CN220585315U - 一种电芯液冷系统及电池模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电芯液冷系统及电池模组，属于电池冷却技术领域。电芯液冷系统包括上液冷板和下液冷板，上液冷板和下液冷板中均设有液冷管道，上液冷板中的液冷管道连通至进液口总成，下液冷板中的液冷管道连通至出液口总成，并且上液冷板的液冷管道和下液冷板的液冷管道之间连通，组装时，上液冷板和下液冷板平行设置，并形成电芯容纳空间。电池模组包括上述的电芯液冷系统，所述电芯容纳空间中设置电芯。本实用新型能提高电芯冷却效率，增加电芯有效高倍率充电时间，同时实现轻量化。

Description

一种电芯液冷系统及电池模组

技术领域

本实用新型属于电池冷却技术领域，更具体地说，涉及一种电芯液冷系统及电池模组。

背景技术

动力电池pack包作为新能源车的重要组成部分，随着客户对出行质量要求越来越高，其快充性能备受使用者关注，快充下电池发热量增大，对热管理需求提升，快充时电芯会加剧发热，温度太高会加速电芯的老化，因此需要热管理系统保证电芯处于合理温度范围内。当前电池pack热管理设计主要以底部液冷板形式对电芯进行冷却，其冷却适度快，换热系数高，但受限于整车水泵功率和冷板与电芯间接触面积等因素，该种冷却形式存在极限冷却效率，而电芯在高倍率快充状态下往往发热量极大，整车水泵功率难以提升。

经检索，中国专利申请号为201910561014.3，申请公开日为2020年12月29日的专利申请文件公开了一种电芯液冷模组结构及液冷电池模组。该电芯液冷模组结构包括多个电芯固定结构，电芯固定结构包括支撑底座和上盖，还包括端板、长螺杆、液冷板和进、出液管，通过支撑座和上盖来固定电芯，多个电芯固定结构在沿宽度方向排布后，将长螺杆从穿装孔中穿过并与端板连接固定，以对多个电芯夹紧固定，液冷板设置在成列布置的相邻两电芯之间，用于对高温电芯进行降温，而设置在相邻两电芯之间的液冷板由于与两电芯的接触面积较大，对高温电芯的散热效果更好，且液冷板与两电芯之间并无连接关系，进行返工、售后等工作时，拆装也比较方便。通过以上设置，既方便了液冷板的拆装，同时也能够对电芯进行较好的散热。但是，该液冷模组对电芯侧面进行冷却，并且液冷模组集成至pack模组中，占用空间大，不利于电池轻量化。

因此，为提高电芯冷却效率，增加电芯有效高倍率充电时间，亟需开发一种电芯液冷系统及电池模组。

发明内容

1.要解决的问题

本实用新型提供一种电芯液冷系统，其目的在于提高电芯的冷却效率。

本实用新型还提供一种电池模组，其目的在于将电芯液冷系统集成至pack模组中，同时实现轻量化。

2.技术方案

为了解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种电芯液冷系统，包括上液冷板和下液冷板，上液冷板和下液冷板中均设有液冷管道，上液冷板中的液冷管道连通至进液口总成，下液冷板中的液冷管道连通至出液口总成，并且上液冷板的液冷管道和下液冷板的液冷管道之间连通，实现上下液冷板之间管道流通并且共用进液口总成和出液口总成，组装时，上液冷板和下液冷板平行设置，并形成电芯容纳空间，上下液冷板中对流的液体，提高了对电芯的冷却效率。本液冷系统进、出液口总成分别集成在上、下冷板，上液冷板与下部液冷板间的液冷管道连通，形成液冷完整回路。上液冷板与下液冷板，两者并联，减少管路在箱内占用空间，提高pack包的体积利用率。

进一步地，为实现上下液冷板的液冷管道间的连通，所述上液冷板的液冷管道中开设第一水嘴和第二水嘴，所述下液冷板的液冷管道中开设第三水嘴和第四水嘴，其中，第一水嘴和第三水嘴之间通过进液管路连通，第二水嘴和第四水嘴之间通过出液管路连通，其中，所述进液管路和出液管路为波纹软管。

进一步地，为了提高冷却效率，对上液冷板中的液冷管道分布进行设计：所述上液冷板的液冷管道包括至少一条上分支管路，上分支管路一端连通进液口总成，另一端连通于上分支管路下游的至少一个上支路单元，同时第一水嘴设置于上分支管路，第一水嘴连通下液冷板的第三水嘴，对下液冷板的液冷管道进液；所述上支路单元包括多个并联连通的上子通路和上汇流管路，所述第二水嘴设置于上汇流管路，用于将上液冷板中的液体排出，并从下液冷板的第四水嘴汇流至出液口总成排出。

进一步地，所述上汇流管路位于各个上支路单元之间，上液冷板上的液冷管路中的液体流动方向为：两边的上子通路进液、中间的上汇流管路出液。

进一步地，所述上液冷板的液冷管道包括两条上分支管路，连通于上分支管路下游的两个上支路单元。

进一步地，所述下液冷板的液冷管道包括至少一条下分支管路，连通于下分支管路下游的至少一个下支路单元，同时，下分支管路上设置第三水嘴，所述第三水嘴将上液冷板中的液体引入下液冷板的分支管路中，同时分流至各个下支路单元；所述下支路单元包括多个并联连通的下子通路和下汇流管路，所述第四水嘴设置于下汇流管路，第四水嘴连通上液冷板的第二水嘴，将上下液冷板中的液体汇集至出液口总成流出。

进一步地，所述下汇流管路位于靠近下液冷板边缘处，形成上液冷板上的液冷管路中的液体流动方向为：下分支管路从上液冷板中间进液，再分流至各个下支路单元的下子通路中，即液体流动方向为中间向两边扩散，并且最终从最边缘的下汇流管路排出出液口总成。

进一步地，为了提高冷却效率，所述下支路单元设置四个，以2*2的阵列分布于下分支管路。

一种电池模组，包括上述的电芯液冷系统，所述电芯容纳空间中设置电芯。通过在电芯顶部布置上液冷板，结合底部的下液冷板，对极片、极片连接的电芯极柱及电芯底面进行冷却，有效提高液冷系统对电芯的冷却效率。

进一步地，所述上液冷板的液冷管道至少与连接电芯上极柱的极片位置相对应。当然为了节约成本，可以上液冷板的液冷管道可以针对极片的位置来分布。

进一步地，上液冷板通过导热结构胶粘贴在极片上，下液冷板通过导热结构胶粘贴在电芯底部。

进一步地，还包括箱体，所述电芯装配于电芯容纳空间中并放置于箱体内，其中，所述下液冷板位于箱体内部的底面上。值得注意的是，上液冷板上表面做绝缘喷涂处理，同时作为箱体的盖板，节省结构，有利于轻量化。

3.有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)相比现有底部液冷一体化设计，本实用新型增加了顶部冷板——上液冷板，直接对电芯极片进行冷却，从而冷却电芯极柱，有效增加了电芯冷却面积，提高了热管理效率，满足大倍率充放电热管理的需求；同时，上液冷板可作为箱体上盖使用，下液冷板和模组采用CTP设计，极大提高了整包的能量密度。

(2)本实用新型的整个液冷系统总进总出为上下布置，冷却水循环方向为上进下出，系统流阻小，降低整车水泵功率；

(3)本实用新型的整个液冷系统，包内只有两根管路，减少了接头数量，降低了冷却液泄露的风险；

(4)本实用新型的液冷板流道设计合理，可将整包温差控制在3℃以内。

附图说明

图1为本实用新型电池模组的爆炸分解示意图；

图2为图1中A区域的局部放大图；

图3为本实用新型电芯液冷系统的结构示意图；

图4为图3中B区域的局部放大图；

图5为图3中C区域的局部放大图；

图6为本实用新型电芯液冷系统中上液冷板的结构示意图；

图7为图6中D区域的局部放大图；

图8为图6中E区域的局部放大图；

图9为本实用新型电芯液冷系统中下液冷板的结构示意图；

图10为图9中F区域的局部放大图；

图11为图9中G区域的局部放大图；

图12为本实用新型电芯液冷系统中上液冷板液冷管道液体流向示意图；

图13为本实用新型电芯液冷系统中下液冷板液冷管道液体流向示意图；

图中：

1、上液冷板；11、进液口总成；12、上分支管路；121、第一水嘴；13、上支路单元；131、上子通路；132、上汇流管路；1321、第二水嘴；2、下液冷板；21、出液口总成；22、下分支管路；221、第三水嘴；23、下支路单元；231、下子通路；232、下汇流管路；2321、第四水嘴；3、电芯容纳空间；4、进液管路；5、出液管路；6、电芯；61、极柱；62、极片；7、箱体；71、底护板；8、导热结构胶。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进一步进行描述。

实施例

如图1所示，为本实施例的一种电池模组，包括电芯液冷系统、安装于电芯液冷系统内的电芯6、两面开口的箱体7以及箱体7底部的底护板71。

具体来说：

如图3所示为本实施例的一种电芯液冷系统，由上液冷板1和下液冷板2平行布置而成，并且上液冷板1和下液冷板2之间构成电芯容纳空间3。上液冷板1和下液冷板2中均设有液冷管道，由图4和5所示，上液冷板1中的液冷管道连通至进液口总成11，下液冷板2中的液冷管道连通至出液口总成21，并且上液冷板1的液冷管道和下液冷板2的液冷管道之间通过进液管路4和出液管路5连通，其中，进液管路4和出液管路5均为波纹软管，进液管路4用于将上液冷板1上进液口总成11进液的冷却水分流至下液冷板2的液冷管道中，出液管路5用于将上液冷板1的液冷管道中的冷却水排出至下液冷板2最终从出液口总成21排出。

上液冷板1为冲压板，根据电芯排布设计为8个并联流道以保证均温性，流道与电芯6厚度方向垂直吗，上液冷板1的流阻及流量均匀性可通过流道宽度及主干道截面尺寸进行调节，流量分配可通过两个水嘴的内径尺寸进行调整。图6所示为上液冷板1中液冷管道的分布，可以清楚看到上液冷板1的液冷管道分布为：进液口总成11连通两条上分支管路12，至少一个上分支管路12上切靠近进液口总成11处设置第一水嘴121，如图8所示；上分支管路12另一端均连通下游的两个上支路单元13，每个上支路单元13由并联连通的四条上子通路131构成，并且每个上支路单元13还包括相邻的上汇流管路132，冷却水从每条上子通路131最终汇集至两条上汇流管路132；如图7所示，上汇流管路132中设置第二水嘴1321，第二水嘴1321连接出液管路5，用于将上液冷板1中的冷却水排出，并从下液冷板2的出液口总成21排出。

下液冷板2为冲压冷板，根据电芯排布设计为4个并联流道以保证均温性，流道与电芯厚度方向垂直，下液冷板2的流阻及流量均匀性可通过流道宽度及主干道截面尺寸进行调节，流量分配可通过两个水嘴的内径尺寸进行调整。图9所示为下液冷板2中液冷管道的分布：出液口总成21连通至下液冷板2中液冷管道，下液冷板2中液冷管道包括位于下液冷板2中间的下分支管路22，由图10所示，下分支管路22一端部设置第三水嘴221，第三水嘴221通过进液管路4连接上液冷板1的第一水嘴121，冷却水从第三水嘴221进入下液冷板2。下分支管路22分流为两条，分别从上液冷板1左右两边外扩分流至下游并联的下支路单元23，每边分别串联两个下支路单元23，其中，下支路单元23由弯曲且并列连通的多条下子通路231构成，同时各个下子通路231汇流连通至位于下液冷板2边缘的两条下汇流管路232，两条下汇流管路232均连通至出液口总成21，其中，如图11所示，下汇流管路232上设置第四水嘴2321，第四水嘴2321通过出液管路5连通上液冷板1的第二水嘴1321，上液冷板1中的冷却水流下至下液冷板，最终从下汇流管路232排出出液口总成21。

结合图1和图2所示，箱体7内安装电芯6，上液冷板1与箱体7四周通过螺栓进行连接，通过密封泡棉进行密封。上液冷板1通过导热结构胶8粘贴在极片62上，其中，极片62为若干个安装在托盘上(托盘为现有技术，托盘上设有通孔，极片从通孔露出并与上液冷板1粘贴，为了表示清楚结构，本实施例的附图中未画出托盘)，并且集成连接在电芯6的极柱61上，上液冷板1的液冷管道至少与连接电芯6上极柱61的极片62位置相对应，用于对电芯6的极柱61进行冷却；下液冷板2粘贴在电芯6的底部，并且用底护板71连接在箱体7底部，底护板71与下液冷板2之间用支撑泡棉连接，用于对下液冷板2进行保护。值得注意的是，上液冷板1的上表面做绝缘喷涂处理，同时作为箱体7顶部的箱盖，节省结构，有利于轻量化。冷却水从上液冷板1的进液口总成11进入，分流两路，一路经进液管路4流入下液冷板2进行循环，一路完成上液冷板1循环后经出液管路5进入下液冷板2汇合，最后经出液口总成21流出，整体回路为上进下出。

本实施例的液冷系统工作时：

如图12所示，为上液冷板1中冷却水的流向指示图，冷却水从进液口总成11进入上分支管路12，上分支管路12将冷却水分流至上支路单元13，并且上分支管路12第一水嘴121将冷却水分流至下液冷板2；上支路单元13中先从位于上液冷板1两边的上子通路131进液，最后从两边汇流至中间的两条上汇流管路132并从上汇流管路132上的第二水嘴1321流出至下液冷板2，最终从出液口总成21排出。

如13所示，为下液冷板2中冷却水的流向指示图，冷却水从连通上液冷板1第一水嘴121的第三水嘴221流进下液冷板2，随后从下液冷板2中间的下分支管路22汇流至左右两边并联的下支路单元23，冷却水由中间流出两边，即从下汇流管路232流出出液口总成21。下液冷板2采用中间进、两边出的设计原则，与上液冷板1的流道走向形成对冲，极大限度保证了均温性。

以上所描述的实施例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。

Claims (11)

1.一种电芯液冷系统，其特征在于：包括上液冷板(1)和下液冷板(2)，上液冷板(1)和下液冷板(2)中均设有液冷管道，上液冷板(1)中的液冷管道连通至进液口总成(11)，下液冷板(2)中的液冷管道连通至出液口总成(21)，并且上液冷板(1)的液冷管道和下液冷板(2)的液冷管道之间连通，组装时，上液冷板(1)和下液冷板(2)平行设置，并形成电芯容纳空间(3)。

2.根据权利要求1所述的一种电芯液冷系统，其特征在于：所述上液冷板(1)的液冷管道中开设第一水嘴(121)和第二水嘴(1321)，所述下液冷板(2)的液冷管道中开设第三水嘴(221)和第四水嘴(2321)，其中，第一水嘴(121)和第三水嘴(221)之间通过进液管路(4)连通，第二水嘴(1321)和第四水嘴(2321)之间通过出液管路(5)连通。

3.根据权利要求2所述的一种电芯液冷系统，其特征在于：所述上液冷板(1)的液冷管道包括至少一条上分支管路(12)，连通于上分支管路(12)下游的至少一个上支路单元(13)，同时第一水嘴(121)设置于上分支管路(12)；所述上支路单元(13)包括多个并联连通的上子通路(131)和上汇流管路(132)，所述第二水嘴(1321)设置于上汇流管路(132)。

4.根据权利要求3所述的一种电芯液冷系统，其特征在于：所述上汇流管路(132)位于各个上支路单元(13)之间。

5.根据权利要求3所述的一种电芯液冷系统，其特征在于：所述上液冷板(1)的液冷管道包括两条上分支管路(12)，连通于上分支管路(12)下游的两个上支路单元(13)。

6.根据权利要求2所述的一种电芯液冷系统，其特征在于：所述下液冷板(2)的液冷管道包括至少一条下分支管路(22)，连通于下分支管路(22)下游的至少一个下支路单元(23)，同时，下分支管路(22)上设置第三水嘴(221)；所述下支路单元(23)包括多个并联连通的下子通路(231)和下汇流管路(232)，所述第四水嘴(2321)设置于下汇流管路(232)。

7.根据权利要求6所述的一种电芯液冷系统，其特征在于：所述下汇流管路(232)位于靠近下液冷板(2)边缘处。

8.根据权利要求6所述的一种电芯液冷系统，其特征在于：所述下支路单元(23)设置四个，以2*2的阵列分布于下分支管路(22)。

9.一种电池模组，其特征在于：包括权利要求1～8任意一项所述的电芯液冷系统，所述电芯容纳空间(3)中设置电芯(6)。

10.根据权利要求9所述的一种电池模组，其特征在于：所述上液冷板(1)的液冷管道至少与连接电芯(6)上极柱(61)的极片(62)位置相对应。

11.根据权利要求10所述的一种电池模组，其特征在于：还包括箱体(7)，所述电芯(6)装配于电芯容纳空间(3)中并放置于箱体(7)内，其中，所述下液冷板(2)位于箱体(7)内部的底面上。