CN219917322U - 一种低温差电池模组冷却装置及电池热管理系统 - Google Patents

Abstract

为克服现有电池包液冷系统安装在电池包底部，电池大倍率充放电时电池包z轴方向温差大，影响电池电性能和安全性能的技术问题，本申请提供一种低温差电池模组冷却装置及电池热管理系统，包括液冷系统、电池组、至少一个导热层和至少一个绝缘层，所述电池组包括至少一层电池，所述液冷系统包括液冷板，所述液冷板设置在每层所述电池的底部，所述液冷板朝向所述电池的一侧设置有所述导热层和所述绝缘层，所述导热层设置在所述绝缘层背离所述液冷板的一面。本申请提供的低温差热电池模组冷却装置及电池热管理系统，降低电池模组z轴方向、y轴方向的温差，实现电池模组高倍率充放电时电池模组的高效、低温差散热效果。

Description

一种低温差电池模组冷却装置及电池热管理系统

技术领域

本实用新型涉及电池箱技术领域，特别是涉及一种低温差电池模组冷却装置及电池热管理系统。

背景技术

新能源汽车动力电池的电性能和安全性与电池包的电池模组工作时的发热量有着非常大的影响，新能源汽车对大功率充放电性能和环境适应性的要求越来越高，寻求一种有效可靠的电池包热管理系统成为当前工作的重点。动力电池包常用的冷却方式有自然冷却、风冷、液冷和制冷剂直冷四种，其中液冷系统由于具有冷区效率高的优点被国内外的主流车企广泛应用。

目前市场上的电池包应用的液冷系统，是将液冷系统放置在电池底部，如中国专利CN211629192U公开一种用于电池包的电池箱体及电池包，箱体底部包括平行布置的至少两个上层平板和/或至少两个下层冲压板，各个下层冲压板与上层平板直接密封连接以形成各自独立的流体通道，此流体通道分别与液冷系统的流体出入口连通。将液冷系统放置电池包底部，在电池大倍率充放电或大功率散热时，电池包z轴方向(以电池包底部为xy平面，与电池包底部垂直的方向定义为z方向)的温差大，电池内部的温度高，电解液和活性物质的副反应增加，电池内部材料的一致性降低，电池循环寿命降低、安全性降低，影响电池电性能。

实用新型内容

针对现有电池包液冷系统安装在电池包底部，电池大倍率充放电时电池包z轴方向温差大，影响电池电性能和安全性能的技术问题，本申请提供一种低温差电池模组冷却装置及电池热管理系统。

为了解决上述问题，本申请提供一种低温差电池模组冷却装置，包括液冷系统、电池组、至少一个导热层和至少一个绝缘层，所述电池组包括至少一层电池，所述液冷系统包括液冷板，所述液冷板设置在每层所述电池底部，所述液冷板朝向所述电池的一侧设置有所述导热层和所述绝缘层，所述导热层设置在所述绝缘层背离所述液冷板的一面。

优选的，所述导热层包括第一低导热区域、第一高导热区域和第二低导热区域，所述第一低导热区域、所述第一高导热区域和所述第二低导热区域沿所述电池排列的方向设置，或所述第一高导热区域和所述第二低导热区域沿所述液冷板的液体流道方向设置；

所述第一高导热区域设置在所述第一低导热区域和所述第二低导热区域之间。

优选的，所述液冷系统还包括进液口和出液口，所述液冷板内部设置有蛇形流道，所述蛇形流道内设置有多个分流道；所述蛇形流道的两端分别与所述进液口和所述出液口连通。

优选的，所述进液口和所述出液口设置在所述电池组的同一侧。

优选的，所述导热层的厚度为0.05mm～10mm。

优选的，所述导热层的厚度为0.1mm～3mm。

优选的，所述导热层的材质为导热胶、导热垫、导热石墨中的一种。

优选的，所述低温差电池模组冷却装置还包括用于固定所述电池的框架和隔热件，所述框架设置在所述电池组的两端，且位于所述液冷板的两侧；

所述隔热件设置在所述框架与所述液冷板之间。

优选的，所述隔热件为塑胶件。

另一方面，本申请提供一种电池热管理系统，包括上述所述的低温差电池模组冷却装置。

本实用新型有益效果：

与现有的将液冷板设置在电池包底部或者是将液冷板设置在多个模组之间相比，本申请的液冷板设置在每层电池底部，电池与液冷板热接触，与液冷板垂直方向(即z轴方向)的温差降低至少一半，减小整个电池模组z轴方向上的温差。在液冷板与电池之间设置导热层，导热层具有散热功能，与液冷板系统协同，提高上下两层电池的散热功能，同时降低整个电池模组沿电池排列方向上的温差。在导热层与液冷板之间设置绝缘层，绝缘层能够耐受1000℃的高温，绝缘层主要起到绝缘作用，防止电池热量过大，电池接触导致电池短路起火。本申请提供的低温差热电池模组冷却装置，具有提高电池模组z轴方向和电池排列方向或液冷板流体方向的散热效率，降低电池模组z轴方向和电池排列方向或液冷板流体方向的温差，有效改善整个电池模组中电池内部的电极材料和电解液的温度一致性，减少电池内部副反应的发生，延长电池寿命，提高电池电性能和安全性能，实现电池模组高倍率充放电时电池模组的高效、低温差散热效果。

附图说明

图1是电池模组冷却装置结构示意图；

图2是部分冷却装置结构示意图；

图3是冷却装置剖面结构示意图；

图4是冷却装置侧视图；

图5是液冷板剖面结构示意图；

图6是图4中A部分放大图；

图7是图3中B部分放大图。

说明书附图中的附图标记如下：

1、第一层电池；2、第二层电池；3、液冷板；31、蛇形流道；32、分流道；4、进液口；5、出液口；6、导热层；61、第一导热层；62、第二导热层；7、绝缘层；71、第一绝缘层；72、第二绝缘层；8、隔热件；81、第一隔热件；82、第二隔热件；9、框架；91、第一框架；92、第二框架。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1-7所示，本实施例提供一种低温差电池模组冷却装置，包括液冷系统、电池组、至少一个导热层6和至少一个绝缘层7，所述电池组包括至少一层电池，所述液冷系统包括液冷板3，所述液冷板3设置在每层所述电池的底部，所述液冷板3朝向所述电池的一侧设置有所述导热层6和所述绝缘层7，所述导热层6设置在所述绝缘层7背离所述液冷板3的一面。

需要说明的是，如图2所示，本申请将与液冷板3垂直方向定义为z轴。液冷板3平面为xy平面，在液冷板3的平面中与出液口5、进液口4连接线平行的方向定义为x轴，与x轴垂直的方向为y轴。

与现有的将液冷板3设置在电池包底部或者是将液冷板3设置在多个模组之间相比，本申请的液冷板3设置在每电池的底部，电池与液冷板3热接触，在z轴方向的温差降低至少一半，减小整个电池模组z轴方向上的温差。在液冷板3与电池之间设置导热层6，导热层6具有散热功能，与液冷板3系统协同，提高上下两层电池的散热功能，同时降低整个电池模组y轴方向上的温差。在导热层6与液冷板3之间设置绝缘层7，绝缘层7能够耐受1000℃的高温，绝缘层7主要起到绝缘作用，防止电池热量过大，电池接触导致电池短路起火。本申请提供的低温差热电池模组冷却装置，具有提高电池模组z轴方向和y轴方向的散热效率，降低电池模组z轴方向、y轴方向的温差，有效改善整个电池模组中电池内部的电极材料和电解液的温度一致性，减少电池内部副反应的发生，延长电池寿命，提高电池电性能和安全性能，实现电池模组高倍率充放电时电池模组的高效、低温差散热效果。

电池组可以是一层电池、两层电池或三层及以上。具体的，如图1、2所示，显示了部分电池组，电池组包含第一层电池1、第二层电池2，导热层6包括第一导热层61、第二导热层62，绝缘层7包括第一绝缘层71、第二绝缘层72。液冷板3设置在第一层电池1和第二层电池2之间，第一导热层61设置在液冷板3和第一层电池1之间，第一绝缘层71设置在第一导热层61背离第一层电池1的一面。同理第二导热层62设置在液冷板3和第二层电池2之间，第二绝缘层72设置在第二导热层62背离第二层电池2的一面。

在本实施例中，所述液冷系统还包括进液口4和出液口5，所述液冷板内部设置有蛇形流道31，所述蛇形流道31内设置有多个分流道32；所述蛇形流道31的两端分别与所述进液口4和所述出液口5连通。

具体的，如图5所示，蛇形流道31一端与进液口4连接，蛇形流道31的另一端与出液口5连接，蛇形流道31分为四个主流道，每个主流道又划分为五个分流道32，将与进液口4连接的主流道定义为第一主流道，将与出液口5连接的主流道定义为第四主流道，靠近第一主流道的命名为第二主流道，其余一个命名为第三主流道，液体从第一主流道依此流经第二、第三、第四主流道，液体路径为S型。需要说明的是，本申请不限定主流道的数量，分流道32的数量，主流道可以设置2个及其以上，分流道32可以设置2个及其以上。

与现有包括两层的液冷板3相比，本申请的液冷板3为单层结构，液体在蛇形流道31内部流动，液体与液冷板3的上表面和下表面直接接触，能够带走第一层电池1、第二层电池2更多的热量，且保证第一层电池1、第二层电池2电池z轴方向的温度一致性。

在本实施例中，所述进液口4和所述出液口5设置在所述电池组的同一侧。

在本实施例中，所述导热层6包括第一低导热区域、第一高导热区域和第二低导热区域，所述第一低导热区域、所述第一高导热区域和所述第二低导热区域沿所述电池排列的方向设置，或所述第一高导热区域和所述第二低导热区域沿所述液冷板的液体流道方向设置；

所述第一高导热区域设置在所述第一低导热区域和所述第二低导热区域之间。

导热层中第一低导热区域、第一高导热区域和第二低导热区域的设置可以依据电池排列的方向设置，还可以依据液冷板的液体流道方向设置。具体的，列举以电池排列方向设置，如图3、7所示，第一导热层61沿y轴方向依次设置有第一低导热区域、第一高导热区域和第二低导热区域，第一低导热区域靠近进液口4，第一低导热区域与第二低导热区域之间设置第一高导热区域。

电池模组第一层电池1中间部分电池温度高，对应的第一导热层61设置第一高导热区域，电池模组两侧的电池温度低，对应的第一导热层61设置第一低导热区、第二低导热区；电池在高倍率充放电过程中，第一高导热区域的散热作用大于第一低导热区、第二低导热区，降低电池模组在y轴方向上的温差，保证电池模组在y轴方向上的温度一致性。

第二导热层62沿y轴方向依次设置有第三低导热区域、第二高导热区域和第四导热区域，第三低导热区域靠近进液口4，第三低导热区域与第四低导热区域之间设置第二高导热区域。

电池模组第二层电池2中间部分电池温度高，对应的第二导热层62设置第二高导热区域，电池模组两侧的电池温度低，对应的第二导热层62设置第三低导热区、第四低导热区；电池在高倍率充放电过程中，第二高导热区域的散热作用大于第三低导热区、第四低导热区，降低电池模组在y轴方向上的温差，保证电池模组在y轴方向上的温度一致性。

在本实施例中，所述导热层6的厚度为0.05mm～10mm。即第一导热层61的厚度为0.05mm～10mm；第二导热层62的厚度为0.05mm～10mm。

导热层6的厚度低于0.05mm，无法起到较好的散热作用，导热层6的厚度高于10mm，导热层6的厚度太厚，电池模组的整体厚度增加，影响电池包安装到电动汽车。

在一些优选的实施例中，所述导热层6的厚度为0.1mm～3mm。即第一导热层61的厚度为0.1mm～3mm，第二导热层62的厚度为0.1mm～3mm。

导热层6的厚度在优选的范围，既可以保证导热层6具有良好的散热效果，同时也保证电池模组整体的厚度不受影响。

在本实施例中，所述导热层6的材质为导热胶、导热垫、导热石墨中的一种。即第一导热层61的材质为导热胶、导热垫、导热石墨中的一种；第二导热层62的材质为导热胶、导热垫、导热石墨中的一种。

在本实施例中，所述低温差电池模组冷却装置还包括用于固定所述电池的框架9和隔热件8，所述框架9设置在所述电池组的两端，且位于所述液冷板3的两侧；所述隔热件8设置在所述框架9与所述液冷板3之间。

需要说明的是，当模组只有一层电池时，隔热件8需要一个，当模组含有两层及以上电池层时，隔热件8数量为多个，框架9数量为多个。

如图4、6所示，模组含有两层电池层时，具体的为所述低温差电池模组冷却装置还包括多个用于固定所述电池的框架9和隔热件8，所述框架9设置在所述电池组的两端，所述框架9包括第一框架91和第二框架92，所述第一框架91和所述第二框架92沿所述液冷板3垂直方向设置，且位于所述液冷板3的两侧；

所述隔热件8包括第一隔热件81和第二隔热件82，所述第一隔热件81设置在所述第一框架91与所述液冷板3之间；所述第二隔热件82设置在所述第二框架92与所述液冷板3之间。

第一框架91、第二框架92温度低、具有散热作用，且第一框架91与第二框架92还与液冷板3抵接，能够进行热量传递，进一步降低第一框架91、第二框架92的温度。当电池在高倍率充放电过程中，电池的高温高，与第一框架91、第二框架92紧挨着的电池进行的热量传递高于其它位置，增加电池模组的整体温差。本申请在第一框架91、第二框架92之间增加隔热件8，隔绝液冷板3与第一框架91、第二框架92之间的热量传递，从而降低电池模组的整体温差。

在本实施例中，所述隔热件8为塑胶件。

另一方面，本申请提供一种电池热管理系统，包括上述所述的低温差电池模组冷却装置。

低温差电池模组冷却装置具有高效、低温差散热效果，应用于电池热管理系统中，能够有效提高电池的散热效果。电池热管理系统应用于电池包，安装于车辆中，能满足新能源汽车对大功率充放电性能和环境适应性的要求，提高车辆的安全性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低温差电池模组冷却装置，其特征在于，包括液冷系统、电池组、至少一个导热层和至少一个绝缘层，所述电池组包括至少一层电池；所述液冷系统包括液冷板，所述液冷板设置在每层所述电池的底部，所述液冷板朝向所述电池的一侧设置有所述导热层和所述绝缘层，所述导热层设置在所述绝缘层背离所述液冷板的一面。

2.根据权利要求1所述的低温差电池模组冷却装置，其特征在于，所述导热层包括第一低导热区域、第一高导热区域和第二低导热区域，所述第一低导热区域、所述第一高导热区域和所述第二低导热区域沿所述电池排列的方向设置，或所述第一高导热区域和所述第二低导热区域沿所述液冷板的液体流道方向设置；

所述第一高导热区域设置在所述第一低导热区域和所述第二低导热区域之间。

3.根据权利要求1所述的低温差电池模组冷却装置，其特征在于，所述液冷系统还包括进液口和出液口，所述液冷板内部设置有蛇形流道，所述蛇形流道内设置有多个分流道；所述蛇形流道的两端分别与所述进液口和所述出液口连通。

4.根据权利要求3所述的低温差电池模组冷却装置，其特征在于，所述进液口和所述出液口设置在所述电池组的同一侧。

5.根据权利要求1所述的低温差电池模组冷却装置，其特征在于，所述导热层的厚度为0.05mm～10mm。

6.根据权利要求5所述的低温差电池模组冷却装置，其特征在于，所述导热层的厚度为0.1mm～3mm。

7.根据权利要求1所述的低温差电池模组冷却装置，其特征在于，所述导热层的材质为导热胶、导热垫、导热石墨中的一种。

8.根据权利要求1所述的低温差电池模组冷却装置，其特征在于，所述低温差电池模组冷却装置还包括用于固定所述电池的框架和隔热件，所述框架设置在所述电池组的两端，且位于所述液冷板的两侧；

所述隔热件设置在所述框架与所述液冷板之间。

9.根据权利要求8所述的低温差电池模组冷却装置，其特征在于，所述隔热件为塑胶件。

10.一种电池热管理系统，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的低温差电池模组冷却装置。