一种用于锂离子电池组的热交换装置的制作方法

本发明涉及电动车电池组领域，特别涉及一种用于锂离子电池组的热交换装置。

背景技术：

由于锂离子电池组受温度影响大，容易使电池电解液分解进而引起电池早衰，现有锂离子电池组在使用时通常需要对其进行强制通风散热，以避免热量堆积。但是，由于电动汽车刚刚启动时或者爬坡时，电池组将散发的热量要比正常运行时的热量要多很多，传统的散热风扇往往很难短时间内将这些热量进行散发，这些热量会导致电池组电芯温度快速升高，当电芯温度达到45℃以上，该电芯将处于快速放电状态，而未达到该温度的电芯仍处于正常放电状态，多次以后，处于快速放电状态电芯的使用寿命和性能将大大减退，电池组的性能亦将达不到初期的设计要求和目标。

因此，风冷的方式并不能达到使电池组均匀散热的目的，同时，在向电池组通风的同时，容易将粉尘和其他杂物带入电池组内而污染电芯，导致电池组充电放电状态不佳，严重时，易导致电池组内形成局部小范围的短路，进一步加重电池组内不均匀放热情况，使电池性能大幅降低。

在现有技术中，还有一种通过采用油液来对电池组进行循环散热，大致方案是，向电池箱内通入油液，通过油液对电池组进行有效散热，由于液体的导热系数要高于气体，通过液冷的方式可实现快速均匀散热，弥补了风冷的不足，但是，电池组与油液直接接触不利于电池组的长期使用和安全性，易腐蚀和破坏电池组的密封性，造成电池组短路而报废，同时，采用液冷的方式对电池箱及电池组的结构和材料要求较高，对电池箱的密封性能有严格的条件限制，导致液冷的方式成本较空冷要高出很多，因此，液冷的方式也存在着较多的不足。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于锂离子电池组的热交换装置，通过提高换热效率，简化换热装置，与锂离子电池组相配合，提高电池组的散热能力。

本发明采用的技术方案如下：一种用于锂离子电池组的热交换装置，包括热交换器，热交换器的上部设有用于通入制冷气体的气体进口、用于排出制冷气体的气体出口、用于通入冷却液的冷却液进口和用于排出冷却液的冷却液出口，热交换器内，气体进口密封连接一个用于热交换的热交换室，热交换室的一侧为与冷却液进口相对应的冷却液容纳室，热交换室的另一侧为与冷却液出口相对应的冷却液缓流室，热交换室将制冷气体通入冷却液内，使制冷气体与冷却液发生热交换。

由于上述结构的设置，制冷气体通过气体进口进入热交换器的热交换室内，需要换热的冷却液通过冷却液进口进入冷却液容纳室，热交换室通过制冷气体对冷却液进行换热，换热后的冷却液流入冷却液缓流室内，经冷却液出口排出热交换器外，以利用换热后的冷却液对电池组进行散热，并达到循环利用的目的。

进一步，为了更好地实施本发明的热交换装置，热交换室、冷却液容纳室和冷却液缓流室均为独立地腔室，热交换室的上部设有与冷却液容纳室连通的进液口，热交换室的下部设有与冷却液缓流室连通的排液口，气体进口的下端延伸至热交换室的底部自为一体形成延伸管。

由于上述结构的设置，需要换热的冷却液进入并存储在冷却液容纳室内，冷却液容纳室内的冷却液经进液口向热交换室内排入，制冷气体通过延伸管向热交换室内排放制冷气体，制冷气体与冷却液直接接触，并使冷却液“沸腾”，冷却液与制冷气体直接接触换热的方式的换热效率，比用换热管进行管壁换热的方式的换热效率要高，进而提高了热交换装置的换热效率，使冷却液能更好地对电池组进行均匀散热。经换热后的冷却液通过排液口流入冷却液缓流室内，冷却液缓流室内的冷却液通过冷却液出口对外排出，换热后的制冷气体则通过气体出口排出热交换器，以重复利用制冷气体。

进一步，为了增强换热效果，延伸管的下端设有排气管，排气管上均布若干排气孔。通过排气孔向冷却液内排入制冷气体，使制冷气体与冷却液接触面积增大，接触时间延长，接触区域更分散，利于均匀换热，同时，排气孔的设置还能降低冷却液“沸腾”的强度，防止冷却液进入气体进口内污染管路，提高了制冷气体的利用率。

进一步，为了排出换热后的制冷气体，气体出口的下端伸入热交换室内，并与热交换室密封连接，气体出口的下端不与冷却液接触。换热后的制冷气体上升至热交换室内部的上部，经热交换室上部的气体出口排出。

作为改进，考虑到冷却液容纳室和冷却液缓流室内的气体不易排出，热交换室、冷却液容纳室和冷却液缓流室的顶部分别设有用于排气的出气孔，热交换室、冷却液容纳室和冷却液缓流室彼此之间存在的间隙空间在热交换器内形成辅助换热室，气体出口内设有减压阀，气体出口的下端置于辅助换热室内，辅助换热室通过气体出口排出制冷气体。

由于上述结构的设置，热交换室、冷却液容纳室和冷却液缓流室的气体通过出气孔排入辅助换热室内，由于排出的气体绝大部分是换热后的制冷气体，其仍存在一部分未利用的能量，这些换热后的制冷气体在辅助换热室内能够对热交换室、冷却液容纳室和冷却液缓流室的壁面进行换热，进而起到辅助换热的作用，提高了制冷气体的利用率，减压阀的设置是为了延长制冷气体在辅助换热室内的停留时间，进一步提高利用率。

作为一种替选方案，冷却液容纳室与冷却液缓流室相通，气体出口内设有减压阀，且气体出口分别置于冷却液容纳室和冷却液缓流室内，气体进口的下端延伸至热交换室内，并与热交换室密封连接，热交换室的周身设有若干换热孔。

由于上述结构的设置，热交换室通过换热孔向冷却液容纳室和冷却液缓流室内排放制冷气体，制造更广更高效的换热区域，使进入热交换器内的冷却液不断“沸腾”，换热后的冷却液通过冷却液进口向外排出，待热交换器内的气压超过设定值后，减压阀被打开，制冷气体则通过气体出口向外排出。

为了进一步提高换热效率，热交换室的横截面的形状为T形，冷却液进口和冷却液出口的下端分别向下延伸至冷却液内。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：制冷气体通过气体进口进入热交换器的热交换室内，需要换热的冷却液通过冷却液进口进入冷却液容纳室，热交换室通过制冷气体对冷却液进行换热，换热后的冷却液流入冷却液缓流室内，经冷却液出口排出热交换器外，通过采用制冷气体与冷却液直接接触的方式，使冷却液“沸腾”，提高了制冷气体与冷却液的换热效率，使冷却液能快速恢复至工作性能，提高了锂离子电池组的散热性能，在一定程度上降低了液冷的使用和制造成本，提高了液冷的适应性，经实验得出，与管壁换热方式相比，例如与列管式换热器和板式换热器，采用制冷气体与冷却液直接接触的方式的换热效率比板式换热器的换热效率高出21%以上，比列管式换热器的换热效率高出13%以上。

附图说明

图1是一种锂离子电池组结构示意图；

图2是图1中揭开上盖后的结构示意图；

图3是图2的正视结构示意图；

图4是图2的俯视结构示意图；

图5是图2中电绝缘导热袋结构示意图；

图6是图2中电绝缘导热薄袋结构示意图；

图7是图2中热交换器内部的一种结构示意图；

图8是图7的正视结构示意图；

图9是图8中热交换室内的延伸管结构示意图；

图10是图2中热交换器内部的另一种结构示意图；

图11是图10的正视结构示意图。

图中标记：1为外壳，101为输入孔， 102为输出孔，2为电芯，201为电芯片，3为热交换器，301为气体进口，302为气体出口，303为冷却液进口，304为冷却液出口，4为电绝缘导热袋，401出口，5为电绝缘导热薄袋，501为进口孔，502为出口孔，6为上盖，601为安装孔，7为热交换室，8为冷却液容纳室，9为冷却液缓流室，10为进液口，11为排液口，12为延伸管，1201为排气管，1202为排气孔，13为辅助换热室，14为换热孔。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图6所示，一种锂离子电池组，包括外壳1和置于外壳1内的若干电芯2，外壳1上设有用于输液管路穿过的输入孔101和输出孔102（输入孔101和输出孔102在外壳上呈对称分布），锂离子电池组内设有热交换装置，热交换装置包括热交换器3，相邻电芯2之间设有装有冷却液的电绝缘导热袋4，电绝缘导热袋4的两侧面与电芯2的侧面紧密贴合，以使电绝缘导热袋4与电芯2之间发生热交换。热交换器3用于冷却液与气体的热交换。热交换器3的上部设有用于通入制冷气体的气体进口301、用于排出制冷气体的气体出口302、用于通入冷却液的冷却液进口303和用于排出冷却液的冷却液出口304，气体进口301连接能泵入制冷气体的空气泵（图中未画出），气体出口302连接制冷装置（图中未画出）以形成气体回路。冷却液出口304与液体泵（图中未画出）连接，即通过液体泵将热交换器3内的经热交换后的冷却液泵出，液体泵的输出端通过输液管路将冷却液送入电绝缘导热袋4内，电绝缘导热袋4上设有出口401，如图5所示，出口401通过输液管路与冷却液进口303连接以形成冷却液回路，即电绝缘导热袋4内的冷却液经热交换后被重新送至热交换器3内继续重复利用。

热交换器3接收制冷气体后，热交换器3内的冷却液与制冷气体发生热交换，冷却液温度降低，冷却后的冷却液通过液体泵和输液管路送入电绝缘导热袋4内，电绝缘导热袋4内充满低温冷却液，由于电芯2与电绝缘导热袋4是面接触，电芯2表面上的绝大部分热量被流动的低温冷却液带走，获得热量的冷却液通过输液管路回流至热交换器3内继续利用，进而实现了对锂离子电池组的快速均匀散热，由于冷却液整个过程都不与电芯2发生直接接触，也就避免了冷却液腐蚀和造成短路的缺陷。

为了进一步增大电芯2与冷却液的换热面积，提高冷却液快速均匀散热的能力，所述电芯2包括电芯片201，相邻电芯片201之间设有装有冷却液的电绝缘导热薄袋5，如图6所示，电绝缘导热薄袋5上设有进口孔501和出口孔502，进口孔501连接液体泵，出口孔502连接冷却液进口303，冷却液经液体泵泵入电绝缘导热薄袋5，并通过电绝缘导热薄袋5与电芯片201发生热交换，热交换后的冷却液不断被新泵入的冷却液替代，并通过电绝缘导热薄袋5的出口孔502排出，进而实现了电绝缘导热薄袋5持续地与电芯片201进行热交换。

更进一步地说，热交换器3内，气体进口301密封连接一个用于热交换的热交换室7，如图7至图11所示，热交换室7的一侧为与冷却液进口303相对应的冷却液容纳室8，热交换室7的另一侧为与冷却液出口304相对应的冷却液缓流室9，热交换室7将制冷气体通入冷却液内，使制冷气体与冷却液发生热交换。

制冷气体通过气体进口301进入换热器的热交换室7内，需要换热的冷却液通过冷却液进口303进入冷却液容纳室8，热交换室7通过制冷气体对冷却液进行换热，换热后的冷却液流入冷却液缓流室9内，经冷却液出口304排出热交换器外，实现循环利用的目的。

作为一种实施方式，为了更好地实施本发明的热交换装置，热交换室7、冷却液容纳室8和冷却液缓流室9均为独立地腔室，如图7至图9所示，热交换室7的上部设有与冷却液容纳室8连通的进液口10，热交换室7的下部设有与冷却液缓流室9连通的排液口11，气体进口301的下端延伸至热交换室7的底部自为一体形成延伸管12。需要换热的冷却液进入并存储在冷却液容纳室8内，冷却液容纳室8内的冷却液经进液口10向热交换室7内排入，制冷气体通过延伸管12向热交换室7内排放制冷气体，制冷气体与冷却液直接接触，并使冷却液“沸腾”，冷却液与制冷气体直接接触换热的方式的换热效率，比用换热管进行管壁换热的方式的换热效率要高，进而提高了热交换装置的换热效率，使冷却液能更好地对电池组进行均匀散热。经换热后的冷却液通过排液口11流入冷却液缓流室9内，冷却液缓流室9内的冷却液通过冷却液出口304对外排出，换热后的制冷气体则通过气体出口302排出热交换器3外，以重复利用制冷气体。

作为一种实施方式，为了增强换热效果，延伸管12的下端设有排气管1201，如图9所示，排气管1201上均布若干排气孔1202。通过排气孔1202向冷却液内排入制冷气体，使制冷气体与冷却液接触面积增大，接触时间延长，接触区域更分散，利于均匀换热，同时，排气孔1202的设置还能降低冷却液“沸腾”的强度，防止冷却液进入气体进口内污染管路，提高了制冷气体的利用率。

更进一步地说，为了排出换热后的制冷气体，气体出口302的下端伸入热交换室7内，并与热交换室7密封连接，如图7和图8所示，气体出口302的下端不与冷却液接触。换热后的制冷气体上升至热交换室7内部的上部，经热交换室7上部的气体出口302排出。

作为一种改进地实施方式，考虑到冷却液容纳室8和冷却液缓流室9内的气体不易排出，热交换室7、冷却液容纳室8和冷却液缓流室9的顶部分别设有用于排气的出气孔，热交换室7、冷却液容纳室8和冷却液缓流室9彼此之间存在的间隙空间在热交换器3内形成辅助换热室13，气体出口302内设有减压阀，气体出口302的下端置于辅助换热室13内，辅助换热室13通过气体出口302排出制冷气体。热交换室7、冷却液容纳室8和冷却液缓流室9的气体通过出气孔排入辅助换热室13内，由于排出的气体绝大部分是换热后的制冷气体，其仍存在一部分未利用的能量，这些换热后的制冷气体在辅助换热室13内能够对热交换室7、冷却液容纳室8和冷却液缓流室9的壁面进行换热，进而起到辅助换热的作用，提高了制冷气体的利用率，减压阀的设置是为了延长制冷气体在辅助换热室13内的停留时间，进一步提高利用率。

作为一种替选地实施方式，冷却液容纳室8与冷却液缓流室9相通，如图10和图11所示，气体出口302内设有减压阀，且气体出口302分别置于冷却液容纳室8和冷却液缓流室9内，气体进口301的下端延伸至热交换室7内，并与热交换室7密封连接，热交换室7的周身设有若干换热孔14，换热孔14可以为单向换热孔。热交换室7通过换热孔14向冷却液容纳室8和冷却液缓流室9内排放制冷气体，制造更广更高效的换热区域，使进入热交换器3内的冷却液不断“沸腾”，换热后的冷却液通过冷却液进口303向外排出，待热交换器3内的气压超过设定值后，减压阀被打开，制冷气体则通过气体出口302向外排出。

为了进一步提高换热效率，热交换室7的横截面的形状为T形，冷却液进口303和冷却液出口304的下端分别向下延伸至冷却液内。

经实验得出，与管壁换热方式相比，例如与列管式换热器和板式换热器，采用制冷气体与冷却液直接接触的方式的换热效率比板式换热器的换热效率高出21%以上，比列管式换热器的换热效率高出13%以上，换热效率明显提高，具有显著地经济效益，能够为电动汽车长久节约能耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。