二醇混合液、R134a、CO₂等，工作时，换热工质在顶部流道中流动，与电芯5的中上部分进行换热；换热工质在底部流道中流动，与电芯5的中下部分进行换热。换热工质在外部可以利用压缩机制冷、热泵、PTC加热器、余热利用、电机堵转加热等方式加热来相应调节其温度。根据电芯5的温度，相应控制外部是冷却还是加热，即可调节换热工质温度，进而达到冷却或加热电芯5并控制其温度的目的。

为了增强电芯5与底部液冷板4之间的换热，所述电芯5的底部与所述底部液冷板4之间填充有第一TIM层10，电芯5通过第一TIM层10与底部液冷板4固定连接。为了增强电芯5与顶部液冷板1之间的换热，电芯5顶部与顶部液冷板1之间填充有第二TIM层9，电芯5通过第二TIM层9与顶部液冷板1固定连接。TIM(thermal interface material)——界面导热材料，用于填充两个固体接触面中的空气间隙以增强换热，如导热胶、导热垫、导热结构胶等等。

本实施例对底部液冷板4和顶部液冷板1的具体结构不做限制，只要其内容设有供热换工质流动的流道即可。底部液冷板4和顶部液冷板1可以是一体板，也可以是由若干板条构成。底部液冷板4具有辅助支撑和固定电芯5的作用，其与底盘框架固定连接(本实施例对底部液冷板4与底盘框架的固定连接方式不做限制，可以是焊接、粘接、螺纹连接等，本实施例优选为通过螺纹紧固件紧固连接)。顶部液冷板1具有辅助支撑和固定电芯5的作用，作为一种实施例，顶部液冷板1与底盘框架固定连接(本实施例对顶部液冷板1与底盘框架的固定连接方式不做限制，可以是焊接、粘接、螺纹连接等，本实施例优选为通过螺纹紧固件紧固连接)。当电芯5高度有变化时，只需要调整顶部液冷板1高度位置即可，可适应不同高度、不同换热要求的电池系统设计。作为第二种实施例，顶部液冷板1直接与电池模组固定连接，顶部液冷板1随着电芯5的高度而自然变化，可适应不同高度、不同换热要求的电池系统设计。

本实施例充分利用电芯5顶部原有的空间，在不占用更多空间的前提下，增加顶部换热板。具体的，顶部液冷板1位于所述电芯5顶部的若干极柱51之间的空隙中。电芯顶部的极柱51与相应的导电busbar6连接，作为过流部件，其在运行时后持续处于高温。而顶部液冷板1可以为导电busbar6散热，降低其温度，进而延长整个系统寿命。

作为一种实施例，所述顶部液冷板1包括若干液冷板条13，若干的所述液冷板条13分布在若干的所述极柱51之间的空隙中。

若干的所述液冷板条13通过其两端的若干集流管分成若干串联或/和并联的液冷板条组：所述液冷板组包括若干平行的所述液冷板条13，所述液冷板条13内设有分通道，所述集流管内设有集流通道，所述液冷板条13内的所述分通道与其两端的集流管内的所述集流通道连通。在本实例中，每一组液冷板条组的若干平行的液冷板条13是并联的。

沿着换热工质在若干所述液冷板条组的流动方向，第一个所述集流管上开设有换热工质进口，所述换热工质进口与所述换热工质进液管3连通；最有一个所述集流管上开设有换热工质出口，所述换热工质出口与所述换热工质出液管2连通。第一个集流管和最后一个集流管位于液冷板条13的同一侧。

本实施例对顶部液冷板1被分成几组液冷板条组、液冷板条组包括几条液冷板条13以及集流管的个数不做限制，可根据具体使用需求设定。本实施例以若干的所述液冷板条13通过其两端的若干集流管分成若干串联的液冷板条组为例，请参考图3，该实例例的顶部液冷板1共包括八条液冷板条13，将这八条液冷板条13分成两组串联的液冷板条组，即第一组液冷板组和第二组液冷板组，每组液冷板条组包括四条并联的液冷板条13。第一组液冷板组的四条液冷板条13的进液端与第一集流管11连通，第一组液冷板组的四条液冷板条13的出液端以及第二组液冷板组的四条液冷板条13的进液端均与第二集流管12连通，第二组液冷板组的四条液冷板条13的出液端与第三集流管14连通。第一集流管11上设有换热工质进口，所述换热工质进口与所述换热工质进液管3连通；第三集流管14上开设有换热工质出口，所述换热工质出口与所述换热工质出液管2连通。

若电芯5的顶部设有防爆阀8，则需要将顶部液冷板分成两个部分，这两个部分之间为留出的防爆阀8的空间，即所述顶部液冷板1'包括并联的第一顶部液冷板101和第二顶部液冷板102，所述第一顶部液冷板101和所述第二顶部液冷板102分布在所述防爆阀8的两侧。如果电芯5防爆阀8不在电芯5的顶部，而在其他地方，则顶部液冷板可以做成一体，进一步增加换热面积，提高换热效率。

在本实施例中，顶部液冷板1的上方还设置一绝缘保护盖7，绝缘保护盖7与电芯5固定连接，绝缘保护盖7覆盖在电芯5及顶部液冷板1上方起保护作用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种多面换热的电池液冷系统，其特征在于，包括底部液冷板、顶部液冷板、换热工质进液管和换热工质出液管，所述底部液冷板设置在电芯的底部，其内部设有底部流道；所述顶部液冷板设置在所述电芯的顶部，其内部设有顶部流道；所述底部流道和顶部流道均与所述换热工质进液管和换热工质出液管连通。

2.根据权利要求1所述的一种多面换热的电池液冷系统，其特征在于，所述电芯的底部与所述底部液冷板之间填充有第一TIM层，所述电芯顶部与所述顶部液冷板之间填充有第二TIM层。

3.根据权利要求1所述的一种多面换热的电池液冷系统，其特征在于，所述底部液冷板为一体板。

4.根据权利要求1所述的一种多面换热的电池液冷系统，其特征在于，所述顶部液冷板位于所述电芯顶部的若干极柱之间的空隙中。

5.根据权利要求4所述的一种多面换热的电池液冷系统，其特征在于，所述顶部液冷板包括若干液冷板条，若干的所述液冷板条分布在若干的所述极柱之间的空隙中。

6.根据权利要求5所述的一种多面换热的电池液冷系统，其特征在于，若干的所述液冷板条通过其两端的若干集流管分成若干串联或/和并联的液冷板条组：所述液冷板组包括若干平行的所述液冷板条，所述液冷板条内设有分通道，所述集流管内设有集流通道，所述液冷板条内的所述分通道与其两端的集流管内的所述集流通道连通。

7.根据权利要求6所述的一种多面换热的电池液冷系统，其特征在于，沿着换热工质在若干所述液冷板条组的流动方向，第一个所述集流管上开设有换热工质进口，所述换热工质进口与所述换热工质进液管连通；最后一个所述集流管上开设有换热工质出口，所述换热工质出口与所述换热工质出液管连通。

8.根据权利要求7所述的一种多面换热的电池液冷系统，其特征在于，所述的第一个所述集流管和所述的最后一个所述集流管位于所述液冷板条的同一侧。

9.根据权利要求1所述的一种多面换热的电池液冷系统，其特征在于，所述电芯的顶部设有防爆阀，所述顶部液冷板包括并联的第一顶部液冷板和第二顶部液冷板，所述第一顶部液冷板和所述第二顶部液冷板分布在所述防爆阀的两侧。

10.根据权利要求1所述的一种多面换热的电池液冷系统，其特征在于，所述底部液冷板通过螺纹紧固件固定在底盘框架上，所述顶部液冷板通过螺纹紧固件固定在底盘框架上或固定在电池模组上。

11.根据权利要求1所述的一种多面换热的电池液冷系统，其特征在于，还包括绝缘保护盖，所述绝缘保护盖位于所述顶部液冷板的上方，并与所述电芯固定连接。

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