CN220652122U - 圆柱电池电芯水冷系统及圆柱动力电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了圆柱电池电芯水冷系统及圆柱动力电池系统。圆柱电池电芯水冷系统包括多个并列排列的冷板，每个所述冷板内部形成下侧进水、上侧回水的冷板冷却水循环通道，相邻两个冷板之间的空间中用于贴合所述圆柱电池电芯，多个所述冷板的同一端均配置一个接头，所述接头内部形成两个相互隔开且与外部连通的腔体，两个所述腔体在冷板侧与对应的冷板冷却水循环通道的进出水口相通；相邻两个所述接头的进水通道接口通过冷板间进水管连接形成直线布置的冷板进水通道，相邻两个所述接头的出水通道接口通过冷板间出水管连接形成直线布置的冷板出水通道；所述冷板出水通道位于所述冷板进水通道的上方。本实用新型流阻小、冷却效果好。

Description

圆柱电池电芯水冷系统及圆柱动力电池系统

技术领域

本实用新型涉及电池水冷系统技术领域，特别是涉及一种圆柱电池电芯水冷系统及圆柱动力电池系统。

背景技术

现有46系列的大圆柱电池形成的圆柱动力电池系统一般采用蛇形水冷板冷却，蛇形板与圆柱面贴合进行冷却，主要分为两类：第一类是采用18650、21700的小圆柱电芯液冷却方案，增大冷板尺寸与流道尺寸。第二类是采用多冷板并联方式；多冷板并联方式使液冷系统中各冷板的流量分配更均匀。

第一类方案中，存在以下缺陷：

(1)流阻过大：由于冷板总长较长，会造成流阻过大；且有多处近90°、180°弯折，使流阻更大。(2)整包冷却效果不一致：由于流阻影响，水冷系统的温度控制效果会差，导致整包水冷效果不一致，离进水口近的电芯冷却效果很好，离出水口近的电芯冷却效果会较差。(3)水冷系统空间占用较多：由于电池包空间比较有限，大部分空间是要为电芯让步，其它部件需要尽可能占用更少空间；冷板进行不规则弯折且需很多的外接管路，空间利用率比较低。

第二类方案中，存在以下缺陷：

(1)没有进行“液电分离”：冷板的前后端均有水冷外部管路连接，所以势必有液冷水管与高压线路在同一侧，存在安全隐患。(2)部分方案流阻过大：冷板进行90°、180°弯折，会增大流阻。(3)没有系统级别设计：没有对水冷系统级设计，冷板形态均一致，没有做到功能区分，没有考虑冷板总成与外部总进出水口的连接方案；没有考虑流量分配均匀性、降低流阻等要素进行设计。

由于电芯单体尺寸从小圆柱变成大圆柱，电芯的发热量会变得更高，对冷却的需求变得更大，因此对大圆柱电池的电池系统的液冷系统重新设计，很有必要。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中流阻过大、冷却效果差的问题，提供一种能够有效控制系统流阻，并能够提供比较均匀的流量分配的圆柱电池电芯水冷系统及圆柱动力电池系统。

本实用新型第一方面，提供一种圆柱电池电芯水冷系统，包括多个并列排列的冷板，每个所述冷板内部形成下侧进水、上侧回水的冷板冷却水循环通道，相邻两个冷板之间的空间中用于贴合所述圆柱电池电芯，多个所述冷板的同一端均配置一个接头，所述接头内部形成两个相互隔开且与外部连通的腔体，两个所述腔体在冷板侧与对应的冷板冷却水循环通道的进出水口相通；相邻两个所述接头的进水通道接口通过冷板间进水管连接形成直线布置的冷板进水通道，相邻两个所述接头的出水通道接口通过冷板间出水管连接形成直线布置的冷板出水通道；所述冷板出水通道位于所述冷板进水通道的上方。

本实用新型第二方面，提供一种圆柱动力电池系统，包括本实用新型第一方面所述圆柱电池电芯水冷系统。

本实用新型的冷板没有大幅度折弯情况，可避免流阻过大问题；冷板中流道尺寸较大，且外部总进出水管路尺寸较大，能够提供更大的冷却液流量。

本实用新型采用系统级别设计，采用冷板并联方式，根据流量分配的均匀性、降低流阻等要素设计冷却液流动方向，能够有效保证各条冷板的流量分配均匀，不会出现整包冷却效果不一致的情况。

本实用新型采用冷板并联，能够将外接水管占用空间尽可能减小，增大电池包空间利用率；同时能将液冷水管与高压线路分布在异侧，解决“液电不分离”的问题，消除了安全隐患；且不使用过多快插接头，有效降低成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例的圆柱电池电芯水冷系统与圆柱动力电池系统的电芯装配在一起的示意图。

图2为本实用新型实施例的圆柱电池电芯水冷系统的结构示意图。

图3为本实用新型实施例的冷板内水流方向及局部放大示意图。

图4为本实用新型实施例的连接第一接头的冷板及局部放大示意图。

图5为本实用新型实施例的连接第二接头的冷板及局部放大示意图。

图6为本实用新型实施例的连接第三接头的冷板及局部放大示意图。

图7为本实用新型实施例的连接第四接头的冷板及局部放大示意图。

图8为本实用新型实施例的连接中间接头的冷板及局部放大示意图。

图9为本实用新型实施例的接头的剖面结构示意图。

图10为本实用新型实施例的冷板间尼龙管的示意图。

图11为本实用新型实施例的总进出水管的示意图。

图12为本实用新型实施例的圆柱电池电芯水冷系统的冷却水进出示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参见附图1、图2所示，本实用新型实施例提供一种圆柱电池电芯水冷系统1，包括多个并列排列的冷板11，每个所述冷板11的内部形成下侧进水、上侧回水的冷板冷却水循环通道，相邻两个冷板11之间的空间用于贴合所述圆柱电池电芯4，多个所述冷板11的同一端均配置一个接头，所述接头内部形成两个相互隔开且与外部连通的腔体，一个进水腔163，一个为出水腔161，参见图9所示，两个所述腔体在冷板侧与对应的冷板冷却水循环通道的进出水口相通，所述接头还有与两个所述的腔体161对应相连通的进水通道接口164，出水通道接口162，进水通道接口位于出水通道接口的下方；多个所述接头各自通过其进水通道接口、出水通道接口串接，形成位于同侧的进出水通道2，所述进出水通道2包括直线布置的冷板进水通道22以及直线布置的冷板出水通道21，所述冷板出水通道位于所述冷板进水通道的上方。

参见图2，图2示出的圆柱电池电芯水冷系统1包括有14条并列排布的冷板。本申请实施例中，所述冷板的数量可以根据具体情况设定，不限于图2的实施例。

其中，具体的，相邻两个所述接头的进水通道接口通过冷板间进水管连接形成直线布置的冷板进水通道22，相邻两个所述接头的出水通道接口通过冷板间出水管连接形成直线布置的冷板出水通道21。

本实用新型实施例，根据上述技术方案，实现根据大圆柱电池的CTC排布方案进行水冷排布，实现了“冷却水的下进上出”、“进水通道接口、出水通道接口的进出同侧”、“水流通道的路径长度接近”的技术效果。

通过冷却水的下进上出的布置，采用类似连通器原理，所有冷板内进水高度情况基本一致，可以实现冷却液从外部管路的总进水口进入、左右分流，之后从外侧冷板的进水通道接口进入各条冷板中，经过冷板进水通道、冷板出水通道再从出水通道接口流出、汇集后从总出水口流出，保证各条冷板的冷却液循环效果一致。通过前述的进水分流、回水合流，以图1所示的左右两侧的电池模组的冷却为例，可以达到基本一致的冷却效果，从进水通道接口直接分流，避免流量分配不均；回水处进行合流，汇聚一条外部总出水管进行排水，节约管路尺寸，避免占用过多空间。

所述的进水通道接口、出水通道接口的进出同侧设置，能够便于连接外部水箱、水泵等部件。由于冷却水经过分流、合流后路径长度比较接近，可使水冷流量分配更均衡，不会存在流量分配不均的情况。以图1所示的左右两侧的电池模组的冷却为例，同一包内的左右两处模组冷却液流淌路径长度基本一致或接近，能够保证两侧的流量分配一致。

由于采用冷板间直插冷板进水通道及冷板出水通道，且将进水通道接口与出水通道接口都集中在冷板的一侧，能有效节约空间；能够实现在冷板一侧进行水冷连接，另一侧进行高压电气连接，实现CTC“液电分离”设计，并增加电池包安全性。

本实用新型采用多条冷板并联的方式，能有效避免水冷板自身的结构弯折带来的流阻，且能够满足CTC技术(CTC技术，Cell to Chassis，是取消电池pack设计，将电池模组的电芯直接安装在车身底盘上，为车辆供电同时，同时充当了底盘的结构件)的冷却需求；采用系统级别设计，采用并联冷板方式，根据流量分配的均匀性、降低流阻等要素设计冷却液流动方向，能够有效保证各条冷板的流量分配均匀，不会出现整包冷却效果不一致的情况。

作为一优选的实施方式，所述冷板间进水管与冷板间出水管均采用尼龙管，所述尼龙管的中间设置有易于弯曲形变的波纹段，通过中间布置波纹段，可以使尼龙管更易于弯曲，即能够将尼龙管进行一定角度的弯折，有利于安装，同时采用尼龙管质量轻以及成本低，能有效降低产品的成本，同时利用尼龙管并联的连接方式可极大的节约电池包内空间，增大体积利用率，而且可避免使用过多快插；两冷板间利用两根尼龙管替代四个快插接头完成连接，不再采用快插接头连接冷板的技术，减少了快插接头使用数量，快插接头数量直接影响到水冷系统成本，节约了成本。

其中，参见图1所示，所述冷板进水通道及冷板出水通道对应的与外部总进出水通道3对应连接，具体的，所述冷板进水通道的进水端接头的进水通道接口与外部总进水管31相接，所述冷板出水通道的出水端接头的出水通道接口与外部总出水管30相接，外部总进水管、外部总出水管是连接所有冷板与水箱的桥梁。作为一优选的实施方式，所述外部总进水管、外部总出水管与所述的接头位于同侧，这样的设计，可以实现冷板一侧进行水冷连接，在另一侧进行高压电气连接，能够实现CTC“液电分离”设计，从而增加电池包安全性。

作为一优选的实施方式，所述外部总进水管及外部总出水管各自包括一个波纹尼龙管，所述外部总进水管31连接进水快插接头32及总进水口34，外部总出水管连接回水快插接头33以及总回水口35。采用尼龙管质量轻以及成本低，能有效降低产品的成本，且方便安装使用，如图11所示。

作为一优选的实施方式，参见图3所示，所述冷板11采用蛇形扁管，且不采用弯折冷板，可降低冷板成本；所述冷板内布置有多个回水流道111以及多个进水流道112，分别承担回水、进水的作用，所述回水流道与进水流道在远离所述接头的一端相通，形成U形的循环水流道，通过布置有多个回水流道以及多个进水流道，可以使得冷板的冷却效果更好，且实现了同侧进出水且所述回水流道与进水流道的路径相近，冷却效果更好。采用蛇形扁管的冷板11的尾部带有堵头，能实现同侧进出水，通过下部的进水流道112进水，到尾部折返，从上部的回水流道111流出，其进出水方向如图3所示。作为一优选的实施方式，多个所述回水流道及多个所述进水流道通过中间隔断113上下隔开。更为优选的，多个所述回水流道及多个所述进水流道通的流水截面积大小相同，且为矩形截面或圆形截面。

参见图2所示，采用蛇形扁管形成的冷板，通过与不同接头进行连接，以方便与进出水通道2以及外部总进出水通道3相接，其中，位于两侧的第一接头12、第二接头13连接进水管，位于中间的第三接头14、第四接头15连接出水管，位于第一接头12与第三接头14之间以及第二接头13与第四接头15之间的多个中间接头16通过进水管、出水管相接并连。

所述的蛇形扁管配合上述的不同的接头能组成不同冷板类型，如图4-图8为组成的结构不同的冷板，其中，第一接头12、第二接头13、第三接头14、第四接头15上分别有焊接第一直角快插接头121、第二直角快插接头131、第三直角快插接头141、第四直角快插接头151。上述各种接头的结构相同，以中间接头16为例说明，参见图9所示，在内部形成两个相互隔开的腔体，一个是进水腔163，一个是出水腔161，两个腔体对应的分别与冷板的进出水流道相通，即每个所述腔体与对应的进水通道接口164、出水通道接口162、相通，所述进水通道接口163、出水通道接口162螺纹安装有冷板间的进水管及出水管连接用的管接头，其结构参见图9所示。

作为一优选的实施方式，所述冷板及接头的材质为铝材质，采用铝材质的冷板及接头，可实现产品的重量更轻且强度高，符合要求。当然也可以是其它材质或类似的材质，不限于铝。

本实用新型的圆柱电池电芯水冷系统，可以推广到更多应用场景，能够适应不同大小的电池包：在电池包长度方面，可以通过增长或缩短采用蛇形扁管的冷板11的尺寸来适应电池包长度，在电池包宽度方面，可以选择增加或减少中间接头16的冷板数量即可满足，能够做到系统化应用。

本实用新型实施例的第二方面，提供一种圆柱动力电池系统，包括本实用新型第一方面所述圆柱电池电芯水冷系统。本实用新型实施例的圆柱动力电池系统，其与所述圆柱电池电芯水冷系统的安装结构相同，请参见本实用新型实施例的第一方面所述圆柱电池电芯水冷系统的说明，对此不再赘述。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.圆柱电池电芯水冷系统，其特征在于，包括多个并列排列的冷板，每个所述冷板内部形成下侧进水、上侧回水的冷板冷却水循环通道，相邻两个冷板之间的空间中用于贴合所述圆柱电池电芯，多个所述冷板的同一端均配置一个接头，所述接头内部形成两个相互隔开且与外部连通的腔体，两个所述腔体在冷板侧与对应的冷板冷却水循环通道的进出水口相通；相邻两个所述接头的进水通道接口通过冷板间进水管连接形成直线布置的冷板进水通道，相邻两个所述接头的出水通道接口通过冷板间出水管连接形成直线布置的冷板出水通道；所述冷板出水通道位于所述冷板进水通道的上方。

2.根据权利要求1所述圆柱电池电芯水冷系统，其特征在于，所述冷板进水通道的进水端接头的进水通道接口与外部总进水管相接，所述冷板出水通道的出水端接头的出水通道接口与外部总出水管相接。

3.根据权利要求1所述圆柱电池电芯水冷系统，其特征在于，所述冷板采用蛇形扁管。

4.根据权利要求1所述圆柱电池电芯水冷系统，其特征在于，所述冷板内布置有多个回水流道以及多个进水流道，所述回水流道与进水流道在远离所述接头的一端相通，形成U形的循环水流道。

5.根据权利要求4所述圆柱电池电芯水冷系统，其特征在于，多个所述回水流道及多个所述进水流道通过中间隔断上下隔开。

6.根据权利要求1所述圆柱电池电芯水冷系统，其特征在于，所述冷板间进水管与冷板间出水管采用尼龙管，所述尼龙管的中间设置有易于弯曲形变的波纹段。

7.根据权利要求2所述圆柱电池电芯水冷系统，其特征在于，所述外部总进水管、外部总出水管与所述的接头位于同侧。

8.根据权利要求2所述圆柱电池电芯水冷系统，其特征在于，所述外部总进水管及外部总出水管各自包括一个波纹尼龙管；所述外部总进水管连接进水快插接头及总进水口，所述外部总出水管连接回水快插接头以及总回水口。

9.根据权利要求1所述圆柱电池电芯水冷系统，其特征在于，所述冷板及接头的材质为铝材质。

10.一种圆柱动力电池系统，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述圆柱电池电芯水冷系统。