CN111786055B - 新能源汽车动力电池冷却*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源汽车动力电池冷却***，包括至少两组冷却板，冷却板的下侧均分布有冷却液管路***，冷却液管路***包括分布在冷却板下表面的内冷却管，以及位于冷却板外部的外冷却管，外冷却管与内冷却管互通，其中外冷却管上设有循环水泵和散热器，相邻两组冷却板的外冷却管之间设有换热器，用以平衡两组冷却板之间的温差；各组冷却板的上侧设有至少一处电池安装区，冷却板在对应各个电池安装区与内冷却管之间的位置均设有装配腔，装配腔内均安装有单向导热结构和蓄热体，其中单向导热结构位于靠近电池安装区的一侧，用于将电池产生的热量单向传导给蓄热体，蓄热***于靠近内冷却管的一侧，用于以间隙方式向内冷却管释放热量。

Description

新能源汽车动力电池冷却***
技术领域
本发明涉及新能源汽车电池技术领域，具体涉及一种新能源汽车动力电池冷却***。
背景技术
新能源汽车动力电池作为汽车的动力源，其充电、放电的发热会一直存在，动力电池的性能和电池温度密切相关。为了尽可能延长动力电池的使用寿命并获得最大功率，需在规定温度范围内使用蓄电池。原则上在-40℃至+55℃范围内(实际电池温度)动力电池单元处于可运行状态。因此目前新能源的动力电池单元都装有冷却装置。
水冷式动力电池冷却***是一种应用较为广泛的电池冷却***，水冷式动力电池冷却***是使用特殊的冷却液在动力电池内部的冷却液管路中流动，将动力电池产生的热量传递给冷却液，从而降低动力电池的温度。
在现有技术中，水冷式冷却***完全依靠冷却液吸热降温，车身负荷较大和车辆长时间行驶时，电池产生的持续高温会导致冷却液长时间处于高温，使得水冷***的冷却效率急速下降，进而导致电池不能得到及时散热，电池容易出现局部温度急剧升高，严重影响电池的正常供电。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种新能源汽车动力电池冷却***，以解决现有技术中，电池产生的持续高温会导致冷却液长时间处于高温状态，以及电池容易出现局部温度急剧升高的技术问题。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种新能源汽车动力电池冷却***，包括至少两组冷却板，所述冷却板的下侧均分布有冷却液管路***，冷却液管路***包括分布在冷却板下表面的内冷却管，以及位于冷却板外部的外冷却管，外冷却管与内冷却管互通，其中外冷却管上设有循环水泵和散热器，其关键在于：相邻两组冷却板的外冷却管之间设有换热器，用以平衡两组冷却板之间的温差；各组所述冷却板的上侧设有至少一处电池安装区，冷却板在对应各个电池安装区与内冷却管之间的位置均设有装配腔，装配腔内均安装有单向导热结构和蓄热体，其中单向导热结构位于靠近电池安装区的一侧，用于将电池产生的热量单向传导给蓄热体，蓄热***于靠近内冷却管的一侧，用于以间隙方式向内冷却管释放热量。
采用上述结构，循环水泵让冷却液管路***内的冷却液保持持续的循环流动，并通过散热器降低冷却液的温度，从而使电池能够得到快速冷却，避免电池因过热而出现无法正常工作或发生自燃等不利情况。同时，单向导热结构也能够及时地将电池热量单向转移给蓄热体，也避免了电池长时间处于高温环境，确保电池的正常使用环境，有利于提升新能源汽车动力电池的供电性能。
相邻两组冷却板的外冷却管之间设置换热器，可以平衡两组冷却板之间的温差，使得整个电池***的温度更加均衡，防止电池出现局部温度偏高。
汽车电池安装在电池安装区后，电池产生的热量经过单向导热结构传递给蓄热体，并收集在蓄热体内，蓄热体再以间隙方式向冷却液管路***放热，这样也可以避免冷却液管路***中的冷却液长时间处于高温状态，确保冷却液具有较好的冷却效率。
作为优选：所述内冷却管上设有换液接口。采用上述结构，以便于更换冷却液管路***中的冷却液。
作为优选：所述蓄热体内填充有相变材料。采用上述结构，能够在热量富余时，起到储存热量并以间隙方式传递给冷却液管路***的作用。
作为优选：所述相变材料为固-固相变材料，其内部混合有金属、陶瓷材料或热解石墨。采用上述结构，固-固形式的相变材料可以直接加工形成蓄热体，便于生产和安装蓄热体，且固-固相变材料还具有体积变化小，不存在过冷和相分离现象，无需加入防过冷剂和防相分离剂的技术优势。相变材料内部混合的金属、陶瓷材料或热解石墨填料可以提升相变材料的导热性能。
作为优选：所述单向导热结构包括由上至下依次接触的上传热层、中间导热层和下传热层，其中所述中间导热层上分布有贯穿其厚度方向的通孔，通孔内均放置有膨胀球，膨胀球采用弹性材料制成，且其内部填充有导热气体或导热液体。采用上述结构，电池的热量先传递给上传热层，上传热层再传递给膨胀球，膨胀球因受热膨胀致其体积增大，膨胀球的下端与下传热层接触，从而将热量单向传递给下传热层，下传热层再将热量传导给蓄热体。
进一步的，通孔为锥形孔，其上端直径大于下端直径，这样能够确保膨胀球在未受热状态下，其下端与下传热层分离，即保证热量不会从下传热层逆向传递给上传热层。
作为优选：所述电池安装区上分布有与装配腔连通的至少两排安装孔，且相邻两排安装孔交替分布，所述安装孔内均卡装有第一铜片。采用上述结构，第一铜片能够确保电池的热量快速传导至单向导热结构的上传热层，避免电池长时间处于高温环境中。各排安装孔交替分布能够确保冷却板的任何截面上都有铜片，使得第一铜片的导热更加均匀，可防止电池局部过热。
作为优选：所述蓄热体的下侧设有第二铜片。采用上述结构，能够增加蓄热体与冷却液管路***之间的热传导效率。
作为优选：所述冷却板在对应各个电池安装区的两侧设有插槽。采用上述结构，以便于安装电池。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、单向导热结构能够及时地将电池热量单向转移给蓄热体，避免电池长时间处于高温环境，确保电池的正常使用，有利于提升电池的供电性能。
2、可以通过散热器降低冷却液的温度，从而使电池能够得到快速冷却，避免电池因过热而出现无法正常工作或发生自燃等不利情况。
3、换热器可以平衡两组冷却板之间的温差，使得整个电池***的温度更加均衡，防止电池出现局部温度偏高。
4、蓄热体以间隙方式向冷却液管路***放热，可以避免冷却液管路***中的冷却液长时间处于高温状态，确保冷却液具有较好的冷却效率。
附图说明
图1为冷却液管路***的结构示意图；
图2为冷却板的结构示意图；
图3为冷却板的局部结构示意图；
图4为冷却板装上电池后的剖视图；
图5为冷却板装上电池后的使用状态参考图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1、2和3所示，一种新能源汽车动力电池冷却***，涉及至少两组冷却板1，各组冷却板1的上侧均设有至少一处电池安装区1a，冷却板1的下侧均分布有冷却液管路***1b，冷却液管路***1b包括分布在冷却板1下表面的内冷却管1b1，以及位于冷却板1外部的外冷却管1b2，外冷却管1b2与内冷却管1b1互通，其中外冷却管1b2上设有循环水泵7和散热器8，循环水泵7让冷却液管路***1b内的冷却液保持持续的循环流动，并通过散热器8快速降低冷却液的温度，从而使电池能够得到快速冷却，避免电池因过热而出现无法正常工作或发生自燃等不利情况。相邻两组冷却板1的外冷却管1b2之间设有换热器10，换热器10可以平衡两组冷却板1之间的温差，使得整个电池***的温度更加均衡，防止电池出现局部温度偏高。
为便于更换冷却液管路***1b中的冷却液，内冷却管1b1上设有换液接口9。冷却板1在对应各个电池安装区1a与内冷却管1b1之间的位置均设有装配腔1c。冷却板1在对应各个电池安装区1a的两侧设有插槽1e。
再如图2、3和4所示，上述装配腔1c内自上而下依次安装有单向导热结构2和蓄热体3，其中单向导热结构2包括由上至下依次接触的上传热层2a、中间导热层2b和下传热层2c，上传热层2a和下传热层2c由石墨烯制成，中间导热层2b上分布有贯穿其厚度方向的通孔2b1，通孔2b1内均放置有膨胀球2d，在未受热状态下，膨胀球2d的上端与上传热层2a接触，下端与下传热层2c分离，膨胀球2d采用弹性材料制成，且其内部填充有导热气体或导热液体。
如图5所示，电池6通过插槽1e固定安装在冷却板1上后，电池6工作产生的热量先传递给上传热层2a，上传热层2a再传递给膨胀球2d，膨胀球2d因受热膨胀体积增大，膨胀球2d的下端逐渐与下传热层2c接触，从而将热量传递给下传热层2c，下传热层2c再将热量传导给蓄热体3。膨胀球2d内的热量被下传热层2c吸收后，膨胀球2d的体积会重新缩小，此时膨胀球2d下端再次离开下传热层2c，从而保证热量不会从下传热层2c逆向传递给上传热层2a。单向导热结构2及时将电池热量单向转移给蓄热体3，避免电池6长时间处于高温，确保电池6的正常使用环境，有利于提升新能源汽车的供电性能。
在未受热状态下，为保证膨胀球2d的上端与上传热层2a持续接触，下端与下传热层2c持续分离，本实施例提供以下两种方式来实现：
方式一：通孔2b1为锥形孔，其上端直径大于下端直径，在未受热状态下，膨胀球2d处于锥形孔的上端。
方式二：通孔2b1为圆柱孔，膨胀球2d的上端固定连接在上传热层2a的下侧。
蓄热体3内填充有相变材料，电池6安装在电池安装区1a后，电池产生的热量经过单向导热结构2传递给蓄热体3，蓄热体3内的相变材料将热量收集，然后根据冷却液管路***1b内冷却液的温度，以间隙方式向冷却液管路***1b放热。即：当冷却液温度过高时，蓄热体3不向冷却液管路***1b放热，在冷却液温度有所下降后，再将热量释放给冷却液管路***1b。这样的冷却方式可以避免冷却液管路***1b中的冷却液长时间处于高温，确保冷却液具有较好的冷却效率。相变材料收集能量和释放能量的工作原理属于现有成熟技术，此处不再赘述。
本实施例中，相变材料优选采用固-固相变材料，固-固形式的相变材料可以直接加工形成蓄热体3，有利于生产和安装蓄热体3，且固-固相变材料还具有体积变化小，不存在过冷和相分离现象，无需加入防过冷剂和防相分离剂的技术优势。进一步的，为提升相变材料的导热性能，相变材料内部混合有金属、陶瓷或热解石墨填料。
为增加热量传导效率，电池6与上传热层2a之间设有第一铜片4，蓄热体3的下侧与冷却液管路***1b之间设有第二铜片5。通过设置第一铜片4和第二铜片5壳提高冷却板的结构强度。为便于装配第一铜片4，电池安装区1a上分布有与装配腔1c连通的至少两排安装孔1d，第一铜片4设置在安装孔1d内。
为使冷却板的任何截面上都有铜片，相邻两排安装孔1d交替分布，这样不仅能够保证第一铜片4导热的均匀性，防止电池局部过热，而且还可以进一步提升冷却板的结构强度。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种新能源汽车动力电池冷却***，包括至少两组冷却板（1），所述冷却板（1）的下侧均分布有冷却液管路***（1b），冷却液管路***（1b）包括分布在冷却板（1）下表面的内冷却管（1b1），以及位于冷却板（1）外部的外冷却管（1b2），外冷却管（1b2）与内冷却管（1b1）互通，其中外冷却管（1b2）上设有循环水泵（7）和散热器（8），其特征在于：相邻两组冷却板（1）的外冷却管（1b2）之间设有换热器（10），用以平衡两组冷却板（1）之间的温差；各组所述冷却板（1）的上侧设有至少一处电池安装区（1a），冷却板（1）在对应各个电池安装区（1a）与内冷却管（1b1）之间的位置均设有装配腔（1c），装配腔（1c）内均安装有单向导热结构（2）和蓄热体（3），其中单向导热结构（2）位于靠近电池安装区（1a）的一侧，用于将电池产生的热量单向传导给蓄热体（3），蓄热体（3）位于靠近内冷却管（1b1）的一侧，用于以间隙方式向内冷却管（1b1）释放热量；
所述单向导热结构（2）包括由上至下依次接触的上传热层（2a）、中间导热层（2b）和下传热层（2c），其中所述中间导热层（2b）上分布有贯穿其厚度方向的通孔（2b1），通孔（2b1）内均放置有膨胀球（2d），膨胀球（2d）采用弹性材料制成，且其内部填充有导热气体或导热液体，在未受热状态下，膨胀球（2d）的上端与上传热层（2a）接触，下端与下传热层（2c）分离。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车动力电池冷却***，其特征在于：所述内冷却管（1b1）上设有换液接口（9）。
3.根据权利要求1或2所述的新能源汽车动力电池冷却***，其特征在于：所述蓄热体（3）内填充有相变材料。
4.根据权利要求3所述的新能源汽车动力电池冷却***，其特征在于：所述相变材料为固-固相变材料，其内部混合有金属、陶瓷或热解石墨。
5.根据权利要求4所述的新能源汽车动力电池冷却***，其特征在于：所述通孔（2b1）为锥形孔，其上端直径大于下端直径。
6.根据权利要求5所述的新能源汽车动力电池冷却***，其特征在于：所述电池安装区（1a）上分布有与装配腔（1c）连通的至少两排安装孔（1d），且相邻两排安装孔（1d）交替分布，所述安装孔（1d）内均卡装有第一铜片（4）。
7.根据权利要求6所述的新能源汽车动力电池冷却***，其特征在于：所述蓄热体（3）的下侧设有第二铜片（5）。
8.根据权利要求7所述的新能源汽车动力电池冷却***，其特征在于：所述冷却板（1）在对应各个电池安装区（1a）的两侧设有插槽（1e）。
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