CN107768768A - 一种动力电池冷却板及冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力锂电池冷却板，包括成型板和平板，所述的成型板内设有多个流道，其特征在于每个流道包括依次串联的制冷剂进口段、多个流程和制冷剂出口段，在流程处形成换热区域，各流道的换热区域平行排列。本发明采用汽车制冷系统的制冷剂作为冷媒对锂电池进行冷却。制冷剂从流道的进口段进入冷却板，在流道处与电池进行热交换，吸收热量后从出口段流出。由于采用多流道，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。每个流道设有多个流程，冷热流程交错布置，使热交换更为充分，从而提高热交换效率。

Description

一种动力电池冷却板及冷却装置

技术领域

本发明涉及动力锂电池领域，尤其涉及电动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冷却板及冷却装置。

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，现有的汽车热管理系统采用两个冷却回路。其一是制冷剂回路，主要用于调节空气和冷却液温度。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专用冷却板。

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。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种动力锂电池冷却板，包括成型板和平板，所述的成型板内设有多个流道，其特征在于每个流道包括依次串联的制冷剂进口段、多个流程和制冷剂出口段，在流程处形成换热区域，各流道的换热区域平行排列。

本发明采用汽车制冷系统的制冷剂作为冷媒对锂电池进行冷却。制冷剂从流道的进口段进入冷却板，在流道处与电池进行热交换，吸收热量后从出口段流出。由于采用多流道，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。每个流道设有多个流程，冷热流程交错布置，使热交换更为充分，从而提高热交换效率。

作为本发明的改进，所述的流道数为偶数，多个流道的换热区域分成两组排列。在每组换热区域上方可设置一个电池模组，将电池分组冷却，可避免集中放置而导致温度不均匀。流道数为偶数，使得第一个换热区域的面积基本相同。优选地，所述的流道数为4个。

作为本发明的进一步改进，每个流道中的多个流程串联连接，且呈往复式布置。

作为本发明的再进一步改进，每个流道中的第一流程和最后流程相邻设置。通常，在第一流程中，由于制冷剂刚开始与电池进行热交换，因而温度最低；而在最后流程中，由于制冷剂已经与电池进行充分的热交换，因而温度最高。将温差最大的两个流程相邻设置可减少热交换区域的温度梯度，确保板面温差最小化。

作为本发明的再进一步改进，各流道的制冷剂出口段汇流到一个制冷剂出口。

作为本发明的再进一步改进，所述冷却板的主体部分呈方形结构，各流道的制冷剂进口段和出口段平行设置在一侧，并与所述的流程垂直。

作为本发明的再进一步改进，所述的平板上开设有一组与所述流道的制冷剂进口段一一对应的制冷剂进口，以及与流道的制冷剂出口连通的制冷剂出口；所述的平板上还设有进出口压板，所述的进出口压板上开设有制冷剂进口、制冷剂出口和制冷剂汇集腔，所述进出口压板的制冷剂出口与平板上的制冷剂出口连通，所述进出口压板的制冷剂汇集腔两端分别与进出口压板的制冷剂进口和平板上的制冷剂进口连通。

作为本发明的更进一步改进，所述成型板上的流道通过冲压形成，或通过辊压结合吹胀成型。

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，所述的冷却板与电池贴合；所述的冷却板，包括成型板和平板，所述的成型板内设有多个流道，每个流道包括依次串联的制冷剂进口段、多个流程和制冷剂出口段，在流程处形成换热区域，各流道的换热区域平行排列。

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。

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是本发明冷却板的使用状态图。

图4是本发明成型板的结构示意图。

图5是本发明平板的结构示意图。

图6是本发明成型板的流道图。

图7是图5的A-A向剖视图。

图8是图5的B-B向剖视图。

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，本发明的冷却板1上放置电池模组2和3，可以对电池进行冷却。冷却板1上可以整体设置一个热交换区域，也可以分隔成两到多个热交换区域。每个热交换区域的面积可以相同，也可以不同。在每个热交换区域可以放置一个电池模组，也可以放置两到多个电池模组。在本实施方式中，本发明的冷却板1具有两个大换热区域，两组电池模组2、3分别设置在该两个大换热区域上。

参照图4和图5，本发明的冷却板包括成型板11和平板12，两者通过焊接成型。冷却板的主体部分呈方形。

参照图6，所述的成型板11内设有多个流道，每个流道包括依次串联的制冷剂进口段、多个流程和制冷剂出口段，在流程处形成换热区域，各流道的换热区域平行排列。

在本实施方式中，成型板11内设有四个流道111、112、113和114。第一流道111具有依次串联的制冷剂进口段11e、第一流程11a、第二流程11d、第三流程11c、和制冷剂出口段11f。第一流程11a、第四流程11b、第三流程11c和第二流程11d依次平行排列。在第一流程11a中，由于制冷剂刚开始与电池进行热交换，因而温度最低；在第四流程11b中，由于制冷剂已经与电池进行充分的热交换，因而温度最高。将温差最大的两个流程相邻设置可减少热交换区域的温度梯度，确保板面温差最小化。上述四个流程构成第一热交换区域A。制冷剂进口段11e和制冷剂出口段11f平行设置在成型板11的一侧，且与流程相垂直。

第二流道112、第三流道113和第四流道114的结构与第一流道111基本相同，其制冷剂进口段和制冷剂出口段依次平行设置。第二流道112的四个流程构成第二热交换区域B，第三流道113的四个流程构成第三热交换区域C，第四流道114的四个流程构成第四热交换区域D。第一热交换区域A和第二热交换区域B并排设置在同一侧构成一个大换热区域；第三热交换区域C和第四热交换区域D并排设置在另一侧，构成另一大换热区域；两大热交换区域之间的间隔部分E不设流道，既能在效利用制冷剂，同时又能用于两组热源之间的隔热。

各流道的制冷剂出口段汇流到一个制冷剂出口115。

参照图7和图8，所述的平板12上开设有一组与所述流道的制冷剂进口段一一对应的制冷剂进口121、122、123和124，以及与流道的制冷剂出口115连通的制冷剂出口125；所述的平板上还设有进出口压板13，所述的进出口压板13上开设有制冷剂进口131、制冷剂出口132和制冷剂汇集腔133，所述进出口压板的制冷剂出口132与平板上的制冷剂出口125连通，所述进出口压板的制冷剂汇集腔133两端分别与进出口压板的制冷剂进口131和平板上的制冷剂进口121、122、123和124连通。

所述成型板上的流道通过冲压形成，或通过辊压结合吹胀成型。电池模组2、3放置在平板12上，保证两者紧密贴合，提高热交换效率。

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)

1.一种动力锂电池冷却板，包括成型板和平板，所述的成型板内设有多个流道，其特征在于每个流道包括依次串联的制冷剂进口段、多个流程和制冷剂出口段，在流程处形成换热区域，各流道的换热区域平行排列。

2.如权利要求1所述的一种动力锂电池冷却板，其特征在于所述的流道数为偶数，多个流道的换热区域分成两组排列。

3.如权利要求2所述的一种动力锂电池冷却板，其特征在于所述的流道数为4个。

4.如权利要求1所述的一种动力锂电池冷却板，其特征在于每个流道中的多个流程串联连接，且呈往复式布置。

5.如权利要求4所述的一种动力锂电池冷却板，其特征在于每个流道中的第一流程和最后流程相邻设置。

6.如权利要求1所述的一种动力锂电池冷却板，其特征在于各流道的制冷剂出口段汇流到一个制冷剂出口。

7.如权利要求6所述的一种动力锂电池冷却板，其特征在于所述冷却板的主体部分呈方形结构，各流道的制冷剂进口段和出口段平行设置在一侧，并与所述的流程垂直。

8.如权利要求7所述的一种动力锂电池冷却板，其特征在于所述的平板上开设有一组与所述流道的制冷剂进口段一一对应的制冷剂进口，以及与流道的制冷剂出口连通的制冷剂出口；所述的平板上还设有进出口压板，所述的进出口压板上开设有制冷剂进口、制冷剂出口和制冷剂汇集腔，所述进出口压板的制冷剂出口与平板上的制冷剂出口连通，所述进出口压板的制冷剂汇集腔两端分别与进出口压板的制冷剂进口和平板上的制冷剂进口连通。

9.如权利要求1所述的一种动力锂电池冷却板，其特征在于所述成型板上的流道通过冲压形成，或通过辊压结合吹胀成型。

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，所述的冷却板采用权利要求1~9任何一项的结构。