CN220400691U - 热管理系统、电池包及用电设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种热管理系统、电池包及用电设备。热管理系统包括：汇流管，包括均沿第一方向延伸的第一汇流管、第二汇流管和第三汇流管；其中，第三汇流管在第二方向上与第一汇流管和第二汇流管间隔预设距离设置；第二方向垂直于第一方向；冷板，包括多个第一冷板和多个第二冷板；且多个第一冷板和多个第二冷板均在第一方向上并排设置；其中，第一冷板的一端连接第一汇流管，第一冷板的另一端连接第三汇流管；第二冷板的一端连接第二汇流管第二冷板的另一端连接第三汇流管；进液管，与第一汇流管连通；回液管，与第二汇流管连通。本申请的热管理系统，单个冷板内的冷却液流速更快，提高了换热效率，并抑制了热失控的扩散。

Description

热管理系统、电池包及用电设备

技术领域

本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种热管理系统、电池包及用电设备。

背景技术

电池包作为主要的动力源，在新能源汽车中扮演着重要角色。当电池包内的电芯工作时，会不可避免的产生大量热量，为避免热量过高影响电池循环寿命甚至造成安全隐患，通常会为电池包配套热管理和热失控防护装置。例如，现有常规的一种做法是在电池包的底部设置冷板，并且在电芯间添加气凝胶隔热来实现热失控抑制，但气凝胶厚度过大，占用大量的空间，对于提高电池包的能量密度是不利的。另外，目前也有将冷板设置在相邻的两个电芯之间，但通常这些冷板的液冷回路为单纯的并联关系，从电池包的一侧进液，从相对的另一侧出液；或者在单个冷板内设置进液和回液流道。但这些设计的冷却回路对于提高冷板内冷却液的流速是不利的，进而影响了与电芯间的换热性能，因此无法满足高比能电池包的热管理和抑制热失控扩散的要求。

发明内容

基于此，本申请提供一种热管理系统、电池包及用电设备，以解决或至少改善上述背景技术中提及的问题。

一方面，本申请提出一种热管理系统，用于电池包，包括：汇流管，所述汇流管包括均沿第一方向延伸的第一汇流管、第二汇流管和第三汇流管；其中，所述第三汇流管在第二方向上与所述第一汇流管和所述第二汇流管间隔预设距离设置；所述第二方向垂直于所述第一方向；冷板，所述冷板包括多个第一冷板和多个第二冷板；且多个所述第一冷板在第一方向上并排设置，多个所述第二冷板在第一方向上并排设置；其中，所述第一冷板的一端连接所述第一汇流管，所述第一冷板的另一端连接所述第三汇流管；所述第二冷板的一端连接所述第二汇流管，所述第二冷板的另一端连接所述第三汇流管；进液管，所述进液管与所述第一汇流管连通；回液管，所述回液管与所述第二汇流管连通。

本申请的热管理系统，相比于现有的热管理系统，单个冷板内的冷却液流速更快，为相同数量的全并联冷板的热管理系统中冷却液流速的两倍，因此提高了换热效率，抑制了热失控的扩散。

进一步地，所述第一汇流管和所述第二汇流管为独立的两根水管，所述第一汇流管和所述第二汇流管均沿所述第一方向延伸且间隔设置；或者，所述第一汇流管和所述第二汇流管为同一根水管内相互隔离的两个管段。

进一步地，所述第一冷板和所述第二冷板均包括沿其厚度方向彼此相对的两个侧壁，所述厚度方向与所述第一方向一致。

进一步地，热管理系统还包括连接管，所述连接管内设置有流体通道，所述连接管的一端连接所述冷板，所述连接管的另一端连接所述汇流管；其中，所述连接管为柔性管。

进一步地，所述冷板的一端设置有进液口，所述冷板的另一端设置有出液口；其中，所述进液口位于所述电池包在高度方向上的一端，所述汇流管位于所述电池包在高度方向上的另一端；和/或，所述出液口位于所述电池包在高度方向上的一端，所述汇流管位于所述电池包在高度方向上的另一端。

进一步地，所述冷板内设置有流道，多个所述第一冷板中最外侧冷板的流道的横截面积大于多个所述第一冷板中其余冷板的流道的横截面积；和/或，多个所述第二冷板中最外侧冷板的流道的横截面积大于多个所述第二冷板中其余冷板的流道的横截面积。

进一步地，多个所述第一冷板中最外侧冷板的流道的横截面积为多个所述第一冷板中其余冷板的流道的横截面积的1.1-2倍；和/或，多个所述第二冷板中最外侧冷板的流道的横截面积为多个所述第二冷板中其余冷板的流道的横截面积的1.1-2倍。

另一方面，本申请还提供一种电池包，包括如上任一技术方案所述的热管理系统；第一电池单元，所述第一电池单元设置于相邻的两个所述冷板之间。

进一步地，所述电池包还包括第二电池单元，所述第二电池单元设置于最外侧的所述第一冷板的远离所述第一电池单元的一侧，和/或，所述第二电池单元设置于最外侧的所述第二冷板的远离所述第一电池单元的一侧。

进一步地，所述第一电池单元和所述第二电池单元均包括至少一个电芯列，所述电芯列包括多个沿第二方向排列的电芯，所述冷板的侧壁与所述电芯的第一侧面接触，其中所述第一侧面为所述电芯的各个面中表面积最大的面。

进一步地，所述第一电池单元包括至少两个沿所述第一方向排列的电芯列，在所述第一方向上，所述第一电池单元中相邻的两个电芯之间设置有缓冲件；和/或，所述第二电池单元包括至少两个沿所述第一方向排列的电芯列，在所述第一方向上，所述第二电池单元中相邻的两个电芯之间设置有导热胶。

最后，本申请还提供一种用电设备，包括如上任一技术方案所述的电池包。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的热管理系统的结构示意图。

图2为本申请实施例的冷板的结构示意图。

图3为本申请的实施例的电池包的局部结构示意图。

图4为本申请的实施例中第一电池单元的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。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申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本申请所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参见图1，为本申请实施例展示的一种用于电池包的热管理系统，包括：汇流管，汇流管包括第一汇流管101、第二汇流管102和第三汇流管103；其中，第三汇流管103在第二方向上与第一汇流管101和第二汇流管102间隔预设距离设置；其中，第二方向垂直于第一方向；冷板200，冷板200包括多个第一冷板200a和多个第二冷板200b；且多个第一冷板200a在第一方向上并排设置，多个第二冷板200b在第一方向上并排设置；其中，第一冷板200a的一端连接第一汇流管101，第一冷板200a的另一端连接第三汇流管103；第二冷板200b的一端连接第二汇流管102，第二冷板200b的另一端连接第三汇流管103；进液管301，进液管301与第一汇流管101连通；回液管302，回液管302与第二汇流管102连通。

上述用于电池包的热管理系统，冷却液从外部冷却系统通过进液管301进入第一汇流管101，而后进入多个第一冷板200a内，在第一冷板200a内流动并与电池包内的电芯进行换热而带走电芯的热量，然后冷却液进入第三汇流管103，第三汇流管103内的冷却液又流入多个第二冷板200b内，与电池包的电芯进行换热后，冷却液进入第二汇流管102，最后从与第二汇流管102连通的回液管302流回外部冷却系统，由此完成冷却循环。本申请的热管理系统，相比于现有的热管理系统，单个冷板内的冷却液流速更快，为相同数量的全并联冷板的热管理系统中冷却液流速的两倍，因此提高了换热效率。此外，即使有电芯温度异常过高，上述冷板也能够快速地将电芯热量带走，有效抑制热失控的扩散。当然，可以理解的是，上述冷板除了能够对电池包的电芯进行冷却外，在一些工况下例如冬季严寒的天气，冷板内的冷却液也能够被加热而将热量传递给电池包内的电芯。

可选地，继续参见图1，第一汇流管101和第二汇流管102为独立的两根水管，第一汇流管101和第二汇流管102沿第一方向延伸且间隔设置，这样便于汇流管的加工和布置，使汇流管在电池包内的安装更灵活方便。在另外的一些实施例中，第一汇流管101和第二汇流管102为同一根水管内相互隔离的两个管段，例如通过一隔离件将一根水管的腔体分隔为两部分，从而形成第一汇流管101和第二汇流管102，这样可减少零部件数量。

进一步地，参见图1和图2，冷板200内设置有流道且冷板200包括沿其厚度方向彼此相对的两个侧壁203，即第一冷板200a和第二冷板200b均包括沿其厚度方向彼此相对的两个侧壁203；其中，厚度方向与第一方向一致。换言之，当本实施例的热管理系统设置于电池包内时，冷板的高度方向垂直于电池包的底板，这样电池包内的电芯可设置于相邻的两个冷板之间，并与冷板接触，从而冷板能够与电芯进行热交换。此外，冷板这样的设置方式，将电池包分隔为多个独立的空间，电芯位于这些独立的空间内，即使有电芯发生热失控，冷板也起到了阻止热失控的高温或喷发物往其他空间的扩散，防止了热失控的蔓延。并且如上所述，冷板内的冷却液具有更高的流速，可快速将热量带走，进一步抑制了热失控的蔓延。

本实施例中，冷板的厚度为1.4mm-2.0mm，例如1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2.0mm等，相比于现有的气凝胶隔热的方式，现有的气凝胶的厚度约3mm才能满足热失控隔离的要求，本申请的冷板更薄，减小了占用空间，利于提高电池包的能量密度，因此能够满足高比能电池包的热失控扩散抑制的要求。

可选地，继续参见图1和图2，热管理系统还包括连接管400，连接管400内设置有流体通道，连接管400的两端分别连接冷板200和汇流管，即在冷板200与第一汇流管101之间、冷板200与第二汇流管102之间、冷板200与第三汇流管103之间设置有连接管400。进一步地，连接管400为柔性管，例如柔性波纹管，从而能够吸收冷板与汇流管之间的装配公差，并且在电池包使用过程中甚至在受到外力撞击的情况下，也能够保证连接的可靠性。

进一步地，冷板200的两端分别设置有进液口201和出液口202；其中，进液口201和汇流管分别位于电池包在高度方向上的两端；出液口202和汇流管分别位于电池包在高度方向上的两端。例如在本实施例中，进液口201和出液口202位于电池包内部空间的下端，即靠近电池包的底板，而汇流管位于电池包内部空间的上端，即靠近电池包的顶盖。这样的设置使得冷板的进液口201和出液口202、连接管400以及汇流管充分利用了电池包高度方向的空间，节省了长度方向或宽度方向的空间，进而利于电池包内其他结构的布置。

另一方面，参见图1、图2、图3、图4，本申请还提供一种电池包，电池包包括上述热管理系统；以及第一电池单元500a，第一电池单元500a设置于相邻的两个冷板200之间，从而第一电池单元500a内的电芯与冷板200接触并换热。如此，对于第一电池单元500a而言，其具有与其相邻的两个冷板200对其进行冷却或加热，具有较佳的换热性能。

电池包还包括第二电池单元500b，第二电池单元500b设置于最外侧的第一冷板的远离第一电池单元500a的一侧，和/或，第二电池单元500b设置于最外侧的第二冷板的远离第一电池单元500a的一侧。参见图3，电池包包括边梁600，第二电池单元500b最靠近边梁600。如此，在最外侧冷板的外侧布置第二电池单元500b，可以提高电池包的能量密度和容量。

可选地，第一电池单元500a和第二电池单元500b均包括至少一个电芯列，电芯列包括多个沿第二方向排列的电芯510，冷板200的侧壁203与电芯510的第一侧面接触，其中第一侧面为电芯510的各个面中表面积最大的面。因此通过冷板与电芯的表面积最大的侧面接触，进一步提高了换热效率。其中，冷板与电芯的第一侧面接触可以是直接接触，也可以是间接接触，例如通过具有导热性质的胶等。其中，第二方向为冷板的长度方向。可选地，例如一个电芯列具有四个串联地电芯510。

进一步地，第一电池单元500a包括至少两个沿第一方向排列的电芯列。在本实施例中，继续参见图4，第一电池单元500a具有两个沿第一方向排列的电芯列，且两个电芯列的电芯之间通过电连接进行串并联，从而构成第一电池单元500a。当仅具有两个电芯列的第一电池单元500a设置于相邻的两个冷板200之间时，在一个电芯列中，每一个电芯510的其中一个最大侧面均与冷板200的侧壁203接触，从而保证了换热性能且使这些第一电池单元500a具有优异的均温性。

进一步地，第二电池单元500b包括至少两个沿第一方向排列的电芯列。在本实施例中，第二电池单元500b具有两个沿第一方向排列的电芯列，且两个电芯列的电芯之间通过电连接进行串并联，从而构成第一电池单元500b。如此，在第二电池单元500b中设置多个电芯列，可进一步提高电池包的能量密度和容量。

本实施例中，对于第二电池单元500b，其中的电芯510仅有最外侧的第一冷板或最外侧的第二冷板对其进行换热。为满足第二电池单元500b中电芯与第一电池单元500a中电芯的均温性，本实施例中，将最外侧第一冷板内流道的横截面积设置为大于其余第一冷板内流道的横截面积；和/或，将最外侧第二冷板内流道的横截面积设置为大于其余第二冷板内流道的横截面积。通过增大最外侧第一冷板和最外侧第二冷板内流道的横截面积来提高冷却液的流量，进而提高对第二电池单元500b内电芯的换热性能，以达到整体的电池包内电芯均温性的要求。

进一步地，最外侧第一冷板内流道的横截面积为其余第一冷板内流道的横截面积的1.1-2倍；可选地，例如为1.1倍、1.2倍、1.3倍、1.4倍、1.5倍、1.6倍、1.7倍、1.8倍、1.9倍、2倍等，进一步地，为1.3-1.5倍；和/或，最外侧第二冷板内流道的横截面积为其余第二冷板内流道的横截面积的1.1-2倍；可选地，例如为1.1倍、1.2倍、1.3倍、1.4倍、1.5倍、1.6倍、1.7倍、1.8倍、1.9倍、2倍等，进一步地，为1.3-1.5倍。在一些实施例中，除最外侧的第一冷板和最外侧的第二冷板外，其余冷板内流道的横截面积均相同。

进一步地，在第一方向上，第一电池单元500a中相邻的两个电芯510之间还设置有缓冲件520。如此，缓冲件520用于吸收电芯510的膨胀，特别是当电芯510选用软包电芯。可选地，缓冲件520为泡棉，泡棉除了起到吸收电芯膨胀的作用外，还具有隔热性能，进一步抑制热失控的扩散。

进一步地，在第一方向上，第二电池单元500b中相邻的两个电芯510之间设置有导热胶。如此，对于第二电池单元500b的至少两个电芯列，由于其中一侧的电芯列与最外侧的冷板接触并换热，其需将冷板热量传递到第二电池单元500b的其他的电芯列中，因此上述导热胶起到了热量传导的作用。需要说明的是，导热胶指具有导热性质的胶，其初始状态可以为固定或液体，将其设置在相邻的两个电芯列之间，起到粘接及传热的作用，例如包括双面胶、结构胶等。

最后，本申请还提供一种用电设备，包括如上的电池包。例如，用电设备为电动汽车或储能设施等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种热管理系统，用于电池包，其特征在于，包括：

汇流管，所述汇流管包括均沿第一方向延伸的第一汇流管、第二汇流管和第三汇流管；其中，所述第三汇流管在第二方向上与所述第一汇流管和所述第二汇流管间隔预设距离设置；所述第二方向垂直于所述第一方向；

冷板，所述冷板包括多个第一冷板和多个第二冷板；且多个所述第一冷板在第一方向上并排设置，多个所述第二冷板在第一方向上并排设置；

其中，所述第一冷板的一端连接所述第一汇流管，所述第一冷板的另一端连接所述第三汇流管；所述第二冷板的一端连接所述第二汇流管，所述第二冷板的另一端连接所述第三汇流管；

进液管，所述进液管与所述第一汇流管连通；

回液管，所述回液管与所述第二汇流管连通。

2.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述第一汇流管和所述第二汇流管为独立的两根水管，所述第一汇流管和所述第二汇流管均沿所述第一方向延伸且间隔设置；或者，所述第一汇流管和所述第二汇流管为同一根水管内相互隔离的两个管段。

3.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述第一冷板和所述第二冷板均包括沿其厚度方向彼此相对的两个侧壁，所述厚度方向与所述第一方向一致。

4.根据权利要求3所述的热管理系统，其特征在于，所述热管理系统还包括连接管，所述连接管内设置有流体通道，所述连接管的一端连接所述冷板，所述连接管的另一端连接所述汇流管；其中，所述连接管为柔性管。

5.根据权利要求4所述的热管理系统，其特征在于，所述冷板的一端设置有进液口，所述冷板的另一端设置有出液口；

其中，所述进液口位于所述电池包在高度方向上的一端，所述汇流管位于所述电池包在高度方向上的另一端；和/或，所述出液口位于所述电池包在高度方向上的一端，所述汇流管位于所述电池包在高度方向上的另一端。

6.根据权利要求3所述的热管理系统，其特征在于，所述冷板内设置有流道，多个所述第一冷板中最外侧冷板的流道的横截面积大于多个所述第一冷板中其余冷板的流道的横截面积；和/或，多个所述第二冷板中最外侧冷板的流道的横截面积大于多个所述第二冷板中其余冷板的流道的横截面积。

7.根据权利要求6所述的热管理系统，其特征在于，多个所述第一冷板中最外侧冷板的流道的横截面积为多个所述第一冷板中其余冷板的流道的横截面积的1.1-2倍；和/或，多个所述第二冷板中最外侧冷板的流道的横截面积为多个所述第二冷板中其余冷板的流道的横截面积的1.1-2倍。

8.一种电池包，其特征在于，包括：

如权利要求3-7中任一项所述的热管理系统；

第一电池单元，所述第一电池单元设置于相邻的两个所述冷板之间。

9.根据权利要求8所述的电池包，其特征在于，所述电池包还包括第二电池单元，所述第二电池单元设置于最外侧的所述第一冷板的远离所述第一电池单元的一侧，和/或，所述第二电池单元设置于最外侧的所述第二冷板的远离所述第一电池单元的一侧。

10.根据权利要求9所述的电池包，其特征在于，所述第一电池单元和所述第二电池单元均包括至少一个电芯列，所述电芯列包括多个沿第二方向排列的电芯，所述冷板的侧壁与所述电芯的第一侧面接触，其中所述第一侧面为所述电芯的各个面中表面积最大的面。

11.根据权利要求10所述的电池包，其特征在于，所述第一电池单元包括至少两个沿所述第一方向排列的电芯列，在所述第一方向上，所述第一电池单元中相邻的两个电芯之间设置有缓冲件；和/或，

所述第二电池单元包括至少两个沿所述第一方向排列的电芯列，在所述第一方向上，所述第二电池单元中相邻的两个电芯之间设置有导热胶。

12.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求8-11中任一项所述的电池包。