CN108767366A - 一种动力电池组的风冷散热结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种动力电池组的风冷散热结构，包括用于容纳动力电池组的箱体和与箱体连通的空气入口流道和空气出口流道，所述空气入口流道和空气出口流道分别设置在箱体相对的两个侧面上；所述箱体底面为导流板，所述箱体顶面为集流板；所述导流板与空气入口流道底板在同一平面上，所述集流板与空气出口流道的顶板在同一平面上；所述集流板和/或导流板靠近箱体的一侧设置有分流片，所述分流片向流体流动方向倾斜，所述分流片与集流板和/或导流板的夹角大于0°，小于90°。该动力电池组的风冷散热结构简单合理，能在较为稳定的状态下，改善并行通风方式下电池的散热问题，使得设置有动力电池组的箱体内部空气流体分布均匀。

Description

一种动力电池组的风冷散热结构
技术领域
本发明涉及散热技术，尤其涉及一种动力电池组的风冷散热结构。
背景技术
随着电动汽车的研究不断深入，对电动汽车配备的设备的要求越来高，电动汽车用动力电池的设计是其关键技术之一。当电动汽车工作时，动力电池的温度会逐渐升高，若不进行及时的热防护或采取散热设计，会导致电池温度超出其工作范围，使得汽车性能下降，严重时可能会发生火灾或者***等事故，因此有效控制动力电池组的温度十分重要。
动力电池目前采用的散热方式主要有：空气冷却(空冷或风冷)、液体冷却和相变材料(PCM)冷却三种方式。风冷采用空气作为流体介质在电池箱内与单体电池发生热交换，从而达到散热的目的；液冷采用液体作为流体介质与电池进行换热，常用的液体介质主要有水、乙二醇等溶液；相变材料(PCM)冷却主要利用材料发生相变时伴随着吸热或者放热的特性，从而来储存或者释放能量。
目前，风冷方式为电动汽车行业应用最为广泛的一种电池组散热方式，其中风冷方式主要有串行通风和并行通风两种方式。串行通风方式冷却空气沿着流场方向依次通过电池组，空气在流动过程中与电池发生热交换，温度逐渐升高，导致空气入口处的冷却效果明显优于出口处，电池组内部温差较大，温度分布不均匀；并行通风方式中冷却空气几乎同时流过电池，电池内部各单体电池间换热效果接近，相较于串行通风，并行通风方式更有利于单体电池之间的温度均匀，因此并行通风方式应用最为广泛。但采用并行通风时，相对来说，冷却空气流体中大部分会分布在靠近出口一侧，造成靠近出口一侧的单体电池的散热效果好于入口一侧，为使得电池组的温度分布更加均匀，温差更小，改善并行通风方式，使得流体分布均匀的问题亟待解决。
专利(申请号200810069859.2，公开号CN100568612)“一种混合动力汽车用镍氢电池组的散热***”通过调节引流板位置、大小和形状，来调节流场和温度场的分布，前部电池采用圆弧形引流版和长条形的引流版，后部采用菱形引流板。此结构虽然可以起到降低电池组温差的目的，但此结构仅仅适用于双层横向排布的电池组，在实际生产中无法满足不同种电池组的设计，难以形成一套标准的生产线。专利(申请号201610089162.6，公开号CN105552474)“一种动力电池循环流动风冷散热装置”所述的电池箱从上至下一次设置顶部空气出风口、中间进风口、底部出风口，采用温度传感装置，通过控制阀门的开启与闭合，切换冷却空气的流动方向。但其传感装置与阀门开闭装置需要实时测量电池组的温度，难以在较为稳定状态下实现控制电池组的最高温度和温差，且其在设计层面上不仅难度大，而且制造成本相对较高。
所以亟待一种散热效果佳，结构简单，制造成本低，可以满足不同类型电池组结构的散热结构。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有并行风冷散热方式中，流体分布不均匀，冷却效果有待改善的问题，提出一种动力电池组的风冷散热结构，该动力电池组的风冷散热结构简单合理，能在较为稳定的状态下，改善并行通风方式下电池的散热问题，使得设置有动力电池组的箱体内部空气流体分布均匀，强化动力电池的散热，减小电池组温差，温度分布均匀，以满足不同类型电池组结构。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种动力电池组的风冷散热结构，包括用于容纳动力电池组的箱体和与箱体连通的空气入口流道和空气出口流道，所述空气入口流道和空气出口流道分别设置在箱体相对的两个侧面上；所述箱体底面为导流板，所述箱体顶面为集流板；所述导流板与空气入口流道底板在同一平面上，所述集流板与空气出口流道的顶板在同一平面上；
所述集流板和/或导流板靠近箱体的一侧设置有分流片，所述分流片(从叶片根部向叶片端部)向流体流动方向倾斜呈现锐角，所述分流片与集流板和/或导流板的夹角大于0°，小于90°。
进一步地，所述动力电池组的多个单体动力电池竖直放置在箱体内。
进一步地，所述分流片为多片，多片所述分流片沿流体流动方向并列设置，且长度依次增加。分流片的数量取决于电池箱体大小和单体动力电池数量。
进一步地，所述分流片上设置有通孔。
进一步地，最短分流片因其长度较窄，最短分流片上的通孔呈直线排布，其余分流片的通孔呈正三角形错列排布。
进一步地，所述相邻分流片的通孔相互交错分布。
进一步地，所述分流片长度为导流板或集流板距电池组距离的1/5～3/5。例如，当所述导流板与电池组间距为20mm时，最短分流片长度通常为6mm(但不局限于此数值，以实际情况最优为准)左右，以后每个分流片长度增加1.5—2mm(但不局限于此范围，以实际情况最优为准)，分流片的布置中心线位于同一水平直线上。
进一步地，所述分流片数量为一列单体动力电池数量的70—80％(但不局限于此范围，以实际情况最优为准)。
进一步地，所述集流板靠近箱体的一侧设置有分流片为上层分流片，所述导流板靠近箱体的一侧设置有分流片为下层分流片，所述上层分流片的数目少于等于下层分流片数目，优选的所述上层分流片数目少于下层分流片数目1-2片。
进一步地，所述分流片与集流板和/或导流板的夹角为30-60°。
进一步地，所述空气出口流道外设置排气风扇，以提供空气流体进入电池箱体4。
进一步地，所述分流片与集流板和/或导流板之间采用螺栓固定连接或插接方式连接。
进一步地，所述分流片材质为铝合金材料。
本发明一种动力电池组的风冷散热结构，可用于动力电池组散热，尤其适用于动力汽车领域，与现有技术相比较具有以下优点：
(a)本发明较无散热结构的电池组而言，可以有效地控制电池的工作温度，提高电池工作的效果与性能；
(b)本发明较串行通风的空冷散热方式而言，空气流体几乎同时通过各电池之间，使得电池的温差降低，温度分布均匀性更好；
(c)本发明较并行通风的空冷散热方式而言，分流片的增加进一步使得靠近入口一侧的电池间的流体分布增加，从而有更好的温度均匀性和散热效果；
(d)本发明较液冷散热方式而言，结构简单，无需复杂的流道的设计，降低了***的维护成本。
附图说明
图1为无分流片的普通并行通风散热结构示意图；
图2为电池箱体结构(不含电池组)示意图；
图3为电池箱体及分流片中间剖视示意简图；
图4为分流片结构示意图1；
图5为分流片结构示意图2；
图6为实施例一动力电池组的风冷散热结构(仅设置上侧分流片)结构示意图；
图7为实施例二动力电池组的风冷散热结构(仅设置下侧分流片)结构示意图；
图8为实施例三动力电池组的风冷散热结构(上下两侧均设置分流片)结构示意图；
图9为实施例四动力电池组的风冷散热结构(分流片开设圆孔)结构示意图。
各附图标记对应名称为：
1-空气入口流道，2-动力电池组，3-分流片，4-箱体，5-导流板，6-集流板，7-空气出口流道。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进一步说明：
本发明一种动力电池组的风冷散热结构，如图2-5所示，包括用于容纳动力电池组2的箱体4和与箱体4连通的空气入口流道1和空气出口流道7，整体外轮廓呈Z字型结构。所述动力电池组的多个单体动力电池竖直放置在箱体内。
所述空气入口流道1和空气出口流道7分别设置在箱体4相对的两个侧面上；所述的电池箱体空气入口流道1的长度，是指空气入口流道1的最右侧至箱体垂直于流道的壁面之间的距离。所述的电池箱体空气出口流道7的长度，是指空气出口流道的最左侧至箱体垂直于流道的壁面之间的距离。所述空气出口流道外、且临近空气出口流道处设置排气风扇，以提供空气流体进入电池箱体4。所述箱体底面为导流板5，所述箱体顶面为集流板6；所述导流板5与空气入口流道1底板在同一平面上，所述集流板6与空气出口流道7的顶板在同一平面上；
所述集流板6和/或导流板5靠近箱体的一侧设置有分流片3，所述分流片3与集流板6和/或导流板5之间采用螺栓固定连接或插接方式连接。所述分流片3材质为金属材质，优选为铝合金材料。
所述分流片3向流体流动方向倾斜，所述分流片3与集流板6和/或导流板5的夹角大于0°，小于90°，优选的夹角为30-60°。
所述分流片3为多片，多片所述分流片沿流体流动方向并列设置，且长度依次增加。分流片3的数量取决于电池箱体大小和单体动力电池数量。优选的所述分流片3数量为一列单体动力电池数量的70—80％(但不局限于此范围，以实际情况最优为准)。所述集流板6靠近箱体的一侧设置有分流片3为上层分流片，所述导流板5靠近箱体的一侧设置有分流片3为下层分流片，所述上层分流片的数目少于等于下层分流片数目，优选的所述上层分流片数目少于下层分流片数目1-2片。
所述分流片3的宽度与箱体宽度相同，长度为导流板或集流板距电池组距离的1/5～3/5。例如，当所述导流板与电池组间距为20mm时，最短分流片长度通常为4mm(但不局限于此数值，以实际情况最优为准)左右，以后每个分流片长度增加1.5—2mm(但不局限于此范围，以实际情况最优为准)，分流片的布置中心线位于同一水平直线上。
所述分流片3上设置有通孔。最短分流片3因其长度较窄，最短分流片3上的通孔呈直线排布，其余分流片的通孔呈正三角形错列排布。所述相邻分流片3的通孔相互交错分布。
通过组合方式，本发明设计可有以下几种案例供参考，但不局限于以下案例：
实施例1
本实施例公开了一种动力电池组的风冷散热结构，如图6所示，包括用于容纳动力电池组2的箱体4和与箱体4连通的空气入口流道1和空气出口流道7，整体外轮廓呈Z字型结构。所述动力电池组的多个单体动力电池竖直放置在箱体内。所述空气入口流道1和空气出口流道7分别设置在箱体4相对的两个侧面上；所述箱体底面为导流板5，所述箱体顶面为集流板6；所述导流板5与空气入口流道1底板在同一平面上，所述集流板6与空气出口流道7的顶板在同一平面上；
所述集流板6靠近箱体的一侧设置有分流片3，即该动力电池组的风冷散热结构仅在电池箱体内侧集流板6上设置有三片分流片3，三片分流片倾斜角为60°，长度依次为4mm，6mm，8mm，等间距均匀分布于箱体内部上侧。
当空气入口流道1有空气流体进入时，流体通过入口导流板5的作用，分布于不同电池的间隙中向上流动，当遇到集流板6上分流片3后，改变部分流体的流动方向，使其向下流动回到动力电池组2之间，流体在电池箱体4内部停留时间增加，换热效果得到改善。
本实施例仅电池箱体上侧集流板6上设置分流片，本实施例较如图1所示的无分流片的普通Z字型风冷散热结构而言，电池组温度非均匀度可降低5％左右。
实施例2
本实施例公开了一种动力电池组的风冷散热结构，如图7所示，本实施例所述风冷散热结构与实施例1基本相同，不同的是所述导流板5靠近箱体的一侧设置有分流片3，即仅电池箱体下侧设置分流片，所述分流片为五片,五片分流片倾斜角度为60°，长度依次为4mm，6mm，8mm，10mm，12mm，等间距均匀分布于箱体内部下侧。
当空气入口流道1有空气流体进入时，首先通过下侧第一个分流片3的干扰之后，部分流体分布于靠近空气入口流道1的单体电池间，其余空气流体通过分流片上下两侧继续向后流动，遇到第二个分流片，继续分出部分流体流向上侧流道之间，依次类推，可使得流体在电池箱体4内部前后电池间分布较为均匀，达到充分换热的目的。
本实施例仅电池箱体下侧导流板5设置分流片，本实施例较如图1所示的无分流片的普通Z字型风冷散热结构而言，电池组温度非均匀度可降低7％左右。
实施例3
本实施例公开了一种动力电池组的风冷散热结构，如图8所示，本实施例所述风冷散热结构与实施例1基本相同，不同的是所述集流板6和导流板5靠近箱体的一侧均设置有分流片3，即电池箱体上下两侧均设置分流片，上侧为3片，下侧为5片。
当空气入口流道1有空气流体进入时，首先通过下侧第一个分流片的干扰之后，部分流体分布于靠近入口流道的单体电池间，其余空气流体通过分流片上下两侧继续向后流动，遇到第二个分流片，继续分出部分流体流向上侧流道之间，依次类推。逐渐上升的流体遇到上侧的分流片时，部分流体顺沿分流片的方向向下进入后侧单体电池之间，其余流体通过分流片上下两侧继续向后流动。
本实施例动力电池组的风冷散热结构，通过设置上下两层分流片的设计，可以在较为稳定的状态下，改善并行通风方式下电池的散热问题，同时结构简单，制造成本低，可以满足不同类型电池组结构。
本实施例电池箱体上下两侧均设置分流片，本实施例较如图1所示的无分流片的普通Z字型风冷散热结构而言，电池组温度非均匀度可降低10％左右。
实施例4
本实施例公开了一种动力电池组的风冷散热结构，如图9所示，本实施例所述风冷散热结构与实施例3基本相同，不同的是所述分流片上开设圆孔。
当空气入口流道1有空气流体进入时，首先通过下侧第一个分流片的干扰之后，部分流体分布于靠近入口流道的单体电池间，其余空气流体从分流片上下两侧或穿过分流片的圆孔继续向后流动，遇到第二个分流片，继续分出部分流体流向上侧流道之间，依次类推。逐渐上升的流体遇到上侧的分流片时，部分流体顺沿分流片的方向向下进入后侧单体电池之间，其余流体从分流片上下两侧或穿过分流片向后流动，流体前后分布均匀，换热效果明显改善。
本实施例分流片开设圆孔，本实施例较如图1所示的无分流片的普通Z字型风冷散热结构而言，电池组温度非均匀度可降低12％左右。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种动力电池组的风冷散热结构，其特征在于，包括用于容纳动力电池组的箱体和与箱体连通的空气入口流道和空气出口流道，所述空气入口流道和空气出口流道分别设置在箱体相对的两个侧面上；所述箱体底面为导流板，所述箱体顶面为集流板；所述导流板与空气入口流道底板在同一平面上，所述集流板与空气出口流道的顶板在同一平面上；
所述集流板和/或导流板靠近箱体的一侧设置有分流片，所述分流片向流体流动方向倾斜，分流片与集流板和/或导流板的夹角大于0°，小于90°。
2.根据权利要求1所述动力电池组的风冷散热结构，其特征在于，所述动力电池组的多个单体动力电池竖直放置在箱体内。
3.根据权利要求1所述动力电池组的风冷散热结构，其特征在于，所述分流片为多片，多片所述分流片沿流体流动方向并列设置，且长度依次增加。
4.根据权利要求1或3所述动力电池组的风冷散热结构，其特征在于，所述分流片上设置有通孔。
5.根据权利要求3所述动力电池组的风冷散热结构，其特征在于，最短分流片上的通孔呈直线排布，其余分流片的通孔呈正三角形错列排布。
6.根据权利要求3所述动力电池组的风冷散热结构，其特征在于，所述相邻分流片的通孔相互交错分布。
7.根据权利要求1或3所述动力电池组的风冷散热结构，其特征在于，所述分流片长度为导流板或集流板距电池组距离的1/5～3/5。
8.根据权利要求3所述动力电池组的风冷散热结构，其特征在于，所述分流片数量为一列单体动力电池数量的70—80％。
9.根据权利要求1所述动力电池组的风冷散热结构，其特征在于，所述集流板靠近箱体的一侧设置有分流片为上层分流片，所述导流板靠近箱体的一侧设置有分流片为下层分流片，所述上层分流片的数目少于等于下层分流片数目。
10.根据权利要求1所述动力电池组的风冷散热结构，其特征在于，所述空气出口流道外部设置排气风扇。
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