CN107403975A - 一种电池储能液冷***均流装置和方法 - Google Patents

一种电池储能液冷***均流装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电池储能液冷***均流装置，解决了现有技术中电池液冷***均温效果不理想的技术问题。该电池储能液冷***均流装置包括并列的若干组电池模组，每组所述电池模组均连接液冷***，并设置有冷却液输入口，所述输入口中设置有节流管，所述节流管上设置有节流孔，通过所述节流管将进入所述输入口中的冷却液调节至压力相等。本发明能使液冷***在各电池子包或模组间更均匀地分配冷却液流量，从而保证电池***在更加一致的环境温度下工作，减少模组性能差异，延长电池使用寿命。

Description

一种电池储能液冷***均流装置和方法
技术领域
本发明涉及一种电池储能液冷***均流装置，该装置通过冷却液管道分别与各电池包或模组以及液冷***连接，用于更均匀地分配冷却液在电池包或模组内部的流量。本发明还涉及一种电池储能液冷***均流方法。
背景技术
在各种储能技术中，锂离子电池以其高能量密度特性和高商业化前景逐渐成为工业和车载储能装置的不二之选。但是大容量、高功率的储能电池***的性能对温度变化敏感，长时间高低温环境和***温差积累，都会影响电池的寿命和性能。因此对于高功率的储能电池***在工作时必须采用专门的冷却装置散热，同时尽可能保证***各处温度一致。
从传热效率，温控均匀性和实现难度来看，目前液冷***越来越多地成为大型电池***的标配，但目前的液冷***在连接各个电池包或模组(以下均以模组代指)时，在温度均一性控制方面仍存在不少缺陷。
电池***由一系列模组组成，工作时产生的热量也集聚在模组内。液冷***工作时，冷却液在循环泵推动下进入模组，与模组换热，然后流出与外部热交换器(散热器或者空调)换热，从而将电池***热量导出，保证***温度在合适的范围内。此过程中，模组与冷却液换热过程是最核心的一步，它的效果直接决定了冷却***的效能。
模组与冷却液间的换热可视为对流散热，其对流传热速率：
Φ＝αΑ(Tw-T)；
Φ－对流传热速率(热流量rw)；
Α—传热面积(m2)；
Tw—与流体接触的壁面温度(℃)；
T—流体的平均温度(℃)；
α－对流传热系数。
由于模组到管壁为传导传热，且热阻可视为定值，故Tw可视为模组温度，而模组温度由模组产热速率也即***功率决定；传热面积Α为定值；α主要受冷却液流速、湍流系数影响；T为模组冷却液入口温度。
在设计液冷***时目前流行的办法是在α和T间取舍，于是产生了串联和并联***。
如图1所示，串联***：液冷***包括外部换热器1和冷却液泵2，冷却液被冷却液泵2推动，依次通过每一个模组，最后流回外部换热器1。外部换热器1还配置有液位平衡器5。
该***的优点是可保证所有模组内冷却液流速和湍流系数接近，从而保证α1＝α2＝α3＝…＝αn,但是由于后一个模组的入口温度是前一个模组的出口温度，导致后面模组的进口温度T逐渐上升，T1＜T1＜T3＜…＜Tn，于是Φ1>Φ2>Φ3>…>Φn，由此可知，串联***的均温效果并不好。
如图2所示，并联***：液冷***包括外部换热器1和冷却液泵2，冷却液被冷却液泵2推动，在各个分流口分别进入模组，最后流回外部换热器1。外部换热器1还配置有液位平衡器5。
该***的优点是可以保证各个模组冷却液进口温度一致T1＝T1＝T3＝…＝Tn，但是进入每个模组的冷却液流量受管道阻力以及模组在整车中安放位置高度、模组差异等因素影响，会导致入口水头压力不等，冷却液流速不同，因而α1>α2>α3>…>αn，于是Φ1>Φ2>Φ3>…>Φn，由此可知，并联***的均温效果也不理想。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种电池储能液冷***均流装置，电池模组采用并联，在模组的入口处设置节流管，从而在保证散热效果的前提下同时保证了模组温度均匀。
本发明同时还提供了一种电池储能液冷***均流方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种电池储能液冷***均流装置，包括并列的若干组电池模组，每组所述电池模组均连接液冷***，并设置有冷却液输入口，所述输入口中设置有节流管，所述节流管上设置有节流孔，通过所述节流管将进入所述输入口中的冷却液调节至压力相等。
进一步，所述节流管外壁上设置有外螺纹，所述输入口内壁上设置有内螺纹，所述节流管和输入口通过螺纹组装在一起。
进一步，所述节流管上设置有卡笋或者卡槽，所述输入口内壁上设置有卡槽或者卡笋，所述节流管和输入口通过卡接组装在一起。
进一步，所述节流管***所述输入口之后，对二者通过焊接或者粘接组装在一起。
进一步，所述节流管沿着轴向的一端设置有顶壁，所述顶壁上设置有单个或若干个节流孔，不同节流管上的节流孔面积不等，通过不同的孔径及孔分布组合调整冷却液流经所述节流管时的阻力系数，同时增加冷却液流经所述节流管后的紊流系数。
进一步，所述节流管的顶壁上设置有装配工具配合孔或者装配工具配合槽。
进一步，所述输入口和所述冷却液管道一体制成或者分体制成；所述节流管和输入口一体制成或者分体制成。
进一步，所述输入口外壁上设置有止退槽和法兰，所述输入口内壁上设置有限位机构，对所述节流管进行限位和固定。
一种电池储能液冷***均流方法，根据电池模组距离冷却液泵的管道长度、走向、高差情况，计算各输入口冷却液压力损失，然后配置相应的以上所述的电池储能液冷***均流装置，实现各电池模组流量均衡。
进一步，所述节流管在电池模组装车时装入所述输入口；所述方法适用于集中式电池模组或者分布式电池模组。
采用上述结构设置的本发明具有以下优点：
本发明能使液冷***在各电池子包或模组间更均匀地分配冷却液流量，从而保证电池***在更加一致的环境温度下工作，减少模组性能差异，延长电池使用寿命。
本发明中节流管可拆卸式的结构和系列化的配置，可以保证实施过程简单易行，有利于提升模组通用化和标准化。
本发明中节流管结构简单，调节效果显著，方便使用。
附图说明
图1是现有技术中串联结构的电池储能液冷***的结构示意图；
图2是现有技术中并联结构的电池储能液冷***的结构示意图；
图3是本发明中并联结构的电池储能液冷***的结构示意图；
图4是本发明中所采用的节流管的主视图；
图5是本发明中所采用的节流管和输入口的组装状态主视图；
图6是本发明中所采用的节流管和输入口的组装状态俯视图；
图7是本发明中所采用的节流管的俯视图；
图8是本发明中所采用的节流管的俯视图；
图9是本发明中所采用的节流管的俯视图。
图中：1.外部换热器；2.冷却液泵；3.节流管；3-1.节流孔；3-2.装配工具配合孔；4.输入口；4-1.止退槽；4-2.法兰；5.液位平衡器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
如图3、图4、图5所示为本发明实施例1，在该实施例中，一种电池储能液冷***均流装置，包括并列的若干组电池模组，分别为模组1、模组2、模组3、……、模组n，每组电池模组均连接液冷***，并设置有冷却液输入口4，输入口4中设置有节流管3，节流管3上设置有节流孔3-1，通过节流管3将进入输入口4中的冷却液调节至压力相等。
冷却液压力相等，冷却液流速、流量就会趋于相等，对流传热系数α就会趋于相等，对流传热速率Φ就会趋于相等。
在本实施例中，输入口4和冷却液管道分体制成；节流管3和输入口4分体制成。
如图4、图5所示，节流管3外壁上设置有外螺纹，输入口4内壁上设置有内螺纹，节流管3和输入口4通过螺纹组装在一起。
节流管3采用金属或者非金属材料制成均可。节流管3相比现有技术中的节流阀结构更简单，成本更低，而且能装入输入口4中，不增加液冷***的体积，使用很方便。装入之后通常不需要再调节此处的压力，所以也没必要采用节流阀。
如图4所示，节流管3沿着轴向的一端设置有顶壁，顶壁上设置有多个节流孔3-1，也可以设置成单个节流孔3-1，不同节流管3上的节流孔3-1面积不等，如图7、图8、图9所示，通过不同的孔径及孔分布组合调整冷却液流经节流管3时的阻力系数，同时增加冷却液流经节流管3后的紊流系数，增大冷却液流经节流管3后的紊流系数可以进一步提升换热效率。
图7中，顶壁上设置有一圈六个节流孔3-1；图8中，顶壁上设置有一圈六个节流孔3-1，中部设置有一个节流孔3-1，中部节流孔3-1和周围的节流孔3-1孔径相等；图9中，顶壁上设置有一圈六个节流孔3-1，中部设置有一个节流孔3-1，中部节流孔3-1比周围的节流孔3-1孔径大。
每一组电池模组选择节流管3时，需要根据该电池模组距离冷却液泵2的管道长度、走向、高差情况，计算输入口4冷却液压力损失，然后配置相应的节流管3，实现各电池模组流量均衡。
例如，该电池模组距离冷却液泵2的管道较长、拐弯较多、高度较高，就需要安装节流孔3-1面积较大的节流管3，以提高进入输入口4中的冷却液压力。
该电池模组距离冷却液泵2的管道较短、拐弯较少、高度较低，就需要安装节流孔3-1面积较小的节流管3，以降低进入输入口4中的冷却液压力。
如图7、图8、图9所示，节流管3的顶壁上设置有装配工具配合孔3-2，安装节流管3时装配工具可以***装配工具配合孔3-2来旋转节流管3。或者设置成装配工具配合槽，装配工具配合槽不穿透节流管3的顶壁。
如图5、图6所示，输入口4外壁上设置有止退槽4-1和法兰4-2。图5中输入口4上端口连接液冷***，下端口连接电池模组，止退槽4-1可以提高与冷却液管道的连接牢固度，防止与冷却液管道断开连接，法兰4-2起到固定输入口4的作用。法兰4-2可以与输入口4一体制成，或者分体制成再组装。
输入口4内壁上设置有限位机构，例如在螺纹段底端设置凸起，对节流管3进行限位和固定，防止节流管3进入过深或发生松动。
本实施例通过制作一系列的带外螺纹的节流管3，每个节流管3经过精确计算设计阻力系数，可产生不同的管道阻力，从而抵消由于冷却液管道阻力和以及电池模组在整车中安放位置高度、电池模组差异等因素对α的影响，保证α1＝α2＝α3＝…＝αn，由于是并联***，模组冷却液进口温度一致T1＝T2＝T3＝…＝Tn，从而达到Φ1＝Φ2＝Φ3＝…＝Φn的目标。
实施例2
本发明实施例2是在实施例1的基础上做出的改进，本发明实施例2与实施例1的区别点在于，节流管3上设置有卡笋或者卡槽，输入口4内壁上设置有卡槽或者卡笋，节流管3和输入口4通过卡接组装在一起。
还可以在节流管3***输入口4之后，对二者通过焊接或者粘接组装在一起。
焊接或者粘接可以作为辅助加强连接技术手段，或者单独使用焊接或者粘接都是可以的。
本发明实施例2的其他内容与实施例1相同，此处不再重复描述。
实施例3
本发明实施例3是在实施例1的基础上做出的改进，本发明实施例3与实施例1的区别点在于，输入口4和冷却液管道一体制成，节流管3和输入口4一体制成。
如果将输入口4和冷却液管道一体制成，那么最好同时将节流管3和输入口4一体制成，这样就省去了后期安装节流管3的麻烦。
如果将节流管3和输入口4一体制成，那么输入口4和冷却液管道还可以分体制成，因为这样后期安装输入口4还是很方便的。
在实施例1中需要选择不同类型的节流管3，在该实施例中就需要选择不同类型的输入口4，或者是不同类型的液冷***管道。
本发明实施例3的其他内容与实施例1相同，此处不再重复描述。
实施例4
在该实施例中提供了一种电池储能液冷***均流方法，该方法根据电池模组距离冷却液泵的管道长度、走向、高差情况，计算各输入口冷却液压力损失，然后配置相应的实施例1、实施例2、或实施例3中所述的电池储能液冷***均流装置，实现各电池模组流量均衡。
如果配置的是实施例1或实施例2中的电池储能液冷***均流装置，那么不同类型的节流管3在电池模组装车时装入输入口4。
如果配置的是实施例3中的电池储能液冷***均流装置，那么在电池模组装车时也需要装入不同类型的输入口4或者液冷***管道，或者为不同类型的电池模组选择合适的装车位置。
该方法适用于集中式电池模组或者分布式电池模组。
例如：在新能源大巴车特别是纯电动大巴车上，电池***通常会根据空间约束采用不同规格的标准箱(电池子包)分布式布局。安装的位置和高度各不相同，一般在地板下平铺，在车尾层叠。使用本发明方案是，根据标准箱距离冷却液泵2的管道长度，走向，高差情况，计算各入口水头压力损失，然后配置相应的节流管，实现各箱体流量均衡。
同时由于节流管3在电池子包装车时才装入，工厂生产标准箱时不需要考虑装车环境，极大的增强了现场工作的灵活性和实施便利性。
例如：在混合动力汽车或者乘用车上，电池***通常会根据包络空间集中布置，在一个电池包内根据需要安装不同规格的模组。使用本发明方案是，根据模组距离冷却液泵2的管道长度，走向，高差情况，计算各入口水头压力损失，然后配置相应的节流管，实现各模组流量均衡。
同样，模组可以标准化生产，在组装电池包时装入节流管，模组生产不需要考虑位置，从而提升模组通用化程度和实施便利性。
以上，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电池储能液冷***均流装置，包括并列的若干组电池模组，每组所述电池模组均连接液冷***，并设置有冷却液输入口，其特征在于，所述输入口中设置有节流管，所述节流管上设置有节流孔，通过所述节流管将进入所述输入口中的冷却液调节至压力相等。
2.根据权利要求1所述的电池储能液冷***均流装置，其特征在于，所述节流管外壁上设置有外螺纹，所述输入口内壁上设置有内螺纹，所述节流管和输入口通过螺纹组装在一起。
3.根据权利要求1所述的电池储能液冷***均流装置，其特征在于，所述节流管上设置有卡笋或者卡槽，所述输入口内壁上设置有卡槽或者卡笋，所述节流管和输入口通过卡接组装在一起。
4.根据权利要求1所述的电池储能液冷***均流装置，其特征在于，所述节流管***所述输入口之后，对二者通过焊接或者粘接组装在一起。
5.根据权利要求1所述的电池储能液冷***均流装置，其特征在于，所述节流管沿着轴向的一端设置有顶壁，所述顶壁上设置有单个或若干个节流孔，不同节流管上的节流孔面积不等，通过不同的孔径及孔分布组合调整冷却液流经所述节流管时的阻力系数，同时增加冷却液流经所述节流管后的紊流系数。
6.根据权利要求5所述的电池储能液冷***均流装置，其特征在于，所述节流管的顶壁上设置有装配工具配合孔或者装配工具配合槽。
7.根据权利要求1所述的电池储能液冷***均流装置，其特征在于，所述输入口和所述冷却液管道一体制成或者分体制成；所述节流管和输入口一体制成或者分体制成。
8.根据权利要求1所述的电池储能液冷***均流装置，其特征在于，所述输入口外壁上设置有止退槽和法兰，所述输入口内壁上设置有限位机构，对所述节流管进行限位和固定。
9.一种电池储能液冷***均流方法，其特征在于，根据电池模组距离冷却液泵的管道长度、走向、高差情况，计算各输入口冷却液压力损失，然后配置相应的权利要求1-8任一项所述的电池储能液冷***均流装置，实现各电池模组流量均衡。
10.根据权利要求9所述的电池储能液冷***均流方法，其特征在于，所述节流管在电池模组装车时装入所述输入口；所述方法适用于集中式电池模组或者分布式电池模组。
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