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CN106992332B - 电池冷却换热器 - Google Patents

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CN106992332B
CN106992332B CN201610881121.0A CN201610881121A CN106992332B CN 106992332 B CN106992332 B CN 106992332B CN 201610881121 A CN201610881121 A CN 201610881121A CN 106992332 B CN106992332 B CN 106992332B
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Abstract

本发明属于新能源汽车电池技术领域，具体涉及一种电池冷却换热器。本发明旨在解决现有换热器换热效率低、无法扩展的问题。为此目的，本发明的电池冷却换热器包括第一集液单元、第二集液单元以及设置在第一集液单元和第二集液单元之间的至少一个冷板单元，第一集液单元上至少包括第一集液区；第二集液单元至少包括第二集液区；冷板单元包括多个导流元件。本发明采用模块化设计，能够根据电池包的尺寸变化组合变更，尺寸自由度大，降低了成本和生产周期。并且，冷却液在导流元件的作用下向各个方向流动，有利于在冷板单元中的速度均匀分布，使得冷板单元整个区域温度分布更均匀，同时，导热元件起到强化换热作用，有利于提高冷板的换热效率。

Description

电池冷却换热器
技术领域
本发明属于新能源汽车电池技术领域，具体涉及一种电池冷却换热器。
背景技术
目前，电动汽车的发展受到人们的广泛关注，而作为电动汽车心脏的电池更是电动汽车研究的重点。电动汽车的电池一般采用动力电池组，在使用过程中，特别是在快速充放电和高速行驶过程中会产生大量的热量，为了保证电池工作在合适的温度范围内，需要对电池组进行有效的冷却。现有技术中，电池包换热器多为上下两个板或单个金属板挤压成型，金属板之间采用钎焊或搅拌摩擦焊接方式连接，内部流体流道基本是冲压或挤压形成，流体在内部腔体流动中多为平流或扰流，换热系数不高。另外，为了实现电绝缘，在金属板连接后使其覆盖有塑料薄膜或绝缘垫。如此，又增加了电池包系统的复杂性和成本。
此外，随着日益竞争加剧，汽车设计的成本控制和轻量化成为重要指标，在传统水冷板设计中，水冷板结构为根据具体需求设计加工，其结构尺寸固定不变，当电池模组或电池包结构发生变化时，水冷板结构需要重新设计和重新开模制造，水冷板后期可扩展性较差，加工成本较高。
因此，本领域需要一种新的换热器来解决现有技术中的上述问题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有换热器换热效率低、无法扩展的问题，本发明提供了一种新型电池冷却换热器。该电池冷却换热器包括第一集液单元、第二集液单元以及设置在所述第一集液单元和所述第二集液单元之间的至少一个冷板单元，所述第一集液单元至少包括第一集液区；所述第二集液单元至少包括第二集液区；所述冷板单元包括多个导流元件；其中，所述第一集液单元的内壁、所述第二集液单元的内壁、所述冷板单元的内壁以及所述导流元件共同构成冷却液的流动空间。
在上述电池冷却换热器的优选实施方式中，所述导流元件为薄壁圆筒结构，其沿冷却液流动方向交错地设置在所述冷板单元上。
在上述电池冷却换热器的优选实施方式中，所述冷板单元包括第一连接结构和第二连接结构；所述第一集液单元设置有与所述第一连接结构相配合的第三连接结构；所述第二集液单元设置有与所述第二连接结构相配合的第四连接结构；并且，所述第一连接结构与所述第三连接结构、所述第二连接结构与所述第四连接结构以相互嵌入的方式连接在一起。
在上述电池冷却换热器的优选实施方式中，所述冷板单元的所述第一连接结构能够与所述第二连接结构以相互嵌入的方式连接，从而能够在所述第一集液区与所述第二集液区之间增加所述冷板单元。
在上述电池冷却换热器的优选实施方式中，所述第一连接结构与所述第三连接结构、所述第二连接结构与所述第四连接结构、所述第一连接结构与所述第二连接结构以相互嵌入的方式连接在一起，并通过胶黏剂、熔焊或激光焊接的方式密封连接。
在上述电池冷却换热器的优选实施方式中，所述第一集液单元、所述第二集液单元和所述冷板单元均由导热塑料材料加工而成。
在上述电池冷却换热器的优选实施方式中，所述冷板单元与所述导流元件为一体注塑成型。
在上述电池冷却换热器的优选实施方式中，所述第一集液单元还包括第三集液区，以及与所述第一集液区连通的第一进液口和与所述第三集液区连通的第一出液口，所述第三集液区和所述第一集液区之间设置有第一隔板，所述冷板单元至少包括第一冷板单元和第二冷板单元，所述第一冷板单元、所述第二冷板单元的一端分别与所述第一集液单元密封连接，其另一端分别与所述第二集液单元密封连接，冷却液从所述第一进液口流入，依次经所述第一集液区、所述第一冷板单元、所述第二集液区、所述第二冷板单元和所述第三集液区，从所述第一出液口流出。
在上述电池冷却换热器的优选实施方式中，所述第一集液单元还包括第四集液区以及与所述第一集液区连通的第二进液口，所述第二集液单元还包括第五集液区以及与所述第五集液区连通的第二出液口，所述第四集液区和所述第一集液区之间设置有第二隔板，所述第五集液区和所述第二集液区之间设置有第三隔板，所述冷板单元至少包括第三冷板单元、第四冷板单元和第五冷板单元，所述第三冷板单元、所述第四冷板单元和所述第五冷板单元的一端与分别与所述第一集液单元密封连接，其另一端与分别所述第二集液单元密封连接，冷却液从所述第二进液口流入，依次经过所述第一集液区、所述第三冷板单元、所述第二集液区、所述第四冷板单元、所述第四集液区、所述第五冷板单元和所述第五集液区，从所述第二出液口流出。
在上述电池冷却换热器的优选实施方式中，所述第一集液单元还包括与所述第一集液区连通的第三进液口，所述第二集液单元还包括与所述第二集液区连通的第三出液口，所述冷板单元至少包括第六冷板单元、第七冷板单元和第八冷板单元，所述第六冷板单元、所述第七冷板单元和所述第八冷板单元的一端分别与所述第一集液单元密封连接，其另一端分别与所述第二集液单元密封连接，冷却液从所述第三进液口进入所述第一集液区，分别沿所述第六冷板单元、所述第七冷板单元和所述第八冷板单元流入所述第二集液区，从所述第三出液口流出
在本发明的技术方案中，电池冷却换热器采用模块化设计，能够根据电池包的结构尺寸变化做相应的调整，结构尺寸自由度大，降低了成本和生产周期。此外，冷却液在交错设置的导流元件的作用下沿各个方向流动，并因此形成湍流，有利于在冷板单元中的速度均匀分布，从而使得冷板单元整个区域温度分布更均匀，并同时有利于提高冷板的换热效率。
附图说明
图1是本发明的电池冷却换热器的实施例一的整体结构图；
图2是本发明的电池冷却换热器的实施例一的整体结构截面图；
图3是本发明的电池冷却换热器的实施例一的第一集液单元的结构图；
图4是本发明的电池冷却换热器的实施例一的第二集液单元的结构图；
图5是本发明的电池冷却换热器的实施例一的冷板单元的半剖结构图；
图6是本发明的电池冷却换热器的实施例一的冷却液流动路径图；
图7是本发明的电池冷却换热器的实施例二的结构示意图；
图8是本发明的电池冷却换热器的实施例三的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，尽管附图中的各个构件以特定比例绘制，但是这种比例关系仅仅是示例性的，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的电池冷却换热器包括第一集液单元、第二集液单元以及设置在第一集液单元和第二集液单元之间的至少一个冷板单元，第一集液单元上至少包括第一集液区；第二集液单元至少包括第二集液区；冷板单元包括多个导流元件；其中，第一集液单元的内壁、第二集液单元的内壁、冷板单元的内壁以及导流元件共同构成冷却液的流动空间。具体而言，参照图1，图1是本发明的电池冷却换热器的实施例一的整体结构图。如图1所示，在该实施例中，电池冷却换热器包括第一集液单元1和第二集液单元2以及设置在第一集液单元1 和第二集液单元2之间的四个冷板单元，其中四个冷板单元包括两个第一冷板单元31和两个第二冷板单元32。本领域技术人员能够理解的是，在该实施例中，以四个冷板单元作为示例对本发明进行说明，旨在更清楚地说明本发明的电池冷却换热器的结构，该冷板单元的数量并不限制本发明的保护范围。此外，本发明的冷板单元可以仅包括一个第一冷板单元31和一个第二冷板单元32，以四个冷板单元为例是为了更好地说明本发明的电池冷却换热器能够进行扩展，这点将在下文中进行详细说明。
参照图2，图2是本发明的电池冷却换热器的实施例一的整体结构截面图。如图2所示，第一集液单元1包括第一集液区11和第三集液区12，第二集液单元2包括第二集液区21，第一冷板单元31 和第二冷板单元32上规律地分布多个导流元件300。优选地，该导流元件300为薄壁结构。具体地，如图2所示，导流元件300为垂直地 (或者以其他角度)设置在第一冷板单元31和第二冷板单元32中的薄壁圆筒。并且，如图6中最清楚示出地，导流元件300沿冷却液的流动方向彼此交错地设置，以便冷却液能在流动时形成湍流。更具体地，按照图6中的方位，所述“交错设置”是指上下相邻的两个导流元件300不沿垂直方向对齐，而是彼此错开。其中，第一集液单元1 的内壁、第二集液单元2的内壁、冷板单元(包括第一冷板单元31和第二冷板单元32)的内壁以及导流元件30共同构成冷却液的流动空间 4。进一步，第一集液区11和第三集液区12之间设置有第一隔板13，该第一隔板13能防止第一集液区11内的流体直接流入第三集液区12 内，并且，第二集液区21内为连通的结构。继续参照图1，第一集液单元1还包括与第一集液区11连通的第一进液口14和与第三集液区12连通的第一出液口15。进行冷却时，冷却液从第一进液口14流入第一集液区11，然后从第一集液区11流入第一冷板单元31，之后流过第一冷板单元31并汇聚到第二集液区21，该第二集液区21作为冷却液的流动变向区域，冷却液经过该第二集液区21时能够改变流动方向，然后流入第二冷板单元32，流过第二冷板单元32之后冷却液汇聚到第三集液区12，最终从第一出液口15流出。一方面，由于第二集流区21构成了冷却液的流动变向区域并能够使通过该第二集流区21的冷却液改变方向，从而增大了该电池冷却换热器内流体的流动路径，提高了冷却剂的有效利用率。另一方面，交错分布的导流元件300能够对冷却液起到搅混作用，使其在流动过程中形成湍流，从而增强冷却液与冷板单元之间的热交换能力。
下面参照图3、图4和图5对本发明的电池冷却换热器的结构进行更清楚的说明。图3是本发明的电池冷却换热器的实施例一的第一集液单元的结构图；图4是本发明的电池冷却换热器的实施例一的第二集液单元的结构图；图5是本发明的电池冷却换热器的实施例一的冷板单元的半剖结构图。如图5所示，冷板单元3包括交错分布的多个导流元件300，此外，冷板单元3还包括第一连接结构301和第二连接结构302。图3清楚地展示了第一集液单元1各个部分的结构，如图3所示，第一集液单元1包括第一集液区11、第三集液区12、第一隔板13、第一进液口14和第一出液口15，并且第一集液单元1上还设置有与第一连接结构302相配合的第三连接结构16。图4清楚地展示了第二集液单元2各部分的结构，如图4所示，第二集液单元2 包括第二集液区21，第二集液区21内为连通的结构，并且第二集液单元2上还设置有与第二连接结构302相配合的第四连接结构22。其中第一连接结构301与第三连接结构16、第二连接结构302与第四连接结构22、第一连接结构301与第二连接结构302均以相互嵌入的方式连接，从而组成整个电池冷却换热器的结构。进一步，为了防止出现漏液现象，第一连接结构301与第三连接结构16、第二连接结构302 与第四连接结构22、第一连接结构301与第二连接结构302均以相互嵌入的方式连接之后，再通过胶黏剂、熔焊或激光焊接等方式对其进行密封连接。
参照图6，图6是本发明的电池冷却换热器的实施例一的冷却液流动路径图。如图6所示，冷却液从第一进液口14流入并汇聚在第一集液区11，然后流入第一冷板单元31，流过第一冷板单元31 之后汇聚到第二集液区21，该第二集液区21作为冷却液的流动换向区域，冷却液经过该第二集液区21时能够改变流动方向流入第二冷板单元32，并流过第二冷板单元32汇聚到第三集液区12，最终从第一出液口15流出。一方面，由于第二集流区21构成了冷却液的流动换向区域，能够使通过该第二集流区21的冷却液改变方向，从而增大该电池冷却换热器内流体的流动路径，提高冷却剂的有效利用率。另一方面，交错分布的导流元件300能够对冷却液起到搅混作用，形成湍流，从而增强冷却液与冷板单元之间的热交换能力。在图6中，冷却液的流道呈“U”型。
本发明的电池冷却换热器用于新能源汽车电池包冷却系统中，其放置于电池包模组单元下部或电池包模组之间，通过导热材料与模组单元连接。进一步，实际应用中还可以由多个电池冷却换热器单元以并联或串联的形式组成电池包冷却系统。在上述实施方式中，为了满足不同尺寸电池包或电池模组的冷却需求，可以通过在第一集液单元1和第二集液单元2之间横向以及纵向上增加冷板单元31、32 的数量，并对第一集液单元1和第二集液单元2作适应性设计修改以满足要求。具体而言，参照图7，图7是本发明的电池冷却换热器的实施例二的结构示意图。为了清楚起见，图中省略了导流元件300。该实施例与实施例一的区别是在第一集液单元1和第二集液单元2之间纵向(图7中的上下方向)增加了冷板单元，因此仅示例性地示出了该实施例的结构示意图。如图7所示，第一集液单元1和第二集液单元2 包括第三冷板单元33、第四冷板单元34和第五冷板单元35；第一集液单元1包括第四集液区17和第一集液区11以及与第一集液区11连通的第二进液口101；第二集液单元2包括第五集液区23和第二集液区21以及与第五集液区23连通的第二出液口201，第四集液区17和第一集液区11之间设置有第二隔板18，第五集液区23和第二集液区 21之间设置有第三隔板24。在进行冷却时，冷却液从第二进液口101 流入并汇聚在第一集液区11，然后经过第三冷板单元33流入第二集液区21，冷却液在第二集液区21改变流向流入第四冷板单元34并汇聚到第四集液区17，然后冷却液在第四集液区17再一次改变方向流入第五冷板单元35并汇聚到第五集液区23，最终从第二出液口201流出。在图7中，冷却液的流道呈“S”型。在第二实施例中，通过在第一集流单元1和第二集流单元2之间纵向增加冷板单元3，并适应性对第一集流单元1和第二集流单元2作适应性设计修改以满足要求。本领域技术人员能够理解的是，按照本实施例的设计思路，还可以根据需要在第一集流单元1和第二集流单元2之间纵向增加多个冷板单元3。
参照图8，图8是本发明的电池冷却换热器的实施例三的结构示意图。为了清楚起见，图中省略了导流元件300。相对于实施例二，本实施例修改了第一集流单元1和第二集流单元2的设计。具体地，如图8所示，第一集液单元1和第二集液单元2包括第六冷板单元36、第七冷板单元37和第八冷板单元38；第一集液单元1还包括与第一集液区11连通的第三进液口102；第二集液单元2还包括与第二集液区21连通的第三出液口202。其中，第一集液区11和所述第二集液区21均具为倾斜式连通的结构。在进行冷却时，冷却液从第三进液口102进入第一集液区11并在该区域汇聚，然后分别同时沿第六冷板单元36、第七冷板单元37和第八冷板单元38流入第二集液区21，并在第二集液区21进行汇聚，最终从第三出液口202流出。冷却液的流道呈“I”型。
需要说明的是，在上述实施例中，第一集流单元1和第二集流单元2之间的冷板单元3还可以通过第一连接结构301和第二连接结构302相互嵌入的方式在横向(图中的左右方向)上根据需要增加合适的冷板单元。
在上述优选的实施方式中，第一集液单元1、第二集液单元2和冷板单元3均由塑料或导热塑料材料加工而成，并且冷板单元3 与导流元件300为一体注塑成型。
综上所述，本发明的电池冷却换热器采用模块化设计，能够根据电池包的结构尺寸变化做相应组合变更，结构尺寸自由度大，例如上述实施例一中的呈“U”型的冷却液流道、实施例二中的呈“S”型的冷却液流道以及实施例三中的呈“I”型的冷却液流道。具有较好的可扩展性，降低成本和生产周期。此外，以实施例一为例，冷却液由第一进液口进入电池冷却液换热器并在第一集液区汇聚随即流经冷板单元，在交错设置的导流元件作用下，冷却液向各个方向流动，有利于冷却液在冷板单元中的速度均匀分布以及提高冷板与冷却液之间的对流换热，从而使得冷板单元的整个区域温度分布更均匀并同时提高冷板的换热效率，冷却液经过第二集液区被改变流动方向，再次进入冷板单元体中，最终冷却液在第三集液区汇聚，并通过出液口流出。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池冷却换热器，其特征在于，该电池冷却换热器包括第一集液单元、第二集液单元以及设置在所述第一集液单元和所述第二集液单元之间的至少一个冷板单元，
所述第一集液单元至少包括第一集液区；
所述第二集液单元至少包括第二集液区；
所述冷板单元包括多个导流元件；
其中，所述第一集液单元的内壁、所述第二集液单元的内壁、所述冷板单元的内壁以及所述导流元件共同构成冷却液的流动空间；
所述冷板单元包括第一连接结构和第二连接结构；所述第一集液单元设置有与所述第一连接结构相配合的第三连接结构；所述第二集液单元设置有与所述第二连接结构相配合的第四连接结构；所述第一连接结构与所述第三连接结构、所述第二连接结构与所述第四连接结构以相互嵌入的方式连接在一起；
并且，所述冷板单元的所述第一连接结构能够与所述第二连接结构以相互嵌入的方式连接，从而能够在所述第一集液区与所述第二集液区之间增加所述冷板单元。
2.根据权利要求1所述的电池冷却换热器，其特征在于，所述导流元件为薄壁圆筒结构，其沿冷却液流动方向交错地设置在所述冷板单元上。
3.根据权利要求1所述的电池冷却换热器，其特征在于，所述第一连接结构与所述第三连接结构、所述第二连接结构与所述第四连接结构、所述第一连接结构与所述第二连接结构以相互嵌入的方式连接在一起，并通过胶黏剂、熔焊或激光焊接的方式密封连接。
4.根据权利要求1所述的电池冷却换热器，其特征在于，所述第一集液单元、所述第二集液单元和所述冷板单元均由导热塑料材料加工而成。
5.根据权利要求4所述的电池冷却换热器，其特征在于，所述冷板单元与所述导流元件为一体注塑成型。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池冷却换热器，其特征在于，所述第一集液单元还包括第三集液区以及与所述第一集液区连通的第一进液口和与所述第三集液区连通的第一出液口，所述第三集液区和所述第一集液区之间设置有第一隔板，所述冷板单元至少包括第一冷板单元和第二冷板单元，
所述第一冷板单元、所述第二冷板单元的一端分别与所述第一集液单元密封连接，其另一端分别与所述第二集液单元密封连接，
冷却液从所述第一进液口流入，依次经所述第一集液区、所述第一冷板单元、所述第二集液区、所述第二冷板单元和所述第三集液区，从所述第一出液口流出。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的电池冷却换热器，其特征在于，所述第一集液单元还包括第四集液区以及与所述第一集液区连通的第二进液口，所述第二集液单元还包括第五集液区以及与所述第五集液区连通的第二出液口，所述第四集液区和所述第一集液区之间设置有第二隔板，所述第五集液区和所述第二集液区之间设置有第三隔板，所述冷板单元至少包括第三冷板单元、第四冷板单元和第五冷板单元，
所述第三冷板单元、所述第四冷板单元和所述第五冷板单元的一端与分别与所述第一集液单元密封连接，其另一端与分别所述第二集液单元密封连接，
冷却液从所述第二进液口流入，依次经过所述第一集液区、所述第三冷板单元、所述第二集液区、所述第四冷板单元、所述第四集液区、所述第五冷板单元和所述第五集液区，从所述第二出液口流出。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的电池冷却换热器，其特征在于，所述第一集液单元还包括与所述第一集液区连通的第三进液口，所述第二集液单元还包括与所述第二集液区连通的第三出液口，所述冷板单元至少包括第六冷板单元、第七冷板单元和第八冷板单元，
所述第六冷板单元、所述第七冷板单元和所述第八冷板单元的一端分别与所述第一集液单元密封连接，其另一端分别与所述第二集液单元密封连接，
冷却液从所述第三进液口进入所述第一集液区，分别沿所述第六冷板单元、所述第七冷板单元和所述第八冷板单元流入所述第二集液区，从所述第三出液口流出。
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