动力电池的换热器、电池包及车辆的制作方法

1.本公开涉及动力电池技术领域，具体地，涉及一种动力电池的换热器、电池包及车辆。


背景技术：

2.动力电池作为新能源汽车的主要动力源，为了保障电池的正常使用，需要对电池进行冷却和加热，提高电池的安全性和寿命。
3.口琴式直冷板作为一种电池的冷却加热方式，采用的分流方式通常为：在多个排列布置的口琴管的两端分别通过一分流管连通，制冷剂由一个分流管的一端进入，沿着该分流管的长度方向循序流动，制冷剂依次进入不同的口琴管，并最终汇集在另一根口琴管中，由该口琴管的末端排出，而在分流管向各口琴管分流时，会出现明显的分流不均。原因在于分流管和各并排口琴管是沿制冷剂依次设置的，这样就会导致前端的口琴管流量较多，而后端的的口琴管则流量较少，最终导致冷板的冷量分布不均，对动力电池寿命和可靠性造成不利影响。


技术实现要素：

4.本公开的目的是提供一种动力电池的换热器、电池包及车辆，该换热器通过设置一级分流管、二级分流管、一级汇流管和二级汇流管，以实现制冷剂进入和排出的均匀分配，从而避免因冷量分布不均，对动力电池寿命和可靠性造成不利影响。
5.为了实现上述目的，本公开第一方面，提供一种动力电池的换热器，所述换热器包括分流管组件、尾部汇流管、接头和多个口琴管；多个所述口琴管设于所述分流管组件和所述尾部汇流管之间，所述口琴管包括相对的第一端和第二端，多个所述口琴管的第二端通过所述尾部汇流管连通；
6.所述分流管组件包括一级分流管、二级分流管、一级汇流管和二级汇流管；所述接头设于多个所述口琴管和第一端，且所述接头的进口与所述一级分流管的中部连通，所述一级分流管的两端分别与所述二级分流管连通，所述二级分流管与部分所述口琴管的第一端连通；
7.所述接头的出口与所述一级汇流管的中部连通，所述一级汇流管的两端分别与所述二级汇流管连通，所述二级汇流管与另一部分所述口琴管的第一端连通。
8.可选地，所述口琴管沿第一方向延伸，所述二级分流管和所述二级汇流管沿第二方向延伸，所述第一方向垂直于所述第二方向。
9.可选地，所述口琴管的第一端向下弯折形成折弯部，所述折弯部插装于所述二级分流管和/或所述二级汇流管内部预设距离，所述折弯部与所述二级分流管和/或所述二级汇流管焊接固定。
10.可选地，所述口琴管包括多个供冷却液流通的微通道，所述微通道的延伸方向垂直于所述二级分流管和/或所述二级汇流管的延伸方向。
11.可选地，所述口琴管的数量为八个，且沿第二方向间隔设置，
12.所述二级分流管和所述二级汇流管的数量均为两个；
13.在所述第二方向上，八个所述口琴管沿第二方向依次为管件一、管件二、管件三、管件四、管件五、管件六、管件七、管件八；其中，所述管件一和所述管件四通过一个所述二级分流管连通，所述管件五和所述管件八通过另一个所述二级分流管连通，所述一级分流管的两端分别连通于两个所述二级分流管的中部；所述一级汇流管的两端分别连接于两个所述二级汇流管的中部。
14.可选地，所述尾部汇流管的中部设有隔片，所述隔片用于将所述尾部汇流管分隔为管路一和管路二，其中，所述管路一分别连通所述管件一、所述管件二、所述管件三和所述管件四；
15.所述管路二分别连通所述管件五、所述管件六、所述管件七和所述管件八。
16.可选地，多个所述口琴管的下方固定连接有均温板。
17.可选地，在所述口琴管的长度方向上，所述均温板的两端分别连接有一垫片，所述垫片沿垂直于所述口琴管的长度方向延伸，且所述垫片的远离所述均温板的一端形成有向上弯折的弧形部。
18.本公开第二方面，还提供一种电池包，包括动力电池，所述电池包还包括上述的动力电池的换热器，所述换热器用于所述动力电池的冷却或者加热。
19.本公开第三方面，还提供一种车辆，所述车辆包括上述的电池包。
20.通过上述技术方案，即本公开的动力电池的换热器，多个口琴管的第二端通过尾部汇流管连通，一部分口琴管的第一端通过二级分流管连通，另一部分的口琴管的第一端通过二级汇流管连通，一级分流管的两端分别与二级分流管连通，一级汇流管的两端分别与二级汇流管连通，接头设于多个口琴管的第一端，且接头的进口与一级分流管的中部连通，接头的出口与一级汇流管的中部连通，进口的冷却剂道先进入一级分流管，然后向两侧分流进入二级分流管，再由部分口琴管的第一端进入，冷却剂汇集至尾部汇流管后，由另一部分口琴管的第二端进入口琴管内部，并汇集至二级汇流管，然后由一级汇流管的两端进入一级汇流管，最后由接头的出口排出。该换热器通过在多个口琴管的第一端设置一级分流管、二级分流管、一级汇流管和二级汇流管，以使制冷剂在进入口琴管和排出口琴管时能够实现均匀的分流和汇流分配，从而避免因分流不均而造成冷量分布不均，影响动力电池寿命和可靠性。
21.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
22.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
23.图1是本公开一些实施例提供的动力电池的换热器的结构示意图；
24.图2是基于图1中的动力电池的换热器的局部放大图；
25.图3是本公开一些实施例提供的动力电池的换热器的爆炸图；
26.图4是图3中的a部放大图；
27.图5是本公开一些实施例提供的动力电池的换热器的口琴管的第一端与二级分流
管的连接结构示意图；
28.图6是本公开一些实施例提供的动力电池的换热器的口琴管的第一端和及第二端的端面示意图；
29.图7是本公开一些实施例提供的动力电池的换热器的接头的结构示意图；
30.图8是本公开一些实施例提供的动力电池的换热器的垫片的结构示意图；
31.图9是本公开一些实施例提供的动力电池换热器流量分布的直方图；
32.图10是本公开一些实施例提供的动力电池换热器压降仿真云图。
33.附图标记说明
34.100-分流管组件；110-一级分流管；120-二级分流管；130-一级汇流管；140-二级汇流管；150-连接管；
35.200-尾部汇流管；210-管路一；220-管路二；230-隔片；
36.300-接头；301-进口；302-出口；303-进液口；304-出液口；
37.400-口琴管；400a-管件一；400b-管件二；400c-管件三；400d-管件四；400e-管件五；400f-管件六；400g-管件七；400h-管件八；401-第一端；402-第二端；4001-微通道；410-折弯部；
38.500-均温板；600-垫片。
具体实施方式
39.以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
40.在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指附图对应的上、下、左、右；“内、外”是指相对于对应的部件自身轮廓而言的“内、外”；附图中的“x”是指第一方向，即口琴管的长度方向；附图中的“y”是指垂直于第一方向的第二方向，即垂直于所述口琴管的长度方向。另外，本公开所使用的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是为了区分一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。此外，在下面的描述中，当涉及到附图时，除非另有解释，不同的附图中相同的附图标记表示相同或相似的要素。上述定义仅用于解释和说明本公开，不应当理解为对本公开的限制。
41.如图1至图10所示，为了实现上述目的，本公开第一方面，提供一种动力电池的换热器，该换热器包括分流管组件100、尾部汇流管200、接头300和多个口琴管400；多个口琴管400设于分流管组件100和尾部汇流管200之间，口琴管400包括相对的第一端401和第二端402，多个口琴管400的第二端402通过尾部汇流管200连通；分流管组件100包括一级分流管110、二级分流管120、一级汇流管130和二级汇流管140；接头300设于多个口琴管400和第一端401，且接头300位于分流管组件100的中部位置，接头300的进口301与一级分流管110的中部连通，一级分流管110的两端分别与二级分流管120连通，二级分流管120与部分口琴管400的第一端401连通；接头300的出口302与一级汇流管130的中部连通，一级汇流管130的两端分别与二级汇流管140连通，二级汇流管140与另一部分口琴管400的第一端401连通。
42.通过上述技术方案，即本公开的动力电池的换热器，多个口琴管400的第二端402通过尾部汇流管200连通，一部分口琴管400的第一端401通过二级分流管120连通，另一部
分的口琴管400的第一端401通过二级汇流管140连通，一级分流管110的两端分别与二级分流管120连通，一级汇流管130的两端分别与二级汇流管140连通，接头300设于多个口琴管400和第一端401，且接头300位于分流管组件100的中部位置，接头300的进口301与一级分流管110的中部连通，接头300的出口302与一级汇流管130的中部连通，进口301的冷却剂道先进入一级分流管110，然后向两侧分流进入二级分流管120，再由部分口琴管400的第一端401进入，冷却剂汇集至尾部汇流管200后，由另一部分口琴管400的第二端402进入口琴管400内部，并汇集至二级汇流管140，然后由一级汇流管130的两端进入一级汇流管130，最后由接头300的出口302排出。该换热器通过在多个口琴管400的第一端401设置一级分流管110、二级分流管120、一级汇流管130和二级汇流管140，以使制冷剂在进入口琴管400和排出口302琴管时能够实现均匀的分流和汇流分配，从而避免因分流不均而造成冷量分布不均，影响动力电池寿命和可靠性。
43.在一些实施例中，口琴管400沿第一方向x延伸，二级分流管120和二级汇流管140沿第二方向y延伸，第一方向x垂直于第二方向y。需要说明的是，在另一些实施例中，第一方向x也可以与第二方向y呈夹角设置，具体角度选择，本领域技术人员可以根据实际需要进行设计，这里不再赘述。
44.为了适配动力电池，多个口琴管400的第一端401会向下弯曲，从而使得分流管组件100能够处于动力电池的一侧，并节省竖直方向上的空间，但口琴管400需要与分流管组件100中的各个管件焊接连接，这种弯折的结构在焊接时，通常是钎焊连接，钎剂易受重力作用向下流动到口琴管400的微通道4001端部附近，会增加焊堵的风险(即钎剂堵塞微通道4001)。
45.为了缓解焊接过程中焊料(例如钎剂)堵塞微通道4001的情况，如图3、图4及图5所示，在一些实施例中，口琴管400的第一端401向下弯折形成折弯部410，折弯部410插装于二级分流管120和/或二级汇流管140内部预设距离并通过焊接连接固定。其中，口琴管400的第一端401向下弯曲一定的折弯角度，插入二级分流管120和/或二级汇流管140内部一定长度，再通过钎剂将口琴管400与二级分流管120和/或二级汇流管140焊接在一起，可以有效避免焊堵的问题。另外，通过插入二级分流管120和二级汇流管140的预设距离，以使得二级分流管120和二级汇流管140内部的冷却剂达到一定量后再进行分流，还可以在一定距离上提高多个口琴管400内部冷却剂的分流均匀性，进一步提高冷量的均匀分配。
46.需要说明的是，多个口琴管400的第二端402不带折弯，直接连接于尾部汇流管200，可以在一定程度上加快生产节拍。
47.在一些实施例中，可以在二级分流管120和二级汇流管140的侧向设置与口琴管400的第一端401形状尺寸相适配的条形孔，以供折弯部410插入其中，然后通过钎焊将两者连接。
48.口琴管400可以采用任意合适的方式进行构造，如图5及图6所示，在本公开的一些实施例中，口琴管400包括多个供冷却液流通的微通道4001，口琴管400的第一端401伸入二级分流管120和/或二级汇流管140的内部预设距离，且微通道4001的延伸方向垂直于二级分流管120和/或二级汇流管140的延伸方向。其中，口琴管400的第一端401插装于二级分流管120和/或二级汇流管140内部，微通道4001于第一端401端面处的法向垂直于二级分流管120和/或二级汇流管140的延伸方向，也就是说，将二级分流管120内冷却剂的流向垂直于
口琴管400的第一端401的微通道4001的延伸方向，避免二级分流管120内部的冷却剂沿其流向依次流入口琴管400，大大提高了分流的均匀性。
49.其中，微通道4001的具体尺寸和结构可以参考相关技术中进行设计，可以理解的是，微通道4001可以构造为多个沿口琴管400宽度方向间隔设置的多个通孔，其可以贯穿口琴管400的第一端401和第二端402，制冷剂通过多个微通道4001，以实现更好的冷却或者加热功能。
50.相关技术中，口琴管400宽度为49.5mm，口琴管400未覆盖的均温板500面积较大。因此冷却能力比较有限，当充放电倍率提高后，其冷却和加热能力会显得不足，动力电池的温差会拉大。本公开中，采用的口琴管400宽度可以为50-55mm。其中，口琴管400宽度可以为52.3mm，单位长度口琴管400的流量增加了26.7％，换热能力进一步加强，通过在口琴管400下方设置均温板500，均温板500通过钎焊和八根口琴扁管的下表面焊接，传热更快，冷/热量分布更均匀。
51.如图1及图2所示，在本公开的一些实施例中，口琴管400的数量为八个，沿第一方向延伸且沿第二方向y间隔设置，二级分流管120和二级汇流管140的数量均为两个；在第二方向y上，八个口琴管400沿第二方向y依次为管件一400a、管件二400b、管件三400c、管件四400d、管件五400e、管件六400f、管件七400g、管件八400h；其中，管件一400a和管件四400d通过一个二级分流管120连通，管件五400e和管件八400h通过另一个二级分流管120连通，一级分流管110的两端分别连通于两个二级分流管120的中部；一级汇流管130的两端分别连接于两个二级汇流管140的中部。
52.如图2所示，八根口琴管400沿第二方向y依次为管件一400a、管件二400b、管件三400c、管件四400d、管件五400e、管件六400f、管件七400g、管件八400h；其中，管件一400a和管件八400h处于最外侧，管件四400d和管件五400e处于最中间，管件二400b和管件三400c处于管件一400a和管件四400d之间，管件六400f和管件七400g处于管件五400e和管件八400h之间，二级汇流管140为两个，管件一400a、管件二400b、管件三400c、管件四400d、管件五400e、管件六400f、管件七400g和管件八400h的第二端402均通过尾部汇流管200连通，一个二级汇流管140设于管件二400b和管件三400c的第一端401并分别与管件二400b和管件三400c连通，另一个二级汇流管140设于管件六400f和管件七400g的第一端401并分别与管件六400f和管件七400g连通，一级汇流管130的两端分别与两个二级汇流管140的中间位置连通，接头300的出口302与一级汇流管130的中间位置连通；由管件二400b、管件三400c、管件六400f和管件七400g流出的制冷剂能够由两个二级汇流管140均匀地汇集至一级汇流管130，并流向接头300的出口302，利用减小多个口琴管400内部的压降；二级分流管120设于管件一400a、管件四400d、管件五400e和管件八400h的第一端401并分别与管件一400a、管件四400d、管件五400e和管件八400h连通，一级分流管110的两端分别连接二级分流管120的且与管件一400a与管件四400d的中间位置、以及与管件五400e与管件八400h的中间位置相对应的位置，接头300的进口301与一级分流管110的中间位置连通，以使得由一级分流管110一端流出的冷却剂能够均匀地分流至管件一400a和管件四400d，另一端流出的冷却剂能够均匀地分流至管件五400e和管件八400h，进一步提高分流均匀性。
53.在一些实施例中，接头300设于多个口琴管400的第一端401，且在第二方向上处于多个口琴管400的中部位置，接头300的进口301通过一连接管150与一级分流管110的中间
位置连通，接头300的出口302通过一连接管150与一级汇流管130的中间位置连通。其中，接头300还包括与进口301连通的进液口303以及与出口302连通的出液口304，一个连接管150的一端与进液口303连通，另一端与一级分流管110的中间位置连通；另一个连接管150的一端与出液口304连通，另一端与一级汇流管130的中间位置连通，用以将由接头300的进口301进入的冷却液均匀分流至二级分流管120；同时，可以将二级汇流管140中的冷却剂汇流后由接头300的出口302排出。在另一些实施例中，一级分流管110和一级汇流管130可以均包括两个管件段，接头300的进液口303连接有一连接管150，该连接管150、以及形成一级分流管110的两个管件段之间通过一三通相互连通；接头300的出液口304连接有一连接管150，该连接管150、以及形成一级汇流管130的两个管件段之间也可以通过一三通相互连通，从而实现接头300与一级分流管110和一级汇流管130的连通。
54.需要说明的是，八根口琴管400之间的间隔距离相同，当然也可以根据需要设置间距不同的结构形式，都在本公开的保护范围之内。
55.尾部汇流管200可以采用任意合适的方式进行构造，例如，可以为一根中间设有管路且两端密封的管件。为了避免多个口琴管400的混流和流量不均，如图1及图3所示，在本公开的一些实施例中，尾部汇流管200的中部设有隔片230，隔片230用于将尾部汇流管200分隔为管路一210和管路二220，其中，管路一210连通管件一400a、管件二400b、管件三400c和管件四400d的第二端(即远离分流管组件100的一端)；管路二220连通管件五400e、管件六400f、管件七400g和管件八400h的第二端(即远离分流管组件100的一端)。其中，由管件一400a、管件四400d进入管路一210的制冷剂仅能够通过管件二400b和管件三400c回流至其中一个二级汇流管140内，同时，由管件五400e和管件八400h进入管路二220的制冷剂仅能够通过管件六400f和管件七400g回流至另一个二级汇流管140内，从而有效避免左右流道的混流和回路流量不均。
56.该热器的工作细节情况如下：
57.在直冷模式下，制冷剂从接头300的进口301进入后，沿着一级分流管110均分为左右两部分，然后垂直向上同时流入两个二级分流管120，其中，一个二级分流管120中的制冷剂再流入管件一400a和管件四400d，另一个二级分流管120中的制冷剂流入管件五400e和管件八400h，管件一400a和管件四400d中的制冷剂达到尾部汇流管200的管路一210后，再次流入管件二400b和管件三400c，类似的，管件五400e和管件八400h中的制冷剂达到尾部汇流管200的管路二220后，再次流入管件六400f和管件七400g，尾部汇流管200的管路一210和管路二220通过设于尾部汇流管200中间位置的隔片230隔开形成。从管件二400b和管件三400c以及管件六400f和管件七400g的第一端401流出的制冷剂分别进入两个二级汇流管140，再经由一级汇流管130汇流后，沿着管路从接头300的出口302流出；在直热模式下，制冷剂从接头300的出口302进入后，沿着一级汇流管130均分为左右两部分，然后垂直向上同时流入两个二级汇流管140，其中，一个二级汇流管140中的制冷剂再同时流入管件二400b和管件三400c，另一个二级汇流管140中的制冷剂流入管件六400f和管件七400g，管件二400b和管件三400c中的制冷剂达到尾部汇流管200的管路一210后，再次流入管件一400a和管件四400d，类似的，管件六400f和管件七400g中的制冷剂达到尾部汇流管200的管路二220后，流入管件五400e和管件八400h。管件一400a和管件四400d流出的制冷剂进入其中一个二级分流管120，管件五400e和管件八400h流出的制冷剂进入另一个二级分流管120，再
经由一级分流管110汇流后，沿着管路从接头300的媒进口301流出。
58.相关技术中，为了满足换热需要，直冷板上采用了15根口琴管400，材料成本较高。而本公开上述实施例采用了八个口琴管400即能够满足换热需要，主要是因为通过一级分流管110和一级汇流管130的一级分流和二级分流管120和二级汇流管140的二级分流结构创新，同时，将二级分流管120和二级汇流管140内的制冷剂流向设置为垂直于口琴管400的微通道4001在第一端401的法向，降低了压降，大大提高了分流均匀性，各流道的流量偏差在0.3％以内。同时，由于口琴管400数量减少，电池包质量减轻，也能够提高了整车动力性能。
59.上述实施例所提到的口琴管400数量为八个以及口琴管400宽度为52.3mm，只是本专利技术的其中一种具体的实施例，针对不同规格的动力电池，还可以通过设置更多或者更少的口琴管400数量以及搭配不同口琴管400宽度组合来对本专利的技术进行应用，实现电池热管理的目标，都属于本专利的技术范畴。
60.为了进一步换热器的换热效率，如图1及图3所示，在一些实施例中，多个口琴管400的下方固定连接有均温板500。其中，均温板500可以采用相关技术中合适的材料制得，可以通过焊接的方式与多个口琴管400连接，包括但不限于钎焊。实际使用时，均温板500直接与动力电池接触，多个口琴管400固设于均温板500上方，用于将均温板500的热量带动对动力电池进行冷却；或者对均温板500进行加热，从而加热动力电池。
61.相关技术中，直冷板头尾部均采用了数量较多的垫片600类结构件，且每个都设计了折弯结构，用于提高直冷板的强度以及在一定程度上支撑分流管组件100，由于数量较多，增加了物料维护成本和安装时降低了生产节拍，影响装配效率。
62.为了提高均温板500和整个换热器的强度，如图1、图3及图8所示，在本公开的一些实施例中，在第一方向x上，均温板500的两端分别连接有一沿垂直于第一方向x的第二方向y延伸的垫片600。其中，一个垫片600设于均温板500第一方向x上一侧，另一个设于另一侧，且均沿第二方向y延伸，并采用一体式结构，理论上装配时间缩短了约85.7％。需要说明的是，垫片600的远离均温板500的一端可以设有向上弯折的弧形部，该弧形部的数量可以为多个，分别用于支撑分流管组件100和尾部汇流管200。
63.综上所述，本公开提供的动力电池换热器，包括接头300、分流管组件100和尾部汇流管200、均温板500和八个口琴管400，通过钎焊的方式整体过炉焊接。其中，分流管组件100包括一级分流管110、两个二级分流管120、一级汇流管130和两个二级汇流管140；尾部汇流管200通过隔片230分隔为管路一210和管路二220。口琴管400的第一端401形成有带有一定的折弯角度的折弯部410，插入二级分流管120和二级汇流管140，通过控制插入深度可以有效避免焊堵的问题；口琴管400的第二端402不带折弯，可以加快生产节拍。同时，尾部汇流管200中部设计有隔片230，避免左右流道的混流和回路流量不均。通过一级分流和二级分流、一级汇流和二级汇流结构创新，将二级集管流和二级汇流管140内的制冷剂流向插入并垂直于口琴管400的第一端401的多个微通道4001，大大提高了分流均匀性，如图9所示，各流道的流量偏差在0.3％以内；同时，整个冷却器压降在105kpa左右(见图10所示)，均温性能好，能有效减小动力电池因多个口琴管400内冷却剂的流量而造成的温差。
64.本公开第二方面，还提供一种电池包，包括动力电池，该电池包还包括上述的动力电池的换热器，其中，换热器设于动力电池的上表面和/或下表面,换热器用于动力电池的
冷却或者加热。因此，该电池包也具备上述换热器的所有优点，这里不再赘述。
65.本公开第三方面，还提供一种车辆，该车辆包括上述的电池包。同时，该电动车辆也具备电池包的优点，还能够在一定程度上节省车辆竖直方向上的空间。
66.以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
67.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
68.此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。