CN107482279A - 一种动力锂电池的冷却装置及其冷却板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动力锂电池的冷却装置，包括由冷却板和冷却板前端的第二膨胀阀构成的第二支路，其特征在于所述的第二支路与汽车制冷系统的蒸发器和蒸发器前端的第一膨胀阀构成的第一支路并联，所述的冷却板与电池贴合。本发明的一种动力锂电池的冷却装置，从冷凝器出来的液态制冷剂分成两路：一路经第一膨胀阀节流降压后进入蒸发器，在蒸发器内气化吸热，与外界的空气进行热交换，达到制冷的效果；另一路经第二膨胀阀节流降压后，直接通入冷却板，电池与冷却板贴合后紧密接触，电池工作时产生的热量传递到冷却板，制冷剂在冷却板内蒸发吸热，带走电池工作时产生的热量，从而对电池进行降温。
Description
技术领域
本发明涉及动力锂电池领域，尤其涉及电池汽车和混合动力汽车的动力锂电池领域，具体地说是一种动力锂电池的冷却装置及其冷却板。
背景技术
纯电动汽车和混合动力汽车以电池作为动力源，在使用中可以实现零污染，并可利用煤炭、水力等其它非石油资源，能有效解决汽车排污和能源问题，因而在世界范围内得到普遍重视。这些车辆的性能和品质在很大程度上依赖其所配置的动力电池组的性能。温度是影响动力电池性能至关重要的因素。当车辆在不同行驶状况下运行时，电池会以不同倍率放电，以不同生热速率产生大量热量，加上时间累积以及空间影响会产生不均匀热量聚集，从而导致电池组运行温度复杂多变。而过高的温度会导致电池的容量、寿命和能量效率的降低，若电池积聚的热量无法及时散出，会导致热失控的产生，严重时电池有发生剧烈膨胀和爆炸的危险，所以必须对动力锂电池进行电池降温，使其工作温度处于较优的区间。
现阶段新能源车主要是以空气冷和液冷却电池为主，由于空气冷却效果差，温差大，而液冷方案，零部件多、重量重，且存在泄漏风险，所以制冷剂冷却将会是很好的一种热管理方式。
制冷剂蒸发潜热大，换热系数高，是高效的电池冷却方式，且在常温常压下，制冷剂为气态，即时电池冷却系统有轻微泄露，也不会存在电池短路，损坏电池情况发生。
图1所示是目前现有方案电池冷却的原理图。汽车空调系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成，形成制冷剂回路。由于新能源汽车需要对电池进行热管理，一般在空调回路上，与蒸发器并联一个电池冷却器。而另一条回路的水泵、电池冷却器和冷却板构成了冷却液回路。电池工作时产生的热量传递到冷却板，再传递到冷却液，两条回路的介质在电池冷却器里进行热交换来对电池进行降温。
从图1可见，现有的汽车空调的制冷系统采用两个冷却回路。其一是制冷剂回路，主要用于调节空气温度。其二是冷却液回路，主要用于冷却电池或电池组。由于两条回路采用不同的冷却介质，需要通过一个电池冷却器进行热量传递，同时还需要一个水泵驱动冷却液产生循环。具体来说，电池冷却器具有冷侧通道和热侧通道，所述的冷侧通道与蒸发器并联；所述的热侧通道与冷却板串联。电池产生的热量经冷却板传递给冷却液。在电池冷却器中，热侧通道内的冷却液与冷侧通道内的制冷剂进行热交换，冷却液释放热量后降温。水泵驱动冷却液在回路中循环流动，起到对电池的降温作用。因而现有的电池冷却装置部件多，重量大，结构复杂，成本高。并且，由于冷却液通常采用由50%乙二醇和50%水组成的混合物，其优点是比热容大，温度均匀性好，且开发匹配简单，然而也容易泄漏。一旦发生泄漏，则冷却液中的乙二醇有可能引发燃烧，从而损毁电池，甚至造成更大的安全事故。
发明内容
本发明要解决的是现有技术存在的问题，旨在提供一种紧凑型的动力锂电池的冷却装置。
本发明的另一个目的是要提供一种紧凑型的动力锂电池的冷却装置的专用冷却板。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种动力锂电池的冷却装置，包括由冷却板和冷却板前端的第二膨胀阀构成的第二支路，其特征在于所述的第二支路与汽车制冷系统的蒸发器和蒸发器前端的第一膨胀阀构成的第一支路并联，所述的冷却板与电池贴合。
本发明的一种动力锂电池的冷却装置，从冷凝器出来的液态制冷剂分成两路：一路经第一膨胀阀节流降压后进入蒸发器，在蒸发器内气化吸热，与外界的空气进行热交换，达到制冷的效果；另一路经第二膨胀阀节流降压后，直接通入冷却板，电池与冷却板贴合后紧密接触，电池工作时产生的热量传递到冷却板，制冷剂在冷却板内蒸发吸热，带走电池工作时产生的热量，从而对电池进行降温。
本发明具有以下有益效果：
1、省去了电池冷却器和水泵两大部件，使得本发明结构紧凑，重量轻、体积小，造价低，经济实用。
2、本发明部件少，结构相对简单，管路接头少，不容易产生泄漏。并且由于采用制冷剂作为制冷介质，常用的制冷剂，如R410a、R134a、R407C和R22等，即使发性泄漏，制冷剂直接挥发到大气，不会发生燃烧等事故，因而更为安全可靠。
本发明还要提供一种紧凑型动力锂电池的冷却装置的专用冷却板，所述的冷却板具有进口管、出口管和流道，所述的流道具有至少两个流程，每个流程内具有若干个制冷剂通道，相邻流程之间通过集流管连接。冷却板的进口管与第二膨胀阀的出口端连接，冷却板的出口管与压缩机的进口端连接。制冷剂在流道内流动，并在吸收电池热量后蒸发吸热，带走电池工作时产生的热量，从而实现对电池的降温。所述的流道被分隔成两到多个流程，在每个流程内，制冷剂分别在若干个制冷剂通道内流动，然后通过集流管进入下一个流程。集流管对制冷剂的流量进行再分配，使得冷却板上的制冷剂流量分布合理，起到对电池均匀降温的作用。
作为本发明的进一步改进，所述流道的两端也设有集流管，使得冷却板上的温度分布更为均匀。
作为本发明的更进一步改进，所述制冷剂通道的高度/宽度≤1，制冷剂通道的高度≤6mm。优选地，所述制冷剂通道的高度/宽度≤0.5，所述制冷剂通道的高度≤3mm。
作为本发明的更进一步改进，所述制冷剂通道的中心间距相同。
作为本发明的更进一步改进，所述制冷剂通道的中心间距逐步增大或逐步减小。
作为本发明的更进一步改进，所述的冷却板包括成型板和平板，所述的成型板上设有流道，所述的平板与电池贴合。
作为本发明的更进一步改进，所述成型板上的流道可以通过冲压形成。具体来说，在成型板上冲压出两到多组凸台，凸台与平板之间的空间就形成流道。同时成型的还有相邻流程的流道之间的集流管。所述成型板上的流道也可以通过辊压结合吹胀成型。形成流道的凸台可以是平顶结构或圆弧顶结构。所述凸台的顶部和底部通过圆弧过渡。
附图说明
图1是本现有电池冷却装置的原理图。
图2是本发明电池冷却装置的原理图。
图3是本发明的冷却板的结构示意图，其中（A）是成型板的轴测图，（B）是平板的轴测图。
图4是本发明冷却板的主视图。
图5是本发明的流程图。
图6是图5的A-A向剖视图。
图7是图6中一个制冷剂通道的局部示意图。
图8是制冷剂通道的另一实施方式的结构示意图。
具体实施方式
参照图1，现有技术的电池冷却装置，具有制冷剂回路和冷却液回路，其缺陷前面已经描述过了，在此不再赘述。
参照图2，本发明的一种动力锂电池的冷却装置，包括由冷却板和冷却板前端的第二膨胀阀构成的第二支路，所述的第二支路与汽车制冷系统的蒸发器和蒸发器前端的第一膨胀阀构成的第一支路并联，所述的冷却板与电池贴合。
本发明的一种动力锂电池的冷却装置，从冷凝器出来的液态制冷剂分成两路：一路经第一膨胀阀节流降压后进入蒸发器，在蒸发器内气化吸热，与外界的空气进行热交换，达到制冷的效果；另一路经第二膨胀阀节流降压后，直接通入冷却板，电池与冷却板贴合后紧密接触，电池工作时产生的热量传递到冷却板，制冷剂在冷却板内蒸发吸热，带走电池工作时产生的热量，从而对电池进行降温。
参照图3，所述的冷却板包括成型板3和平板4。所述的成型板3上设有进口管1和出口管2，以及与所述进口管1和出口管2连通的流道。所述成型板3上的流道可以通过冲压形成，也可以通过辊压结合吹胀成型。所述的平板4的内表面与所述的成型板3贴合，共同形成流道和集流管；所述的平板4的外表面与电池贴合，有效吸收和传递电池工作产生的热量。
参照图4，箭头所示方向为制冷剂在冷却板内流动方向。流程的数量可以根据要求进行设置。在本实施方式中，在成型板3上成型有四个流程，每个流程两端成型集流管，流道和集流管交替设置并连通，依次为第一集流管31，第一流程312，第二集流管32，第二流程323、第三集流管33，第三流程334、第四集流管34、第四流程345和第五集流管35。所有流程均横向设置，所述的集流管均纵向设置。制冷剂在走完一个流程后转90度进入集流管，在集流管的出口向转90度进入下一个流程，依此类推。相邻流程内的制冷剂走向相反，相邻集流管内的制冷剂走向相反。最后，制冷剂从成型板3的出口管2出来。这种结构，成型板3的进口管1和出口管2设置在同一侧，进口管1和出口管2处的制冷剂温差小，使成型板3内的温度较为均匀。
参照图5，为减少温度梯度，在制冷剂的每个流程内具有若干个制冷剂通道。在第一制冷剂流程312内，具有四个制冷剂通道3121、3122、3123和3124；第二制冷剂流程323内具有四个制冷剂通道3231、3232、3233和3234；第三制冷剂流程334内具有四个制冷剂通道3341、3342、3343和3344；第四制冷剂流程345内具有四个制冷剂通道3451、3452、3453和3454。流程内的制冷剂通道的数量也可以根据要求增减。各流程内的制冷剂通道的数量和结构可以相同，也可以不同。
图6所示图5的A-A剖面示意图。该剖面示意图显示了第一流程中制冷剂通道的结构。通道3121与通道3122中心间隔距离为W1，通道3122与通道3123的中心间距为W2，通道3123与通道3124的中心间距为W3。
这些通道中心隔距离可以是相等，即W1=W2=W3。
所述制冷剂通道中心间距也可以不相等。可以逐步增大，即W1<W2<W3，也可以或逐步减小，即W1>W2>W3。
图7所示是本发明冷却板的一个冷却剂通道的结构。该冷却剂通道是由成型板3上成型的凸台3D与平板4结合构成。所述的凸台3D为平顶结构，凸台3D的顶部与凸台的地面通过圆弧面3a和3b过渡连接，可提高产品的强度。
凸台高度H1应小于等于5mm，而当凸台高度H1小于等于3mm，效果更好。
通道高度与宽度之比H1/W11≤10，而当H1/W11≤5更佳。
参照图8，本发明制冷剂通道的另一实施方式，该冷却剂通道是由成型板E上成型的凸台E1与平板F结合构成。所述的凸台E1为圆弧顶结构，凸台E1的顶部与凸台的地面通过圆弧面E2过渡连接，可提高产品的强度。
凸台高度H2应小于等于6mm，而当凸台高度H2小于等于3mm，效果更好。通道高度和宽度之比H2/W12≤1，而当H2/W12≤0.5更佳。
应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种动力锂电池的冷却装置，包括由冷却板和冷却板前端的第二膨胀阀构成的第二支路，其特征在于所述的第二支路与汽车制冷系统的蒸发器和蒸发器前端的第一膨胀阀构成的第一支路并联，所述的冷却板与电池贴合。
2.如权利要求1所述的一种动力锂电池的冷却装置，其特征在于所述的冷却板具有进口管、出口管和流道，所述的流道具有至少两个流程，每个流程内具有若干个制冷剂通道，每个流程的两端设有集流管。
3.如权利要求2所述的一种动力锂电池的冷却装置，其特征在于所述制冷剂通道的高度/宽度≤1，制冷剂通道的高度≤6mm。
4.如权利要求3所述的一种动力锂电池的冷却装置，其特征在于所述制冷剂通道的高度/宽度≤0.5，所述制冷剂通道的高度≤3mm。
5.如权利要求2所述的一种动力锂电池的冷却装置，其特征在于所述制冷剂通道的中心间距相同，或逐步增大，或逐步减小。
6.如权利要求2所述的一种动力锂电池的冷却装置，其特征在于所述的冷却板包括成型板和平板，所述的成型板上设有流道，所述的平板与电池贴合。
7.如权利要求6所述的一种动力锂电池的冷却装置，其特征在于所述成型板上的流道和集流管通过冲压形成，或通过辊压结合吹胀成型。
8.如权利要求6所述的一种动力锂电池的冷却装置，其特征在于成型板上形成流道的凸台为平顶结构或圆弧顶结构。
9.如权利要求8所述的一种动力锂电池的冷却装置，其特征在于所述凸台的顶部和底部通过圆弧过渡。
10.一种动力锂电池的冷却装置的冷却板，其特征在于所述的冷却板采用权利要求2~9任何一项的结构。
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