一种带节流和回热结构的电池冷媒直冷板

本发明涉及电池换热设备，尤其是涉及一种带节流和回热结构的电池冷媒直冷板。

背景技术：

1、随着电动汽车和储能系统等的快速发展，电池冷却技术逐步得到人们关注。由于直冷系统省去了液体的中间换热，减少了一次换热热阻，同时具有传热性能好、系统的结构紧凑等特点，逐渐成为电池热管理系统的发展趋势。目前，直冷系统已在许多新能源汽车和储能电站中得到应用，直冷板作为与电池换热的关键一环也得到许多人的关注。

2、对于电池而言，若电池组内部散热不均匀，单体电池间的差异将会增加。这会导致电池组的整体性能变差，缩减电池组的使用年限。而直冷板与液冷板单相换热相比，直冷板内部为两相流状态，存在不同流型，较为复杂。且在直冷系统中，由于在与电池换热后需要进入压缩机中压缩，因此直冷板出口需要保持一定过热度，但此时冷板内部制冷剂就会从两相区蒸发为单相区，单相区的换热能力远小于两相区，便会导致出口单相区段局部过热，从而使电池冷却的均温性变差。除此之外，直冷系统安装与控制均更为复杂，对系统的耐高压和密封等均具有较高要求。因此如何改善局部过热问题以及减少泄露便成为直冷系统的关键技术。

3、如cn 218827428 u授权的一种箱盖一体化直冷板冷却结构，直冷板与均温板连接在一起，有效提升直冷板结构强度的同时将直冷板的表面温度均匀化。此外，直冷板粘接在电池上箱盖上，与电池上箱盖形成一体化结构，降低电池高度方向上的空间，提升整体电池包的空间体积利用率。但该专利在采用均温板的同时会增加传热热阻和换热温差，不利于进行快速高效的控温。

4、此外，直冷板相关专利多以制冷为主，较少提及制热功能或相应模式转换，电池在低温下如何加热也是亟需研发人员考虑的一环。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种带节流和回热结构的电池冷媒直冷板，可以在改善局部过热问题的基础上便于安装，帮助直冷系统更好的应用于电池冷却。通过将回热结构和节流元件一起放置在冷板中，在冷板内便可完成节流与换热过程。除了冷却电池，还可以在冬季对电池进行加热，进行两种模式的切换。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明提供一种带节流和回热结构的电池冷媒直冷板，包括冷板、设于所述冷板上的进液口和出液口，所述冷板包括冷板主体和设于所述冷板上的回热结构、节流元件和直冷流道组件；

4、所述回热结构包含a端、b端、c端和d端，其中a和b连通，c和d连通，以此构成两个换热流道；

5、所述回热结构的a端与所述进液口连接，b端与所述节流元件的一端连接，c端与所述出液口连接，d端与直冷流道组件连接；

6、所述节流元件的另一端与直冷流道组件连接；

7、所述直冷流道组件用于与电池进行换热。

8、进一步地，所述直冷流道组件包括一对集流体、设于集流体之间的冷却管、与一侧集流体连接的进液管、与另一侧集流体连接的回气管。

9、进一步地，所述回热结构的d端与直冷流道组件的回气管连接；

10、所述直冷流道组件的进液管与节流元件的另一端连接。

11、进一步地，所述冷却管平行排列有6根，冷却管的两端分别连通所述集流体，所述集流体内分布有多个隔板。

12、进一步地，设于集流体中部的隔板将6根冷却管分为对称的两组，其余隔板用于间隔冷却管；

13、第一侧的集流体被分隔的两部分分别与所述回气管连接；

14、第二侧的集流体被分隔的两部分分别与所述进液管连接。

15、进一步地，所述第一侧的集流体内，对应于第二根冷却管与第三根冷却管、第三根冷却管与第四根冷却管、第四根冷却管与第五根冷却管之间位置均设有隔板；

16、第三根冷却管、第四根冷却管对应的集流体区域连通所述回气管。

17、进一步地，所述第二侧的集流体内，对应于第一根冷却管与第二根冷却管、第三根冷却管与第四根冷却管、第五根冷却管与第六根冷却管之间位置均设有隔板；

18、第一根冷却管、第六根冷却管对应的集流体区域连通所述进液管。

19、进一步地，通过更改进液口、出液口的流路方向，使得所述直冷板切换为制冷模式或制热模式，以此分别承担蒸发器与冷凝器的角色对电池进行冷却或加热。

20、进一步地，当电池需要冷却时，经过冷凝器冷却的制冷剂从直冷板的进液口进入，流经回热结构放热，变为过冷液体，之后经过毛细管节流后进入直冷流道组件的进液管，在冷却管中对电池进行吸热冷却，全程为两相区换热，之后蒸发成干度小于1的低温低压两相制冷剂，再流经回热结构吸热，成为过热气体，通过回热结构满足压缩机所需过热度，最后通过直冷板的出液口离开直冷板，进入压缩机内压缩。

21、进一步地，当电池需要加热时，制冷剂经过压缩机压缩后从直冷板出液口进入，流经回热结构对另一流路放热，从过热状态变为饱和气态，之后进入直冷流道组件的回气管，在冷却管中对电池进行加热，全程为两相区换热，再经过毛细管节流后流经回热结构吸热，使得干度增加，最后通过直冷板进液口离开直冷板，进入蒸发器中换热。

22、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

23、1、本发明通过将回热结构与节流原件一同放置于直冷板内，在冷板内同时可以完成节流与换热过程，便于直冷系统在实际应用中的安装；同时省去了与回热结构和节流元件的管路连接，使整个系统的空间结构更为紧凑，也降低了泄露风险。

24、2、本发明通过更改制冷剂的流动方向可以同时实现制冷和制热功能，除了平时对电池进行冷却外，在温度较低时还可以对电池进行加热，满足不同工况需求。

25、3、本发明通过在直冷板内安装回热结构，在制冷模式下，可以使节流前的高压液体过冷，以免在节流前汽化，减少了节流损失，同时使制冷剂进入直冷流道组件时的干度降低。同时，为了避免压缩机吸气带液，制冷剂在进入压缩机进口需要保持一定过热度。无换热结构时这部分过热度需要在冷板中体现，从而导致近出口部分为单相区换热，导致局部过热。而回热结构可以承担压缩机所需要的过热部分，保证直冷流道内部全部在两相区换热，这样可以避免冷板内部局部过热，改善均温性。此外，直冷流道组件出口经过回热结构换热可以同时提高压缩机吸气温度，改善压缩机工作条件。在制热模式下，经过回热结构换热可以使从压缩机出来的制冷剂从过热状态变为两相状态，同样使制冷剂在直冷流道内部时全部为两相区换热，改善了换热能力，节流后经过换热结构加热也可以减轻出口处蒸发器的工作负荷。

技术特征：

1.一种带节流和回热结构的电池冷媒直冷板，包括冷板(6)、设于所述冷板(6)上的进液口(4)和出液口(5)，其特征在于，所述冷板(6)包括冷板主体和设于所述冷板(6)上的：回热结构(1)、节流元件(2)和直冷流道组件(3)；

2.根据权利要求1所述的一种带节流和回热结构的电池冷媒直冷板，其特征在于，所述直冷流道组件(3)包括一对集流体(31)、设于集流体(31)之间的冷却管(30)、与一侧集流体(31)连接的进液管(32)、与另一侧集流体(31)连接的回气管(33)。

3.根据权利要求2所述的一种带节流和回热结构的电池冷媒直冷板，其特征在于，所述回热结构(1)的d端与直冷流道组件(3)的回气管(33)连接；

4.根据权利要求2所述的一种带节流和回热结构的电池冷媒直冷板，其特征在于，所述冷却管(30)平行排列有6根，冷却管(30)的两端分别连通所述集流体(31)，所述集流体(31)内分布有多个隔板(34)。

5.根据权利要求4所述的一种带节流和回热结构的电池冷媒直冷板，其特征在于，设于集流体(31)中部的隔板(34)将6根冷却管(30)分为对称的两组，其余隔板(34)用于间隔冷却管(30)；

6.根据权利要求5所述的一种带节流和回热结构的电池冷媒直冷板，其特征在于，第一侧的集流体(31)内，对应于第二根冷却管与第三根冷却管、第三根冷却管与第四根冷却管、第四根冷却管与第五根冷却管之间位置均设有隔板(34)；

7.根据权利要求5所述的一种带节流和回热结构的电池冷媒直冷板，其特征在于，第二侧的集流体(31)内，对应于第一根冷却管与第二根冷却管、第三根冷却管与第四根冷却管、第五根冷却管与第六根冷却管之间位置均设有隔板(34)；

8.根据权利要求5所述的一种带节流和回热结构的电池冷媒直冷板，其特征在于，通过更改进液口(4)、出液口(5)的流路方向，使得所述直冷板切换为制冷模式或制热模式，以此分别承担蒸发器与冷凝器的角色对电池进行冷却或加热。

9.根据权利要求8所述的一种带节流和回热结构的电池冷媒直冷板，其特征在于，当电池需要冷却时，经过冷凝器冷却的制冷剂从直冷板的进液口(4)进入，流经回热结构(1)放热，变为过冷液体，之后经过节流元件(2)节流后进入直冷流道组件(3)的进液管(32)，在冷却管(30)中对电池进行吸热冷却，全程为两相区换热，之后蒸发成干度小于1的低温低压两相制冷剂，再流经回热结构(1)吸热，成为过热气体，通过回热结构(1)满足压缩机所需过热度，最后通过直冷板的出液口(5)离开直冷板，进入压缩机内压缩。

10.根据权利要求8所述的一种带节流和回热结构的电池冷媒直冷板，其特征在于，当电池需要加热时，制冷剂经过压缩机压缩后从直冷板出液口(5)进入，流经回热结构(1)对另一流路放热，从过热状态变为饱和气态，之后进入直冷流道组件(3)的回气管(33)，在冷却管(31)中对电池进行加热，全程为两相区换热，再经过节流元件(2)节流后流经回热结构(1)吸热，使得干度增加，最后通过直冷板进液口(4)离开直冷板，进入蒸发器中换热。

技术总结
本发明涉一种带节流和回热结构的电池冷媒直冷板，包括冷板、设于所述冷板上的进液口和出液口，冷板包括冷板主体和设于冷板上的回热结构、节流元件和直冷流道组件；回热结构具有两个换热流道；回热结构的A端与所述进液口连接，B端与所述节流元件的一端连接，C端与所述出液口连接，D端与直冷流道组件连接；节流元件的另一端与直冷流道组件连接；直冷流道组件用于与电池进行换热。与现有技术相比，本发明可以在改善局部过热问题的基础上便于安装，帮助直冷系统更好的应用于电池冷却；通过将回热结构和节流元件一起放置在冷板中，在冷板内便可完成节流与换热过程；除了冷却电池，还可以在冬季对电池进行加热，进行两种模式的切换。

技术研发人员：张春路,杨昕淏,马驰原
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16