CN107732356A - 一种具有均流功能的动力锂电池的冷却板及其冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有均流功能的动力锂电池的冷却装置的冷却板，包括成型板和平板，其特征在于所述的成型板上设有进口管、出口管和流道；所述的流道具有至少两个流程以及流程两端的集流管，每个流程内具有若干个制冷剂通道，每个流程的前端设有若干个流量分配凸台；所述平板的两个表面分别与所述的成型板和电池贴合。汽车空调系统中的液态制经膨胀阀节流降压后，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

一种具有均流功能的动力锂电池的冷却板及其冷却装置

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，具体地说是一种具有均流功能的动力锂电池的冷却板及其冷却装置。

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。

此外，电池组的体积通常在300mm*300mm，常规的冷却板采用单流程工作，冷却板从进口管到出口管的温度分布梯度较大，因而电池组的不同位置的温差较大，无法起到均匀冷却的效果，进而影响了电池组的工作性能。

发明内容

本发明要解决的是现有技术存在的问题，旨在提供一种能够均匀冷却动力锂电池的冷却板及其冷却装置。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种具有均流功能的动力锂电池的冷却装置的冷却板，包括成型板和平板，其特征在于所述的成型板上设有进口管、出口管和流道；所述的流道具有至少两个流程以及流程两端的集流管，每个流程内具有若干个制冷剂通道，每个流程的前端设有若干个流量分配凸台；所述平板的两个表面分别与所述的成型板和电池贴合。

本发明的一种动力锂电池的冷却板，与汽车空调系统连接，构成冷却装置。汽车空调系统中的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。

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。

每个流程的前端设置的若干个流量分配凸台，对进入该流程的制冷剂进行流量分配，同时也能起到紊流的作用，使处在冷却板不同位置处的制冷剂温度均匀，确保了电池组整体得到均匀降温，从而从保证电池组的正常工作。

根据本发明，所述的流量分配凸台呈阵列分布。优选地，所述的流量分配凸台呈两列分布。

根据本发明，所述冷却板的流程数为2~10个。

根据本发明，所述的流量分配凸台的行数与流程内冷却剂通道数量相同，也可以不相同。

根据本发明，所述的流量分配凸台的列间距可以相等。所述的流量分配凸台的列间距可以不相等，所述的流量分配凸台的列间距逐渐增大或减小。

根据本发明，所述的流量分配凸台也可以呈点阵分布。

根据本发明，所述的流量分配凸台的形状不限，可以呈圆形或椭圆形。

本发明还要提供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；所述的冷却板包括成型板和平板，其特征在于所述的成型板上设有进口管、出口管和流道；所述的流道具有至少两个流程以及流程两端的集流管，每个流程内具有若干个制冷剂通道，每个流程的前端设有若干个流量分配凸台；所述平板的两个表面分别与所述的成型板和电池贴合。

本发明的一种动力锂电池的冷却装置，从冷凝器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。

本发明一种动力锂电池的冷却装置，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。

3、冷却板采用多流程结构，并在每个流程的前端设有流量分配凸台，使整个冷却板的温度趋于均匀，确保了电池组整体得到均匀降温，从而从保证电池组的正常工作。

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中A处的放大图。

图7是图5的A-A向剖视图。

图8和图9为不同流量分配凸台实施例的结构示意图。

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，第三集流管33、第二流程334、第四集流管34、第五集流管35、第三流程356、第六集流管36、第七集流管37、第四流程378和第八集流管38。所有流程均横向设置，所述的集流管均纵向设置。每个流程内的制冷剂通道呈横向设置，多个制冷剂通道纵向排列。各流程之间纵向排列。

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。电池冷却板表面需要温度均匀，因随着制冷剂在冷却板内流动蒸发，由于冷却板流动阻力，制冷剂蒸发温度会降低，且制冷剂出口有一定的过热度，出口温度会升高，将制冷剂进口处11和制冷剂出口处12布置在同一侧，可减小冷却板表面温差。

将第一流程312和第二流程334分别设置在冷却板的顶端和底端，将第三流程356和第四流程378设置在中间，可获得更好的冷却板表面温度均匀性。

第四流程378的制冷剂通道数为5个，前面流程的制冷剂通道数为4个。最后一个流程通道数大于等于前面流程通道数。这是因为制冷剂在蒸发板内蒸发，由初始气液两相逐渐变为气态，由于气体比体积越来越大，沿程阻力越来越大，蒸发温度会降低，为了尽可能使蒸发温度不变，需减小沿程阻力，即逐渐扩大制冷剂流通截面积。

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334内具有四个制冷剂通道3341、3342、3343和3344；第三制冷剂流程356内具有四个制冷剂通道3561、3562、3563和3564；第四制冷剂流程378内具有四个制冷剂通道3781、3782、3783、3784和3785。流程内的制冷剂通道的数量也可以根据要求增减。

在第一流程312前端的集流管31内设有若干个流量分配凸台3a，在第二流程334前端的集流管33内设有若干个流量分配凸台3c，在第三流程356前端的集流管35内设有若干个流量分配凸台3d，在第四流程378前端的集流管37内设有若干个流量分配凸台3b。

参照图6，第一流程312前端的集流管31内设有若干个流量分配凸台3a。在本实施方式中，所述的流量分配凸台3a的数量为8个，3a1~3a8，呈四行三列布置。箭头所示为流量在流程前的流动方向。其中，流量分配凸台3a1与3a2之间距离为W1，流量分配凸台3a2与3a3之间间距为W2，流量分配凸台3a3与3a4之间距离为为W3。

流量分配凸台的作用是在制冷剂进入流程前的进行流量分配，凸台间距可以是相等，即W1=W2=W3，也可以是先窄后宽，即W1<W2<W3，亦可先宽后窄，即W1>W2>W3。

参照图7，其中一列流量分配凸台3a1、3a2、3a3和3a4是在成型板3上成型的凸台，并与平板4焊接在一起，形成了流量通道3a11~3a15。

另一列流量分配凸台3a5、3a6、3a7和3a8也是以相同的方式成型。

在前面的实施方式中，所述的流量分配凸台呈圆形。

参照图8和图9，所述的流量分配凸台为椭圆形，可以是长轴为横向的椭圆（如图8所示），也可以是长轴为纵向椭圆（如图9所示）。

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)

1.一种具有均流功能的动力锂电池的冷却装置的冷却板，包括成型板和平板，其特征在于所述的成型板上设有进口管、出口管和流道；所述的流道具有至少两个流程以及流程两端的集流管，每个流程内具有若干个制冷剂通道，每个流程的前端设有若干个流量分配凸台；所述平板的两个表面分别与所述的成型板和电池贴合。

2.如权利要求1所述的一种具有均流功能的动力锂电池的冷却装置的冷却板，其特征在于所述的流量分配凸台呈阵列分布。

3.如权利要求2所述的一种具有均流功能的动力锂电池的冷却装置的冷却板，其特征在于所述的流量分配凸台呈两列分布。

4.如权利要求3所述的一种具有均流功能的动力锂电池的冷却装置的冷却板，其特征在于所述冷却板的流程数为2~10个。

5.如权利要求4所述的一种具有均流功能的动力锂电池的冷却装置的冷却板，其特征在于所述的流量分配凸台的行数与流程内冷却剂通道数量相同。

6.如权利要求5所述的一种具有均流功能的动力锂电池的冷却装置的冷却板，其特征在于所述的流量分配凸台的列间距相等。

7.如权利要求5所述的一种具有均流功能的动力锂电池的冷却装置的冷却板，其特征在于所述的流量分配凸台的列间距逐渐增大或减小。

8.如权利要求1所述的一种具有均流功能的动力锂电池的冷却装置的冷却板，其特征在于所述的流量分配凸台呈点阵分布。

9.如权利要求1所述的一种具有均流功能的动力锂电池的冷却装置的冷却板，其特征在于所述的流量分配凸台呈圆形或椭圆形。

10.一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，并且，所述的冷却板采用如权利要求1~9任何一项所述的结构。