CN109830625A - 圆柱形电池热管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆柱形电池热管理系统，包括设置于圆柱形电池底部的液体汇集联箱，固定连通设置于液体汇集联箱相对侧上的左端液体分配联箱、右端液体分配联箱，若干连通安装于左端液体分配联箱和右端液体分配联箱之间的蛇形板；所述蛇形板贯穿于阵列的电池之间。本发明公开的一种圆柱形电池热管理系统，能够快速均衡单体电池内部、单体电池间的温差，减少热堆积，延长电池使用寿命，给单体电池提供一个良好的工作温度环境，是一种高效、可靠的电池热管理控制系统，可使动力电池工作在最佳的温度范围内。通过左右液体分配联箱及蛇形板实现了冷却液多通道交错对流，极大限度的延长了对流通路和分别独立对流。

Description

圆柱形电池热管理系统

技术领域

本发明涉及电动汽车电池领域，具体涉及一种圆柱形电池热管理系统。

背景技术

随着汽车行业的多元化，环境问题的日益严峻，新能源汽车行业发展迅速，新能源汽车是如今汽车发展的趋势，电动汽车在新能源汽车中的占比很大。国家对电动汽车的领域也很重视。其中电动汽车由于对环境影响相对传统汽车较小，使用范围越来越广泛，电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆，电池作为电动汽车的心脏，是电动汽车产业发展的关键，除了电池的续航里程是电动汽车的发展瓶颈，电池的安全问题更是不容小觑。动力电池是电动汽车的核心部件之一，其充放电是以电化学反应为基础，因此电池的安全、性能和寿命与温度密切相关。而随着电动汽车技术的飞速发展，对动力电池的比能量、充放电速率和使用寿命要求越来越高，因此电池热管理也变得越来越重要。

电池管理系统是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带，由于电动汽车在行驶过程中，电池会产生大量的热，如果不能快速有效的对电池进行散热，以及均衡单体电池内部、单体电池间的温差，就会造成热堆积，影响电池寿命，严重的还会引发电池爆炸。

电池热管理，是根据温度对电池性能的影响结合电池的电化学特性与产热机理，基于具体电池的最佳充放电温度区间，通过合理的设计，建立在材料学、电化学、传热学、分子动力学等多学科多领域基础之上，为解决电池在温度过高情况下工作而引起热堆积的问题，以提升电池整体性能的一门新技术。

由于电动汽车的电池组由大量电池单体串并联而成，电池单体间的温度差会造成电池状态不一致，从而影响电池组的整体性能，因此电池热管理除了控制电池的工作温度范围，还要设法减小电池单体间的最大温差。

目前，对于圆柱形电池液体冷却，主要采用肋化冷板，蛇形扁管或水套间接冷却来实现。相比于空气冷却，液体冷却电池模块的结构更加紧凑，冷却效果更好，且泵功消耗更小。

中国专利申请201810237044.4公开了一种蛇形扁管液体冷却电池模块，包括由若干圆柱形电池和蛇形扁管，蛇形扁管把圆柱形电池夹在中间，分配联箱和汇集联箱分别在两侧，由蛇形扁管对圆柱形电池进行间接冷却，

上述的方案存在一定的不足：

1)蛇形扁管中的液体工质是单一流向都是从分配联箱流向汇集联箱，这种冷却布置方式会使靠近液体流入和流出蛇形扁管间的圆柱形电池有较大的温差。

2)该发明没有考虑电池底部的冷却。

因此，为解决以上问题，需要一种圆柱形电池热管理系统，能够克服上述缺点，均衡单体电池内部、单体电池间的温差，减少热堆积，延长电池使用寿命，给单体电池提供一个良好的工作温度环境。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供圆柱形电池热管理系统，均衡单体电池内部、单体电池间的温差，减少热堆积，延长电池使用寿命，给单体电池提供一个良好的工作温度环境。

本发明的圆柱形电池热管理系统，包括设置于圆柱形电池底部的液体汇集联箱，固定连通设置于液体汇集联箱相对侧上的左端液体分配联箱、右端液体分配联箱，若干连通安装于左端液体分配联箱和右端液体分配联箱之间的蛇形板；所述蛇形板贯穿于阵列的圆柱形电池之间，液体分配联箱和液体汇集联箱均为板型空腔箱体结构，在左端分配联箱和右端分配联箱每一端设置一个入口和一个出口，左端液体分配和右端液体分配联箱相对且平行，液体从第一入口流入第一出口流出，液体从第二入口流入从第二出口流出，在左端液体分配联箱和右端液体分配联箱之间有多块蛇形板和多个圆柱形电池，圆柱形电池按阵列排布；每个蛇形板上有与阵列的圆形电池相匹配的多个通道，依次按阵列排布，且每个蛇形板两边与左右端液体分配联箱侧面固定连通；每一节圆柱形电池均被两侧的蛇形板所包住夹持；蛇形板为弯曲且内有对流通道的结构。蛇形板板壁和液体汇集联箱的材质均为密度较小的铝合金材料，与左端液体分配联箱侧面相贴或紧邻的一列圆柱形电池，以及与右端液体分配联箱侧面相贴或紧邻的一列圆柱形电池，与单个蛇形板的接触面的角度在50°～60°之间；而中间其他列每个圆柱形电池被包覆夹持时，单个蛇形板与圆柱形电池接触面的角度在100°～120°之间。蛇形板的厚度是5mm，蛇形板内部通道的厚度是4.2mm，且所有通道的长度累计覆盖圆柱形电池80％-90％，在保证对电池冷却的基础上节约材料且达到轻质化的目的。

进一步，所述右端液体分配联箱与液体汇集联箱通过第一入口和第一出口连通；所述左端液体分配联箱与液体汇集联箱通过第二入口和第二出口连通，第一入口与第一出口之间通过分配联箱之间的分流道和蛇形板中的对流通道连通，第二入口和第二出口之间通过分配联箱之间的分流道和蛇形板中的对流通道连通，实现了左端液体分配联箱和右端液体分配联箱之间的高低温液体多通路交错对流，最大限度均衡温差。

进一步，所述第一入口和第二入口均设置有泵，所述第一入口和第一出口对角设置，第二入口和第二出口对角设置，对角设置的目的在于延长热交换的通路，更大限度的均衡各圆柱形电池之间的温差，在第一入口和第二入口设置泵是为了完成两入口的液体进入，实现整个错综交织的通路完成循环。

进一步，所述液体汇集联箱包括第一联箱及第二联箱，第一联箱和第二联箱之间设置有热交换器用于连通第一联箱及第二联箱以及均衡第一联箱和第二联箱之间液体的温差，所述第一入口和第二入口连通于第一联箱，所述第一出口和第二出口连通于第二联箱，第一联箱和第二联箱之间通过热交换器实现液体的交换，必要时可以通过热交换器对交换的液体进行加热或制冷。

进一步，所述对流通道内壁为粗糙表面，粗糙的内壁可以增加对流液体在对流通道内的摩擦阻力，降低其通过速度，延长热交换时间，达到最佳的热交换效果，更好的均衡圆柱形电池之间的温差，且所述对流通道之间的蛇形板两板面间设置有支撑筋，对蛇形板起到加强作用，延长整个装置的使用寿命。

进一步，所述左端液体分配联箱和右端液体分配联箱与蛇形板的安装面上设置有与对流通道连通的插接口，且在竖直方向上依次排列的插接口与第一联箱和第二联箱间隔对应，横向排列的插接口通过横向的分流道连通于液体汇集联箱，实现蛇形板内冷却液的交错流动，左端液体分配联箱和右端液体分配联箱之间通过多个交错的对流通道连通，冷热液体对向交错流动，使得温度均衡更加充分，最大限度的减少了温差的产生，在实际应用中，每个蛇形板内的对流通道的数量一般为偶数个，本实施例中示出的蛇形板对流通道为六个，不仅限于六个，根据实际圆柱形电池的具体高来设置。

进一步，所述电池贴于所述蛇形板的凹陷处，对打限度的贴合与蛇形板，与蛇形板实现更好的热交换。

进一步，所述蛇形板表面覆盖一层电绝缘层，与电池的接触面上喷涂一层柔性石墨烯材料，蛇形板为多层结构，自内部对流通道向外依次是板壁，电绝缘涂层，内设有支撑筋。支撑筋主要作用支撑和强化蛇形板，使其在受到挤压时不易变形，电绝缘涂层防止电池与蛇形板之间发生漏电和短路的情况发生，在蛇形板与圆柱形电池接触面上有一层柔性石墨烯材料，石墨烯材料的目的是导热，防止冷却液泄露保护电池的目的，本实施例中的冷却液可以是相变材料或是水，本发明采用的是质量配比1：1的乙二醇与水的混合液能够与铝合金相容的制冷剂。

进一步，所述圆柱形电池与所述液体汇集联箱之间设置具有风洞的底座，通过风扇和空调的强制风冷对电池组的底部进行散热。

本发明的有益效果是：本发明公开的一种圆柱形电池热管理系统，可靠性高，能够快速均衡单体电池内部、单体电池间的温差，减少热堆积，延长电池使用寿命，给单体电池提供一个良好的工作温度环境，是一种高效、可靠的电池热管理控制系统，可使动力电池工作在最佳的温度范围内。通过左右液体分配联箱及蛇形板实现了冷却液多通道交错对流，极大限度的延长了对流通路和分别独立对流，整个热管理系统结构简单，易于实现。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是对流组件的结构示意图；

图3是图1的俯视图；

图4是液体分配联箱的结构示意图；

图5是图4的剖视图；

图6是蛇形管的结构示意图；

图7是对流通道的横截面示意图。

具体实施方式

图1是本发明的整体结构示意图，图2是对流组件的结构示意图，图3是图1的俯视图，图4是液体分配联箱的结构示意图，图5是图4的剖视图，图6是蛇形管的结构示意图，图7是对流通道的横截面示意图，如图所示，本实施例中的圆柱形电池热管理系统包括设置于圆柱形电池1底部的液体汇集联箱7，固定连通设置于液体汇集联箱7相对侧上的左端液体分配联箱4、右端液体分配联箱3，若干连通安装于左端液体分配联箱4和右端液体分配联箱3之间的蛇形板2；所述蛇形板2贯穿于阵列的圆柱形1电池之间，液体分配联箱和液体汇集联箱7均为板型空腔箱体结构，在左端液体分配联箱4和右端液体分配联箱3每一端设置一个入口和一个出口，左端液体分配联箱4和右端液体分配联箱3相对且平行，液体从第一入口9流入第一出口11流出，液体从第二入口10流入从第二出口1212流出，在左端液体分配联箱4和右端液体分配联箱3之间有多块蛇形板2和多个圆柱形电池1，圆柱形电池1按阵列排布；每个蛇形板2上有与阵列的圆柱形电池1相匹配的多个通道，依次按阵列排布，且每个蛇形板2两边与左右端液体分配联箱3侧面固定连通；每一节圆柱形电池1均被两侧的蛇形板2所包住夹持；蛇形板2为弯曲且内有对流通道15的结构。蛇形板2板壁和液体汇集联箱7的材质均为密度较小的铝合金材料，与左端液体分配联箱4侧面相贴或紧邻的一列圆柱形电池1，以及与右端液体分配联箱3侧面相贴或紧邻的一列圆柱形电池1，与单个蛇形板2的接触面的角度在50°～60°之间；而中间其他列每个圆柱形电池1被包覆夹持时，单个蛇形板2与圆柱形电池1接触面的角度在100°～120°之间。蛇形板2的厚度是5mm，蛇形板2内部通道的厚度是4.2mm，且所有通道的长度累计覆盖圆柱形电池180％-90％，在保证对电池冷却的基础上节约材料且达到轻质化的目的。

本实施例中，所述右端液体分配联箱3与液体汇集联箱7通过第一入口9和第一出口11连通；所述左端液体分配联箱4与液体汇集联箱7通过第二入口10和第二出口12连通，第一入口9与第一出口11之间通过分配联箱之间的分流道14和蛇形板2中的对流通道15连通，第二入口10和第二出口12之间通过分配联箱之间的分流道14和蛇形板2中的对流通道15连通，实现了左端液体分配联箱4和右端液体分配联箱3之间的高低温液体多通路交错对流，最大限度均衡温差。

本实施例中，所述第一入口9和第二入口10均设置有泵，所述第一入口9和第一出口11对角设置，第二入口10和第二出口12对角设置，对角设置的目的在于延长热交换的通路，更大限度的均衡各圆柱形电池1之间的温差，在第一入口9和第二入口10设置泵是为了完成两入口的液体进入，实现整个错综交织的通路完成循环。

本实施例中，所述液体汇集联箱7包括第一联箱71及第二联箱72，第一联箱71和第二联箱72之间设置有热交换器8用于连通第一联箱71及第二联箱72以及均衡第一联箱71和第二联箱72之间液体的温差，所述第一入口9和第二入口10连通于第一联箱71，所述第一出口11和第二出口12连通于第二联箱72，第一联箱71和第二联箱72之间通过热交换器8实现液体的交换，必要时可以通过热交换器8对交换的液体进行加热或制冷。

本实施例中，所述对流通道15内壁为粗糙表面，粗糙的内壁可以增加对流液体在对流通道15内的摩擦阻力，降低其通过速度，延长热交换时间，达到最佳的热交换效果，更好的均衡圆柱形电池1之间的温差，，且所述对流通道15之间的蛇形板2两板面间设置有支撑筋，对蛇形板2起到加强作用，延长整个装置的使用寿命。

本实施例中，所述左端液体分配联箱4和右端液体分配联箱3与蛇形板2的安装面上设置有与对流通道15连通的插接口13，且在竖直方向上依次排列的插接口13与第一联箱71和第二联箱72间隔对应，横向排列的插接口13通过横向的分流道14连通于液体汇集联箱7，实现蛇形板2内冷却液的交错流动，左端液体分配联箱4和右端液体分配联箱3之间通过多个交错的对流通道15连通，冷热液体对向交错流动，使得温度均衡更加充分，最大限度的减少了温差的产生，在实际应用中，每个蛇形板2内的对流通道15的数量一般为偶数个，本实施例中示出的蛇形板2对流通道15为六个，不仅限于六个，根据实际圆柱形电池1的具体高来设置。

本实施例中，所述电池贴于所述蛇形板2的凹陷处，对打限度的贴合与蛇形板2，与蛇形板2实现更好的热交换。

本实施例中，所述蛇形板2表面覆盖一层电绝缘层，与电池的接触面上喷涂一层柔性石墨烯材料，蛇形板2为多层结构，自内部对流通道15向外依次是板壁，电绝缘涂层，内设有支撑筋。支撑筋主要作用支撑和强化蛇形板2，使其在受到挤压时不易变形，电绝缘涂层防止电池与蛇形板2之间发生漏电和短路的情况发生，在蛇形板2与圆柱形电池1接触面上有一层柔性石墨烯材料，石墨烯材料的目的是导热，防止冷却液泄露保护电池的目的，本实施例中的冷却液可以是相变材料或是水，本发明采用的是质量配比1：1的乙二醇与水的混合液能够与铝合金相容的制冷剂。

本实施例中，所述圆柱形电池1与所述液体汇集联箱7之间设置具有风洞的底座6，通过风扇和空调的强制风冷对电池组的底部进行散热。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种圆柱形电池热管理系统，其特征在于：包括设置于圆柱形电池底部的液体汇集联箱，固定连通设置于液体汇集联箱相对侧上的左端液体分配联箱、右端液体分配联箱，若干连通安装于左端液体分配联箱和右端液体分配联箱之间的蛇形板；所述蛇形板贯穿于阵列的圆柱形电池之间。

2.根据权利要求1所述的圆柱形电池热管理系统，其特征在于：所述右端液体分配联箱与液体汇集联箱通过第一入口和第一出口连通；所述左端液体分配联箱与液体汇集联箱通过第二入口和第二出口连通。

3.根据权利要求2所述的圆柱形电池热管理系统，其特征在于：所述第一入口和第二入口均设置有泵，所述第一入口和第一出口对角设置，所述第二入口和第二出口对角设置。

4.根据权利要求3所述的圆柱形电池热管理系统，其特征在于：所述液体汇集联箱包括第一联箱及第二联箱，第一联箱和第二联箱之间设置有热交换器用于连通第一联箱及第二联箱以及均衡第一联箱和第二联箱之间液体的温差，所述第一入口和第二入口连通于第一联箱，所述第一出口和第二出口连通于第二联箱。

5.根据权利要求1所述的圆柱形电池热管理系统，其特征在于：所述蛇形板内部形成多个相互独立的对流通道。

6.根据权利要求5所述的圆柱形电池热管理系统，其特征在于：所述对流通道内壁为粗糙表面，且所述对流通道之间的蛇形板两板面间设置有支撑筋。

7.根据权利要求6所述的圆柱形电池热管理系统，其特征在于：所述左端液体分配联箱和右端液体分配联箱与蛇形板的安装面上设置有与对流通道连通的插接口，且在竖直方向上依次排列的插接口与第一联箱和第二联箱间隔对应，横向排列的插接口通过横向的分流道连通于液体汇集联箱，实现蛇形板内冷却液的交错流动。

8.根据权利要求1所述的圆柱形电池热管理系统，其特征在于：所述电池贴于所述蛇形板的凹陷处。

9.根据权利要求1所述的圆柱形电池热管理系统，其特征在于：所述蛇形板表面覆盖一层电绝缘层，与电池的接触面上喷涂一层柔性石墨烯材料。

10.根据权利要求9所述的圆柱形电池热管理系统，其特征在于：所述圆柱形电池与所述液体汇集联箱之间设置具有风洞的底座。