CN212991156U - 电池热交换装置及电池热管理*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池热交换装置及电池热管理***，电池热交换装置包括框架、隔板和传热外壳；多个隔板固定于框架的内部，隔板之间相互平行，以形成预设个用于冷却介质流通的流道；传热外壳罩设在框架外，传热外壳上开设流道出入口，流道出入口与流道相通；沿冷却介质流动的方向上，隔板上设置有挡流凸起。使用本实用新型提供的电池热交换装置冷却电池时，将传热外壳的外传热面贴合到电池的待冷却面。由于隔板上设置有挡流凸起，因此，若电动汽车发生侧倾时，冷却介质能够在挡流凸起的作用下，避免全部流到流道的一端导致积液，进而避免了热交换装置局部受热不均。

Description

电池热交换装置及电池热管理***

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车电池热管理技术领域，尤其是涉及一种电池热交换装置及电池热管理***。

背景技术

目前，新能源汽车热交换装置在山路、越野路等有急弯路况下，可能造成汽车侧倾，热交换装置内部液体倾向一侧，局部积液导致受热不均，进而导致热管理***失效。

因此，如何避免汽车侧倾时热交换装置内部局部积液是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的第一个目的是提供一种电池热交换装置，能够避免车辆侧倾所带来的热交换装置变形和局部积液的问题。

本实用新型的第二个目的是提供一种电池热管理***。

为了实现上述第一个目的，本实用新型提供了如下方案：

一种电池热交换装置，包括框架、隔板和传热外壳；

多个所述隔板固定于所述框架的内部，所述隔板之间相互平行，以形成预设个用于冷却介质流通的流道；所述传热外壳罩设在所述框架外，所述传热外壳上开设流道出入口，所述流道出入口与所述流道相通；

沿所述冷却介质流动的方向上，所述隔板上设置有挡流凸起。

在一个具体的实施方案中，所述电池热交换装置还包括毛细结构；

所述毛细结构设置在所述传热外壳的与所述冷却介质流动方向平行的两个内传热面上。

在另一个具体的实施方案中，所述框架采用弹性材料制成。

在另一个具体的实施方案中，所述电池热交换装置还包括泄压结构和密封塞；

所述泄压结构贯穿地设置在所述传热外壳上，所述密封塞封堵所述泄压结构；

所述密封塞的失效温度不高于待冷却电池的安全温度阈值；当所述密封塞失效时，所述流道和所述电池热交换装置的外部相连通。

在另一个具体的实施方案中，所述泄压结构为开设在传热外壳上的泄压孔，所述密封塞封堵所述泄压孔。

在另一个具体的实施方案中，所述泄压孔开设在所述传热外壳上与所述隔板相对的位置，所述隔板与所述密封塞一体设置，所述隔板的失效温度不高于所述待冷却电池的安全温度阈值。

在另一个具体的实施方案中，所述泄压结构还包括开设在所述传热外壳上的泄压槽，所述泄压槽的开设方向与所述隔板垂直，所述泄压槽与所述泄压孔相连通，且所述密封塞填充于所述泄压槽及所述泄压孔中。

在另一个具体的实施方案中，沿着所述冷却介质流动的方向，所述挡流凸起的横截面为两侧带有斜坡的面；

所述斜坡的坡面与水平面所呈角度范围为90°至170°；

所述挡流凸起的顶端与所述流道的顶壁的距离为所述流道的高度的20％到90％；

在另一个具体的实施方案中，沿着平行所述冷却介质流动的方向，所述挡流凸起的横截面积为所在流道的横截面积的10％。

根据本实用新型的各个实施方案可以根据需要任意组合，这些组合之后所得的实施方案也在本实用新型范围内，是本实用新型具体实施方式的一部分。

使用本实用新型提供的电池热交换装置冷却电池时，将传热外壳的外传热面贴合到电池的待冷却面。由于隔板上沿着冷却介质流动的方向设置有挡流凸起，因此，若电动汽车发生侧倾时，冷却介质能够在挡流凸起的作用下，避免全部流到流道的一端导致的积液，进而避免了热交换装置局部受热不均。

本实用新型还提供了如下方案：

一种电池热管理***，包括如上任意一种电池热交换装置。

由于本实用新型公开的电池热管理***包括上述中的电池热交换装置，因此，电池热交换装置所具有的有益效果均是本实用新型公开的电池热管理***所包含的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出新颖性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的电池热交换装置的俯视透视结构示意图；

图2为本实用新型提供的电池热交换装置应用时的俯视透视结构示意图；

图3为本实用新型提供的电池热交换装置的主视结构示意图；

图4为本实用新型提供的隔板的剖视结构示意图；

图5为图4的主视结构示意图；

图6为本实用新型提供的电池热交换装置的一个结构示意图；

图7为本实用新型提供的电池热交换装置的又一个结构示意图；

图8为本实用新型提供的电池热交换装置的流道结构示意图；

图9为本实用新型提供的电池热交换装置的框架结构示意图；

图10为本实用新型提供的电池热交换装置装配示意图；

图11为本实用新型提供的框架和隔板装配在一起的结构示意图；

图12为本实用新型提供的传热外壳的结构示意图。

其中，图1-12中：

电池热交换装置1000、框架100、隔板200、传热外壳300、挡流凸起20、毛细结构400、泄压槽500、密封塞600、泄压孔30、内传热面31、外传热面32、待冷却电池700。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图1-12和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1-3所示，本实用新型提供了一种电池热交换装置1000，用于电池及电池组的冷却。电池热交换装置1000可用于液冷或直冷的电池热管理***，即其使用的工质液包括水、制冷剂等传热系数较高、汽化潜热较高的液体。工质液的选取可根据整车集成要求、电池或者电池组的传热需求等参数选择。

具体地，电池热交换装置1000包括框架100、隔板200和传热外壳300。框架100给其它部件提供了支撑，框架100可以是任意形状，例如，长条杆组成的长方体框架等。需要说明的是，框架100的形状不限，可根据待冷却的电池或者电池组的形状设计。

多个隔板200固定于框架100的内部，隔板200之间相互平行，以形成预设个用于冷却介质流通的流道；传热外壳300罩设在框架100外，传热外壳300上开设流道出入口，流道出入口与流道相通。传热外壳300由传热系数较高的金属制成，以确保有效的热交换，通过调整框架100与传热外壳300的相对位置，使二者通过夹紧、封焊、粘贴等方式密封。

流道的个数可以是1个或者多个，具体可以依据实际需求进行增减。当流道为至少2个以上时，流道的高度(两个平行隔板200之间的距离)可以相同或者不相同，且流道的进口或者出口可以设置在同一侧，也可以设置在不同侧，即不同冷却通道间可以是顺流，也可以是逆流，顺流和逆流是指不同冷却通道间的冷却介质流动方向相反。具体由电池热交换装置1000的分液、集流方式以及传热需求决定。存在逆流的冷却通道的电池热交换装置1000会比全部冷却通道均为顺流时的换热效率高，但是存在逆流的冷却通道的电池热交换装置1000进出口结构或分液集流等设计变得复杂，所以，可以根据实际需求或电池组的结构分别设计。可以根据车辆的具体散热需求选择流道间的串并联方式。冷却通道与待连接的冷却介质输送部件可以通过焊接或者粘贴等方式完成装配。

沿冷却介质流动的方向上，隔板200上设置有挡流凸起20，如图8、图10-图12所示，挡流凸起20设置在隔板200上，其宽度(垂直传热外壳300表面的方向上)和隔板200宽度相同。且挡流凸起20的顶端与冷却通道的顶壁相距预设距离。设置多个挡流凸起20时，避免了汽车沿着冷却介质流通方向侧倾时，冷却介质流到流道一端，另一端没有冷却介质，导致的冷却不均的问题。需要说明的是，预设距离可以根据需要进行设定。

挡流凸起20设置在至少一个流道内。需要说明的是，可以根据实际情况，增减设置挡流凸起20的流道的个数。

在本实用新型提供的另一实施例中，公开了沿着冷却介质流动的方向，挡流凸起20的横截面为两侧带有斜坡的面，如图8所示，例如，三角形、曲边三角形、梯形等，也可以为矩形等。通过调整挡流凸起20的高度、角度和间距来控制在常规(加热、制冷)模式下的流阻以及在车辆侧倾时各段的最佳储液量。需求储液量越大，高度越高；流阻越小，角度越大。本实用新型的发明人经过多次辛苦试验，得到斜坡的坡面与水平面所呈角度α范围为90°至170°，预设距离为流道的高度H的20％到90％时，也就是挡流凸起20的高度h为流道高度H的10％到80％，效果最佳。

在本实用新型提供的另一实施例中，公开了电池热交换装置1000还包括毛细结构400，如图6和图7所示，毛细结构400设置在传热外壳300的与冷却介质流动方向平行的两个内传热面31上，传热外壳300的内传热面31是指传热外壳300平行于流道的两个内表面。

毛细结构400与内传热面31贴合的那侧为热端口，毛细结构400另一侧为冷端口，毛细结构400的冷端口与流道连通。冷却介质在热端口蒸发吸热，在冷端口冷凝放热后，在毛细结构400的毛细作用力下补充蒸发段冷却介质到冷却通道内，从而实现电池或者电池组局部热交换来降低温差的功能。

具体地，毛细结构400可为沟槽、丝网、颗粒烧结等任一方式设置在传热外壳300的内传热面31上。需要说明的是，对无均温性需求的电池或者电池组，电池热交换装置1000可不添加两侧的毛细结构400。

相比于传统热交换装置，本实用新型内部添加挡流凸起20，可在汽车侧倾时防止液体全部涌向一端后，可能导致的装置局部积液，毛细结构400供液不足而局部蒸干等问题导致的电池受热不均，电池热交换装置1000失效的情况。

在本实用新型提供的另一实施例中，公开了隔板200的两端延伸卡在毛细结构400内，如图6所示，或者隔板200夹设在毛细结构400之间，如图7所示。

毛细结构400可以使冷却介质凭借毛细作用力上升而保证与电池的接触面一直有冷却介质进行热交换作用。具体地，挡流凸起20可由弹性塑料制成，当隔板200夹在两侧毛细结构400中间时，能够避免弹性塑料与内传热面31接触导致的局部换热效率下降。

隔板200的两端延伸卡在毛细结构400内，能保证整体结构强度。

汽车侧倾时挡流凸起20分割的各段储液量由电池或者电池组需要的换热量和毛细结构400的设计决定，对于自产热较快或产热量较大的电池或者电池组，或渗透率较低而易导致蒸干的毛细结构400，在侧倾时需较多储液量以保证热交换装置正常的工作。发明人经过试验，得到：挡流凸起20的横截面积为所在流道的横截面积的10％时，能够满足使用需求。上述横截面积是指沿流道方向(如图8所示)的横截面的面积。需要说明的是，也可根据具体情况调整(挡流凸起20的横截面越大，冷却介质与传热面的接触面积即传热面积越小，影响传热效率)，以避免常规工况下降低电池热交换装置1000的冷却介质流量、降低换热面积等原因降低传热效率。挡流凸起20在隔板200的相对位置根据电池组结构决定，可布置在局部热源附件或相邻位置，以保证该区域的有效传热。

在本实用新型提供的另一实施例中，公开了框架100采用弹性材料制成，且通过框架100的弹性形变预紧固定隔板200，以确保流道彼此之间的密封。隔板200和框架100可通过手螺钉旋紧、配合划入等易于拆卸和组装的方式连接，因此，框架100封装隔板200制成的热交换装置在厚度方向(厚度方向是指垂直流道的方向)上有一定的可变形量，能够在一定范围内实现类似弹性形变的效果。布置在电池或者电池组中之后，可以通过发生弹性变形来吸收电池由于充放电或温度变化发生的变形，保证电池组整体的尺寸和结构稳定。添加了具有弹性的框架100的电池热交换装置1000可以部分或完全替代电池组中原本需要的专门的吸收电池变形的结构或装置。

框架100在除设置冷却通道的进出口面以外的侧面添加包括井字型、蜂窝结构等交叉结构，如图9所示，以增强电池热交换装置1000整体的稳定性，同时减少与热交换面(即外传热面32)的接触面积。结构强度要求越高，交叉结构越密集；换热量越大，交叉结构越稀疏。

在另一个具体的实施方案中，电池热交换装置1000还包括泄压结构和密封塞600，如图10-图12所示，泄压结构贯穿地设置在传热外壳300上，密封塞600封堵泄压结构，密封塞600的失效温度不高于待冷却电池的安全温度阈值；密封塞600由高温即熔化或者软化的材料制成，当密封塞600失效时，流道和电池热交换装置1000的外部(电池热交换装置1000所在的外部环境)相连通。该电池热交换装置1000也可以用于其它冷却介质为制冷剂等具有闪蒸属性的装置上。

密封塞600的个数可以为一个或多个。密封塞600在超出电池安全温度阈值情况下失效，此时，电池热交换装置1000内部泄压，液态制冷剂闪蒸吸热而快速为相邻电池降温，以防止电池温度持续升高而引发的起火危险。汽化后的制冷剂由泄压结构排出。为保证最快的反应时间，密封塞600的位置布置在电池的局部高温处。

进一步地，本实用新型公开了泄压结构为开设在传热外壳300上的泄压孔，密封塞600密封安装在泄压孔30内，即密封塞600一方面实现了对装置整体的密封，另一方面给传热外壳300的安装提供了定位。

更进一步地，本实用新型公开了泄压孔30开设在传热外壳300上与隔板200相对的位置，此时隔板200与密封塞600一体设置，隔板200的失效温度不高于待冷却电池的安全温度阈值，具体地，隔板200与密封塞600一体连接时，优选两者采用相同的材质制成。

同时，在隔板200和挡流凸起20一体设置时，泄压孔30也可开设在传热外壳300上与挡流凸起20相对的位置，具体的，如图10所示，可以设置在与隔板200上的挡流凸起20相对的位置。

在另一个具体的实施方案中，如图3所示，公开了泄压结构还包括开设在传热外壳300上的泄压槽500，泄压槽500的开设方向与隔板200垂直，从而使得泄压槽500的一部分直接与流道相通；同时，泄压槽500与泄压孔30相连通，且密封塞600填充于泄压槽500及泄压孔30中。泄压槽500给密封塞600等熔融后形成的液体的排出提供了导向，同时便于泄压结构的拆装更换清洗。

在另一个具体的实施方案中，公开了隔板200为可熔材料制成，且隔板200穿透密封传热外壳300，不必单独设置泄压孔30和密封塞600。当待冷却电池700的温度超过电池安全温度阈值时，隔板200融化或者软化，以将汽化后的制冷剂排出。

本实用新型还提供了一种电池热管理***，包含上述任意一项实施例中的电池热交换装置1000。

由于本实用新型提供的电池热管理***包括上述任意一项实施例中的电池热交换装置1000，因此，电池热交换装置1000所具有的有益效果均是本实用新型公开的车体所包含的。

需要说明的是，本文中表示方位的词，例如，上下等均是以图1的方向进行的设定，仅为了描述的方便，不具有其它特定含义。

还需要说明的是，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物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电池热交换装置(1000)，其特征在于，包括框架(100)、隔板(200)和传热外壳(300)；

多个所述隔板(200)固定于所述框架(100)内部，所述隔板(200)之间相互平行，以形成预设个用于冷却介质流通的流道；所述传热外壳(300)罩设在所述框架(100)外，所述传热外壳(300)上开设流道出入口，所述流道出入口与所述流道相通；

沿所述冷却介质流动的方向上，所述隔板(200)上设置有挡流凸起(20)。

2.根据权利要求1所述的电池热交换装置(1000)，其特征在于，还包括毛细结构(400)；

所述毛细结构(400)设置在所述传热外壳(300)的与所述冷却介质流动方向平行的两个内传热面(31)上。

3.根据权利要求1所述的电池热交换装置(1000)，其特征在于，所述框架(100)采用弹性材料制成。

4.根据权利要求1所述的电池热交换装置(1000)，其特征在于，还包括泄压结构和密封塞(600)；

所述泄压结构贯穿地设置在所述传热外壳(300)上，所述密封塞(600)封堵所述泄压结构；

所述密封塞(600)的失效温度不高于待冷却电池的安全温度阈值；当所述密封塞(600)失效时，所述流道和所述电池热交换装置(1000)的外部相连通。

5.根据权利要求4所述的电池热交换装置(1000)，其特征在于，所述泄压结构为开设在传热外壳(300)上的泄压孔(30)，所述密封塞(600)密封安装在所述泄压孔(30)内。

6.根据权利要求5所述的电池热交换装置(1000)，其特征在于，所述泄压孔(30)开设在所述传热外壳(300)上与所述隔板(200)相对的位置；所述隔板(200)与所述密封塞(600)一体设置，所述隔板(200)的失效温度不高于所述待冷却电池的安全温度阈值。

7.根据权利要求5所述的电池热交换装置(1000)，其特征在于，所述泄压结构还包括开设在所述传热外壳(300)上的泄压槽(500)，所述泄压槽(500)的开设方向与所述隔板(200)垂直，所述泄压槽(500)与所述泄压孔(30)相连通，且所述密封塞(600)填充于所述泄压槽(500)及所述泄压孔(30)中。

8.根据权利要求1所述的电池热交换装置(1000)，其特征在于，所述挡流凸起(20)的横截面为两侧带有斜坡的面，所述横截面为沿流道方向的截面；

所述斜坡的坡面与水平面所呈角度范围为90°至170°；

所述挡流凸起(20)的顶端与所在流道的顶壁的距离为所述流道的高度的20％到90％。

9.根据权利要求8所述的电池热交换装置(1000)，其特征在于，所述挡流凸起(20)的横截面积为所在流道的横截面积的10％。

10.一种电池热管理***，其特征在于，包括如权利要求1-9中任意一项所述的电池热交换装置(1000)。

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