CN115441094B - 一种液冷板、电池总成、电动车辆及设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液冷板、电池总成、电动车辆及设计方法，属于新能源汽车技术领域，包括多个结构相同且多个流道相连通的液冷板组件，所述液冷板组件包括基板，所述基板两侧对称布置有结构相同且相互连通的流道筋结构，所述流道筋结构和基板的内部中预填充有冷却液。本发明公开了一种液冷板、电池总成、电动车辆及设计方法，通过在基板两侧分别布置前部流量均匀分布结构、尾部流量均匀分布结构、端部流道聚合结构、尾部流道聚合结构和平行分流结构，使液冷板散热性能优异，在均温性表现出优越的性能，可以对电池热失控起到保护作用，降低电芯的热蔓延速度；并且可以对电芯起到保温作用，延缓温度剧烈变化。

Description

一种液冷板、电池总成、电动车辆及设计方法
技术领域
本发明公开了一种液冷板、电池总成、电动车辆及设计方法，属于新能源汽车技术领域。
背景技术
目前，新能源汽车的发展前景非常广阔。新能源汽车具有能量效率高、零排放、无污染、比能量高、噪音低、可靠性高等优点。动力电池***作为新能源电池车的主要储能部件，主要保证整车的行驶、高低压零部件的用电需求、制动能量回收、混合动力发动机***能量调节等功能。电池总成的下箱体与液冷板作为电池总成的结构保护和实现热管理功能的核心部件，其重要性不言而喻。
目前主流的电池总成方案是标准模组或者CTP构型电池总成，这两种方案结构比较复杂，受制于Z向布置高度限制、集成化低、热管理***效率低、热交换效率低的问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提出一种液冷板、电池总成、电动车辆及设计方法，主要解决现有技术中液冷板热交换效率低、热管理***模块化水平低、电池总成集成度不高的行业难题。
本发明的技术方案如下：
根据本发明实施例的第一方面，提供一种液冷板，包括多个结构相同且多个流道相连通的液冷板组件，所述液冷板组件包括基板，所述基板两侧对称布置有结构相同且相互连通的流道筋结构，所述流道筋结构和基板的流道内部中预填充有冷却液。
优选的是，所述流道筋结构包括对称布置在基板上且结构相同的前部流量均匀分布结构和尾部流量均匀分布结构，所述前部流量均匀分布结构和尾部流量均匀分布结构之间的基板上对称布置有结构相同的端部流道聚合结构和尾部流道聚合结构，所述端部流道聚合结构和尾部流道聚合结构之间的基板上设置有平行分流结构，所述基板的左右两端设有与相邻液冷板组件相互连通端部液冷板入口和液冷板出口，所述基板的上下两端设有与相邻液冷板组件相互连通顶部液冷板入口和下部液冷板入口所述端部液冷板入口和液冷板出口通过设置在基板内部流道分别与前部流量均匀分布结构和尾部流量均匀分布结构相连通，所述前部流量均匀分布结构和尾部流量均匀分布结构通过设置在基板内部流道分别与端部流道聚合结构和尾部流道聚合结构相连通，所述端部流道聚合结构和尾部流道聚合结构通过设置在基板内部流道与平行分流结构相连通，所述顶部液冷板入口和下部液冷板入口通过设置在基板内部流道分别与前部流量均匀分布结构、尾部流量均匀分布结构、端部流道聚合结构、尾部流道聚合结构和平行分流结构相连通。
优选的是，所述前部流量均匀分布结构和尾部流量均匀分布结构均为圆弧形扰流结构，用于对流入的冷却液进行流量均匀调节。
优选的是，所述平行分流结构包括若干组流道，若干组所述流道之间相互平行布置。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种电池总成，应用于第一方面所述的液冷板，包括：
下箱体，所述下箱体包括：
边框，所述边框包括：两个端梁和两面侧边梁，所述侧边梁的两端分别固定连接于两个端梁；
液冷板，所述液冷板固定连接于边框，所述液冷板的上表面能够固定连接电池模组，所述液冷板被配置为冷却电池模组。
优选的是，所述液冷板的液冷板组件靠近边框的端部液冷板入口、端部液冷板出口、顶部液冷板入口和下部液冷板入口均封闭形成封闭端。
根据本发明实施例的第三方面，提供一种电动车辆，包括车辆本体以及第二方面所述的一种电池总成。
根据本发明实施例的第四方面，提供一种设计方法，用于设计第一方面所述的液冷板，包括：
步骤S1，将电池模组极限冷却功率、模组极限承载载荷和电池底部极限撞击强度作为设计输入；
步骤S2，根据所述电池模组极限冷却功率、模组极限承载载荷和电池底部极限撞击强度确定电池液冷板的极限尺寸；
步骤S3，分别确定前部流量均匀分布结构、尾部流量均匀分布结构、端部流道聚合结构、尾部流道聚合结构和平行分流结构；
步骤S4，采用计算结构力学仿真，调节所述电池液冷板的极限尺寸、前部流量均匀分布结构、尾部流量均匀分布结构、端部流道聚合结构、尾部流道聚合结构和平行分流结构。
优选的是，所述步骤S2包括：
根据所述电池模组极限冷却功率、模组极限承载载荷和电池底部极限撞击强度通过公式（1）确定极限尺寸面积：
Figure 359259DEST_PATH_IMAGE001
(1)
其中：QD为电池底部极限撞击强度，ZB为电池模组极限冷却功率，CC为电池模组总能量相关结构系数，取值为0.5-0.9，GF为模组极限承载载荷；A为模组重量补偿参数，取值为0＞A＞-0.56，D为模组集成补偿参数，取值为72°＞D＞36°。
根据所述极限尺寸面积确定电池液冷板的极限尺寸，所述电池液冷板的极限尺寸包括：电池液冷板长度、电池液冷板宽度和电池液冷板厚度。
优选的是，所述电池液冷板长度通过公式（2）确定：
Figure 821465DEST_PATH_IMAGE002
(2)
其中：C为电池液冷板长度，GB 为模组工艺长度极限尺寸，E为安全尺寸系数，取值为1.23-1.83；
所述电池液冷板宽度通过公式（3）确定：
Figure 44636DEST_PATH_IMAGE003
(3)
其中：H为电池液冷板宽度；
所述电池液冷板厚度通过公式（4）确定：
Figure 250489DEST_PATH_IMAGE004
(4)
其中：H为电池液冷板宽度。
本发明的有益效果在于：
本发明公开了一种液冷板、电池总成、电动车辆及设计方法，通过在基板两侧分别布置前部流量均匀分布结构、尾部流量均匀分布结构、端部流道聚合结构、尾部流道聚合结构和平行分流结构，使液冷板散热性能优异，在均温性表现出优越的性能，可以对电池热失控起到保护作用，降低电芯的热蔓延速度；并且可以对电芯起到保温作用，延缓温度剧烈变化。
附图说明
图1是本发明一种液冷板的整体结构图。
图2是本发明一种液冷板组件的整体结构图。
图3是本发明一种电池总成的等轴侧视图。
图4是本发明一种电池总成的主侧视图。
图5是本发明一种电池总成的部分等轴侧视图。
其中，1-电池模组，2-侧边梁，3-液冷板组件，4-端梁，13-连接杆，301-端部液冷板入口，302-前部流量均匀分布结构，303-平行分流结构，304-顶部液冷板入口，305-尾部流量均匀分布结构，306-下部液冷板入口，307-端部液冷板出口，308-尾部流道聚合结构，309-端部流道聚合结构。
具体实施方式
以下根据附图1-5对本发明做进一步说明：
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明第一实施例在现有技术的基础上提供了一种液冷板，包括多个结构相同且流道相连通的液冷板组件3，液冷板组件3包括基板，基板两侧对称布置有结构相同且相互连通的流道筋结构，流道筋结构和基板的流道内部中预填充有冷却液，并且不参与内部电池热管理***的冷却液流动。可以对电池热失控起到保护作用，降低电芯的热蔓延速度；并且可以对电芯起到保温作用，延缓温度剧烈变化。
如图2所示，流道筋结构包括对称布置在基板上且结构相同的前部流量均匀分布结构302和尾部流量均匀分布结构305，前部流量均匀分布结构302和尾部流量均匀分布结构305均为圆弧形扰流结构，用于对流入的冷却液进行流量均匀调节，减小流入冷却液的冲击力，均匀分配内部流量。
前部流量均匀分布结构302和尾部流量均匀分布结构305之间的基板上对称布置有结构相同的端部流道聚合结构309和尾部流道聚合结构308，端部流道聚合结构309和尾部流道聚合结构308之间的基板上设置有平行分流结构303，分流结构303包括若干组流道，若干组所述流道之间相互平行布置。
基板的左右两端设有与相邻液冷板组件3相互连通端部液冷板入口301和液冷板出口307，基板的上下两端设有与相邻液冷板组件3相互连通顶部液冷板入口304和下部液冷板入口306。
端部液冷板入口301和液冷板出口307通过设置在基板内部流道分别与前部流量均匀分布结构302和尾部流量均匀分布结构305相连通，前部流量均匀分布结构302和尾部流量均匀分布结构305通过设置在基板内部流道分别与端部流道聚合结构309和尾部流道聚合结构308相连通，端部流道聚合结构309和尾部流道聚合结构308通过设置在基板内部流道与平行分流结构303相连通，顶部液冷板入口304和下部液冷板入口306通过设置在基板内部流道分别与前部流量均匀分布结构302、尾部流量均匀分布结构305、端部流道聚合结构309、尾部流道聚合结构308和平行分流结构303相连通。
如图3-5所示，本发明第二实施例在第一实施例的基础上提供了一种电池总成，包括：下箱体，下箱体包括：边框和第一实施例的公开的液冷板，边框包括：两个端梁4和两面侧边梁2，侧边梁2的两端分别通过焊接固定连接于两个端梁4。液冷板通过焊接固定连接于边框上，液冷板的上表面能够通过螺栓或焊接等固定方式连接电池模组1，液冷板被配置为冷却电池模组1。
在液冷板的液冷板组件3靠近边框的端部液冷板入口301、端部液冷板出口307、顶部液冷板入口304和下部液冷板入口306均封闭形成封闭端。
本发明第三实施例在第二实施例的基础上提供了一种电动车辆，包括车辆本体以及第二实施例所述的一种电池总成。
本发明第四实施例在第一实施例的基础上提供了一种设计方法，用于设计第一实施例所述的液冷板，包括：
步骤S1，将电池模组极限冷却功率、模组极限承载载荷和电池底部极限撞击强度作为设计输入；
步骤S2，根据所述电池模组极限冷却功率、模组极限承载载荷和电池底部极限撞击强度确定电池液冷板的极限尺寸，具体步骤如下：
根据所述电池模组极限冷却功率、模组极限承载载荷和电池底部极限撞击强度通过公式（1）确定极限尺寸面积：
Figure 242716DEST_PATH_IMAGE001
(1)
其中：QD为电池底部极限撞击强度，ZB为电池模组极限冷却功率，CC为电池模组总能量相关结构系数，取值为0.5-0.9，GF为模组极限承载载荷；A为模组重量补偿参数，取值为0＞A＞-0.56，D为模组集成补偿参数，取值为72°＞D＞36°；
根据所述极限尺寸面积确定电池液冷板的极限尺寸，所述电池液冷板的极限尺寸包括：电池液冷板长度、电池液冷板宽度和电池液冷板厚度。其中，电池液冷板长度通过公式（2）确定：
Figure 875822DEST_PATH_IMAGE002
(2)
其中：C为电池液冷板长度，GB 为模组工艺长度极限尺寸，E为安全尺寸系数，取值为1.23-1.83；
所述电池液冷板宽度通过公式（3）确定：
Figure 341218DEST_PATH_IMAGE003
(3)
其中：H为电池液冷板宽度；
所述电池液冷板厚度通过公式（4）确定：
Figure 350762DEST_PATH_IMAGE004
(4)
其中：H为电池液冷板宽度；
步骤S3，分别确定前部流量均匀分布结构302、尾部流量均匀分布结构305、端部流道聚合结构309、尾部流道聚合结构308和平行分流结构303；
步骤S4，采用计算结构力学仿真，调节所述电池液冷板的极限尺寸、前部流量均匀分布结构302、尾部流量均匀分布结构305、端部流道聚合结构309、尾部流道聚合结构308和平行分流结构303。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种液冷板，其特征在于，包括多个结构相同且流道相连通的液冷板组件(3)，所述液冷板组件(3)包括基板，所述基板两侧对称布置有结构相同且相互连通的流道筋结构，所述流道筋结构和基板的流道内部中预填充有冷却液，所述流道筋结构包括对称布置在基板上且结构相同的前部流量均匀分布结构(302)和尾部流量均匀分布结构(305)，所述前部流量均匀分布结构(302)和尾部流量均匀分布结构(305)之间的基板上对称布置有结构相同的端部流道聚合结构(309)和尾部流道聚合结构(308)，所述端部流道聚合结构(309)和尾部流道聚合结构(308)之间的基板上设置有平行分流结构(303)，所述基板的左右两端设有与相邻液冷板组件(3)相互连通端部液冷板入口(301)和液冷板出口(307)，所述基板的上下两端设有与相邻液冷板组件(3)相互连通顶部液冷板入口(304)和下部液冷板入口(306)，所述端部液冷板入口(301)和液冷板出口(307)通过设置在基板内部流道分别与前部流量均匀分布结构(302)和尾部流量均匀分布结构(305)相连通，所述前部流量均匀分布结构(302)和尾部流量均匀分布结构(305)通过设置在基板内部流道分别与端部流道聚合结构(309)和尾部流道聚合结构(308)相连通，所述端部流道聚合结构(309)和尾部流道聚合结构(308)通过设置在基板内部流道与平行分流结构(303)相连通，所述顶部液冷板入口(304)和下部液冷板入口(306)通过设置在基板内部流道分别与前部流量均匀分布结构(302)、尾部流量均匀分布结构(305)、端部流道聚合结构(309)、尾部流道聚合结构(308)和平行分流结构(303)相连通。
2.根据权利要求1所述一种液冷板，其特征在于，所述前部流量均匀分布结构(302)和尾部流量均匀分布结构(305)均为圆弧形扰流结构，用于对流入的冷却液进行流量均匀调节。
3.根据权利要求2所述一种液冷板，其特征在于，所述平行分流结构(303)包括若干组流道，若干组所述流道之间相互平行布置。
4.一种电池总成，其特征在于，应用于权利要求1-3中任一项所述的液冷板，包括：
下箱体，所述下箱体包括：
边框，所述边框包括：两个端梁(4)和两面侧边梁(2)，所述侧边梁(2)的两端分别固定连接于两个端梁(4)；
液冷板，所述液冷板固定连接于边框，所述液冷板的上表面能够固定连接电池模组(1)，所述液冷板被配置为冷却电池模组(1)，所述液冷板的液冷板组件(3)靠近边框的端部液冷板入口(301)、端部液冷板出口(307)、顶部液冷板入口(304)和下部液冷板入口(306)均封闭形成封闭端。
5.一种电动车辆，其特征在于，包括车辆本体以及权利要求4所述的一种电池总成。
6.一种设计方法，用于设计权利要求1-3任一项所述的液冷板，其特征在于，包括：
步骤S1，将电池模组极限冷却功率、模组极限承载载荷和电池底部极限撞击强度作为设计输入；
步骤S2，根据所述电池模组极限冷却功率、模组极限承载载荷和电池底部极限撞击强度确定电池液冷板的极限尺寸，包括：
根据所述电池模组极限冷却功率、模组极限承载载荷和电池底部极限撞击强度通过公式(1)确定极限尺寸面积：
Figure FDA0004000219510000021
其中：QD为电池底部极限撞击强度，ZB为电池模组极限冷却功率，CC为电池模组总能量相关结构系数，取值为0.5-0.9，GF为模组极限承载载荷；A为模组重量补偿参数，取值为0＞A＞-0.56，D为模组集成补偿参数，取值为72°＞D＞36°。
根据所述极限尺寸面积确定电池液冷板的极限尺寸，所述电池液冷板的极限尺寸包括：电池液冷板长度、电池液冷板宽度和电池液冷板厚度；
所述电池液冷板长度通过公式(2)确定：
Figure FDA0004000219510000031
其中：C为电池液冷板长度，GB为模组工艺长度极限尺寸，E为安全尺寸系数，取值为1.23-1.83；
所述电池液冷板宽度通过公式(3)确定：
Figure FDA0004000219510000032
其中：H为电池液冷板宽度；
所述电池液冷板厚度通过公式(4)确定：
Figure FDA0004000219510000033
其中：H为电池液冷板宽度；
步骤S3，分别确定前部流量均匀分布结构(302)、尾部流量均匀分布结构(305)、端部流道聚合结构(309)、尾部流道聚合结构(308)和平行分流结构(303)；
步骤S4，采用计算结构力学仿真，调节所述电池液冷板的极限尺寸、前部流量均匀分布结构(302)、尾部流量均匀分布结构(305)、端部流道聚合结构(309)、尾部流道聚合结构(308)和平行分流结构(303)。
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