TWM649601U - 大面積均溫液冷板 - Google Patents

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TWM649601U TW112206958U TW112206958U TWM649601U TW M649601 U TWM649601 U TW M649601U TW 112206958 U TW112206958 U TW 112206958U TW 112206958 U TW112206958 U TW 112206958U TW M649601 U TWM649601 U TW M649601U
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李証智
吳孟鴻
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Abstract

本新型提供一種大面積均溫液冷板，其係將流道入口設置於液冷板本體的側邊靠近中線處，接續朝向液冷板本體之中心部位延伸，再予以依序彎折後，沿著此側邊之遠離中線後，繞行液冷板本體外圍後，由鄰近於流道入口且較為靠近邊緣處來形成流道出口，因此，藉由流道入口較流道出口靠近中線的設計，配合彎折繞行各區段流道可進行熱交換，來達到整體液冷板更佳的均溫效果。

Description

大面積均溫液冷板
本新型係關於一種液冷板，尤指一種薄型且可達到均溫效果之大面積液冷板。
因應新能源汽車市場蓬勃發展，動力電池作為新能源電動汽車的三大核心技術之一，在動力電池中軟包電芯的單體能量密度比圓柱或方形電池更具有潛力；然而，軟包電芯的熱管理較為困難，目前常見者可分為兩大類，分別為間接接觸傳導以及直接接觸傳導兩種。
以間接接觸傳導來說，主要利用導熱片接觸於電芯表面，將電芯熱量傳導至側面後，再利用液冷裝置將熱帶走；而直接接觸傳導則是藉由小型液冷板與電芯直接接觸，來將電芯熱量直接帶走。儘管直接接觸傳導的方式具有較高的熱管理效率，但因為目前電芯的尺寸都不大，因此對於電芯的效能影響有限，而間接接觸傳導的方式可以具有較高的能量密度，所以目前是以間接接觸傳導的方式為主流。
然而，隨著電力電池為了提高行駛里程以及體積利用率，將軟包電芯的尺寸與容量提高，此時若是以間接接觸傳導的方式來散熱，會難以將溫度控制於理想狀態。另一方面，既有的直接接觸傳導之液冷板的設計，因為電芯尺寸較小，因此流道設計的較為單純，僅考量是否有流道 經過，但是當應用於較大尺寸的電芯時，會使得單一電芯以及電芯與電芯之間有明顯的溫差。歸咎其原因來看，主要是因為電芯之中心部位以及邊緣部位的溫差，會隨著電芯尺寸的變大而跟著放大，難以達到有效的熱管理效率；此外，軟包電芯組成模組或電池包後，靠近模組或電池包中心部位積累的熱量不易導出，也會造成模組或電池包中心部位的溫度較高，進而影響動力電池組的電性能以及使用壽命。
基於上述既有技術的缺失，本創作提出一種大面積均溫液冷板來有效解決上述問題。
本新型之主要目的在於提供一種大面積均溫液冷板，利用特殊的冷卻液流道設計，解決大尺寸電芯散熱溫度不均的問題，進而達到提高動力電池組的電性能以及使用壽命的目的。
本新型提出一種大面積均溫液冷板，係包含有液冷板本體以及至少一設於液冷板本體之流道，流道具有流道入口以及流道出口，流道入口係位於液冷板本體一側邊且鄰近於此側邊之中線，使流道朝向液冷板本體之中心部位延伸形成第一區段、接續彎折穿過中線形成第二區段、接續彎折朝向側邊形成第三區段、接續彎折朝向側邊之邊緣形成第四區段、接續朝向遠離側邊形成第五區段，接續彎折穿過中線形成第六區段、以及接續彎折朝向側邊形成第七區段，第七區段接續進入流道出口，由液冷板本體之側邊的另一邊緣流出。
流道入口設計比流道出口更靠近中心部位，且流道配置使得 剛進入的冷卻液直接進入中心部位，然後再繞行後由一側邊緣形成流道出口，同時繞行過程中也可使不同區段的冷卻液進行熱交換，因而能達到最佳冷卻均溫效果。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本新型之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
1:大面積均溫液冷板
10:液冷板本體
101:第一側邊
102:第二側邊
103:第三側邊
104:第四側邊
20:流道
201:第一區段
202:第二區段
203:第三區段
204:第四區段
205:第五區段
206:第六區段
207:第七區段
21:第一次流道
22:第二次流道
23:第三次流道
24:第四次流道
31:流道入口
32:流道出口
71:電芯
72:緩衝墊
80:電池模組
M1:中線
M2:中線
第1圖係為本新型大面積均溫液冷板的示意圖。
第2A圖係為本新型大面積均溫液冷板之流道配置的示意圖。
第2B圖係為本新型大面積均溫液冷板之流道區段的示意圖。
第3圖係為本新型大面積均溫液冷板應用於電芯的示意圖。
第4圖係為本新型大面積均溫液冷板應用於電池模組的示意圖。
為了讓本新型的優點，精神與特徵可以更容易明確的了解，後續將以實施例並參照所述圖式進行詳述與討論。需聲明的是該些實施例僅為本新型代表性的實施例，並不以此侷限本新型之實施態樣與請求範疇僅能侷限於該些實施例態樣。提供該些實施例的目的僅是讓本新型的公開內容更加透徹與易於了解。
在本新型公開的各種實施例中使用的術語僅用於描述特定實施例的目的，並非在限制本新型所公開的各種實施例。除非有清楚的另外指示，所使用的單數形式係也包含複數形式。除非另有限定，否則在本 說明書中使用的所有術語(包含技術術語和科學術語)具有與本新型公開的各種實施例所屬領域普通技術人員通常理解的涵義相同的涵義。上述術語(諸如在一般使用辭典中限定的術語)將被解釋為具有與在相同技術領域中的語境涵義相同的涵義，並且將不被解釋為具有理想化的涵義或過於正式的涵義，除非在本新型公開的各種實施例中被清楚地限定。
在本說明書的描述中，參考術語”一實施例”、”一具體實施例”等地描述意指結合該實施例描述地具體特徵、結構、材料或者特點包含於本新型的至少一個實施例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何一個或多個實施例中以合適的方式結合。
在本新型的描述中，除非另有規定或限定，需要說明的是術語”耦接”、”連接”、”設置”應做廣義的理解，例如，可以是機械連接或電性連接，亦可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，亦可以通過中間媒介間相連，對於本領域通常知識者而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體涵義。
本新型所揭露之大面積均溫液冷板，請參閱第1圖，大面積均溫液冷板1包含有液冷板本體10以及至少一設於液冷板本體10之流道20，流道20具有流道入口31以及流道出口32來供冷卻液流入與流出，液冷板本體10為薄板狀，配合所欲設置冷卻的元件來設計其外型與大小，舉例來說，譬如應用於電芯，則配合電芯的形狀而設計為長方形或是正方形，如應用於其他元件，則可設計為不同的形狀。以下配合圖式，僅以液冷板本體10為正方形來做說明，但本新型並不特別限定僅能適用於此。再者，液冷板 本體10係為高熱傳導的材質所構成，同時，應用於電芯上又需要符合輕量的需求，因此材質以鋁為佳(但不限定)。
液冷板本體10具有相對的第一側邊101與第二側邊102、以及與第一側邊101與第二側邊102相鄰且位於相對兩側之第三側邊103與第四側邊104，流道入口31以及流道出口32皆設置於第一側邊101。再者，流道20可包含有許多次流道，如圖中所繪示，係包含有第一次流道21、第二次流道22、第三次流道23以及第四次流道24，且第一次流道21、第二次流道22、第三次流道23以及第四次流道24相互封閉且互不流通，換句話說，也就是由流道入口31進入各次流道(包含第一次流道21、第二次流道22、第三次流道23以及第四次流道24)後，冷卻過程的冷卻液僅於自身之次流道(第一次流道21、第二次流道22、第三次流道23以及第四次流道24)內流動，相互並不會流通，直到流道出口32時冷卻液才會匯集來流出；因此，流道入口31以及流道出口32的截面積會大於流道20(第一次流道21、第二次流道22、第三次流道23以及第四次流道24)之截面積，來使足夠量的冷卻液流入(流道入口31)以及提供足夠的空間來匯集冷卻液(流道出口32)。流道20內的次流道(第一次流道21、第二次流道22、第三次流道23以及第四次流道24)均為封閉且相互不流通，因此可有效避免水壓不足的問題。
接續請參閱第2A圖來說明本新型之流道20的配置，同時，為了使流道20所配置的各區段更加清楚，請同時參閱第2B圖，於第2B圖中，僅繪示出液冷板本體10，並將其上的流道20予以省略，來凸顯其配置相對位置。一般說來，液冷板本體10於中心部位因結構位置的關係散熱效果會較差，以幾何結構來看，液冷板本體10之第一側邊101與第二側邊102的中線 M1與第三側邊103與第四側邊104的中線M2的交點可以視為中心部位，而流道入口31設計由第一側邊101來進入，因此，將流道入口31配置於鄰近中線M1(也就是流道入口31會較流道出口32更接近中線M1或中心部位)，然後使流道20朝著中心部位、穿過中線M2來延伸形成第一區段201，接續予以彎折穿過中線M1形成第二區段202、然後彎折朝向第一側邊101延伸形成第三區段203，使得第二區段202覆蓋液冷板本體10的中心部位(即為液冷板本體10的平面上的幾何中心位置，也就是中線M1與中線M2的交叉處)、第一區段201與第三區段203大概位於第一側邊101之中線M1的兩側。由於第二區段202覆蓋液冷板本體10的中心部位，可以延長溫度較低的冷卻液經過液冷板本體10中心部位的時間，達成最佳的散熱效果。
接著彎折朝向第一側邊101之邊緣，也就是朝向第三側邊103的方向上來形成第四區段204，然後接續朝向遠離第一側邊101(也就是朝向第二側邊102的方向)、穿過中線M2形成第五區段205，接續彎折沿著平行第二側邊102的方向來穿過中線M1形成第六區段206，最後予以彎折朝向第一側邊101、穿過中線M2形成第七區段207，然後第七區段207會接續進入流道出口32。在此特別說明，流道20的配置如圖中所繪示概略以第一側邊101、第二側邊102、第三側邊103以及第四側邊104平行，但是依據實際上使用需要，也可以設計為不平行(也就是斜向的配置)；再者流道20之次流道(第一次流道21、第二次流道22、第三次流道23以及第四次流道24)的數量也可以依照實際需求來加以調整(增或減)。另外，同樣參考第2A圖，第四區段204覆蓋液冷板本體10右下側區域的中心部位(即為液冷板本體10右下側區域平面上的幾何中心位置)，可以進一步強化散熱效果。
前述區段的配置係依照冷卻液流道的先後來加以命名，也就是冷卻液由流道入口31進入後會先進入第一區段201，然後接續依序進入第二區段202、第三區段203、第四區段204、第五區段205、第六區段206以及第七區段207，然後再由流道出口32流出，因此第一區段201的冷卻液溫度最低，依序溫度由低至高則為第二區段202、第三區段203、第四區段204、第五區段205、第六區段206以及第七區段207，因此，設計將第一區段201直接朝向液冷板本體10的中心部位延伸，概略使得第一區段201、第二區段202以及第三區段203蜿蜒於中心部位部份，也就是使溫度最低的冷卻液直接針對溫度最高的區域來予以降溫。另一方面，由於第二區段202包含液冷板本體10的中心部位、可以延長溫度較低的冷卻液經過液冷板本體10中心部位的時間，達成最佳的散熱效果。由於第四區段204覆蓋液冷板本體10右下側區域的中心部位(即為液冷板本體10右下側區域平面上的幾何中心位置)，可以進一步強化散熱效果。
再者，藉由前述各區段的配置，會使得溫度最低的第一區段201鄰近於溫度最高的第七區段207，而可使其進行熱交換來平衡溫差；相同地，溫度次低的第二區段202會鄰近於溫度次高的第六區段206進行熱交換來平衡溫差、溫度第三低的第三區段203會鄰近於溫度第三高的第五區段205進行熱交換來平衡溫差，如此一來，可使得液冷板本體10均溫效果最佳化。另外，以第三側邊103與第四側邊104的中線M2來看，會經過四個區段(第一區段201、第三區段203、第五區段205以及第七區段207)，各區段水流方向為平行；如此設計，主要考量區段數如果過少，則流道20較難以均勻配置於液冷板本體10，如果區段數量提高，則流道20需要繞行的距離會過長， 則達到的均溫效果有限，因此，本新型才會以配置四個區段(第一區段201、第三區段203、第五區段205以及第七區段207)，來達到最佳的散熱效果與均溫性。
由上述可知，本案的大面積均溫液冷板主要包含有一液冷板本體10；以及一設置於液冷板本體上的流道20，流道20可以依照位於液冷板本體10上的位置與作用區分為向外引流區以及向內引流區。向外引流區靠近於液冷板本體10四周側邊且用以將流道20內之流體(圖中未示)導引離開液冷板本體10；向內引流區相較於向外引流區更靠近液冷板本體10中心部。向外引流區末端為流道出口32，向內引流區末端與向外引流區前端連通，向內引流區前端為流道入口31。該向內引流區具有數個轉向導流區，以將該向內引流區由前端轉向至與該向外引流區連接。該向外引流區同樣具有數個轉向導流區，以將該向外引流區由前端轉向至向外引流區末端，使流道內所容設之流體的引出。上述的轉向導流區所定義的是將流體由原本的第一方向轉變為相反方向的第二方向時的中間過度區域。該轉向導流區將流體以不同於第一方向與第二方向的第三方向進行流動，以在兼具緩衝降低流體的壓損的情況下並增加流道與液冷板接觸的面積。舉例來說，第三方向是垂直於第一方向與第二方向。在本案中向內引流區的第一個轉向導流區是至少覆蓋該液冷板本體的中心部，以增加液冷板本體10中心部與流道的接觸面積，達到針對液冷板本體10不易散熱的高溫區域透過仍屬較低溫的流體進行降溫。
由本案的實施例來說，第一區段201、第二區段202以及第三區段203為向內引流區，向內引流區的前端為流道入口31，第四區段204、第 五區段205、第六區段206以及第七區段207為向外引流區，其末端為流道出口32，且向內引流區之末端與向外引流區的前端連通。第二區段202可視為第一區段201轉向成為相反流向的第一轉向導流區，第四區段與第六區段也同樣做為轉向導流區，其依序可稱為第二轉向導流區與第三轉向導流區，其相較於該第一轉向導流區是離開該液冷板本體10的中心部。向外引流區與向內引流區相鄰、並且向外引流區包圍向內引流區，使外引流區可以跟向內引流區進行熱交換來平衡溫差。向內引流區用以導引冷卻液直接朝向液冷板本體10的中心部，因此，向內引流區會較向外引流區靠近液冷板本體10的中心部，同時向內引流區具有第一轉向導流區(第二區段202)，第一轉向導流區於此液冷板本體10的中心部進行彎折，因此第一轉向導流區至少覆蓋部份之液冷板本體10的中心部。同時，流道20於向內引流區與向外引流區之間具有第二轉向導流區(第四區段204)，藉由此第二轉向導流區予以彎折，繞行液冷板本體10來進行配置與冷卻，因此，第一轉向導流區(第二區段202)、第二轉向導流區(第四區段204)與第三轉向導流區(第六區段206)都具有概略與中線M2平行的流道20。
當應用於電芯時，請參閱第3圖，本新型之大面積均溫液冷板1可夾持於兩個電芯71之間來構成一個群組，群組與群組之間再利用緩衝墊72(譬如為泡綿材質)來予以隔開，如此依序堆疊完成動力電池組的核心，同時藉由本新型之大面積均溫液冷板1所提供的均溫效果，使得動力電池的熱管理效率提高，提高電芯71的電性能與使用壽命。另一方面，當應用於電池模組時，請參閱第4圖，如圖中所繪示於成組之方形電池模組80下方，裝設有新型之大面積均溫液冷板1，藉此可針對電池模組80進行導熱與 散熱，達到均溫的冷卻效果，避免配置於中間的電池模組80溫度過高。
綜上所述，本新型提出一種大面積均溫液冷板，適用於較大尺寸之電芯，藉由流道入口比流道出口較為接近中心部位，以及最低溫冷卻液首先經過中心部位、並提供複數個流道區段來予以進行熱交換，配合橫向四個流道區段的設計，來達到最佳化的均溫性，如此一來，將可大幅提高所應用之動力電池的熱管理效能。
唯以上所述者，僅為本新型之較佳實施例而已，並非用來限定本新型實施之範圍。故即凡依本新型申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本新型之申請專利範圍內。
1:大面積均溫液冷板
10:液冷板本體
101:第一側邊
102:第二側邊
103:第三側邊
104:第四側邊
20:流道
201:第一區段
202:第二區段
203:第三區段
204:第四區段
205:第五區段
206:第六區段
207:第七區段
21:第一次流道
22:第二次流道
23:第三次流道
24:第四次流道
31:流道入口
32:流道出口
M1:中線
M2:中線

Claims (10)

  1. 一種大面積均溫液冷板，係包含有一液冷板本體以及至少一設於該液冷板本體之流道，該流道具有一流道入口以及一流道出口，其特徵在於：
    該流道入口係位於該液冷板本體之一側邊且鄰近於該側邊之一中線，該流道朝向該液冷板本體之中心部位延伸形成一第一區段、接續彎折穿過該中線形成一第二區段、接續彎折朝向該側邊形成一第三區段、接續彎折沿著該側邊之邊緣形成一第四區段、接續朝向遠離該側邊形成一第五區段，接續彎折穿過該中線形成一第六區段、以及接續彎折朝向該側邊形成一第七區段，該第七區段接續進入該流道出口，由該側邊之另一邊緣流出，其中該第二區段覆蓋該液冷板本體之該中心部位。
  2. 如請求項1所述之大面積均溫液冷板，其中該第一區段係鄰近於該第七區段而可進行熱交換。
  3. 如請求項1所述之大面積均溫液冷板，其中該第三區段係鄰近於該第五區段而可進行熱交換。
  4. 如請求項1所述之大面積均溫液冷板，其中該第二區段係鄰近於該第六區段而可進行熱交換。
  5. 如請求項1所述之大面積均溫液冷板，其中該流道係具有複數個次流道，每一該次流道係封閉且相互不流通。
  6. 如請求項1所述之大面積均溫液冷板，其中該流 道於平行該中線會具有四個該區段。
  7. 一種大面積均溫液冷板，其包含有：一液冷板本體；以及至少一流道，其設於該液冷板本體上，該流道包含有：一向外引流區，其末端為該流道的出口；以及一向內引流區，其末端與該向外引流區的前端連通，該向內引流區的前端為該流道的入口，該向內引流區較該向外引流區靠近該液冷板本體的中心部，該向內引流區具有一第一轉向導流區，該第一轉向導流區至少覆蓋該液冷板本體的中心部。
  8. 如請求項7所述之大面積均溫液冷板，其中該流道更具一第二轉向導流區，其相較於該第一轉向導流區是離開該液冷板本體的中心部。
  9. 如請求項8所述之大面積均溫液冷板，其中該第一轉向導流區與該第二轉向導流區包含相互平行的流道。
  10. 如請求項7所述之大面積均溫液冷板，其中該向外引流區與該向內引流區相鄰、並且該向外引流區包圍該向內引流區。
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