一种基于柔性微小多孔扁管的动力电池液冷模块

1.本发明属于电动汽车动力电池模块结构设计领域，具体涉及纯电动汽车或混合动力汽车用一种基于柔性微小多孔扁管的动力电池液冷模块。


背景技术：

2.电动汽车与普通燃油汽车最大的区别就是供能方式不同，因此电动汽车的技术关键就是动力电池。动力电池的性能优劣直接影响电动汽车的整车性能、安全和使用寿命。
3.动力电池众多性能参数中，温度是非常关键的参数，会影响电池的性能、寿命和安全。一般来说，电池的系统在15摄氏度到40摄氏度的区间内可以实现最佳功率输出和输入，但温度区间因电池而异。动力电池的使用性能及寿命与自身温度有直接的关系，温度过低会导致电池性能下降，过高则可能引发起火、爆炸等安全事故，同时较大的温差会降低电池一致性，大量电池并联或串联会使上述情况更加恶化。
4.合理的电池组结构及热管理系统应使电池组在最佳温度范围内工作，实现电池组温度分布的均匀性，并能有效防止热失控灾害的发生。这就需要我们进行一个高均温性液冷处理，特别是现在随着能量密度的提升、高镍体系的运用，镍的成分增高，负反映门槛降低，散热的要求增高。在对电池热管理系统的设计目标上，要求对电池组的加热或冷却系统进行优化设计,使得电池系统内的任意一个电芯的温度维持在设定范围内,一般要求在5摄氏度以内，避免由于电芯的温度差异过大降低电芯性能的一致性，从而整体提升动力电池组的使用寿命。
5.从传热介质的角度，现有动力电池热管理系统分为：空气冷却式热管理、液体冷却式热管理、相变蓄热式热管理以及热管式热管理。从四类热管理形式上看：空冷式热管理装置简单，成本较低，是前期已产业化电动汽车采用的主要方式，但往往需从动力电池腔体内设置空气管道与外部相通，存在涉水安全性差的问题；相变式热管理技术，目前还集中在实验室研究阶段，鉴于相变材料在单相时导热系数较低，离应用还有一段距离；热管式热管理则由于其高效的传热效率，已成认为当前动力电池热管理技术的研究的热点之一；液冷式热管理是最为有效的降温方式之一，传热效率较高，但不足之处是常规式液冷式热管理结构设计中电池温度温差较大，需要进一步提升模组的温度均匀性。
6.另一方面，对于动力电池成组结构来说，当车辆行驶在不平路面或是急加速、急刹车时，车身结构会产生振动和冲击，单体电池不可避免发生偏移，对其机械固定结构产生冲击力，严重时会导致电池与电池之间的碰撞，引起安全事故。在有单个电池发生热失控而爆破时，其周边电池会因冲击力受到破坏从而引发严重的热失控传播事故，造成周边电池产生连锁热失控反应，并可能因此酿成重大事故。


技术实现要素：

7.本发明的目的就在于为了避免现有技术所存在的不足，而提供一种基于柔性微小多孔扁管的动力电池液冷模块,实现对电池组的快速散热，有效提升动力电池组热管理的
传热速率和温度均匀性，并能缓冲单体电池的振动与偏移。
8.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
9.一种基于柔性微小多孔扁管的动力电池液冷模块，包括呈阵列状排布的多个单体圆柱电池、上下并排设置且按相反方向弯曲缠绕在每个单体圆柱电池侧壁上的上柔性微小多孔扁管和下柔性微小多孔扁管；其中，单体圆柱电池可以呈阵列状排列成2-10行，每行排列4-20颗单体圆柱电池；两个柔性微小多孔扁管内流动换热工质通常为乙醇与水的混合物；
10.所述上柔性微小多孔扁管和下柔性微小多孔扁管与每个单体圆柱电池的贴合弧度不少于180度，且上柔性微小多孔扁管和下柔性微小多孔扁管与每个单体圆柱电池的贴合面弧度方向相反，即上柔性微小多孔扁管和下柔性微小多孔扁管的弧度角完全错开，使得每一个单体圆柱电池获得的侧壁换热区域呈倾斜式交叉，能够实现热量在两个柔性微小多孔扁管和单体圆柱电池之间的快速传递，并保证单体电池的最小温差；
11.所述上柔性微小多孔扁管和下柔性微小多孔扁管内换热工质流动方向相反，进一步提升了电池模组温度的均匀性；
12.所述上柔性微小多孔扁管和下柔性微小多孔扁管的内腔沿扁管宽度方向均分隔成多个微小通道，能够增加换热工质与扁管内部通道之间的接触面积，从而提升传热速率；其中，上柔性微小多孔扁管和下柔性微小多孔扁管内均间隔设置6-20个微小通道。
13.作为本发明的进一步优化方案，所述上柔性微小多孔扁管和下柔性微小多孔扁管的宽度均为单体圆柱电池高度的0.35-0.45倍，这样，能够保证上柔性微小多孔扁管和下柔性微小多孔扁管将单体圆柱电池的侧壁趋于饱和式包裹，提升冷却效率。
14.作为本发明的进一步优化方案，所述上柔性微小多孔扁管与下柔性微小多孔扁管均为橡胶制成的波纹管，且波纹管内部设置有铝材制成的骨架；这样的材料使得扁管具有热胀冷缩变形和抗击冲击位移变形的能力：热胀冷缩变形可以增加扁管自身微小通道的截面尺寸大小，增加换热工质的流通量，增加单位时间的换热量，提升传热速率；抗击冲击位移变形的能力则可以缓解汽车行驶过程的振动与冲击。
15.作为本发明的进一步优化方案，所述上柔性微小多孔扁管和下柔性微小多孔扁管宽度方向对应的两侧壁上均粘接有导热硅胶膜，能够进一步增加换热效率，以及缓解汽车行驶过程的振动与冲击。
16.本发明的有益效果在于：
17.1)本发明采用上下两层柔性微小多孔扁管反方向缠绕多个单体圆柱电池间，上柔性微小多孔扁管和下柔性微小多孔扁管在每一个单体圆柱电池侧壁的紧密贴合弧度不少于180度，且在单体圆柱电池的截面上该上下两处弧度角完全错开，使得每一个电池获得的侧壁换热区域呈倾斜式交叉，能够实现热量在两个柔性微小多孔扁管和单体电池之间的快速传递，并保证单体电池的最小温差；
18.2)本发明上下两层柔性微小多孔扁管进出口位置错开式设计，使得换热工质在电池模组间呈反方向流动，进一步提升了电池模组温度的均匀性；
19.3)本发明上下两层柔性微小多孔扁管采用铝材为骨架材料，并与橡胶复合制成的波纹管，具有热胀冷缩变形和抗击冲击位移变形的能力，可以增加其自身微小通道的截面尺寸大小，增加换热工质的流通量，增加单位时间的换热量，提升传热速率；
20.4)本发明采用上下两层柔性微小多孔扁管反方向缠绕单体圆柱电池，并在柔性微小多孔扁管的两面侧壁上均粘附有导热硅胶膜，借助柔性微小多孔扁管的抗击冲击位移变形的能力，以及导热硅胶膜的柔软性，能够能缓冲单体电池的振动与偏移，避免电池受冲击发生热失控的风险。
附图说明
21.图1是本发明的整体立体结构示意图。
22.图2是本发明的整体主视图。
23.图3是本发明的整体左视图。
24.图4是本发明两层柔性微小多孔扁管的俯视图。
25.图5是本发明的上柔性微小多孔扁管俯视图。
26.图6是本发明的下柔性微小多孔扁管俯视图。
27.图7是本发明的柔性微小多孔扁管剖面结构示意图。
28.图8是本发明的中间高度水平截面的电池温度计算图。
29.图中：1、单体圆柱电池；2、上柔性微小多孔扁管；21、上柔性微小多孔扁管进口；22、上柔性微小多孔扁管出口；3、下柔性微小多孔扁管；31、下柔性微小多孔扁管进口；32、下柔性微小多孔扁管出口；4、微小通道；5、导热硅胶膜。
具体实施方式
30.下面结合附图对本技术作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本技术进行进一步的说明，不能理解为对本技术保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本技术作出一些非本质的改进和调整。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。
32.实施例1
33.如图1-7所示，一种基于柔性微小多孔扁管的动力电池液冷模块，包括呈阵列状排布的多个单体圆柱电池1、上下并排设置且按相反方向弯曲缠绕在每个单体圆柱电池1侧壁上的上柔性微小多孔扁管2和下柔性微小多孔扁管3；本实施例中单体圆柱电池1具体设置为4行，每行数量为6颗；
34.上柔性微小多孔扁管2和下柔性微小多孔扁管3与每个单体圆柱电池1的贴合弧度不少于180度，且上柔性微小多孔扁管2和下柔性微小多孔扁管3与每个单体圆柱电池1的贴合面弧度方向相反，即在单体圆柱电池1的截面上该两扁管上下两处弧度角完全错开；
35.上柔性微小多孔扁管2和下柔性微小多孔扁管3内换热工质流动方向相反；具体在本实施例中，如图3-4所示，上柔性微小多孔扁管进口21和下柔性微小多孔扁管出口32开设在电池模组的同侧位置，上柔性微小多孔扁管出口22与下柔性微小多孔扁管进口31开设在电池模组的同侧位置；上柔性微小多孔扁管进口21和上柔性微小多孔扁管出口22的位置设
置所导致的换热工质流动方向，与下柔性微小多孔扁管进口31和下柔性微小多孔扁管出口32的位置设置所导致的换热工质流动方向正好相反。
36.上柔性微小多孔扁管2和下柔性微小多孔扁管3的内腔沿扁管宽度方向均分隔成多个微小通道4，具体到本实施例中，如图7所示，上柔性微小多孔扁管2和下柔性微小多孔扁管3中均设置有10个微小通道4，微小通道4的长宽尺寸范围为0.1mm-4mm。
37.上柔性微小多孔扁管2和下柔性微小多孔扁管3的宽度均为单体圆柱电池1高度的0.35-0.45倍。这样，保证上柔性微小多孔扁管2和下柔性微小多孔扁管3能够将单体圆柱电池1的侧壁趋于饱和式包裹。
38.上柔性微小多孔扁管2与下柔性微小多孔扁管3可采用铝材为骨架材料，并与橡胶复合制成的波纹管，具有热胀冷缩变形和抗击冲击位移变形的能力。热胀冷缩变形可以增加其自身微小通道4的截面尺寸大小，增加换热工质的流通量，增加单位时间的换热量，提升传热速率；抗击冲击位移变形的能力则可以缓解汽车行驶过程的振动与冲击。
39.上柔性微小多孔扁管2与下柔性微小多孔扁管3宽度方向对应的两侧壁上(贴合扁管的一侧壁以及远离扁管的一侧壁)均粘附有导热硅胶膜5，如图7所示，能够进一步增加换热效率，以及缓解汽车行驶过程的振动与冲击。
40.上柔性微小多孔扁管2和下柔性微小多孔扁管3内流动换热工质通常为乙醇与水的混合物。
41.实际工作过程是，当动力电池组温度超过设定的温度上限阈值，乙醇与水的混合物换热工质从分别从上柔性微小多孔扁管进口21和下柔性微小多孔扁管进口31分别流入上柔性微小多孔扁管2和下柔性微小多孔扁管3，动力电池的热量穿过导热硅胶层传递给换热工质，工质携带动力电池的热量流出电池模组，达到对电池模组的均匀性温度控制。
42.图8是本发明的中间高度水平截面的电池温度计算图，图中数字单位：k，计算工况是电池初始温度298k(即25℃)，动力电池按2倍率放电情况下，冷却半小时后的模组中间高度的水平截面温度图，最高温度为303.7k，最低温度为301.6k，可见最大温差为2.1k，比常规模组均温要求5k低得多。
43.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。