一种复合相变材料板耦合液冷的电池热管理装置

1.本实用新型涉及电池动力系统热管理领域，特别是涉及一种复合相变材料板耦合液冷的电池热管理装置。


背景技术：

2.作为现代一种新型的交通工具，电动汽车逐渐成为人们出行最常用的代步工具，电动汽车通过电池提供驱动力，不消耗传统的化石能源，在保护环境方面比传统汽车有更大的优势。现有电动汽车的动力电池一般为锂电池并且通过串并联的方式形成大功率、大容量的电池模组。然而，现有的动力电池普遍存在散热不佳、均温性差的问题，这些问题会使电池在运行过程中产生的大量热量无法及时散出，尤其是在大倍率和恶劣的使用条件下，电池内部温度就会急剧上升，严重影响电池的使用性能并大大缩短电池的寿命，甚至会造成安全事故。因此，如何设计出一种散热效果好、均温性佳的电池散热装置，是目前亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种复合相变材料板耦合液冷的电池热管理装置，可有效提高电池的散热效果，解决现有动力电池散热不佳以及均温性差的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
5.一种复合相变材料板耦合液冷的电池热管理装置，所述装置包括箱体以及设于所述箱体内的电池模组；
6.所述电池模组的第一侧面和第二侧面分别设置有第一液冷板；所述第一侧面和所述第二侧面相对；
7.所述电池模组的第三侧面和第四侧面分别设置有复合相变材料板；所述第三侧面和所述第四侧面相对；
8.所述电池模组的第五侧面设置有第二液冷板；所述第五侧面与所述电池模组的电极端面相对；
9.所述电池模组包括均匀分布的若干单体电池；每两个相邻的所述单体电池之间设置有复合相变材料板；
10.所述第一液冷板和所述第二液冷板内均设置有流道，所述流道内填充有冷却液；
11.每一所述复合相变材料板内均嵌入有散热片，所述散热片的外沿设置有若干伸出部，若干所述伸出部分别对应插入至所述第一液冷板和所述第二液冷板的流道内。
12.可选地，所述箱体内还设置有水箱和水泵，所述水箱内填充有所述冷却液；
13.所述水泵的进液口通过导管与所述水箱的出液口连通，所述水泵的出液口通过导管分别与所述第一液冷板和所述第二液冷板的进液口连通，所述第一液冷板和所述第二液冷板的出液口通过导管分别与所述水箱的进液口连通。
14.可选地，所述复合相变材料板的材质为膨胀石墨、石蜡或者环氧树脂。
15.可选地，所述复合相变材料板的厚度为5-6mm。
16.可选地，所述单体电池为长方体形状的电池。
17.可选地，所述散热片的厚度为1-2mm。
18.可选地，所述伸出部与所述散热片的材质和厚度相同，所述伸出部的伸出长度为3-4mm。
19.可选地，所述第一液冷板的流道的宽度为5-6mm，进液口和出液口均在同一侧。
20.可选地，所述第二液冷板的流道的宽度为5-6mm，进液口和出液口不在同一侧。
21.可选地，所述冷却液为水、氟化液或者矿物油。
22.根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：
23.本实用新型提出了一种复合相变材料板耦合液冷的电池热管理装置，该装置包括包括箱体以及设于箱体内的电池模组；电池模组的第一侧面和第二侧面分别设置有第一液冷板；第一侧面和第二侧面相对；电池模组的第三侧面和第四侧面分别设置有复合相变材料板；第三侧面和第四侧面相对；电池模组的第五侧面设置有第二液冷板；第五侧面与电池模组的电极端面相对；电池模组包括均匀分布的若干单体电池；每两个相邻的单体电池之间设置有复合相变材料板；第一液冷板和第二液冷板内均设置有流道，流道内填充有冷却液；每一复合相变材料板内均嵌入有散热片，散热片的外沿设置有若干伸出部，若干伸出部分别对应插入至第一液冷板和第二液冷板的流道内。本实用新型通过内嵌有散热片的复合相变材料板紧贴在每个单体电池两侧面，利用复合相变材料板良好的均温性和储热性能，可以使电池模组中各个单体电池之间的温差基本保持一致，提高电池的均温性。并且，嵌入在复合相变材料板内的散热片通过伸出部插入到第一液冷板和第二液冷板的流道内并直接与冷却液充分接触，从而将散热片上的热量传导至冷却液中，带走散热片上大量热量，进而达到冷却散热片、电池降温的目的，能够有效提高电池的散热效果，解决现有的动力电池散热不佳以及均温性差的问题。
附图说明
24.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，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本实用新型实施例1提供的复合相变材料板耦合液冷的电池热管理装置的整体结构示意图；
26.图2为本实用新型实施例1提供的电池模组的结构示意图；
27.图3为本实用新型实施例1提供的伸出部的结构示意图；
28.图4为本实用新型实施例1提供的散热片的结构示意图；
29.图5为本实用新型实施例1提供的第一液冷板的结构示意图；
30.图6为本实用新型实施例1提供的第二液冷板的结构示意图。
31.附图标记说明：
32.1-箱体，2-第一液冷板，3-复合相变材料板，4-第二液冷板，5-单体电池，6-流道，7-散热片，8-伸出部，9-水箱，10-水泵，11-导管，12-接线柱。
具体实施方式
33.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
34.本实用新型的目的是提供一种复合相变材料板耦合液冷的电池热管理装置，可有效提高电池的散热效果，解决现有动力电池散热不佳以及均温性差的问题。
35.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
36.实施例1
37.如图1所示，本实施例示出了一种复合相变材料板耦合液冷的电池热管理装置，所述装置包括箱体1以及设于所述箱体1内的电池模组，所述电池模组包括均匀分布的若干单体电池5，所述单体电池5优选为长方体形状的电池，具体可以为方形硬壳或者软包块状结构的电池。
38.本实施例中，所述电池模组包括第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面以及第五侧面。由于电池模组在箱体1内的放置方向不同，各个侧面的朝向也就不同，下面按照图1进行举例说明，如图1所示，第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面为电池模组的四个侧面，第五侧面为电池模组的底面，电池模组的顶面暴露在外，漏出各个单体电池5的正极和负极的接线柱12，以便于对多个单体电池5的正、负极进行连接。其中，图1中各个单体电池5上的两个圆柱形状分别表示正极和负极的接线柱12。
39.其中，所述电池模组的第一侧面和第二侧面分别设置有第一液冷板2；所述第一侧面和所述第二侧面相对；所述电池模组的第三侧面和第四侧面分别设置有复合相变材料板3；所述第三侧面和所述第四侧面相对；所述电池模组的第五侧面设置有第二液冷板4；所述第五侧面与所述电池模组的电极端面相对，所述电极端面为所述电池模组的正极和负极的接线柱12所在的面。
40.本实施例中，每两个相邻的所述单体电池5之间设置有一块复合相变材料板3，且每一块单体电池5及其两侧的复合相变材料板3紧密贴合，形成“三明治”状结构。本实施例中，复合相变材料板3的材质优选膨胀石墨、石蜡或者环氧树脂等原材料，复合相变材料板3的厚度设置为5-6mm，复合相变材料板3的板面尺寸大小与单体电池5基本相同，以保证散热效果的同时，降低系统成本。
41.本实施例通过在电池模组的第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面分别设置两块相对的第一液冷板2以及两块相对的复合相变材料板3，结合在第五侧面设置的第二液冷板4，从而通过两块相对的复合相变材料板3、两块相对的第一液冷板2以及一块第二液冷板4围成了一个可容纳电池模组的电池仓，如图2所示，在该电池仓内又通过均匀设置的多个复合相变材料板3将各个单体电池5隔离开，利用复合相变材料板3自身相变材料具有的良好的均温性和储热性能，可以在一定程度上维持电池模组中各个单体电池5之间的温差，使得各个单体电池5的温度更加均衡、一致。
42.本实施例中，所述第一液冷板2和所述第二液冷板4内均设置有流道6，所述流道6内填充有冷却液。
43.如图3所示，每一所述复合相变材料板3内均嵌入有散热片7，所述散热片7的结构如图4所示，所述散热片7的厚度优选为1-2mm。
44.如图4所示，在所述散热片7的四周外沿上还设置有若干伸出部8，若干所述伸出部8分别对应插入至所述第一液冷板2和所述第二液冷板4的流道6内，且伸出部8插入流道6的边缘处做密封处理，以防止流道6内的冷却液流出。除散热片7边缘上的多个伸出部8外，散热片7主体的面积应小于或等于复合相变材料板3的板面面积，以保证散热片7能够嵌入至复合相变材料板3内，并且，散热片7的面积越大，对复合相变材料板3以及电池的散热效果越好。
45.应说明的是，本实施例仅在散热片7的两侧和底部设置有所述伸出部8，散热片7的两侧各有4个伸出部8，底部设有3个伸出部8。而由于电池模组的正负极接线柱12的存在，本实施例未在散热片7朝向电池正负极接线柱12的一侧设置伸出部8，如图4所示。所述伸出部8与所述散热片7的材质和厚度可以相同，也可以不同。所述伸出部8的伸出长度优选为3-4mm。
46.本实施例中，可以通过螺栓紧固的方式对复合相变材料板3、第一液冷板2和第二液冷板4进行固定，以使电池模组更加稳固。同时，只要保证各个单体电池5之间设置有复合相变材料板3，以及电池模组最外侧的两块单体电池5的外侧也设置有复合相变材料板3即可，为了提升电池模组的稳定性，还可在电池模组最外层的两个复合相变材料板3的外侧分别加装一块金属板，两块金属板夹紧多层复合相变材料板3和单体电池5，如图1和图2所示，并将两块金属板与第一液冷板2和第二液冷板4通过螺栓紧固的方式进行固定，以有效提升装置的稳定性和牢固性。
47.如图1所示，所述箱体1内还设置有水箱9和水泵10，所述水箱9内填充有所述冷却液；所述水箱9、第一液冷板2和第二液冷板4均设置有进液口和出液口。所述水箱9用于存储冷却液；所述水泵10用于提供驱动力使冷却液循环流动；所述流道6用于为冷却液提供流动通道。
48.在某一实施方式中，可通过导管11将第一液冷板2和第二液冷板4采用并联的方式连接到水箱9，具体的实施方式如下：水泵10的进液口通过导管11与水箱9的出液口连通，水泵10的出液口通过导管11分别与第一液冷板2和第二液冷板4的进液口连通，第一液冷板2和第二液冷板4的出液口通过导管11分别与水箱9的进液口连通，在水泵10的驱动力作用下，使第一液冷板2和第二液冷板4以及水箱9中的冷却液循环流动起来。
49.在其他的实施方式中，还可以通过导管11将第一液冷板2和第二液冷板4串联后连接到水箱9，例如，可将水泵10的进液口通过导管11与水箱9的出液口连通，水泵10的出液口通过导管11与第一液冷板2的进液口连通，第一液冷板2的出液口通过导管11与第二液冷板4的进液口连通，第二液冷板4的出液口通过导管11与水箱9的进液口连通，从而组成一个整体的供冷却液循环流动的回路。
50.本实施例中，所述导管11可以是塑料软管，也可以是金属硬管，例如铜管等，可根据实际需求自行选择。容易理解的是，上述两种连通方式仅仅是举例说明，可根据实际情况自行选择第一液冷板2、第二液冷板4、水泵10以及水箱9的连接方式，只要保证水箱9、第一液冷板2、第二液冷以及导管11内的冷却液能够循环流动起来即可，就能够通过冷却液与伸出部8的接触实现对散热片7的降温，将散热片7上的热量带走。
51.本实施例中，所述冷却液可以是水，也可以是氟化液或者矿物油等，或者还可以是其他比热容较大的冷却液。
52.容易理解的是，本实施例中水泵10抽取的以及水箱9存储的不局限于水，还可以是其他任意一种冷却液。本实施例不对冷却液的具体成分做唯一限定，不应作为对本实用新型保护范围的限定，采用任何冷却液都应该在本实用新型的保护范围之内。
53.本实施例中，所述第一液冷板2的流道6数量为4，各个流道6的宽度优选5-6mm，进液口和出液口均在同一侧，如图5所示。所述第二液冷板4的流道6数量为3，各个流道6的宽度优选5-6mm，进液口和出液口不在同一侧，如图6所示，各个液冷板上的流道6数量与对应位置的伸出部8数量相等。
54.应说明的是，第一液冷板2以及第二液冷板4中的流道6实际是一条完整、弯曲的流体通道，以保证冷却液能够沿着这条流道6进行循环流动，而上述流道6数量指的是相对来说仅流经单体电池5的流道6部分，第一液冷板2的流道6被截成了4段，而第二液冷板4的流道6被截成了3段。并且，第一液冷板2以及第二液冷板4的进液口和出液口的位置可根据箱体1内的实际情况自行设置，可以在同一侧，也可以不在同一侧。
55.还应说明的是，本实用新型不对复合相变材料板3厚度、伸出部8伸出长度、散热片7厚度、流道6宽度、流道6数量等数值进行限定，上述具体数值仅仅是本实施例为了举例说明而列举的几个数值，该数值并不是固定的、唯一的，可根据实际需求自行确定。
56.在实际应用时，由于电池模组在运行时会产生大量热量，通过嵌有散热片7的复合相变材料板3紧贴在每个单体电池5的两侧，利用复合相变材料板3自身的相变材料特性，使得复合相变材料板3具有良好的均温性和储热性能，可以减少接触热阻，提高传热效率，在一定程度上维持电池组中各个单体电池5之间的温差，提升了电池模组的均温性。同时，在水泵10的驱动力下，第一液冷板2以及第二液冷板4内的流道6中会有循环流动的冷却液，通过将散热片7上的伸出部8插入至流道6中使得伸出部8与流动的冷却液充分接触，能够快速、及时的将散热片7上的热量引导至冷却液中，使得循环流动的冷却液带走大量热量，达到为电池模组冷却、降温的效果，能够使电池模组的最高温度和温差始终处于合理的工作范围内，提高电池模组的工作稳定性和安全性，延长电池寿命。经大量试验表明，在本实用新型装置下，电池模组的最高温度能够处于20℃-50℃，冷却效率高，降温效果好，能够解决现有的动力电池散热不佳以及均温性差的问题。
57.本说明书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方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。