CN117039260B - 一种用于新能源电池散热的水冷板流道结构及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于新能源电池散热的水冷板流道结构及其方法，属于电池热管理技术领域。一种用于新能源电池散热的水冷板流道结构及其方法，包括水冷板件，还包括第一序组电芯、第二序组电芯、第三序组电芯和第四序组电芯，其设置于水冷板件的上方，所述水冷板件的一端设置有冷却液入口，冷却液入口的一侧设置有冷却液出口，所述冷却液入口和冷却液出口均与水冷板件通过内螺纹连接，所述第一序组电芯、第二序组电芯、第三序组电芯和第四序组电芯的两端分别设置有电芯端板。为解决冷却液出入口处电芯的温差大的问题，将循环后的流体重新绕回至入口的低温区域，从而达到让入口最低温电芯温度稍稍提高降低温差的效果。
Description
技术领域
本发明涉及电池热管理技术领域，具体为一种用于新能源电池散热的水冷板流道结构及其方法。
背景技术
随着储能行业的快速发展，电池的安全性能越来越受到关注，目前储能行业电池热管理***主要以传热效率低，散热均匀性差，能耗更高的空调散热为主；
常规储能水冷板散热遇到的难点：水冷板冷却后，水冷板冷却液入口处的电芯温度要比出口处电芯的温度低不少，而储能行业内目前大多数客户的要求是单电池包所有电芯的测试温差不允许超过3℃，温升不允许超过40℃，所以如果解决不了冷却液出入口处电芯的温差大问题，将很难实现温差不超过3℃的愿景；因此，不满足现有的需求，对此提出了一种用于新能源电池散热的水冷板流道结构及其方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于新能源电池散热的水冷板流道结构及其方法，将循环后的流体重新绕回至入口的低温区域，从而达到让入口最低温电芯温度稍稍提高降低温差的效果，可以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于新能源电池散热的水冷板流道结构，包括水冷板件，还包括第一序组电芯、第二序组电芯、第三序组电芯和第四序组电芯，其设置于水冷板件的上方，所述水冷板件的一端设置有冷却液入口，冷却液入口的一侧设置有冷却液出口，所述冷却液入口和冷却液出口均与水冷板件通过内螺纹连接，所述第一序组电芯、第二序组电芯、第三序组电芯和第四序组电芯的两端分别设置有电芯端板，电芯端板与第一序组电芯、第二序组电芯、第三序组电芯和第四序组电芯均通过螺栓连接。
优选的，所述冷却液入口的一端设置有分流主腔，所述分流主腔内部的一端设置有三角导流块，三角导流块的一侧设置有分流块，所述三角导流块垂直于分流块。
优选的，所述分流主腔内部的另一端分别与回流腔道和循环腔道贯通连接，回流腔道和循环腔道的中段均设置有中转腔道。
优选的，所述中转腔道的两端均设置有渐缩流道，电芯端板安装在渐缩流道的上方，所述中转腔道通过渐缩流道分别与回流腔道和循环腔道贯通连接，中转腔道、回流腔道和循环腔道的内部均设置有水平导流块。
优选的，所述分流主腔、回流腔道和循环腔道与汇流腔道贯通连接，汇流腔道垂直于分流主腔、回流腔道和循环腔道。
优选的，所述汇流腔道的一端与高温腔道贯通连接，所述高温腔道的内部设置有水平导流块，汇流腔道的内部设置有垂直导流块。
优选的，所述高温腔道的另一端与冷却液出口贯通连接，高温腔道的内部设置有四组腔道。
一种用于新能源电池散热的水冷板流道结构的冷却方法，包括如下步骤：
步骤一：冷却液经冷却液入口进入到水冷板件的内部，在内部导流结构的影响下冷却液从分流主腔的两侧分别流入到顶部的回流腔道和底部的循环腔道中，此区域会先对第一序组电芯和第二序组电芯进行散热；
步骤二：进入到循环腔道内的冷却液呈蛇形流动最后进入到汇流腔道中，回流腔道处的冷却液同样会流入到汇流腔道中，最后经汇流腔道汇入到高温腔道，此时高温腔道内的冷却液温度要高于其他腔道，此区域对第三序组电芯和第四序组电芯进行散热；
步骤三：高温腔道内部的冷却液在流向冷却液出口时会进行一个弯折回流，弯折区域与冷却液的入口区域贴合，使入口处与出口处的冷却液完成一次换热操作，吸收热量的冷却液经过入口处第一序组电芯时可以中和最低温区域。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明，冷却液经冷却液入口进入到水冷板件的内部，在内部导流结构的影响下冷却液从分流主腔的两侧分别流入到顶部的回流腔道和底部的循环腔道中，此区域会先对第一序组电芯和第二序组电芯进行散热，进入到循环腔道内的冷却液呈蛇形流动最后进入到汇流腔道中，回流腔道处于的冷却液同样会流入到汇流腔道中，最后经汇流腔道汇入到高温腔道，此时高温腔道内的冷却液温度要高于其他腔道，此区域对第三序组电芯和第四序组电芯进行散热，高温腔道内部的冷却液在流向冷却液出口时会进行一个弯折回流，弯折区域与冷却液的入口区域贴合，使入口处与出口处的冷却液完成一次换热操作，吸收热量的冷却液经过入口处第一序组电芯时可以中和最低温区域；
2、本发明，电芯端板安装在渐缩流道的上方，电芯端板受外界环境温度影响较大，此时贴临端板的电芯温度相较于其他电芯区域较低，所以可以将流道进行减少，避免出现资源浪费，降低因外界环境温度及电池自身的充放电产生的热量造成的影响，让储能的电池温度更低，提高电池的使用安全性能；
3、本发明通，通过水冷板的设计，让电池的温差、温升更低，增加电池的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的整体主视图；
图2为本发明的整体俯视图；
图3为本发明的水冷板件内部结构示意图；
图4为本发明的电芯温度监控示意图；
图5为本发明的仿真水冷结构示意图；
图6为本发明的仿真电芯温度监控示意图。
图中：1、第一序组电芯；2、第二序组电芯；3、第三序组电芯；4、第四序组电芯；5、水冷板件；6、电芯端板；501、冷却液入口；502、冷却液出口；503、分流主腔；504、回流腔道；505、循环腔道；506、高温腔道；507、中转腔道；508、汇流腔道；5071、渐缩流道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例1：
请参阅图1-3，一种用于新能源电池散热的水冷板流道结构，包括水冷板件5，还包括第一序组电芯1、第二序组电芯2、第三序组电芯3和第四序组电芯4，其设置于水冷板件5的上方，水冷板件5的一端设置有冷却液入口501，冷却液入口501的一侧设置有冷却液出口502，冷却液入口501和冷却液出口502均与水冷板件5通过内螺纹连接，第一序组电芯1、第二序组电芯2、第三序组电芯3和第四序组电芯4的两端分别设置有电芯端板6，电芯端板6与第一序组电芯1、第二序组电芯2、第三序组电芯3和第四序组电芯4均通过螺栓连接。
冷却液入口501的一端设置有分流主腔503，分流主腔503内部的一端设置有三角导流块，三角导流块的一侧设置有分流块，三角导流块垂直于分流块，分流主腔503内部的另一端分别与回流腔道504和循环腔道505贯通连接，回流腔道504和循环腔道505的中段均设置有中转腔道507，中转腔道507的两端均设置有渐缩流道5071，电芯端板6安装在渐缩流道5071的上方，电芯前后端有6系铝材作为电芯端板6，电芯端板6受外界环境温度影响较大，此时贴临端板的电芯温度相较于其他电芯区域较低，所以可以将流道进行减少，避免出现资源浪费的情况，中转腔道507通过渐缩流道5071分别与回流腔道504和循环腔道505贯通连接，中转腔道507、回流腔道504和循环腔道505的内部均设置有水平导流块，分流主腔503、回流腔道504和循环腔道505与汇流腔道508贯通连接，汇流腔道508垂直于分流主腔503、回流腔道504和循环腔道505，汇流腔道508的一端与高温腔道506贯通连接，高温腔道506的内部设置有水平导流块，汇流腔道508的内部设置有垂直导流块，高温腔道506的另一端与冷却液出口502贯通连接，高温腔道506的内部设置有四组腔道；
高温腔道506内部的冷却液在流向冷却液出口502时会进行一个弯折回流，弯折区域与冷却液的入口区域贴合，使入口处与出口处的冷却液完成一次换热操作，吸收热量的冷却液经过入口处第一序组电芯1时可以中和最低温区域，此时最低温由第二列第一个移动至第一列第一个电芯处；
最低温度为37.7℃，最高温度为39.9℃。
对比例1：
请参阅图5-6，流体由上侧进入，经过第一序组电芯1、第二序组电芯2、第三序组电芯3底部后，低温流体吸收电芯散发的热量，温度逐渐升高，最后经过第四序组电芯4时，散热效果已远不如经过前三列电芯，导致第四序组电芯4远超前三列电芯，并且极限温差体现在入口处第一序组电芯1的第一个和第四序组电芯4的中间区域；
最低温度为37.7℃，最高温度为39.9℃。
将实施例1与对比例1进行对比得出结论：在发热功率恒定情况下，电芯温升如果可以满足40℃以内条件，温差越小，电池寿命越久，所以如果此时无法降低电芯的最低温，可以考虑尝试提高最低温，如上述研究项目，将循环后的流体重新绕回至入口的低温区域，从而达到让入口最低温电芯温度稍稍提高降低温差的效果。
工作原理，冷却液经冷却液入口501进入到水冷板件5的内部，在内部导流结构的影响下冷却液从分流主腔503的两侧分别流入到顶部的回流腔道504和底部的循环腔道505中，此区域会先对第一序组电芯1和第二序组电芯2进行散热，进入到循环腔道505内的冷却液呈蛇形流动最后进入到汇流腔道508中，回流腔道504处于的冷却液同样会流入到汇流腔道508中，最后经汇流腔道508汇入到高温腔道506，此时高温腔道506内的冷却液温度要高于其他腔道，此区域对第三序组电芯3和第四序组电芯4进行散热，高温腔道506内部的冷却液在流向冷却液出口502时会进行一个弯折回流，弯折区域与冷却液的入口区域贴合，使入口处与出口处的冷却液完成一次换热操作，吸收热量的冷却液经过入口处第一序组电芯1时可以中和最低温区域。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种用于新能源电池散热的水冷板流道结构，包括水冷板件(5)，其特征在于；
还包括第一序组电芯(1)、第二序组电芯(2)、第三序组电芯(3)和第四序组电芯(4)，其设置于水冷板件(5)的上方，所述水冷板件(5)的一端设置有冷却液入口(501)，冷却液入口(501)的一侧设置有冷却液出口(502)，所述冷却液入口(501)和冷却液出口(502)均与水冷板件(5)通过内螺纹连接，所述第一序组电芯(1)、第二序组电芯(2)、第三序组电芯(3)和第四序组电芯(4)的两端分别设置有电芯端板(6)，电芯端板(6)与第一序组电芯(1)、第二序组电芯(2)、第三序组电芯(3)和第四序组电芯(4)均通过螺栓连接；
所述冷却液入口(501)的一端设置有分流主腔(503)，所述分流主腔(503)内部的一端设置有三角导流块，三角导流块的一侧设置有分流块，所述三角导流块垂直于分流块；
所述分流主腔(503)内部的另一端分别与回流腔道(504)和循环腔道(505)贯通连接，回流腔道(504)和循环腔道(505)的中段均设置有中转腔道(507)；
所述中转腔道(507)的两端均设置有渐缩流道(5071)，电芯端板(6)安装在渐缩流道(5071)的上方，所述中转腔道(507)通过渐缩流道(5071)分别与回流腔道(504)和循环腔道(505)贯通连接，中转腔道(507)、回流腔道(504)和循环腔道(505)的内部均设置有水平导流块；
所述分流主腔(503)、回流腔道(504)和循环腔道(505)与汇流腔道(508)贯通连接，汇流腔道(508)垂直于分流主腔(503)、回流腔道(504)和循环腔道(505)。
2.根据权利要求1所述的一种用于新能源电池散热的水冷板流道结构，其特征在于：所述汇流腔道(508)的一端与高温腔道(506)贯通连接，所述高温腔道(506)的内部设置有水平导流块，汇流腔道(508)的内部设置有垂直导流块。
3.根据权利要求2所述的一种用于新能源电池散热的水冷板流道结构，其特征在于：所述高温腔道(506)的另一端与冷却液出口(502)贯通连接，高温腔道(506)的内部设置有四组腔道。
4.一种用于新能源电池散热的水冷板流道结构的冷却方法，基于权利要求3所述的用于新能源电池散热的水冷板流道结构，其中，包括如下步骤：
步骤一：冷却液经冷却液入口(501)进入到水冷板件(5)的内部，在内部导流结构的影响下冷却液从分流主腔(503)的两侧分别流入到顶部的回流腔道(504)和底部的循环腔道(505)中，此区域会先对第一序组电芯(1)和第二序组电芯(2)进行散热；
步骤二：进入到循环腔道(505)内的冷却液呈蛇形流动最后进入到汇流腔道(508)中，回流腔道(504)处的冷却液同样会流入到汇流腔道(508)中，最后经汇流腔道(508)汇入到高温腔道(506)，此时高温腔道(506)内的冷却液温度要高于其他腔道，此区域对第三序组电芯(3)和第四序组电芯(4)进行散热；
步骤三：高温腔道(506)内部的冷却液在流向冷却液出口(502)时会进行一个弯折回流，弯折区域与冷却液的入口区域贴合，使入口处与出口处的冷却液完成一次换热操作，吸收热量的冷却液经过入口处第一序组电芯(1)时可以中和最低温区域。
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