一种采用制冷剂直接冷却系统的动力电池系统的制作方法

本实用新型属于用于直接转变化学能为电能的方法或装置、例如电池组的技术领域，特别涉及一种可以将热管的传热效率发挥到最大且结构简单、安全性更高的采用制冷剂直接冷却系统的动力电池系统。

背景技术：

目前在国家的支持和市场的利好下，动力锂电池行业发展非常迅速，其应用已经扩展到了电动大巴、电动小汽车、微公交和储能等领域。随着动力锂电池的大规模应用，日益凸显的问题也越来越多，尤其是动力电池系统的散热问题。

电动汽车行驶的驱动力来源于动力电池系统。动力电池系统在充/放电的过程中会产生大量的热量，使电池温度升高，进而使动力电池系统的性能大幅下降。研究表明，当动力锂电池的温度超过45℃时，其循环寿命将大幅下降。此外，由于高温使动力锂电池的副反应增加，出于保护电池的目的，在实际使用中，会对电池的充/放电功率进行限制。

现有技术中，随着消费者对快速充电和大功率放电等的要求越来越高，常规的自然冷却、风冷和液冷的冷却方式已经越来越难以满足这些要求。利用制冷剂作为冷却工质直接对动力电池系统进行冷却的方式已经用于动力电池系统，然而，现有的应用都是将压缩过的制冷剂直接通入动力电池系统，存在着制冷剂在电池箱内部泄漏的风险。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是，现有技术中，随着消费者对快速充电和大功率放电等的要求越来越高，常规的自然冷却、风冷和液冷的冷却方式已经越来越难以满足这些要求，利用制冷剂作为冷却工质直接对动力电池系统进行冷却的方式已经用于动力电池系统，然而现有的应用都是将压缩过的制冷剂直接通入动力电池系统，而导致的存在制冷剂在电池箱内部泄漏的风险的问题，进而提供了一种优化结构的采用制冷剂直接冷却系统的动力电池系统。

本实用新型所采用的技术方案是，一种采用制冷剂直接冷却系统的动力电池系统，包括动力电池系统本体，所述动力电池系统包括配合设置的下箱体和上箱盖，所述下箱体内并列设有若干电池模组群，所述上箱盖上设有散热机构；所述任一电池模组群配合设有一排竖直方向设置的热管，所述热管的下部与电池模组群贴合，所述热管的上部穿过上箱盖设于所述散热机构内；所述上箱盖和散热机构的外侧罩设有制冷剂直冷机构。

优选地，所述制冷剂直冷机构包括外壳，所述外壳罩设于所述上箱盖的外侧，所述外壳的下缘与上箱盖的边缘贴合设置，所述外壳侧边设有制冷剂入口和制冷剂出口。

优选地，所述上箱盖的上表面的散热机构为散热翅片，所述散热翅片包括基板和若干平行设于基板上表面的翅片，所述翅片平行于电池模组群的设置方向设置；所述热管的上端部设于所述基板内，所述散热翅片的高度等于所述外壳的内侧高度，所述基板的各边长度小于等于所述上箱盖的对应边的长度，所述翅片的两端部与外壳间设有空隙。

优选地，所述制冷剂入口和制冷剂出口设于翅片相同端部的外壳侧边上。

优选地，所述制冷剂入口和制冷剂出口间的散热翅片的基板上设有1个第一截流块，所述第一截流块的两端部分别与外壳的内侧壁和任一翅片的端部贴合。

优选地，所述制冷剂入口和制冷剂出口间的散热翅片的基板上分布设有n个第一截流块，所述任一第一截流块的两端部分别与外壳的内侧壁和翅片的端部贴合，所述散热翅片的基板的相对端上分布设有n-1个第二截流块，所述任一第二截流块的两端部分别与外壳的内侧壁和翅片的相对端部贴合，所述基板两端部的n个第一截流块和n-1个第二截流块交替设置；n≥2。

优选地，所述制冷剂入口和制冷剂出口设于翅片相对端部的外壳侧边上。

优选地，所述制冷剂入口和制冷剂出口以散热翅片的中心对称设置，且制冷剂入口和制冷剂出口分别设于所述外壳侧边的端部；所述制冷剂入口侧部的散热翅片的基板上分布设有n个第一截流块，所述任一第一截流块的两端部分别与外壳的内侧壁和翅片的端部贴合，所述制冷剂出口侧部的散热翅片的基板上分布设有n个第二截流块，所述任一第二截流块的两端部分别与外壳的内侧壁和翅片的端部贴合，所述基板两端部的n个第一截流块和n个第二截流块交替设置；n≥1。

优选地，所述电池模组群包括并列设置的2排电池模组，所述一排热管设于所述2排电池模组间，所述一排热管和电池模组间设有导热片层。

本实用新型提供了一种优化结构的采用制冷剂直接冷却系统的动力电池系统，通过在动力电池系统的下箱体内并列设置若干电池模组群，并为任一电池模组群配合设置一排竖直方向设置的热管，热管的下部与电池模组群贴合，作为蒸发端，带走电池模组群的热量，热管的上部穿过上箱盖连接散热机构，作为冷凝端，最大程度的达到热管的传热效率，并同时在上箱盖的外侧配合设置制冷剂直冷机构，进一步强化换热；本实用新型采用热管在动力电池系统内部的发热源与动力电池系统外部的散热部件之间建立一条高速的传热通道，将电池模组群的热量快速、均匀地带到动力电池系统的箱体外部，热管与动力电池系统的箱体接触处可以进行密封设计以保证动力电池系统箱体的IP67设计，制冷剂在冷却过程中不进入动力电池系统箱体内部，排除了制冷剂在动力电池系统箱体内部泄露的安全风险，同时，竖直设置的热管得以将热管的传热效率发挥到最大。

附图说明

图1为本实用新型的实施例1的爆炸图结构示意图；

图2为本实用新型的实施例1中散热翅片与第一截流块的俯视图结构示意图，其中，箭头表示制冷剂的流动方向；

图3为本实用新型的实施例2的爆炸图结构示意图；

图4为本实用新型的实施例2中散热翅片与第一截流块和第二截流块的俯视图结构示意图，其中，n=2，箭头表示制冷剂的流动方向；

图5为本实用新型的实施例3的爆炸图结构示意图；

图6为本实用新型的实施例3中散热翅片的俯视图结构示意图，其中，箭头表示制冷剂的流动方向；

图7为本实用新型的实施例4的爆炸图结构示意图；

图8为本实用新型的实施例4中散热翅片与第一截流块和第二截流块的俯视图结构示意图，其中，n=2，箭头表示制冷剂的流动方向；

图9为本实用新型的电池模组群的剖视图结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细描述，但本实用新型的保护范围并不限于此。

如图所示，本实用新型涉及一种采用制冷剂直接冷却系统的动力电池系统，包括动力电池系统本体，所述动力电池系统包括配合设置的下箱体1和上箱盖2，所述下箱体1内并列设有若干电池模组群3，所述上箱盖2上设有散热机构；所述任一电池模组群3配合设有一排竖直方向设置的热管4，所述热管4的下部与电池模组群3贴合，所述热管4的上部穿过上箱盖2设于所述散热机构内；所述上箱盖2和散热机构的外侧罩设有制冷剂直冷机构。

本实用新型中，动力电池系统包括配合设置的下箱体1和上箱盖2，并在下箱体1内并列设置若干电池模组群3。

本实用新型中，为了完成动力电池系统的散热作业，在任一电池模组群3中配合设置竖直方向的热管4，为了保证散热的效率，一般情况下，热管4成排设置；热管4的下部与电池模组群3贴合，作为蒸发端，带走电池模组群3的热量，热管4的上部穿过上箱盖2连接散热机构，作为冷凝端，最大程度的达到热管4的传热效率。

本实用新型中，为了将动力电池系统的散热能最大程度的完成换热，保持动力电池系统的工作温度适宜，同时在上箱盖2的外侧配合设置制冷剂直冷机构，进一步强化换热，使得由散热机构收集的热量能由制冷剂直冷机构进行换热，最大程度降低动力电池系统的整体温度。

本实用新型采用热管4在动力电池系统内部的发热源与动力电池系统外部的散热部件之间建立一条高速的传热通道，将电池模组群3的热量快速、均匀地带到动力电池系统的箱体外部，热管4与动力电池系统的箱体接触处可以进行密封设计以保证动力电池系统箱体的IP67设计，制冷剂在冷却过程中不进入动力电池系统箱体内部，排除了制冷剂在动力电池系统箱体内部泄露的安全风险，同时，竖直设置的热管4得以将热管4的传热效率发挥到最大。

所述制冷剂直冷机构包括外壳5，所述外壳5罩设于所述上箱盖2的外侧，所述外壳5的下缘与上箱盖2的边缘贴合设置，所述外壳5侧边设有制冷剂入口6和制冷剂出口7。

本实用新型中，动力电池系统的上箱盖2与制冷剂直冷机构的外壳5贴紧设置，具体来说，外壳5的下缘与上箱盖2的边缘贴合设置，贴合处无间隙，保证了动力电池系统的IP67设计。

本实用新型中，动力电池系统的上箱盖2、散热机构和外壳5形成一整个直冷通道，直冷通道在外壳5的侧部设有两个开口：制冷剂通过制冷剂入口6进入直冷通道，将热管4和散热机构上的热量带走，制冷剂在直冷通道中循环之后经过制冷剂出口7流出。

本实用新型中，制冷剂入口6和制冷剂出口7分别与外壳5内部的空间空间连通。

所述上箱盖2的上表面的散热机构为散热翅片8，所述散热翅片8包括基板9和若干平行设于基板9上表面的翅片10，所述翅片10平行于电池模组群3的设置方向设置；所述热管4的上端部设于所述基板9内，所述散热翅片8的高度等于所述外壳5的内侧高度，所述基板9的各边长度小于等于所述上箱盖2的对应边的长度，所述翅片10的两端部与外壳5间设有空隙。

本实用新型中，散热机构一般设置为设于上箱盖2的上表面的散热翅片8，散热翅片8本身包括基板9和若干平行设于基板9上表面的翅片10，基板9贴设于上箱盖2的上表面，热管4的上端部穿过上箱盖2设于基板9的内部，翅片10平行于电池模组群3的设置方向设置，即任一电池模组群3配合设置的一排热管4都可以充分的通过多排平行的翅片10进行散热，本实用新型的散热翅片8本身就扩大了散热表面积，以其将热管4的冷凝端的热量带走，保证了动力电池系统的散热效率。

本实用新型中，为了保证直冷通道中制冷剂的流向能被固定，故散热翅片8的整体的高度等于外壳5的内侧高度，即制冷剂只有可能从翅片10间通过。

本实用新型中，为了保证直冷通道中制冷剂能顺利的进行流动，故基板9的各边长度均设置为小于等于上箱盖2的对应边的长度，且翅片10的两端部与外壳5间存在空隙，即制冷剂从制冷剂入口6进入后，不管以哪种途径进行流动，必须会途经完整的翅片10带走热量后才能从制冷剂出口7流出。

所述制冷剂入口6和制冷剂出口7设于翅片10相同端部的外壳5侧边上。

所述制冷剂入口6和制冷剂出口7间的散热翅片8的基板9上设有1个第一截流块11，所述第一截流块11的两端部分别与外壳5的内侧壁和任一翅片10的端部贴合。

所述制冷剂入口6和制冷剂出口7间的散热翅片8的基板9上分布设有n个第一截流块11，所述任一第一截流块11的两端部分别与外壳5的内侧壁和翅片10的端部贴合，所述散热翅片8的基板9的相对端上分布设有n-1个第二截流块12，所述任一第二截流块12的两端部分别与外壳5的内侧壁和翅片10的相对端部贴合，所述基板9两端部的n个第一截流块11和n-1个第二截流块12交替设置；n≥2。

所述制冷剂入口6和制冷剂出口7设于翅片10相对端部的外壳5侧边上。

所述制冷剂入口6和制冷剂出口7以散热翅片8的中心对称设置，且制冷剂入口6和制冷剂出口7分别设于所述外壳5侧边的端部；所述制冷剂入口6侧部的散热翅片8的基板9上分布设有n个第一截流块11，所述任一第一截流块11的两端部分别与外壳5的内侧壁和翅片10的端部贴合，所述制冷剂出口7侧部的散热翅片8的基板9上分布设有n个第二截流块12，所述任一第二截流块12的两端部分别与外壳5的内侧壁和翅片10的端部贴合，所述基板9两端部的n个第一截流块11和n个第二截流块12交替设置；n≥1。

本实用新型中，关于制冷剂在直冷通道中的流动方式，至少存在4种实施例，当制冷剂入口6和制冷剂出口7设于翅片10相同端部的外壳5侧边上时，存在实施例1和实施例2，当制冷剂入口6和制冷剂出口7设于翅片10相对端部的外壳5侧边上时，存在实施例3和实施例4。

实施例1：

本实施例中，制冷剂入口6和制冷剂出口7设于翅片10相同端部的外壳5侧边上，此时，制冷剂入口6和制冷剂出口7间的散热翅片8的基板9上设有1个第一截流块11，且第一截流块11的两端部分别与外壳5的内侧壁和任一翅片10的端部贴合，即制冷剂从制冷剂入口6进入后，由于第一截流块11的存在，其只能朝向散热翅片8的基板9的另一端运动，当制冷剂运动到散热翅片8的基板9的另一端后，从此端的翅片10的端部与外壳5间的空隙中弯曲，最后通过制冷剂出口7输出。

本实施例中，制冷剂的运动路线为U形。

实施例2：

本实施例中，制冷剂入口6和制冷剂出口7设于翅片10相同端部的外壳5侧边上，此时，制冷剂入口6和制冷剂出口7间的散热翅片8的基板9上分布设置了n个第一截流块11，且任一第一截流块11的两端部都分别与外壳5的内侧壁和翅片10的端部贴合，形成拦截结构，在设置了第一截流块11的相对端的基板9上分布设置n-1个第二截流块12，且任一第二截流块12的两端部都分别与外壳5的内侧壁和翅片10的相对端部贴合，形成拦截结构。

本实施例中，基板9两端部的n个第一截流块11和n-1个第二截流块12交替设置，即制冷剂从制冷剂入口6进入后，由于第一个第一截流块11的存在，其只能朝向散热翅片8的基板9的另一端运动，当制冷剂运动到散热翅片8的基板9的另一端后，从此端的翅片10的端部与外壳5间的空隙中弯曲，且由于第一个第二截流块12的存在，其只能从某几道翅片10中流回，当制冷剂运动回到初始端时，由于第一个和第二个第一截流块11的存在，其只能从某几道翅片10中继续朝向散热翅片8的基板9的另一端运动，以此类推，最后通过制冷剂出口7输出。

本实施例中，n为大于等于2的整数，可以由本领域技术人员根据实际的冷却需求进行设置。

实施例3：

本实施例中，制冷剂入口6和制冷剂出口7设于翅片10相对端部的外壳5侧边上。

本实施例中，散热翅片8上没有设置任何截流部件，即制冷剂可以直接从制冷剂入口6朝向制冷剂出口7运动。

本实施例中，制冷剂的运动路线为直线。

实施例4：

本实施例中，制冷剂入口6和制冷剂出口7设于翅片10相对端部的外壳5侧边上，且制冷剂入口6和制冷剂出口7以散热翅片8的中心对称设置，同时制冷剂入口6和制冷剂出口7分别设于外壳5侧边的端部，即制冷剂必然只能从散热翅片8的一个角点流至对角的角点，保证了制冷剂最大程度的通过直冷通道。

本实施例中，在制冷剂入口6侧部的散热翅片8的基板9上分布设置n个第一截流块11，且任一第一截流块11的两端部分别与外壳5的内侧壁和翅片10的端部贴合，形成拦截结构，制冷剂出口7侧部的散热翅片8的基板9上分布设置n个第二截流块12，任一第二截流块12的两端部分别与外壳5的内侧壁和翅片10的端部贴合，形成拦截结构。

本实施例中，基板9两端部的n个第一截流块11和n个第二截流块12交替设置，即制冷剂从制冷剂入口6进入后，由于第一个第一截流块11的存在，其只能朝向散热翅片8的基板9的另一端运动，当制冷剂运动到散热翅片8的基板9的另一端后，从此端的翅片10的端部与外壳5间的空隙中弯曲，且由于第一个第二截流块12的存在，其只能从某几道翅片10中流回，当制冷剂运动回到初始端时，由于第一个和第二个第一截流块11的存在，其只能从某几道翅片10中继续朝向散热翅片8的基板9的另一端运动，以此类推，最后通过制冷剂出口7输出。

本实施例中，n为大于等于1的整数，可以由本领域技术人员根据实际的冷却需求进行设置。

所述电池模组群3包括并列设置的2排电池模组13，所述一排热管4设于所述2排电池模组13间，所述一排热管4和电池模组13间设有导热片层14。

本实用新型中，采用热管4在动力电池系统的箱体内部的电池模组13与动力电池系统的箱体外部的散热翅片8之间建立起一条高速的传热通道，将电池产生的热量快速地传递到动力电池系统的箱体外部的散热翅片8上去，由于热管4的热传递阻力非常小，散热效率非常高，动力电池系统的内部的散热不均匀问题将被减弱，此外，电池产生的热量通过热管4传递到动力电池系统的外部，动力电池系统的箱体的密封得到保证，保证了动力电池系统的箱体的IP67设计。

本实用新型中，热管4的两侧分别与两块导热片层14贴紧，两块导热片层14的另外一侧分别与两排电池模组13贴紧，并通过预紧力来保证热管4、导热片层14和电池模组13之间的紧密贴合，保证了热管4能最大程度的将电池产生的热量快速地传递到动力电池系统的箱体外部的散热翅片8上去。

本实用新型解决了现有技术中，随着消费者对快速充电和大功率放电等的要求越来越高，常规的自然冷却、风冷和液冷的冷却方式已经越来越难以满足这些要求，利用制冷剂作为冷却工质直接对动力电池系统进行冷却的方式已经用于动力电池系统，然而现有的应用都是将压缩过的制冷剂直接通入动力电池系统，而导致的存在制冷剂在电池箱内部泄漏的风险的问题，通过在动力电池系统的下箱体1内并列设置若干电池模组群3，并为任一电池模组群3配合设置一排竖直方向设置的热管4，热管4的下部与电池模组群3贴合，作为蒸发端，带走电池模组群3的热量，热管4的上部穿过上箱盖2连接散热机构，作为冷凝端，最大程度的达到热管4的传热效率，并同时在上箱盖2的外侧配合设置制冷剂直冷机构，进一步强化换热；本实用新型采用热管4在动力电池系统内部的发热源与动力电池系统外部的散热部件之间建立一条高速的传热通道，将电池模组群3的热量快速、均匀地带到动力电池系统的箱体外部，热管4与动力电池系统的箱体接触处可以进行密封设计以保证动力电池系统箱体的IP67设计，制冷剂在冷却过程中不进入动力电池系统箱体内部，排除了制冷剂在动力电池系统箱体内部泄露的安全风险，同时，竖直设置的热管4得以将热管4的传热效率发挥到最大。