PHEV电池包冷却结构的制作方法

本发明涉及新能源汽车动力电池的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种phev电池包冷却结构。

背景技术：

在现有技术中，新能源汽车中的ev和phev汽车的动力电池采用的冷却方式为自然冷却、风冷和水冷、冷媒管带接触冷却等。其中风冷的方式结构特点为电池包设计新风口，通过鼓风机将新风循环进电池包，通过空气辐射传导的方式换热，它的缺点是换热效率低、动力电池包密封效果差；冷媒管带接触冷却的方式特点为设计可通过冷媒的管带，布置在电池模组下端直接接触电池模组，通过传导换热的方式冷却，其缺点为冷却回路需要设计控制阀，对控制要求较高，而且管带有结露的问题。水冷方式的结构特点为将冷却循环水路布置在电池模组内，通过传导的方式冷却模组，其缺点为成本较高，增重较多；故障情况下，有安全风险。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种phev电池包冷却结构。

为了解决发明所述的技术问题并实现发明目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明的phev电池包冷却结构，其特征在于：所述冷却结构包括位于电池包内部的内部模块和位于电池包外部的外部模块；所述电池包外部模块包括用于将气态制冷剂压缩成高温高压的制冷剂气体的压缩机，用于将所述高温高压的制冷剂气体冷凝成高温高压的液态制冷剂的冷凝器，用于缓冲以及存储所述液态制冷剂的干燥储液器，以及与所述干燥储液器通过管路连接的膨胀阀；所述电池包内部模块包括蒸发器芯体、过渡风道、鼓风机和分风风道，所述蒸发器芯体的制冷剂输入端与所述膨胀阀的输出端连接，制冷剂输出端与所述膨胀阀的输入端连接，所述蒸发器芯体的冷空气出口与过渡风道的入口连通，所述过渡风道的出口与鼓风机的入口连通，所述鼓风机的出口与分风风道的入口连通。

其中，所述蒸发器芯体包括箱体，所述箱体的前端设置有空气入口通道，所述箱体的后端设置有与所述空气入口通道连通的冷空气舱，所述冷空气舱上设置有与所述过渡风道连通的冷空气出口，所述空气入口通道内布置有呈格栅状的制冷剂通道阵列，所述制冷剂通道阵列的入口端通过制冷剂入口管路与膨胀阀的输出端连接，所述制冷剂通道阵列的出口端通过制冷剂出口管路与膨胀阀的输入端连接。

其中，所述箱体的下部还设置有集水槽，并且所述集水槽设置在所述制冷剂通道阵列的下方，而所述集水槽的底部设置有单向出水口。

其中，所述过渡风道包括与所述蒸发器芯体的冷空气出口连通的扁平风管和与所述扁平风管连通的旋风出口，并且所述扁平风管的长度大于所述旋风出口的直径。

其中，所述分风风道包括与所述鼓风机出口端连通的入口段，以及将冷空气分配至电池模组附近的出口段，所述入口段和出口段之间为过渡段；并且所述入口段沿着鼓风机出口端至过渡段的方向具有逐渐变高的高度，和逐渐变宽的宽度；所述过渡段沿着所述入口段和出口段的方向具有逐渐变低的高度，和逐渐变宽的宽度。

其中，所述出口段的两侧和外端部均设置有出风口，作为优选地，所述出口段具有恒定的宽度和高度(即横截面具有相同的形状)。

其中，所述分风风道的长高比为15～35∶1之间，宽高比为1.8～5.5∶1之间。

其中，所述电池包内设置有主隔舱，所述主隔舱内布置有电池模组。

其中，所述电池包还包括副隔舱，所述蒸发器芯体、过渡风道和鼓风机位于所述副隔舱内，所述分风风道位于主隔舱内。

与最接近的现有技术相比，本发明所述的phev电池包冷却结构具有以下有益效果：

本发明的phev电池包冷却结构，根据phev动力电池的温度要求特点，采用冷却芯体与电池模组分舱设计，结合了冷媒冷却和风冷的优点，同时将整个系统布置在电池包内，不仅保证了冷却效果，而且还进一步提高了密封性。

附图说明

图1为本发明的phev电池包冷却原理示意图。

图2本发明的phev电池包冷却结构中的气流流动方向示意图。

图3为本发明的phev电池包内部冷却结构的立体示意图。

图4为本发明的phev电池包内部冷却结构的平面示意图。

图5为phev电池包内部冷却结构采用的蒸发器芯体的结构示意图。

图6为图5沿a-a方向的横截面结构示意图。

图7为图6圆圈部分指示的c区域的放大结构示意图。

图8为图5沿b-b方向的横截面结构示意图。

图9为phev电池包内部冷却结构采用的蒸发器芯体的左视图。

图10为phev电池包内部冷却结构采用的蒸发器芯体的俯示图。

图11为phev电池包内部冷却结构采用的过渡风道结构示意图。

图12为图11沿a-a方向的横截面结构示意图。

图13为phev电池包内部冷却结构采用的扁平鼓风机的结构示意图。

图14为图13沿a-a方向的横截面结构示意图。

图15为phev电池包内部冷却结构采用的分风风道结构示意图。

图16为图15沿a-a方向的横截面结构示意图。

图17为phev电池包内部冷却结构采用的分风风道的左视图。

图18为集成了本发明的内部冷却结构的phev电池包结构示意图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明所述的phev电池包冷却结构做进一步的阐述，以期对本发明的技术方案做出更完整和清楚的说明。

本发明的phev电池包冷却结构，包括电池包内部模块和电池包外部模块。如图1所示，所述电池包外部模块包括压缩机1、冷凝器2、冷凝风扇3、干燥储液器4和膨胀阀5。所述电池包内部模块主要包括蒸发器芯体和鼓风机。本发明的冷却结构的制冷原理如下：通过压缩机1将气态制冷剂压缩成高温高压的制冷剂气体后排出，流经冷凝器，冷凝器通过冷凝风扇3散热、降温将高温高压的制冷剂气体冷凝成高温高压的液态制冷剂，然后经干燥储液器、管路和膨胀阀，节流后状态变成低温低压的液态制冷剂，进入蒸发器芯体，吸收流经蒸发器的空气热量，使空气温度降低，通过鼓风机吹出冷风，并经分风风道组织气流流经各个动力电池模组，产生制冷效果。同时制冷剂因吸热而蒸发成低温低压的气态制冷剂，经膨胀阀和管路再次被压缩机吸入，压缩，进入下一个循环。本发明的phev电池包冷却结构中的气流流动方向如图3所示，因电池工作产生热量，电池包内形成热空气，当温度达到空调冷却系统工作的阈值，鼓风机工作，将热空气吸入本设计的蒸发器芯体，吸收流经蒸发器的空气热量，使空气温度降低，通过鼓风机吹出冷风，并经分风风道组织气流流经各个动力电池模组，产生制冷效果。

如图2和图4所示，在本发明中，电池包内部模块包括蒸发器芯体10、过渡风道20、鼓风机30和分风风道40。所述蒸发器芯体的制冷剂输入端与所述膨胀阀的输出端连接，制冷剂输出端与所述膨胀阀的输入端连接，所述蒸发器芯体的冷空气出口与过渡风道的入口连通，所述过渡风道的出口与鼓风机的入口连通，所述鼓风机的出口与分风风道的入口连通。

如图5-10所示，所述蒸发器芯体包括箱体，所述箱体的前端设置有空气入口通道，所述箱体的后端设置有与所述空气入口通道连通的冷空气舱，所述冷空气舱上设置有与所述过渡风道连通的冷空气出口，所述空气入口通道内布置有呈格栅状的制冷剂通道阵列，所述制冷剂通道阵列的入口端通过制冷剂入口管路与膨胀阀的输出端连接，所述制冷剂通道阵列的出口端通过制冷剂出口管路与膨胀阀的输入端连接。所述箱体的下部还设置有集水槽，并且所述集水槽设置在所述制冷剂通道阵列的下方，而所述集水槽的底部设置有单向出水口。

如图11-12所示，所述过渡风道包括与所述蒸发器芯体的冷空气出口连通的扁平风管和与所述扁平风管连通的旋风出口，并且所述扁平风管的长度大于所述旋风出口的直径。

如图13-14所示，本发明采用的鼓风机为吸风式鼓风机，为了方便设置并减少空间体积的占用，所述鼓风机设计成侧端出风的形式。

如图15-17所示，所述分风风道包括与所述鼓风机出口端连通的入口段，以及将冷空气分配至电池模组附近的出口段，所述入口段和出口段之间为过渡段；并且所述入口段沿着鼓风机出口端至过渡段的方向具有逐渐变高的高度，和逐渐变宽的宽度；所述过渡段沿着所述入口段和出口段的方向具有逐渐变低的高度，和逐渐变宽的宽度。所述出口段的两侧和外端部均设置有出风口，作为优选地，所述出口段具有恒定的宽度和高度。所述分风风道的长高比为15～35∶1之间，宽高比为1.8～5.5∶1之间。

如图18所示，所述电池包内设置有主隔舱，所述主隔舱内布置有电池模组。其中，所述电池包还包括副隔舱，所述蒸发器芯体、过渡风道和鼓风机位于所述副隔舱内，所述分风风道位于主隔舱内。

通过电池包热负荷计算，本发明设计了小型化的蒸发器芯体10，布置在隔舱化设计的电池包内，其作用为使电池包内的空气流经芯体时进行换热。因电池包高度限制，需要设计扁平鼓风机结构30，其作用为空气流动提供动力。为均衡冷却电池模组，通过进行仿真分析，设计了过渡风道20和分风风道40。针对空调冷媒传热性能好，安全性佳的特点，充分利用汽车空调的原理，通过热负荷计算，将其小型化并布置在电池包内，该技术方案成熟、可靠，相对水冷方案还具有成本优势；为解决冷芯凝露积水问题，在冷芯箱体结构下部，设计水槽及单向出水孔，及时排出凝结水，保证电池包的安全性；隔舱化设计冷却系统；为提高空气流动的风速，采用鼓风机吸风的布置方式，有效保证了使风道末端电池模组附近气流流速满足冷却换热的要求。

实施例1

下面我们以某20ah电芯为例来设计相应的phev电池包冷却结构。

首先，通过arc设备测试得到电芯的绝热产热量如表1所示。

表1

以电芯4c持续放电作为输入条件，电池包为2p92s，因此整包理论产热量为：

2×92×9441.24＝1737188.16j，放电时间为15min＝900s；计算w值如下：

1737188.16j/900s＝1930.21w。

因此，选用的蒸发器的功率带走全部的理论产热即可，本电池包中，选用2000w制冷量的蒸发器＞1930w，可以满足制冷要求。

phev动力电池系统的技术要求如表2所示。

表2

为了减少副隔舱的体积，在本实施中选择的鼓风机的长宽尺寸均为120mm，厚度为32mm；蒸发器芯体的长度为285mm，高度为约77mm，宽度为约110mm。分风风道的总长度约为860mm，并且风道的宽度为约68～144mm，高度为约27～45mm。本发明的实施例通过建立模型，模拟电池包的温度场各个区域的温度，求出满足温度的限值，确定分风风道的流速及各个风口流速的温度。根据分风风道的流速、风口流速的温度等要求，设计出了如上述所述具有入口段、过渡段和出口段的分风风道结构，该结构不仅有效减少了体积，而且还有利于减少风阻，使得温度分布更加合理。通过cfd仿真设计计算分风风道内的气体场分布，从中看以看出在入口段风速为12～18m/s的条件下，在出口段可维持在0.1～5.0m/s的水平。通过cfd仿真设计计算电池包内温度场分布，从中可以看出主隔舱内的温度维持在约20～45℃的水平。

对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。